TW201701491A - 太陽能電池的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種方法，其包含以下步驟：a)提供一半導體基板(1)，該半導體基板(1)包含一第一表面(10)以及一第二反向表面(11)，該基板(1)包含一第一半導體區(100)，該第一半導體區(100)包含硼原子，該第一半導體區(100)預期會接觸一電極(E)，值得注意的係，該方法包括下面步驟：b)於該基板(1)的該第二表面(11)處形成一介電層(2)，該介電層(2)包括磷原子或砷原子，c)進行熱退火，其能夠將磷原子或砷原子從該介電層(2)處一直擴散到該基板(1)的該第二表面(11)而形成一第二半導體區(110)並且於該基板(1)的該第一表面(10)處形成一熱氧化物層(3)，該第二半導體區(110)預期會接觸一電極(E)。
Description
本發明和太陽能電池的製造方法有關。
目前技術中的第一種已知方法包括下面步驟：a0)提供一半導體基板，其係由以n型摻雜的結晶矽為基礎的材料所製成，該基板包括一第一表面以及一第二反向表面，b0)於該基板的該第一表面處植入硼原子，用以形成一第一半導體區，該第一半導體區預期會接觸一電極，c0)於該基板的該第二表面處植入磷原子或砷原子，用以形成一第二半導體區，該第二半導體區預期會接觸一電極，d0)對該基板進行熱退火，其能夠熱活化該些硼原子以及該些磷原子或砷原子。
該基板的該些第一表面以及第二表面可以曝露於一光輻射，用以取得一雙面類型的太陽能電池。
硼原子的熱活化溫度高於磷原子或砷原子的熱活化溫度，大小為150℃。因此，熱退火的溫度會受到硼原子的熱活化溫度的影響。
因為磷原子的退火溫度相較於它們的熱活化溫度為太高，所以，步驟d0)的執行會導致磷原子均勻地擴散於該基板之中。接著，磷原子
會遠離該基板的第二表面，並且用以作為一電極的對應接點區可能會變成沒有操作性。
步驟d0)的執行會導致砷原子從該基板處向外擴散，結果，會降低它們的表面濃度，並且用以作為一電極的對應接點區可能會變成沒有操作性。
為克服上面的缺點，目前技術中的第二種已知方法包括下面的接續步驟：a01)提供一半導體基板，其係由以n型摻雜的結晶矽為基礎的材料所製成，該基板包括一第一表面以及一第二反向表面，b01)於該基板的該第一表面處植入硼原子，用以形成一第一半導體區，該第一半導體區預期會接觸一電極，c01)對該基板進行熱退火，其能夠熱活化該些硼原子，d01)於該基板的該第二表面處值入磷原子或砷原子，用以形成一第二半導體區，該第二半導體區預期會接觸一電極，e01)對該基板進行熱退火，其能夠熱活化該些磷原子或砷原子。
因此，目前技術中的此第二種方法係在不同的步驟期間進行該些熱退火，並且因而可以避免在不適當的時機擴散磷原子於該基板中或者讓砷原子從該基板處向外擴散。
太陽能電池的製造在習知技術中係利用在該基板的該些第一表面與第二表面上分別形成一第一介電層與一第二介電層而鈍化該些表面來實行，該些第一介電層與第二介電層為熱氧化物層。
現在，由於該第二介電層的形成速度大於該第一介電層的形
成速度的關係(因為磷原子或砷原子的表面濃度在習知技術中大於硼原子的表面濃度)，所以，目前技術中的此第二種方法並沒有完全令人滿意。這可能會導致形成太厚的第二介電層，舉例來說，其並無法藉由絲網法(silk-screening)來取得一電氣接點。
本發明的目的在於克服上面所提及的所有或是部分缺點，並且為達此目的，本發明係關於一種太陽能電池的製造方法，其包括下面步驟：a)提供一半導體基板，其係由以n型摻雜的結晶矽為基礎的材料所製成，該基板包括一第一表面以及一第二反向表面，a1)形成一第一半導體區，其預期會接觸一電極，該第一半導體區係藉由於該基板之中植入硼原子而形成，值得注意的係，該方法包括下面步驟：b)於該基板的該第二表面處形成一介電層，該介電層包括磷原子或砷原子，並且該介電層以及該基板會形成一結構，c)對該結構進行熱退火，其能夠：形成一第二半導體區，其預期會接觸一電極，該第二半導體區係藉由將該些磷原子或砷原子從該介電層處一直擴散到該基板的該第二表面而至該基板之中所形成，於該基板的該第一表面處形成一以二氧化矽為基礎的熱氧化物層。
因此，根據本發明的此方法可以因為在步驟c)處形成該熱氧化物層之前在步驟b)處於該基板的該第二表面上形成該介電層而避免於該
基板的該第二表面上形成太厚的熱氧化物類型介電層。
進一步言之，根據本發明的此方法可以降低成本並且縮短操作時間，因為單獨進行步驟c)便可以形成該第二半導體區並且鈍化該基板的第一表面。
「結晶」的意義為矽的多晶形式或單晶形式，因而本發明排除非晶矽。矽的n型摻雜可以改良太陽能電池的效率。
根據一實施例，步驟b)包括一步驟b1)，用以在該介電層上形成一額外的介電層，較佳的係，其係由氫化的氮化矽所製成，並且熱退火會在步驟c)處對包括該額外介電層的結構來進行。
因此，此額外介電層形成一屏障，用以防止磷原子或砷原子朝外面的介質擴散，並且改良該基板的第二表面的鈍化。該額外介電層的優點係不包括任何磷原子或砷原子。
進一步言之，此材料可以達成下面兩個目的：改良該基板的第二表面的鈍化；以及因為一調適厚度的關係而形成一所謂的光學抗反射層。該光學抗反射層可以降低肇因於該光輻射之反射所造成的光學損失，並且因而最佳化由該基板所吸收的光輻射。
根據一實施例，退火係在步驟c)處於氧化環境下進行，而且該退火較佳的係具有落在850℃至950℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值。
