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CN116994945A - 杂质扩散方法、太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

杂质扩散方法、太阳能电池及其制造方法 Download PDF

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CN116994945A
CN116994945A CN202310903747.7A CN202310903747A CN116994945A CN 116994945 A CN116994945 A CN 116994945A CN 202310903747 A CN202310903747 A CN 202310903747A CN 116994945 A CN116994945 A CN 116994945A
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CN
China
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substrate
layer
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Pending
Application number
CN202310903747.7A
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叶继春
曾俞衡
杜浩江
张贤
刘尊珂
杨阵海
刘伟
廖明墩
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Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Original Assignee
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
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Abstract

本发明实施例提供了一种杂质扩散方法、太阳能电池及其制造方法，其中所述杂质扩散方法包括：在衬底上形成第一扩散源层；在所述第一扩散源层上形成第二扩散源层；对预定区域的所述第二扩散源层进行第一热处理；对所述第一扩散源层和所述第二扩散源层进行第二热处理，以在所述衬底内形成第一掺杂区和第二掺杂区，其中，所述第一掺杂区的掺杂浓度大于所述第二掺杂区的掺杂浓度。

Description

杂质扩散方法、太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种杂质扩散方法、太阳能电池及其制造方法。
背景技术
在制备诸如太阳能电池等半导体器件的工艺中，杂质扩散是非常关键的工艺步骤。
以硼扩散为例，目前产业上所使用的硼源为使用BBr3或BCl3扩散形成的硼硅玻璃(BSG)作为硼源，将硼硅玻璃设置在衬底表面，利用高温退火使得硼硅玻璃中的硼扩散进入衬底，以实现杂质扩散。该方案的扩散效果如图1所示，衬底1表面形成了单一掺杂浓度的掺杂区2。
当前在晶硅电池正面制备选择性发射极(SE)是提高太阳能电池光电转换效率的有效方法之一，选择性发射极需要使金属电极与衬底接触部位及其附近的掺杂浓度高，以降低金属电极与衬底之间的接触电阻，因此，产业上常规的利用硼硅玻璃作为硼源的高温退火扩散方案，难以满足当前制备具有选择性发射极的太阳能电池的需要。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种杂质扩散方法、太阳能电池及其制造方法，以提升太阳能电池的光电转换效率。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种用于太阳能电池的杂质扩散方法，包括：在衬底上形成第一扩散源层，所述第一扩散源层包括受主或施主杂质元素；在所述第一扩散源层上形成第二扩散源层，所述第二扩散源层掺杂有与所述第一扩散源层相同类型的杂质元素；对预定区域的所述第二扩散源层进行第一热处理，使得所述预定区域的所述第二扩散源层中的杂质元素扩散至所述衬底；对所述第一扩散源层和所述第二扩散源层进行第二热处理，使得所述第一扩散源层和所述第二扩散源层中的杂质元素扩散至所述衬底；其中，所述第一热处理和所述第二热处理用于在所述衬底内形成第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区与所述预定区域相对应，所述第二掺杂区位于所述衬底的所述第一掺杂区以外的区域，所述第一掺杂区的掺杂浓度大于所述第二掺杂区的掺杂浓度。
