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TWI744227B - 無氣泡的多晶矽太陽能電池 - Google Patents

無氣泡的多晶矽太陽能電池 Download PDF

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TWI744227B
TWI744227B TW105108713A TW105108713A TWI744227B TW I744227 B TWI744227 B TW I744227B TW 105108713 A TW105108713 A TW 105108713A TW 105108713 A TW105108713 A TW 105108713A TW I744227 B TWI744227 B TW I744227B
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amorphous
amorphous silicon
forming
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吉爾奧拉夫 布林
納達 哈伯卡
佩林 傑菲努
塞爾吉 費洛諾维奇
泰慶 邱
Original Assignee
美商太陽電子公司
法商道達爾行銷服務公司
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Abstract

本文係揭露一種太陽能電池之製造方法。在一示例中，太陽能電池之製造方法包含在與基板之光接收面相對的基板之背面上形成非晶態介電層。方法也包含藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)在非晶態介電層上形成微晶矽層。方法也包含藉由PECVD在微晶矽層上形成非晶矽層。方法也包含對微晶矽層以及非晶矽層執行退火，以自微晶矽層以及非晶矽層形成同質多晶矽層。方法也包含自同質多晶矽層形成射極區。

Description

無氣泡的多晶矽太陽能電池
相關申請案之交互參照
本申請主張於2015年3月23日提出的美國臨時申請案第62/137,193號的權益，其完整內容作為參考於此引述至本文。
本揭露之實施例關於可再生能源之領域，且特別是關於一種製造太陽能電池之方法及其所製成之太陽能電池。
通常被稱為太陽能電池之光伏打電池，為大眾所熟知用以將太陽能輻射直接轉換成電能的裝置。一般而言，太陽能電池是在半導體晶圓或基板上使用半導體製程技術以形成p-n接面在基板表面附近而製造。衝射(impinging)於基板之表面上並進入基板之太陽輻射產生電子與電洞對於基板之塊材中。電子及電洞對遷移至基板的P型摻雜區及N型摻雜區，藉此在摻雜區之間產生電壓差。摻雜區連接至太陽能電池上的導電區，以自電池導通電流到連接至其的外部電路。
效能為太陽能電池的重要特性，其與太陽能電池生產產能直接相關。同樣地，生產太陽能電池的產能係與此類太陽能電池的成本效益直接相關。因此，普遍期望用於增加太陽能電池效能的技術或用於增加製造太陽能電池之效率的技術。本揭露的部分實施例係藉由提供用於製造太陽能電池結構的新穎製程，而得以增加太陽能電池的製造效率。本揭露的部分實施例係藉由提供新穎的太陽能電池結構，從而增加太陽能電池的效率。
本發明提供一種太陽能電池之製造方法，其包含：在與基板之光接收面相對的基板之背面上形成非晶態介電層；藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)在非晶態介電層上形成微晶矽層；藉由PECVD在微晶矽層上形成非晶矽層；退火微晶矽層以及非晶矽層，以自微晶矽層以及非晶矽層形成同質多晶矽層；以及自同質多晶矽層形成射極區。
本發明提供一種具有差異化的P型以及N型架構之太陽能電池之製造方法，其包含：形成第一微晶矽層在形成於基板之背面上的第一薄介電層上，第一微晶矽層藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)形成；藉由PECVD在第一微晶矽層上形成P型非晶矽層；在P型非晶矽層上形成絕緣層；圖案化絕緣層以及P型非晶矽層，以形成其上具有絕緣帽的複數個P型非晶矽區，複數個P型非晶矽區係以在基板中的複數個溝槽隔開；在複數個P型非晶矽區之暴露側上以及在複數個溝槽內形成第二薄介電層；藉由PECVD在第二薄介電層上形成第二微晶矽層；藉由PECVD在 第二微晶矽上形成N型非晶矽層；退火第一微晶矽層以及複數個P型非晶矽區，以形成複數個P型同質多晶矽區，並退火第二微晶矽層以及N型非晶矽層，以形成N型同質多晶矽層；以及形成複數個導電接觸部至複數個P型同質多晶矽區以及N型同質多晶矽層。
本發明提供一種太陽能電池之交替N型及P型射極區之製造方法，其包含：在與基板之光接收面相對的基板之背面上形成非晶態介電層；藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)在非晶態介電層上形成微晶矽層；藉由PECVD在微晶矽層上形成非晶矽層；利用P型摻質摻雜非晶矽層之複數個第一區域，以及利用N型摻質摻雜非晶態多晶矽層之複數個第二區域；退火微晶矽層以及非晶矽層，以自微晶矽層以及非晶矽層形成同質多晶矽層，同質多晶矽層係具有摻有P型摻質的複數個第一區域以及具有摻有N型摻質的複數個第二區域；以及形成複數個導電接觸部至同質多晶矽層之複數個第一區域以及同質多晶矽層之複數個第二區域。