因此，此熱預算(thermal budget)可以在該基板的第二表面處擴散磷原子或砷原子。該退火溫度主要會調整磷原子或砷原子的表面濃度，而退火持續時間長度則主要調整該些原子的熱擴散長度。
該氧化環境可以在該基板的第一表面處形成熱氧化物層。
步驟c)係連續性進行；形成該第二半導體區以及形成該熱氧化物層係共同進行。
「熱預算」的意義為選擇退火溫度值以及選擇退火持續時間長度值。
根據一替代執行方式，步驟c)包括下面步驟：c1)進行根據第一熱預算的熱退火，該第一熱預算被調適成用以擴散磷原子或砷原子而形成該第二半導體區，該第一熱預算較佳的係具有落在850℃至950℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值，c2)在氧化環境下進行根據第二熱預算的熱退火，該第二熱預算被調適成用以形成該熱氧化物層，該第二熱預算較佳的係具有落在700℃至800℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值。
因此，形成該第二半導體區以及形成該熱氧化物層係連續性進行並且可以相反順序進行。在步驟c2)之前執行步驟c1)會有好處。
於其中一方面，此第一熱預算可以在該基板的第二表面處擴散磷原子或砷原子。該退火溫度主要會調整磷原子或砷原子的表面濃度，而退火持續時間長度則主要調整該些原子的熱擴散長度。
於另一方面，此第二熱預算可以熱氧化該基板的第一表面，該基板係由一以結晶矽為基礎的材料所製成。
根據一實施例，在步驟b)處所形成的介電層係以氮氧化矽
SiOxNy為基礎，其證實為0x<y，較佳的係，經過氫化。
因此，該氮氧化矽SiOxNy，0x<y，可以鈍化該基板的第二表面，該基板係由一以結晶矽為基礎的材料所製成。當x=0時，該氮氧化矽為氮化矽。氫化的氮氧化矽會特別有利，因為有氫存在，其會改良鈍化的品質。因而並不需要在步驟c)之後蝕刻該介電層並且接著沉積一專屬的鈍化層。換言之，該介電層可以在根據本發明的方法中的步驟c)之後被保留。
優點係，在步驟b)處以及在步驟c)之後的氮氧化矽SiOxNy證實為0x0.05。
優點係，在步驟b)處以及在步驟c)之後的氮氧化矽SiOxNy證實為0.30x0.05。
根據一替代實施例，在步驟b)處所形成的介電層係以碳化矽為基礎。
根據一實施例，在步驟b)處所形成的介電層中的磷原子或砷原子的原子含量落在1%至10%的範圍之中；並且在步驟c)之後的該介電層中的磷原子或砷原子的原子含量落在1%至10%的範圍之中，且較佳的係，落在1%至5%的範圍之中。
當然，在步驟c)之後的該介電層中的磷原子或砷原子的原子含量小於在步驟b)處的原子含量。
因此，當在步驟b)處所形成的介電層係以氮氧化矽SiOxNy，0x<y為基礎時，較佳的係，經過氫化，磷原子或砷原子的此原子含量可以達成下面兩個目的：
形成一第二半導體區並且因而形成一良好品質的電氣接點區，也就是，表面原子濃度大於1020at./cm3，較佳的係，落在3x1020at./cm3至5x1020at./cm3的範圍之中，保持該介電層的良好鈍化品質，太高的磷原子或砷原子含量會影響該些鈍化特性。
根據一實施例，在步驟c)處所進行的熱退火被調適成用以熱活化在步驟a1)處所植入的第一半導體區的硼原子。
因此，可以不需要專屬的熱退火來熱活化先前所植入的硼原子。尤其是當該些硼原子以小劑量(也就是，小於1015at./cm2)並且以落在5keV至15keV的範圍之中的能量被植入於該基板中時的情形。
根據一替代的施行方式，步驟a)包括一步驟a2)，其會根據一熱預算對該基板進行熱退火，該熱預算被調適成用以熱活化該第一半導體區的硼原子；步驟a2)係在步驟b)之前先被執行，在步驟a2)處所進行的熱退火較佳的係具有落在1,000℃至1,100℃的範圍之中的退火溫度值以及大於1分鐘的退火持續時間長度值。
因此，此熱預算可以熱活化該些硼原子。
本發明還關於一種製造太陽能電池的方法，其包括下面步驟：a)提供一半導體基板，其係由以p型摻雜的結晶矽為基礎的材料所製成，該基板包括一第一表面以及一第二反向表面，a1)形成一第一半導體區，其預期會接觸一電極，該第一半導體區係藉由於該基板之中植入磷原子或砷原子而形成，值得注意的係，該方法包括
下面步驟：b)於該基板的該第二表面處形成一介電層，該介電層包括硼原子，並且該介電層以及該基板會形成一結構，c)對該結構進行熱退火，其能夠：形成一第二半導體區，其預期會接觸一電極，該第二半導體區係藉由將該些硼原子從該介電層處一直擴散到該基板的該第二表面而至該基板之中所形成，於該基板的該第一表面處形成一以二氧化矽為基礎的熱氧化物層。
當該基板係由以p型摻雜的結晶矽為基礎的材料所製成時，在高溫處(也就是，高於950℃)的退火會破壞該基板的體積品質(volume quality)並且從而縮短電荷載子的壽命。因此，並不建議先於此基板中實施硼原子的植入，接著在高於950℃的溫度處對其進行熱活化。
因此，因為步驟b)以及因為在步驟c)處所進行之被調適成用以從該介電層處擴散硼原子至該基板的第二表面的退火的關係，根據本發明的此方法可以克服上面提及的缺點。硼原子的擴散可以於落在900℃至950℃的範圍之中的溫度處被實施，並且因而不會改變該基板的體積品質。進一步言之，在步驟c)處所進行的退火可以同步熱活化在步驟a1)處所植入的第一半導體區的磷原子或砷原子，因為磷原子或砷原子的熱活化溫度小於硼原子的擴散溫度。
根據一實施例，該方法包括一步驟b1)，用以在該介電層上形成一額外的介電層，較佳的係，其係由氫化的氮化矽所製成，並且步驟