可选地，所述在衬底上形成第一扩散源层之前，所述方法还包括：在所述衬底上形成介质层。
可选地，所述对预定区域的所述第二扩散源层进行第一热处理，包括：对预定区域的所述第二扩散源层进行激光照射；所述对所述第一扩散源层和所述第二扩散源层进行第二热处理，包括：对所述第一扩散源层和所述第二扩散源层进行高温退火处理。
可选地，所述第一扩散源层包括掺杂氧化物层、氮化物层、或碳化物层；或者所述第二扩散源层包括掺杂非晶半导体层；或者所述第一扩散源层的厚度为3至20nm；或者所述第一扩散源层的杂质元素含量低于所述第二扩散源层的杂质元素含量。
可选地，所述第一掺杂区的结深大于所述第二掺杂区的结深；或者所述第一掺杂区的方阻小于所述第二掺杂区的方阻。
可选地，所述第一扩散源层或所述第二扩散源层包括氧元素，所述氧元素的含量为5at％至25at％。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种太阳能电池的制造方法，包括：根据上述第一方面中任一项所述的方法，在衬底中形成第一掺杂区和第二掺杂区；去除第一扩散源层和第二扩散源层；在所述第一掺杂区上形成金属电极。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种太阳能电池，包括：衬底，所述衬底包括第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区和所述第二掺杂区沿平行于所述衬底表面的方向间隔分布，且所述第一掺杂区和所述第二掺杂区位于所述衬底的一侧表面上，所述第一掺杂区的掺杂浓度大于所述第二掺杂区的掺杂浓度；第一金属电极，设置在所述第一掺杂区上，所述第一金属电极在所述衬底表面的投影位于所述第一掺杂区内。
可选地，所述太阳能电池还包括：钝化层，设置在所述第一掺杂区和所述第二掺杂区上，所述第一金属电极穿过所述钝化层与所述第一掺杂区接触。
可选地，所述第一掺杂区的结深大于所述第二掺杂区的结深；或者所述第一掺杂区的方阻小于所述第二掺杂区的方阻。
在本发明实施例的杂质扩散方法、太阳能电池及其制造方法中，通过两层扩散源层，并采用了两次热处理工艺，在衬底中形成了具有不同掺杂浓度的第一掺杂区和第二掺杂区。第一掺杂区对应于待形成太阳能电池的金属电极的区域，具有较高的掺杂浓度，能够降低该区域的方阻，在一定程度上减小与待形成的金属电极之间的接触电阻；第二掺杂区对应于非金属电极区域，具有较低的掺杂浓度，方阻较高，能够降低非发射极区域的复合。不同掺杂浓度的第一掺杂区和第二掺杂区之间可以形成高低结，可以降低电极下方的少数载流子复合，提高了太阳能电池的钝化效果。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了相关技术中的一种具有选择性发射极结构的太阳能电池；
图2示出了本发明实施例的用于太阳能电池的杂质扩散方法的流程图；
图3至图6示出了本发明实施例的用于太阳能电池的杂质扩散方法中对应于各个步骤的结构示意图；
图7示出了掺硼非晶硅层和硼硅玻璃层的光吸收谱线；
图8示出了本发明实施例的太阳能电池的制造方法的流程图；
图9至图11示出了本发明实施例的太阳能电池的制造方法中对应于各个步骤的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
相关技术中提供了一种太阳能电池，如图1所示，该太阳能电池包括衬底1、掺杂区2、氧化铝层3、氮化硅层4和金属电极5，其中衬底1和掺杂区2构成pn结，氧化铝层3起钝化作用，氮化硅层4进一步增强钝化作用并起到减反作用，金属电极5穿过氧化铝层3和氮化硅层4与掺杂区2接触。
然而，这种单一掺杂浓度的难以满足具有选择性发射极的太阳能电池的需要。对于具有选择性发射极结构的太阳能电池而言，需要使金属电极与衬底接触的部位及其附近高掺杂浓度，以降低金属电极与衬底之间的接触电阻，并且需要使金属电极以外的区域低掺杂，以降低扩散层的复合，由此提高太阳能电池的光电转换效率。目前产业上有人提出利用激光来实现选择性掺杂的设想，然而，本发明的发明人通过不断研究后发现，现有的硼硅玻璃作为硼源，在利用激光来实现选择性掺杂的工艺中仍存在若干问题难以解决：1)BSG硼源中硼浓度很低，将其中的硼原子掺杂到硅衬底中的难度较大；2)BSG中硼的固溶度高于硅中硼的固溶度，进一步增加了BSG中硼原子引入硅中的难度；3)由于BSG的主要成分是氧化硅，其高带隙、高透过率的材料特性，导致对激光的吸收利用率很低，或基本不吸收，采用激光进行硼的扩散推进需要很高的功率或很长的照射时间以达到足够的结深和方阻，这很容易对硅片表面绒面结构造成损伤；如果功率过低，则推进时的能量可能不足，激光难以将BSG中的硼扩散进入衬底，会导致金属化重掺区域无法达到浓度要求。
如图2所示，本发明实施例提供了一种用于太阳能电池的杂质扩散方法，该方法尤其适用于具有选择性发射极结构的太阳能电池，可以包括如下步骤。
S110.在衬底上形成第一扩散源层。
如图3所示，在衬底11上形成了第一扩散源层13。在本实施例中，衬底11例如可以包括单晶硅，本领域技术人员应当理解，衬底11也可以为其他单晶半导体材料，例如单晶锗，衬底11还可以为化合物半导体材料，例如SiGe、GaN、InP、InGaAs等等。衬底11可以是本征半导体层，也可以是n型或p型掺杂的半导体层。第一扩散源层13可以包括受主或施主杂质元素，受主杂质元素例如可以是硼等III族元素，施主杂质元素例如可以是磷等V族元素。在一些可选实施方式中，第一扩散源层13例如可以包括掺杂有受主或施主杂质元素的氧化物层、氮化物层、或碳化物层，进一步地，第一扩散源层13可以是掺杂氧化硅层、氮化硅层、或碳化硅层等。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，在上述步骤S110之前，还可以包括：在衬底11上形成介质层12。
如图3所示，介质层12形成在衬底11与第一扩散源层13之间，作为杂质元素的扩散阻挡层，可以有效降低第二掺杂区16的掺杂浓度，提高太阳能电池的钝化效果。可以通过调节介质层12的厚度，对后续形成的掺杂区的方阻和结深进行调节。可以采用各种沉积工艺来形成介质层12，例如可以采用CVD、PECVD、ALD等工艺。介质层12可以采用氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，其厚度例如可以为1至3nm，若介质层12太薄，在后续的热处理过程中可能会被破坏，失去扩散阻挡层的作用，若介质层12太厚，则会严重阻碍杂质元素扩散，造成杂质扩散不足。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，在上述步骤S100之前，还可以包括：
对衬底11进行清洗，例如进行RCA标准清洗；
对衬底11表面进行制绒处理，以增强光吸收能力。
上述清洗和制绒工艺属于常规工艺，可以在半导体清洗设备中进行上述清洗和制绒工艺，在此不再赘述。
S120.在第一扩散源层上形成第二扩散源层。
如图4所示，第二扩散源层14掺杂有与第一扩散源层13相同类型的杂质元素，例如第一扩散源层13和第二扩散源层14均掺杂受主杂质元素，或者第一扩散源层13和第二扩散源层14均掺杂施主杂质元素。在一些可选实施方式中，第二扩散源层14例如可以包括掺杂有受主或施主杂质元素的非晶半导体层。
在一种可选实施方式中，第二扩散源层14为掺杂非晶半导体层，具体地为掺杂非晶硅层。例如可以采用PECVD或LPCVD等工艺，在晶圆表面沉积形成该掺杂非晶硅层，该掺杂非晶硅层可以为n型或p型掺杂，n型或p型杂质可以在形成非晶硅层时，原位掺杂入非晶硅层。
S130.对预定区域的第二扩散源层进行第一热处理。