b1)較佳的係在步驟c)之後才被執行。
因此，此額外介電層會改良該基板的第二表面的鈍化。該額外介電層的優點係不包括任何硼原子。
步驟b1)較佳的係在步驟c)之後才被執行，俾使得該介電層可以在步驟c)處於氧化環境下進行退火時被氧化。該介電層的氧化可以改良該基板的第二表面的鈍化。
進一步言之，此材料可以達成下面兩個目的：改良該基板的第二表面的鈍化；以及因為一調適厚度的關係而形成一所謂的光學抗反射層。該光學抗反射層可以降低肇因於該光輻射之反射所造成的光學損失，並且因而最佳化由該基板所吸收的光輻射。
根據一實施例，該退火係在步驟c)處於氧化環境下進行，而且該退火較佳的係具有落在900℃至950℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值。
因此，此熱預算可以：在該基板的第二表面處擴散硼原子，熱活化在步驟a1)處所植入的該第一半導體區的磷原子或砷原子。
該退火溫度主要會調整硼原子的表面濃度，而退火持續時間長度則主要調整該些原子的熱擴散長度。
進一步言之，該氧化環境可以：在該基板的第一表面處形成熱氧化物層，當步驟b1)在步驟c)之後被執行時氧化該介電層，以便改良鈍化。
步驟c)係連續性進行；形成該第二半導體區以及形成該熱氧
化物層係共同進行。
「熱預算」的意義為選擇退火溫度值以及選擇退火持續時間長度值。
根據一實施例，在步驟b)處所形成的介電層係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0y<x，較佳的係，經過氫化。
因此，該氮氧化矽SiOxNy，0y<x，可以鈍化該基板的第二表面，該基板係由一以結晶矽為基礎的材料所製成。當y=0時，該氮氧化矽為氧化矽。氫化的氮氧化矽會特別有利，因為有氫存在，其會改良鈍化的品質。
優點係，在步驟c)之後的氮氧化矽SiOxNy證實為x0.50，較佳的係，0.50x0.66。
優點係，在步驟b)期間的氮氧化矽SiOxNy證實為x<0.50。
優點係，在步驟b)處以及在步驟c)之後的氮氧化矽SiOxNy證實為0y0.10，較佳的係，0y0.05。
根據一替代實施例，在步驟b)處所形成的介電層係以碳化矽為基礎。
根據一實施例，在步驟b)處所形成的介電層中的硼原子的原子含量落在10%至50%的範圍之中，較佳的係，落在10%至30%的範圍之中；並且在步驟c)之後的該介電層中的硼原子的原子含量落在1%至10%的範圍之中，較佳的係，落在3%至8%的範圍之中。
因此，當在步驟b)處所形成的介電層係以氮氧化矽SiOxNy，0y<x為基礎時，較佳的係，經過氫化，硼原子的此原子含量可以達成下面
兩個目的：形成一第二半導體區並且因而形成一良好品質的電氣接點區，也就是，表面原子濃度大於1019at./cm3，較佳的係，落在1019at./cm3至3x1020at./cm3的範圍之中，保持該介電層的良好鈍化品質，太高的硼原子含量會影響該些鈍化特性。
根據一實施例，該第一半導體區係在步驟a)處被形成於該基板的第一表面處。
因此，所製造的太陽能層具有雙面類型的架構，也就是，該基板的第一表面以及第二表面預期會曝露於一光輻射。該第一半導體區會形成一射極。該第二半導體區則為BSF(背表面場(Back Surface Field))類型，其具有和該基板相同摻雜類型的重度摻雜，以便改良該太陽能電池的效率。
根據一實施例，該第一半導體區係在步驟a)處被形成於該基板的第二表面處，用以形成一第一井部，而在步驟b)處所形成的介電層則被排列成使得藉由在步驟c)處所擴散的原子所形成的第二半導體區會形成一和該第一井部分隔的第二井部。
因此，所製造的太陽能電池會具有交叉背面接點(Interdigited Back Contact，IBC)的單面類型架構。該基板的第一表面預期會曝露於一光輻射。該些第一井部與第二井部預期會各自接觸一電極。該基板的第一表面的優點係包括一具有和該基板相同摻雜類型的重度摻雜半導體區，以便改良該太陽能電池的效率，該半導體區為FSF(前表面場(Front Surface Field))類型。
本發明還關於一種能夠藉由根據本發明的方法來取得的太陽能電池。
因此，此太陽能電池和目前技術的差異為存在一被形成於該基板的第二表面處的介電層，當該基板為n型摻雜時(或者p型摻雜時)，該介電層包括不會一直擴散至該基板的第二表面的硼原子(或者分別為磷原子或砷原子)。沒有擴散的硼原子(或者分別為磷原子或砷原子)的數量仍足以偵測它們存在於該介電層裡面，俾使得此太陽能電池能夠輕易地被逆向工程(reverse engineering)偵測到。
本發明還關於一種太陽能電池，其包括：一基板，其係由以n型摻雜的結晶矽為基礎的半導體材料所製成，該基板包括一第一表面以及一第二反向表面；第一半導體區與第二半導體區，分別延伸在該基板的第一表面底下以及該基板的第二表面底下，該第一半導體區包括硼原子，該第二半導體區包括磷原子或砷原子；一由被形成在該基板的第二表面處的介電材料所形成的第一層，該介電材料係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0x<y，該介電材料包括磷原子或砷原子並且較佳的係包括氫；一以二氧化矽為基礎的熱氧化物層，其被形成在該基板的第一表面處。
該第一半導體區預期會接觸一電極。該第二半導體區預期會接觸一電極。該基板的第一表面或第二表面預期會曝露於一光輻射。
優點係，該氮氧化矽SiOxNy證實為0x0.05。