如图5所示，在对预定区域的第二扩散源层14进行第一热处理之后，该预定区域的第二扩散源层14中的杂质元素扩散至衬底11，以形成掺杂区15a。在本实施例中，该预定区域也即待形成金属电极的区域，掺杂区15a位于该预定区域下方。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，上述步骤S130可以通过对预定区域的第二扩散源层14进行激光照射来实现。由于激光具有良好的方向性，可以准确地对该预定区域的第二扩散源层14进行照射。该激光照射可以在大气环境下进行，也可以在真空环境下进行，由于激光照射具有热效应，诸如红光、红外光、绿光、蓝光、紫光或紫外光等的各种波长的激光对第二扩散源层14进行照射，可以准确地对预定区域的第二扩散源层14进行第一热处理，以使得该预定区域的第二扩散源层14中的杂质元素扩散至衬底11，形成了掺杂区15a。在第二扩散源层14为掺杂有受主或施主杂质元素的非晶硅层的情况下，经激光照射的该预定区域的至少部分非晶硅层重结晶为掺杂多晶硅层。
在采用激光照射来实现第一热处理的情况下，第二扩散源层14优选采用掺杂非晶硅层。常规的杂质扩散方案，例如硼扩散，所采用的扩散源层通常为硼硅玻璃(BSG)层，本发明的发明人通过研究对比发现，掺硼非晶硅层的光吸收能力远大于硼硅玻璃，如图7所示，红色曲线为掺硼非晶硅层的光吸收谱，黑色曲线为硼硅玻璃层的光吸收谱，因此，第二扩散源层14采用掺杂非晶硅层更有利于光吸收，使得激光照射区域的杂质元素更容易扩散至衬底。
S140.对第一扩散源层和第二扩散源层进行第二热处理。
如图6所示，由于对第一扩散源层13和第二扩散源层14进行第二热处理，使得第一扩散源层13和第二扩散源层14中的杂质元素扩散至衬底11。掺杂区15a被再次掺杂，形成了第一掺杂区15，衬底11的掺杂区15a以外的区域也扩散有杂质元素，从而形成了第二掺杂区16。在本实施例中，步骤S130中的第一热处理和步骤S140中的第二热处理用于在衬底11内形成第一掺杂区15和第二掺杂区16，第一掺杂区15与经激光照射的预定区域相对应，第二掺杂区16位于衬底11的第一掺杂区15以外的区域。同时，由于第一掺杂区15经受了两次杂质扩散，因此，第一掺杂区15的掺杂浓度大于第二掺杂区16的掺杂浓度。
此外，由于第一掺杂区15经受了两次杂质扩散，第一掺杂区15的结深大于第二掺杂区16的结深。并且，由于第一掺杂区15的掺杂浓度大于第二掺杂区16的掺杂浓度，第一掺杂区15的方阻小于第二掺杂区16的方阻。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，第二热处理可以为高温退火处理，例如可以使用管式退火炉来执行该高温退火处理，第二热处理温度可以为800℃至1100℃，更优选地为900℃至980℃，从而可以很好的激活第一扩散源层13和第二扩散源层14内的杂质，将杂质向衬底11推进，形成性能良好的pn结。在第二扩散源层14为掺杂有受主或施主杂质元素的非晶硅层的情况下，经过上述第二热处理之后，掺杂非晶硅层重结晶为掺杂多晶硅层。
与图1所示的相关技术相比，本发明实施例的用于太阳能电池的杂质扩散方法形成了两层扩散源层，并采用了两次热处理工艺，在衬底11中形成了具有不同掺杂浓度的第一掺杂区15和第二掺杂区16。第一掺杂区15对应于待形成太阳能电池金属电极的区域，第一掺杂区15具有较高的掺杂浓度，能够降低该区域的方阻，在一定程度上减小与待形成的金属电极之间的接触电阻；第二掺杂区16对应于非金属电极区域，第二掺杂区16具有较低的掺杂浓度，第二掺杂区16的方阻较高，能够降低非发射极区域的复合。不同掺杂浓度的第一掺杂区15和第二掺杂区16之间可以形成高低结，即同种杂质的浓度梯度电场，可以降低金属电极下方的少数载流子复合，提高了太阳能电池的钝化效果。
实施例1：采用n型晶硅衬底，正面制绒，背面抛光，经标准RCA清洗后，利用管式PECVD在衬底正面沉积2nm的氮氧化硅薄膜作为介质层12，10nm的掺硼氧化硅薄膜(氧含量为15at％)作为第一扩散源层13，以及50nm的掺硼非晶硅薄膜作为第二扩散源层14，使用波长532nm的纳秒脉冲激光器(激光功率为20W，扫描速率为10m/s)对预定区域进行照射处理以进行硼的推进，随后进行960℃高温120min退火，以完成杂质扩散。随后，采用KOH溶液去除介质层和扩散源层；刻蚀完成后，对第一掺杂区和第二掺杂区进行ECV和方阻测试，所得到结果如下。
表1.第一掺杂区和第二掺杂区的结深和方阻
方阻(Ω/Sq) 结深(μm)
第一掺杂区 89 1.46
第二掺杂区 205 0.78
由表1可知，第一掺杂区15的结深大于第二掺杂区16的结深，且第一掺杂区15和第二掺杂区16之间形成高低结，从而可以提升后续制造的太阳能电池的转换效率。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，第一扩散源层13的杂质元素含量低于第二扩散源层14的杂质元素含量。由于第一扩散源层13更靠近衬底11，第一扩散源层13的杂质元素更容易扩散到衬底11中，通过设置第一扩散源层13的杂质元素含量低于第二扩散源层14的杂质元素含量，可以有效降低第二掺杂区16的掺杂浓度，提高太阳能电池的钝化效果。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，第一扩散源层13的厚度可以为3至20nm，优选地为5至10nm。第一扩散源层13可以作为衬底11的保护层，当利用激光照射第二扩散源层14，以使得预定区域的第二扩散源层14中的杂质元素扩散至衬底11的过程中，需要足够的功率或足够长的照射时间才能够达到足够的结深和方阻，第一扩散源层13能够避免或减轻第一热处理过程中激光对于衬底表面的绒面结构造成损伤。在还存在介质层12的情况下，介质层12和第一扩散源层13共同作为衬底11的保护层，进一步加强了保护能力。
此外，在第二扩散源层14为掺杂非晶半导体层，例如掺杂非晶硅层的情况下，在进行第二热处理的过程中，非晶半导体层会重结晶为多晶半导体层，例如非晶硅重结晶为多晶硅。第一扩散源层13位于衬底11与第二扩散源层14之间，可以作为衬底11与第二扩散源层14之间的缓冲层，若第一扩散源层13的厚度过薄，无法起到良好的缓冲作用，当非晶半导体层重结晶为多晶半导体层时，会使得衬底11产生层错等晶体缺陷，影响太阳能电池的性能。另外，如上文所述，需要控制第二掺杂区16的掺杂浓度，以提高太阳能电池的钝化效果。第一扩散源层13的厚度越薄，第二扩散源层14中的杂质元素越容易扩散到衬底11中，所形成的掺杂区的结深越深，方阻越小，钝化效果越差；反之，第一扩散源层13的厚度越厚，第二扩散源层14中的杂质元素越难以扩散到衬底11中，所形成的掺杂区的结深越浅，方阻越大，钝化效果越好；若第一扩散源层13的厚度过厚，则会影响到第二扩散源层14中的杂质元素的扩散。因此，通过合理设置第一扩散源层13的厚度，能够起到两方面效果，一方面可以避免热处理过程使得衬底产生晶体缺陷，另一方面可以提高太阳能电池的钝化效果。同样地，在还存在介质层12的情况下，介质层12和第一扩散源层13共同作为衬底11与第二扩散源层14之间的缓冲层，进一步加强了缓冲能力。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，第一扩散源层13或第二扩散源层14可以包括氧元素，氧元素的含量为5at％至25at％，更优选地为10at％至15at％。本发明的发明人通过研究发现，氧元素能够起到两方面作用，一方面可以显著降低非晶半导体层的结晶率，从而可以避免热处理过程中非晶半导体层重结晶而使得衬底产生层错等晶体缺陷；另一方面可以阻挡杂质元素向衬底扩散，有效降低第二掺杂区16的掺杂浓度，提高太阳能电池的钝化效果。若氧元素的含量过低，无法有效抑制非晶半导体层的结晶率，若氧元素的含量过高，杂质元素无法有效扩散，因此本实施方式中，氧元素的含量为5at％至25at％，更优选地为10at％至15at％。
实施例2：n型晶硅衬底，经清洗制绒后，在衬底表面沉积2nm的氮氧化硅薄膜，10nm的掺硼氧化硅薄膜(氧含量为15at％)和50nm的掺硼非晶硅薄膜。使用波长532nm的纳秒脉冲激光器(激光功率为40W，扫描速率为30m/s)处理以进行硼的推进。
对比例1：与实施例2相比，其他条件不变，直接在n型晶硅衬底表面沉积50nm的硼硅玻璃(BSG)薄膜。
实施例3：n型晶硅衬底，经清洗制绒后，在衬底表面沉积2nm的氮氧化硅薄膜，10nm的掺硼氧化硅薄膜(氧含量为15at％)和50nm的掺硼非晶硅薄膜。使用波长532nm的纳秒脉冲激光器(激光功率为20W，扫描速率为10m/s)处理以进行硼的推进。
对比例2：与实施例3相比，其他条件不变，直接在n型晶硅衬底表面沉积50nm的硼硅玻璃(BSG)薄膜。
表2.激光照射区域结深和方阻
方阻(Ω/Sq) 结深(μm)
实施例2 40 0.63
实施例3 89 0.46
对比例1 102 0.28
对比例2 824 0.05