優點係，該氮氧化矽SiOxNy證實為0.30x0.05。
優點係，該介電層中的磷原子或砷原子的原子含量落在1%至10%的範圍之中；較佳的係，落在1%至5%的範圍之中。
本發明還關於一種太陽能電池，其包括：一基板，其係由以p型摻雜的結晶矽為基礎的半導體材料所製成，該基板包括一第一表面以及一第二反向表面；第一半導體區與第二半導體區，分別延伸在該基板的第一表面底下以及該基板的第二表面底下，該第一半導體區包括磷原子或砷原子，該第二半導體區包括硼原子；一由被形成在該基板的第二表面處的介電材料所形成的第一層，該介電材料係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0y<x，該介電材料包括硼原子並且較佳的係包括氫；一以二氧化矽為基礎的熱氧化物層，其被形成在該基板的第一表面處。
該第一半導體區預期會接觸一電極。該第二半導體區預期會接觸一電極。該基板的第一表面或第二表面預期會曝露於一光輻射。
優點係，該氮氧化矽SiOxNy證實為x0.50，較佳的係，0.50x0.66。
優點係，該氮氧化矽SiOxNy證實為0y0.10，較佳的係，0y0.05。
優點係，該介電層中的硼原子的原子含量落在1%至10%的範圍之中；較佳的係，落在3%至8%的範圍之中。
於一實施例中，該電池包括一由被形成在該第一層上的介電材料所形成的第二層，且較佳的係，被形成在該熱氧化物層上，該第二層
的介電材料係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0x<y，該介電材料較佳的係包括氫。
優點係，該第一層具有落在3nm至100nm的範圍之中的厚度。
1‧‧‧半導體基板
2‧‧‧介電層
3‧‧‧熱氧化物層
4‧‧‧額外的介電層
5‧‧‧介電層
10‧‧‧第一表面
11‧‧‧第二表面
100‧‧‧第一半導體區
110‧‧‧第二半導體區
120‧‧‧半導體區
E‧‧‧電極
現在將配合隨附圖式，在根據本發明的方法的不同實施例的下面非限制性說明中詳細地討論前面以及其它特點與優點，其中：圖1所示的係根據本發明的方法所取得的一第一架構的太陽能電池的簡化剖視圖，圖2所示的係根據本發明的方法所取得的一第二架構的太陽能電池的簡化剖視圖，圖3a至3e所示的係用於製造圖1中所示的太陽能電池之根據本發明的方法的不同步驟的簡化剖視圖，圖4a至4e所示的係用於製造圖1中所示的太陽能電池之根據本發明的方法的不同步驟的簡化剖視圖。
為簡化說明，在該些不同的實施例中，相同的元件符號係用於完全相同的元件或是用於實施相同功能的元件。下文針對不同實施例所述的技術性特徵將會被分開探討或是根據任何技術上可能的組合來探討。
圖3a至3e中所示的方法係一種太陽能電池的製造方法，其包括下面步驟：a)提供一半導體基板1，其係由以n型摻雜的結晶矽為基礎的材料所製
成，基板1包括一第一表面10以及一第二反向表面11，a1)形成一第一半導體區100，其預期會接觸一電極E，第一半導體區100係藉由於基板1之中植入硼原子而形成，步驟a)及a1)顯示在圖3a中，b)於基板1的第二表面11處形成一介電層2，介電層2包括磷原子或砷原子，並且介電層2以及基板1會形成一結構1、2，步驟b)顯示在圖3b中，c)對結構1、2進行熱退火，其能夠：形成一第二半導體區110，其預期會接觸一電極E，第二半導體區110係藉由將該些磷原子或砷原子從介電層2處一直擴散到基板1的第二表面11而至基板1之中所形成，於基板1的第一表面10處形成一以二氧化矽為基礎的熱氧化物層3，步驟c)顯示在圖3c中。
於一非限制性的範例中，基板1的厚度大小為150μm。第一半導體區100係在步驟a)處被形成在基板1的第一表面10處。步驟a1)的優點係藉由一離子束、離子淋浴、或是電漿沉浸所執行的離子植入。離子生成可以從前驅氣體(例如，BF3或是B2H6)處來實施。
在步驟b)處所形成的介電層2的優點係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0x<y，較佳的係經過氫化。當x=0時，該氮氧化矽為氮化矽。該氮氧化矽SiOxNy的優點係在步驟b)處以及在步驟c)之後證實為0x0.05。該氮氧化矽SiOxNy的優點係在步驟b)處以及在步驟c)之後證實為0.30x0.55。在步驟b)處所形成的介電層2之中的磷原子或砷原子的優點係原子含量落在1%至10%的範圍之中。在步驟c)之後的介電層2之中的磷原子或砷原子的優點係原子含量落在1%至10%的範圍之中，且較佳的係，落
在1%至5%的範圍之中。此原子含量可以取得良好品質的電子接點區，也就是，原子表面濃度大於1020at./cm3，較佳的係，超過基板1的前面25奈米會落在3x1020at./cm3至5x1020at./cm3的範圍之中。介電層2的優點係厚度落在10nm至40nm的範圍之中。此厚度可以使得有很少肇因於光輻射反射的光學損失，同時保持良好的鈍化品質。當介電層2係由以氫化的氮化矽為基礎的材料所製成時，步驟b)的優點係在包括矽烷(SiH4)與氨氣(NH3)的反應氣體中由化學氣相沉積(電漿增強化學氣相沉積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD))來執行。當介電層2係由以氫化的氮氧化矽為基礎的材料所製成時，步驟b)的優點係在包括矽烷(SiH4)與氧化亞氮(N2O)的反應氣體中由PECVD來執行。當介電層2包括磷原子時，該些原子的優點係會因注入磷化氫(PH3)和對應的反應氣體而被併入至該氫化的氮化矽或是被併入至該氫化的氮氧化矽。當介電層2包括砷原子時，該些原子的優點係會因注入砷化氫(AsH3)和對應的反應氣體而被併入至該氫化的氮化矽或是被併入至該氫化的氮氧化矽。