表2比对各实例激光照射区域的结深和方阻，由表2可知，与硼硅玻璃这种高氧元素含量的扩散源层相比，采用低氧元素含量的扩散源层可以进行更有效的杂质扩散，尤其在低激光功率条件下，对比例2中的杂质难以进行扩散，而实施例3中的杂质能够可以获得较好的扩散效果。
实施例4：n型晶硅衬底，经清洗制绒后，在衬底表面沉积2nm的氮氧化硅薄膜，10nm的掺硼氧化硅薄膜(氧含量为5at％)和50nm的掺硼非晶硅薄膜，进行960℃高温120min退火。
实施例5：n型晶硅衬底，经清洗制绒后，在衬底表面沉积2nm的氮氧化硅薄膜，10nm的掺硼氧化硅薄膜(氧含量为15at％)和50nm的掺硼非晶硅薄膜，进行960℃高温120min退火。
实施例6：n型晶硅衬底，经清洗制绒后，在衬底表面沉积2nm的氮氧化硅薄膜，10nm的掺硼氧化硅薄膜(氧含量为25at％)和50nm的掺硼非晶硅薄膜，进行960℃高温120min退火。
对比例3：n型晶硅衬底，经清洗制绒后，在衬底表面沉积50nm的掺硼非晶硅层，进行960℃高温120min退火。
表3.高温退火掺杂区域发射极关键参数
方阻(Ω/Sq) 结深(μm) J0,s(fA/cm2)
实施例4 121 0.82 31
实施例5 205 0.78 15
实施例6 423 0.42 10
对比例3 90 0.86 90
表3比对各实例高温退火掺杂区域的关键参数，由表3可知，实施例4至6的J0,s显著小于对比例3，且实施例4至6的方阻小于对比例3，因此，在衬底与第二扩散源层之间设置的介质层和第一扩散源层可以有效抑制衬底表面的缺陷，并且可以有效抑制高温退火过程中的杂质扩散，显著提高非发射极区域的钝化效果。实施例4至6的掺硼氧化硅薄膜的氧含量逐渐增大，对应的方阻逐渐增大且结深逐渐降低，因此氧含量过高时，杂质难以进行有效扩散；另外，对应于氧含量逐渐增大，J0,s逐渐降低，因此氧含量过低时，无法有效抑制非晶半导体层的结晶率，对缺陷的抑制作用有限，钝化性能不佳。因此，对应于上述实施例4至6，第一扩散源层13或第二扩散源层14的氧元素的含量，尤其是第一扩散源层13的氧元素的含量为5at％至25at％，更优选地为10at％至15at％。
相应地，本发明实施例还提供了一种太阳能电池的制造方法，如图8所示，该方法可以包括如下步骤。
S100.在衬底11上形成介质层12，此步骤为可选步骤，具体内容可以参考上文中的相应描述。
S110.在介质层12上形成第一扩散源层13，当未形成介质层12时，在衬底11上形成第一扩散源层13，具体内容可以参考上文中的相应描述。
S120.在第一扩散源层13上形成第二扩散源层14，具体内容可以参考上文中的相应描述。
S130.对预定区域的第二扩散源层14进行第一热处理，具体内容可以参考上文中的相应描述。
S140.对第一扩散源层13和第二扩散源层14进行第二热处理，具体内容可以参考上文中的相应描述。
S150.去除第一扩散源层13和第二扩散源层14以及介质层12。
在本步骤中，去除介质层12为可选步骤，仅在此前的步骤中形成有介质层12之后适用。例如可以采用KOH等溶液，湿法刻蚀工艺来去除介质层12、第一扩散源层13和第二扩散源层14，湿法刻蚀工艺结束后的半导体器件结构如图9所示。
S160.在第一掺杂区15上形成金属电极17。
在一些可选实施方式中，如图10所示，第一掺杂区15和第二掺杂区16表面还形成有钝化层18，金属电极17穿过钝化层18与第一掺杂区15接触。
在一些可选实施方式中，该太阳能电池的制造方法还可以包括：
在太阳能电池的另一侧形成电极结构19，如图11所示。该电极结构19可以包括顺次叠置的隧穿层19a、掺杂多晶硅层19b和金属电极19c。在衬底11为本征半导体的情况下，该方法还可以包括在衬底的另一侧形成掺杂区。
相应地，本发明实施例还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括衬底11和第一金属电极17。如图10所示，衬底11包括第一掺杂区15和第二掺杂区16，第一掺杂区15和第二掺杂区16沿平行于衬底11表面的方向间隔分布，且第一掺杂区15和第二掺杂区16位于衬底11的一侧表面上，第一掺杂区15的掺杂浓度大于第二掺杂区16的掺杂浓度；第一金属电极17设置在第一掺杂区15上，第一金属电极17在衬底11表面的投影位于第一掺杂区15内。
与图1所示的相关技术相比，本发明实施例的太阳能电池包括具有不同掺杂浓度的第一掺杂区15和第二掺杂区16，第一掺杂区15对应于太阳能电池金属电极的区域，第一掺杂区15具有较高的掺杂浓度，能够降低该区域的方阻，在一定程度上减小与金属电极之间的接触电阻；第二掺杂区16对应于非金属电极区域，第二掺杂区16具有较低的掺杂浓度，第二掺杂区16的方阻较高，能够降低非发射极区域的复合。不同掺杂浓度的第一掺杂区15和第二掺杂区16之间形成高低结，即同种杂质的浓度梯度电场，可以降低电极下方的少数载流子复合，提高了太阳能电池的钝化效果。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图10所示，第一掺杂区15的结深大于第二掺杂区16的结深。并且，由于第一掺杂区15的掺杂浓度大于第二掺杂区16的掺杂浓度，第一掺杂区15的方阻小于第二掺杂区16的方阻。
在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图10所示，该太阳能电池还可以包括钝化层18，设置在第一掺杂区15和第二掺杂区16上，第一金属电极17穿过钝化层18与第一掺杂区接触15。可选地，钝化层18可以为多层结构，在一个具体实施方式中，钝化层18自下而上可以包括氧化铝层和氮化硅层，氮化硅层表面可以形成减反射结构，从而可以在提升钝化效果的同时，减少光的反射，以提升太阳能电池的光电转换效率
在本发明实施例的一些可选实施方式中，如图11所示，该太阳能电池还可以包括第二电极结构19。具体而言，第二电极结构19可以包括顺次叠置的隧穿层19a、掺杂多晶硅层19b和金属电极19c。第二电极结构19也即TOPCon结构。在衬底11为本征半导体的情况下，衬底11的靠近第二电极结构19的表面还设置有掺杂区，以形成pn结。在图11的示例中，该太阳能电池仅第一金属电极17所在的一侧受光，在其他可选实施方式中，太阳能电池的两侧均受光，在此情况下，第二电极结构19也需要制备为选择性电极结构，以提升太阳能电池的光电转换效率。
实施例7：n型晶硅衬底，正面制绒，背面抛光，经标准RCA清洗后，利用管式PECVD在衬底正面沉积2nm的氮氧化硅薄膜，10nm的掺硼氧化硅薄膜(氧含量为15at％)和50nm的掺硼非晶硅薄膜，使用波长532nm的纳秒脉冲激光器(激光功率为20W，扫描速率为10m/s)对发射极区域进行照射处理以进行硼的推进，随后进行960℃高温120min退火，以完成扩散。湿法刻蚀去除扩散源层和介质层，刻蚀完成后，采用氧化铝和氮化硅对表面进行钝化处理，制备金属电极。
对比例4：n型晶硅衬底，正面制绒，背面抛光，经标准RCA清洗后，使用BBr3热扩散法形成硼发射极，在硼源层刻蚀后，采用氧化铝和氮化硅对表面进行钝化处理，制备金属电极。对比例4也即图1所示的太阳能电池。
表4.实施例7和对比例4的关键参数对比
表4比对各实例单面钝化接触的太阳能电池的整体钝化效果(J0,total)、金属电极接触区域的钝化效果(J0,met)和接触电阻率(ρc,met)，从表4可以看出，相较于常规单一掺杂浓度的发射极的太阳能电池，本发明实施例的太阳能电池具有更低的接触电阻率及更佳的表面钝化效果。
实施例8：n型晶硅衬底，正面制绒，背面抛光，经标准RCA清洗后，利用管式PECVD在衬底正面沉积2nm的氮氧化硅薄膜，10nm的掺硼氧化硅薄膜(氧含量为15at％)和50nm的掺硼非晶硅薄膜，使用波长532nm的纳秒脉冲激光器(激光功率为20W，扫描速率为10m/s)对电极区域处理以进行硼的推进，随后进行960℃高温120min退火，形成选择性发射极结构。采用KOH溶液溶液对硼源层进行选择性刻蚀。随后使用110℃硝酸处理10min在硅片背面生长约1.5nm的氧化硅，随后利用管式PECVD在硅片背面沉积60nm的掺磷非晶硅层，进行840℃高温30min退火，形成TOPCon结构；采用氧化铝和氮化硅对正面进行钝化处理。丝网印刷两面电极。
对比例5：n型晶硅衬底，正面制绒，背面抛光，正面由BBr3扩散形成硼发射极。RCA清洗后，随后使用110℃硝酸处理10min在硅片背面生长约1.5nm的氧化硅，随后利用管式PECVD在硅片背面沉积60nm的掺磷非晶硅层，进行840℃高温30min退火，形成TOPCon结构；采用氧化铝和氮化硅对正面进行钝化处理。丝网印刷两面电极。
表5.实施例8和对比例5电池关键参数表
Voc(mV) Jsc(mA/cm2) FF(％) PCE(％)