根據一變化例，在步驟b)處所形成的介電層2係以碳化矽為基礎。步驟b)的優點係在包括矽烷(SiH4)與甲烷(CH4)的反應氣體中由PECVD來執行。當介電層2包括磷原子時，該些原子的優點係會因注入磷化氫(PH3)和對應的反應氣體而被併入至該碳化矽。當介電層2包括砷原子時，該些原子的優點係會因注入砷化氫(AsH3)和對應的反應氣體而被併入至該碳化矽。
該方法的優點係包括一步驟b1)，用以在介電層2上形成一額外的介電層4，熱退火會在步驟c)處對包括額外介電層4的結構1、2、4
來進行。在步驟b1)處所形成的額外介電層4的優點係由氫化的氮化矽所製成。額外介電層4的優點係厚度大於30nm。額外介電層4的厚度經過調整，用以形成一光學抗反射層。此光學抗反射層可以降低肇因於該光輻射之反射所造成的光學損失，並且因而最佳化由基板1所吸收的光輻射。
根據一實施例，退火係在步驟c)處於氧化環境下進行。該氧化環境可以包括N2氣體與O2氣體的混合物，較佳的係，N2/O2比介於0.2與1之間。此環境被稱為「乾燥」。根據一變化例，該氧化環境可以包括N2氣體與水蒸氣的混合物。此環境被稱為「潮濕」。該氧化環境的優點係由氧氣以及一選擇自氬、氮、或是氬與氮之混合物的中性氣體的混合物所組成。該氧化環境的優點係不包括任何摻雜劑，例如，磷化氫。該退火的優點係具有落在850℃至950℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值。
根據一替代實施例，步驟c)包括下面步驟：c1)進行根據第一熱預算的熱退火，該第一熱預算能夠擴散磷原子或砷原子而形成第二半導體區110，該第一熱預算較佳的係具有落在850℃至950℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值，c2)在氧化環境下進行根據第二熱預算的熱退火。
步驟c2)的優點係在「潮濕的」氧化環境下被執行，俾使得該第二熱預算具有落在700℃至800℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值。相較於「乾燥的」氧化環境，「潮濕的」氧化環境可以實質上降低退火溫度值。
根據一實施例，步驟a1)係被執行俾使得該些硼原子以確實小於1015at./cm2的劑量並且以落在5keV至15keV的範圍之中的能量被植入於基板1中。接著，在步驟c)處所進行的熱退火便能夠熱活化第一半導體區100的硼原子。在步驟c)處所形成的以二氧化矽為基礎的熱氧化物層3的優點係具有落在5nm至20nm的範圍之中的厚度。此厚度可以使得有很少肇因於光輻射反射的光學損失，同時保持良好的鈍化品質。
根據一替代實施例，步驟a1)係被執行俾使得該些硼原子以大於1015at./cm2的劑量，較佳的係，落在1015at./cm2至1016at./cm2的範圍之中，並且以落在5keV至15keV的範圍之中的能量被植入於基板1中。此些植入參數提供一具有良好品質的電氣接點區，也就是，原子表面濃度大於1019at./cm3，較佳的係，落在1019at./cm3至5x1019at./cm3的範圍之中。接著，步驟a)包括一步驟a2)，其會根據一熱預算對基板1進行熱退火，該熱預算被調適成用以熱活化第一半導體區100的硼原子，步驟a2)係在步驟b)之前先被執行。在步驟a2)處所進行的熱退火的優點係具有落在1,000℃至1,100℃的範圍之中的退火溫度值以及大於1分鐘的退火持續時間長度值。步驟a2)的優點係在包括氮並且沒有氧的環境下被執行。步驟a2)的優點係接著為對基板1進行化學清洗步驟。在步驟c)處所形成的以二氧化矽為基礎的熱氧化物層3的優點係具有落在5nm至20nm的範圍之中的厚度。此厚度可以使得有很少肇因於光輻射反射的光學損失，同時保持良好的鈍化品質。
如圖3d中所示，該方法的優點包括一步驟d)，用以在熱氧化物層3上形成一介電層5。在步驟d)處所形成的介電層5較佳的係由一以氮化矽為基礎的材料所製成。在步驟d)處所形成的介電層5的厚度被調整
成用以形成一光學抗反射層。在步驟d)處所形成的介電層5的優點係具有落在50nm至75nm的範圍之中的厚度。此光學抗反射層可以降低肇因於該光輻射之反射所造成的光學損失，並且因而最佳化由基板1所吸收的光輻射。
如圖3e中所示，該方法的優點包括一步驟e)，用以讓該些第一半導體區100以及第二半導體區110中的每一者接觸一電極E。步驟e)包括一金屬化步驟，較佳的係，藉由絲網法來執行。
根據圖2中所示的一實施例，該方法和圖3a至3e中所示模式的差異在於第一半導體區100係在步驟a)處被形成於基板1的第二表面11處，較佳的係，藉由一第一組遮罩來形成，用以形成一第一井部。在步驟b)處所形成的介電層2被排列成，較佳的係，藉由一第二組遮罩來排列，使得藉由在步驟c)處所擴散的磷原子或砷原子所形成的第二半導體區110會形成一和該第一井部分隔的第二井部。該方法的優點係包括一於基板1的第一表面10處形成一半導體區120的步驟。半導體區120包括磷原子或砷原子。半導體區120的優點係藉由磷原子或砷原子的離子植入來形成。該些原子會在步驟c)處被熱活化。該方法的優點係包括一於熱氧化物層3上形成一介電層(圖2中並未顯示)的步驟，該被形成的介電層較佳的係由一以氮化矽為基礎的材料所製成。該被形成的介電層的厚度被調整成用以形成一光學抗反射層。此光學抗反射層可以降低肇因於該光輻射之反射所造成的光學損失，並且因而最佳化由基板1所吸收的光輻射。