实施例8 725.0 41.80 84.60 25.64
对比例5 718.0 41.75 83.95 25.16
表5比对各实例背面形成TOPCon结构的太阳能电池的整体效率，表5可证明，本发明实施例的太阳能电池的开路电压(Voc)和填充因子(FF)提升明显，相较于常规不具备选择性发射极的太阳能电池来说，平均效率可提升约0.5％。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于太阳能电池的杂质扩散方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成第一扩散源层，所述第一扩散源层包括受主或施主杂质元素；
在所述第一扩散源层上形成第二扩散源层，所述第二扩散源层掺杂有与所述第一扩散源层相同类型的杂质元素；
对预定区域的所述第二扩散源层进行第一热处理，使得所述预定区域的所述第二扩散源层中的杂质元素扩散至所述衬底；
对所述第一扩散源层和所述第二扩散源层进行第二热处理，使得所述第一扩散源层和所述第二扩散源层中的杂质元素扩散至所述衬底；
其中，所述第一热处理和所述第二热处理用于在所述衬底内形成第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区与所述预定区域相对应，所述第二掺杂区位于所述衬底的所述第一掺杂区以外的区域，所述第一掺杂区的掺杂浓度大于所述第二掺杂区的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在衬底上形成第一扩散源层之前，还包括：
在所述衬底上形成介质层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对预定区域的所述第二扩散源层进行第一热处理，包括：对预定区域的所述第二扩散源层进行激光照射；
所述对所述第一扩散源层和所述第二扩散源层进行第二热处理，包括：对所述第一扩散源层和所述第二扩散源层进行高温退火处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一扩散源层包括掺杂氧化物层、氮化物层、或碳化物层；或者
所述第二扩散源层包括掺杂非晶半导体层；或者
所述第一扩散源层的厚度为3至20nm；或者
所述第一扩散源层的杂质元素含量低于所述第二扩散源层的杂质元素含量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一掺杂区的结深大于所述第二掺杂区的结深；或者
所述第一掺杂区的方阻小于所述第二掺杂区的方阻。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一扩散源层或所述第二扩散源层包括氧元素，所述氧元素的含量为5at％至25at％。
7.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括：
根据权利要求1至6中任一项所述的方法，在衬底中形成第一掺杂区和第二掺杂区；
去除第一扩散源层和第二扩散源层；
在所述第一掺杂区上形成金属电极。
8.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底包括第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区和所述第二掺杂区沿平行于所述衬底表面的方向间隔分布，且所述第一掺杂区和所述第二掺杂区位于所述衬底的一侧表面上，所述第一掺杂区的掺杂浓度大于所述第二掺杂区的掺杂浓度；
第一金属电极，设置在所述第一掺杂区上，所述第一金属电极在所述衬底表面的投影位于所述第一掺杂区内。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，还包括：
钝化层，设置在所述第一掺杂区和所述第二掺杂区上，所述第一金属电极穿过所述钝化层与所述第一掺杂区接触。
10.根据权利要求8或9所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂区的结深大于所述第二掺杂区的结深；或者
所述第一掺杂区的方阻小于所述第二掺杂区的方阻。
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