本發明還關於一種製造太陽能電池的方法，顯示在圖4a至4e中，該方法包括下面步驟：
a)提供一半導體基板1，其係由以p型摻雜的結晶矽為基礎的材料所製成，基板1包括一第一表面10以及一第二反向表面11，a1)形成一第一半導體區100，其預期會接觸一電極E，第一半導體區100係藉由於基板1之中植入磷原子或砷原子而形成，步驟a)及a1)顯示在圖3a中，b)於基板1的第二表面11處形成一介電層2，介電層2包括硼原子，介電層2以及基板1會形成一結構1、2，步驟b)顯示在圖3b中，c)對結構1、2進行熱退火，其能夠：形成一第二半導體區110，其預期會接觸一電極E，第二半導體區110係藉由將該些硼原子從介電層2處一直擴散到基板1的第二表面11而至基板1之中所形成，於基板1的第一表面10處形成一以二氧化矽為基礎的熱氧化物層3，步驟c)顯示在圖3c中。
於一非限制性的範例中，基板1的厚度大小為150μm。第一半導體區100係在步驟a)處被形成在基板1的第一表面10處。步驟a1)的優點係藉由離子束、離子淋浴、或是電漿沉浸所執行的離子植入。步驟a1)的優點係會被執行而使得該些磷原子或砷原子以落在下面的範圍之中的劑量被植入於基板1中：當基板1的第一表面10被紋理結構成具有角錐形的輪廓時，劑量會落在1015at./cm2至5x1015at./cm2的範圍之中，當基板1的第一表面10為平坦時，並且可能經過研磨時，劑量會落在0.5x1015at./cm2至3x1015at./cm2的範圍之中。
該些磷原子的優點係於步驟a1)處以落在5keV至15keV的範圍之中的能量被植入。該些砷原子的優點係於步驟a1)處以落在15keV至30keV的範圍之中的能量被植入。在步驟b)處所形成的介電層2的優點係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0y<x，較佳的係經過氫化。當y=0時，該氮氧化矽為氧化矽。該氮氧化矽SiOxNy的優點係在步驟c)之後證實為x0.50，較佳的係，0.50x0.66。該氮氧化矽SiOxNy的優點係在步驟b)處以及在步驟c)之後證實為0y0.10，較佳的係，0y0.05。在步驟b)處所形成的介電層2之中的硼原子的優點係原子含量落在10%至50%的範圍之中，較佳的係，落在10%至30%的範圍之中。在步驟c)之後的介電層2之中的硼原子的優點係原子含量落在1%至10%的範圍之中，較佳的係，落在3%至8%的範圍之中。在步驟b)處所形成的介電層2的優點係氮含量大於5%，較佳的係，落在5%至15%的範圍之中。介電層2的優點係厚度落在3nm至100nm的範圍之中，較佳的係，落在20nm至35nm的範圍之中。此厚度可以使得有很少肇因於光輻射反射的光學損失，同時保持良好的鈍化品質。步驟a1)以及b)可以交換進行。當介電層2係由以氫化的氮氧化矽為基礎的材料所製成時，步驟b)的優點係在包括矽烷(SiH4)與氧化亞氮(N2O)的反應氣體中由化學氣相沉積(電漿增強化學氣相沉積(PECVD))來執行。該些硼原子的優點係會因注入乙硼烷(B2H6)和反應氣體而被併入至該氫化的氮氧化矽。
根據一變化例，在步驟b)處所形成的介電層2係以碳化矽為基礎。步驟b)的優點係在包括矽烷(SiH4)與甲烷(CH4)的反應氣體中由PECVD來執行。該些硼原子的優點係會因注入硼烷(B2H6)和該些反應氣體而被併入至該碳化矽。
該方法的優點係包括一步驟b1)，用以在介電層2上形成一額外的介電層4。步驟b1)顯示在圖3c中。步驟b1)的優點係在步驟c)之後被執行，俾使得當退火在步驟c)處於氧化環境下進行時，介電層2可以被氧化。介電層2的氧化可以改良基板1的第二表面11的鈍化。額外介電層4的優點係由氫化的氮化矽所製成。額外介電層4的優點係厚度大於30nm。額外介電層4的厚度經過調整，用以形成一光學抗反射層。此光學抗反射層可以降低肇因於該光輻射之反射所造成的光學損失，並且因而最佳化由基板1所吸收的光輻射。
根據一實施例，退火係在步驟c)處於氧化環境下進行。該氧化環境可以包括N2氣體與O2氣體的混合物，較佳的係，N2/O2比介於0.2與1之間。此環境被稱為「乾燥」。根據一變化例，該氧化環境可以包括N2氣體與水蒸氣的混合物。此環境被稱為「潮濕」。
在步驟c)處所進行的退火的優點係具有落在900℃至950℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值，在乾燥環境下進行。
在步驟c)處所形成的以二氧化矽為基礎的熱氧化物層3的優點係具有小於30nm的非零厚度。此厚度可以使得有很少肇因於光輻射反射的光學損失，同時保持良好的鈍化品質。
如圖4d中所示，該方法的優點包括一步驟d)，用以在熱氧化物層3上形成一介電層5。在步驟d)處所形成的介電層5較佳的係由一以氮化矽為基礎的材料所製成。在步驟d)處所形成的介電層5的厚度被調整成用以形成一光學抗反射層。在步驟d)處所形成的介電層5的優點係具有
落在50nm至75nm的範圍之中的厚度。此光學抗反射層可以降低肇因於該光輻射之反射所造成的光學損失，並且因而最佳化由基板1所吸收的光輻射。
如圖4e中所示，該方法的優點包括一步驟e)，用以讓該些第一半導體區100、第二半導體區110中的每一者接觸一電極E。步驟e)包括一金屬化步驟，較佳的係，藉由絲網法來執行。
根據圖2中所示的一實施例，該方法和圖4a至4e中所示模式的差異在於第一半導體區100係在步驟a)處被形成於基板1的第二表面11處，較佳的係，藉由一第一組遮罩來形成，用以形成一第一井部。在步驟b)處所形成的介電層2被排列成，較佳的係，藉由一第二組遮罩來排列，使得藉由在步驟c)處所擴散的硼原子所形成的第二半導體區110會形成一和該第一井部分隔的第二井部。
該方法的優點係包括一於基板1的第一表面10處形成一半導體區120的步驟。半導體區120包括磷原子或砷原子。
該方法的優點係包括一於熱氧化物層3上形成一介電層(圖2中並未顯示)的步驟，該被形成的介電層較佳的係由一以氮化矽為基礎的材料所製成。該被形成的介電層的厚度被調整成用以形成一光學抗反射層。此光學抗反射層可以降低肇因於該光輻射之反射所造成的光學損失，並且因而最佳化由基板1所吸收的光輻射。
1‧‧‧半導體基板
2‧‧‧介電層
3‧‧‧熱氧化物層
4‧‧‧額外的介電層
5‧‧‧介電層
10‧‧‧第一表面
11‧‧‧第二表面
100‧‧‧第一半導體區
110‧‧‧第二半導體區
E‧‧‧電極
Claims (32)
- 一種製造太陽能電池的方法，其包括下面步驟：a)提供一半導體基板(1)，其係由以n型摻雜的結晶矽為基礎的材料所製成，該基板(1)包括一第一表面(10)以及一反向的第二表面(11)，a1)形成一第一半導體區(100)，其預期會接觸一電極(E)，該第一半導體區(100)係藉由於該基板(1)之中植入硼原子而形成，其中，該方法包括下面步驟：b)於該基板(1)的該第二表面(11)處形成一介電層(2)，該介電層(2)包括磷原子或砷原子，並且該介電層(2)以及該基板(1)會形成一結構(1、2)，c)對該結構(1、2)進行熱退火，其能夠：形成一第二半導體區(110)，其預期會接觸一電極(E)，該第二半導體區(110)係藉由將該些磷原子或砷原子從該介電層(2)處一直擴散到該基板(1)的該第二表面(11)而至該基板(1)之中所形成，於該基板(1)的該第一表面(10)處形成一以二氧化矽為基礎的熱氧化物層(3)。
- 根據申請專利範圍第1項的方法，其中：步驟b)包括一步驟b1)，用以在該介電層(2)上形成一額外的介電層(4)，較佳的係，其係由氫化的氮化矽所製成；並且，熱退火會在步驟c)處對包括該額外介電層(4)的結構(1、2、4)來進行。
- 根據申請專利範圍第1或2項的方法，其中，退火係在步驟c)處於氧化環境下進行，而且該退火較佳的係具有落在850℃至950℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值。
- 根據申請專利範圍第1或2項的方法，其中，步驟c)包括下面步驟：c1)進行根據第一熱預算的熱退火，該第一熱預算被調適成用以擴散磷原子或砷原子而形成該第二半導體區(110)，該第一熱預算較佳的係具有落在850℃至950℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值，c2)在氧化環境下進行根據第二熱預算的熱退火，該第二熱預算被調適成用以形成該熱氧化物層(3)，該第二熱預算較佳的係具有落在700℃至800℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值。
- 根據申請專利範圍第1至4項中任一項的方法，其中，在步驟b)處所形成的介電層(2)係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0x<y，較佳的係，經過氫化。
- 根據申請專利範圍第5項的方法，其中，在步驟b)處以及在步驟c)之後的氮氧化矽SiOxNy證實為0x0.05。
- 根據申請專利範圍第5或6項的方法，其中，在步驟b)處以及在步驟c)之後的氮氧化矽SiOxNy證實為0.30x0.05。
- 根據申請專利範圍第1至4項中任一項的方法，其中，在步驟b)處所形成的介電層(2)係以碳化矽為基礎。
- 根據申請專利範圍第5至7項中任一項的方法，其中，在步驟b)處所形成的介電層(2)中的磷原子或砷原子的原子含量落在1%至10%的範圍之中；並且，在步驟c)之後的該介電層(2)中的磷原子或砷原子的原子含量落在1%至10%的範圍之中，且較佳的係，落在1%至5%的範圍之中。
- 根據申請專利範圍第1至9項中任一項的方法，其中，在步驟c)處所進行的熱退火能夠熱活化在步驟a1)處所植入的第一半導體區(100)的硼原子。
- 根據申請專利範圍第1至9項中任一項的方法，其中，步驟a)包括一步驟a2)，其會根據一熱預算對該基板(1)進行熱退火，該熱預算被調適成用以熱活化該第一半導體區(100)的硼原子；步驟a2)係在步驟b)之前先被執行，在步驟a2)處所進行的熱退火較佳的係具有落在1,000℃至1,100℃的範圍之中的退火溫度值以及大於1分鐘的退火持續時間長度值。
- 一種製造太陽能電池的方法，其包括下面步驟：a)提供一半導體基板(1)，其係由以p型摻雜的結晶矽為基礎的材料所製成，該基板(1)包括一第一表面(10)以及一反向的第二表面(11)，a1)形成一第一半導體區(100)，其預期會接觸一電極(E)，該第一半導體區(100)係藉由於該基板(1)之中植入磷原子或砷原子而形成，其中，該方法包括下面步驟：b)於該基板(1)的該第二表面(11)處形成一介電層(2)，該介電層(2)包括硼原子，並且該介電層(2)以及該基板(1)會形成一結構(1、2)，c)對該結構(1、2)進行熱退火，其能夠：形成一第二半導體區(110)，其預期會接觸一電極(E)，該第二半導體區(110)係藉由將該些硼原子從該介電層(2)處一直擴散到該基板(1)的該第二表面(11)而至該基板(1)之中所形成，於該基板(1)的該第一表面(10)處形成一以二氧化矽為基礎的熱氧化物層(3)。
- 根據申請專利範圍第12項的方法，其中：該方法包括一步驟b1)，用以在該介電層(2)上形成一額外的介電層(4)，較佳的係，其係由氫化的氮化矽所製成；並且，步驟b1)較佳的係在步驟c)之後才被執行。
- 根據申請專利範圍第12或13項的方法，其中：該退火係在步驟c)處於氧化環境下進行；而且該退火較佳的係具有落在900℃至950℃的範圍之中的退火溫度值以及落在5分鐘至1小時的範圍之中的退火持續時間長度值。
- 根據申請專利範圍第12至14項中任一項的方法，其中，在步驟b)處所形成的介電層(2)係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0y<x，較佳的係，經過氫化。
- 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，在步驟c)之後的氮氧化矽SiOxNy證實為x0.50，較佳的係，0.50x0.66。
- 根據申請專利範圍第15或16項的方法，其中，在步驟b)處以及在步驟c)之後的氮氧化矽SiOxNy證實為0y<0.10，較佳的係，0y<0.05。
- 根據申請專利範圍第12至14項中任一項的方法，其中，在步驟b)處所形成的介電層(2)係以碳化矽為基礎。
- 根據申請專利範圍第15至17項中任一項的方法，其中：在步驟b)處所形成的介電層(2)中的硼原子的原子含量落在10%至50%的範圍之中，較佳的係，落在10%至30%的範圍之中；並且在步驟c)之後的該介電層(2)中的硼原子的原子含量落在1%至10%的範圍之中，較佳的係，落在3%至8%的範圍之中。
- 根據申請專利範圍第1至19項中任一項的方法，其中，該第一半導 體區(100)係在步驟a)處被形成在該基板(1)的該第一表面(10)處。
- 根據申請專利範圍第1至20項中任一項的方法，其中：該第一半導體區(100)係在步驟a)處被形成於該基板(1)的該第二表面(11)處，用以形成一第一井部；並且在步驟b)處所形成的該介電層(2)被排列成使得在步驟c)處所形成的該第二半導體區(110)會形成一和該第一井部分隔的第二井部。
- 一種能夠根據申請專利範圍第1至21項中任一項的方法所取得的太陽能電池。
- 一種太陽能電池，其包括：一基板(1)，其係由以n型摻雜的結晶矽為基礎的半導體材料所製成，該基板(1)包括一第一表面(10)以及一第二反向表面(11)；第一半導體區與第二半導體區(100、110)，分別延伸在該基板(1)的第一表面(10)底下以及該基板的第二表面(11)底下，該第一半導體區(100)包括硼原子，該第二半導體區(110)包括磷原子或砷原子；一由被形成在該基板(1)的第二表面(11)處的介電材料所形成的第一層(2)，該介電材料係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0x<y，該介電材料包括磷原子或砷原子並且較佳的係包括氫；一以二氧化矽為基礎的熱氧化物層(3)，其被形成在該基板(1)的該第一表面(10)處。
- 根據申請專利範圍第23項的太陽能電池，其中，該氮氧化矽SiOxNy證實為0x0.05。
- 根據申請專利範圍第23或24項的太陽能電池，其中，該氮氧化矽SiOxNy證實為0.30x0.05。
- 根據申請專利範圍第23至25項中任一項的太陽能電池，其中，該介電層中的磷原子或砷原子的原子含量落在1%至10%的範圍之中；較佳的係，落在1%至5%的範圍之中。
- 一種太陽能電池，其包括：一基板(1)，其係由以p型摻雜的結晶矽為基礎的半導體材料所製成，該基板(1)包括一第一表面(10)以及一反向的第二表面(11)；-第一半導體區與第二半導體區(100、110)，分別延伸在該基板(1)的第一表面(10)底下以及該基板的第二表面(11)底下，該第一半導體區(100)包括磷原子或砷原子，該第二半導體區(110)包括硼原子；一由被形成在該基板(1)的第二表面(11)處的介電材料所形成的第一層(2)，該介電材料係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0y<x，該介電材料包括硼原子並且較佳的係包括氫；一以二氧化矽為基礎的熱氧化物層(3)，其被形成在該基板(1)的該第一表面(10)處。
- 根據申請專利範圍第27項的太陽能電池，其中，該氮氧化矽SiOxNy證實為x0.50，較佳的係，0.50x0.66。
- 根據申請專利範圍第27或28項的太陽能電池，其中，該氮氧化矽SiOxNy證實為0y0.10，較佳的係，0y0.05。
- 根據申請專利範圍第27至29項中任一項的太陽能電池，其中，該介電層中的硼原子的原子含量落在1%至10%的範圍之中；較佳的係，落在3%至8%的範圍之中。
- 根據申請專利範圍第23至30項中任一項的太陽能電池，其中，該 太陽能電池包括一由被形成在該第一層(2)上的介電材料所形成的第二層(4)，且較佳的係，被形成在該熱氧化物層(3)上，該第二層(4)的介電材料係以氮氧化矽SiOxNy為基礎，其證實為0x<y，該介電材料較佳的係包括氫。
- 根據申請專利範圍第23至31項中任一項的太陽能電池，其中，該第一層(2)具有落在3nm至100nm的範圍之中的厚度。
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