本發明係提供一種由上述方法製造之太陽能電池。
100、302、402、602、700、802、852:基板
102:非晶態介電層
104:微晶矽層
106:非晶矽層
108:矽堆疊
110:多晶矽層
200、500:流程圖
202、204、206、208、210、502、504、506、508、510、512、514:操作
300、400:太陽能電池
304、404、601、701:光接收面
306、406:背面
308、408:第一多晶矽射極區
310、410、604:第一薄介電層
312、412:第二多晶矽射極區
314、414、618:第二薄介電層
316、416、622:第三薄介電層
318、418:第一導電接觸結構
320、420:第二導電接觸結構
322、422、608、724:絕緣層
332、432、324、424:多晶矽層
326、426:切割線
328、614:凹陷
330、430:第四薄介電層
334:抗反射塗層
606:第一矽層
610:第一矽區域
612:絕緣帽
616:表面
620:第二矽層
622'、620'、702:薄介電層
624:第二矽區域
625:矽的不連續區域
626、726:接觸開口
628:金屬晶種層
630:金屬層
632、634、728:導電接觸部
716:溝槽
718:紋理特徵
720:N型摻雜多晶矽區域
722:P型摻雜多晶矽區域
800、850:處理方案
804、854:光罩
806、856:沉積化學性
第1A圖及第1B圖係繪示根據本揭露之實施例之太陽能電池製程中的各個階段之剖面圖。
第2圖係為根據本揭露之實施例之對應於第1A圖及第1B圖條列太陽能電池之製造方法之操作的流程圖。
第3圖係繪示根據本揭露之實施例之反向接觸式太陽能電池之局部剖面圖。
第4圖係繪示根據本揭露之另一實施例之反向接觸式太陽能電池之局部剖面圖。
第5圖係為根據本揭露之實施例列出作為對應第6A圖至第6F圖之太陽能電池之製造方法中的操作之流程圖。
第6A圖至第6F圖係繪示根據本揭露之實施例之太陽能電池製程中的各個階段之剖面圖。
第7A圖至第7C圖係繪示根據本揭露之實施例之使用無起泡多晶矽層沉積製程之太陽能電池之製造方法之各個處理操作之剖面圖。
第8圖係示意性繪示沉積製程之剖面圖；相較於第8圖之(b)之其他方法受到光罩圖案散布的困擾，根據本揭露之實施例的第8圖之(a)限制了光罩圖案散布。
以下詳細描述在本質上僅為說明性且不意於限制本申請標的或本申請之實施例或此種實施例之使用。如文中所使用的，詞彙「例示性」意味著「作為一個範例、例子或說明」。任何文中所述為例示性之實施例不必然被詮釋為對其他實施例而言是較佳的或具優勢的。此外，不意圖受呈現於技術領域(technical field)、先前技術(background)、發明內容(brief summary)或下列實施方式(detailed description)中任何表達或隱喻之理論所限制。
本說明書包含參照「一個實施例(one embodiment)」或「一實施例(an embodiment)」。短語「在一個實施例中(in one embodiment)」或「在實施例中(in an embodiment)」之出現不必然指稱相同實施例。特定特徵、結構或特性可以與本揭露相符的任何適合方式結合。
詞彙：下面段落提供用於在本揭露(包含所附申請專利範圍)中可發現之詞彙之定義及/或語境：「包含(comprising)」：此詞彙為開放式的。當使用於所附申請專利範圍中時，此詞彙不排除其他特徵或步驟。
「配置以(configured to)」：各種單元或部件可被描述或主張為「配置為(configured to)」執行一或多件任務。在此種內文中，「配置為(configured to)」用於藉由指出單元/部件包含在操作期間執行那些一或多件任務之結構而暗示結構。如此一來，即使是在特定單元/部件目前不為操作狀態(例如，不啟動/活動)時，單元/部件還是可稱為配置為執行任務。
「第一(first)」、「第二(second)」等：當使用於文中時，此類詞彙用作為其所前綴之名詞的標記，且不暗示任何種類的順序(例如，空間、時間、邏輯等)。舉例來說，參照為「第一」之太陽能電池並不必然意味該太陽能電池於順序上為第一個太陽能電池；而是此詞彙「第一」係用於區分該太陽能電池與另一個太陽能電池(例如，「第二」太陽能電池)。
「耦合(coupled)」：下列描述指稱元件或節點或特徵「耦合」在一起。當使用於文中時，除非明白地另有敘述，「耦合」意味著 一個元件/節點/特徵直接地或間接地結合(或直接地或間接地連通)於另一個元件/節點/特徵，且不必然為機械式地。
此外，某些用語還可僅為了參考的目的而用於以下描述中，且因此不意圖為限制。舉例來說，例如「上方的(upper)」、「下方的(lower)」、「在上(above)」以及「在下(below)」的詞彙指稱所參照之圖式中的方向。例如「前(front)」、「後(back)、「後方(rear)」、「側邊(side)」、「外側的(outboard)」以及「內側的(inboard)」之詞彙藉由參照以下討論描述組件之內文及相關圖式，描述於參照臻至明確的一致但任意框架中的組件部分的方向及/或位置。此類用語可包含於上方具體提到的字眼、其衍生字及類似意味的字眼。
「抑制(inhibit)」：如本文所用，抑制係使用以描述減少或最小化效果。當組件或特徵被描述為抑制一個動作、移動、或條件，其可完全阻止結果或結局，或完全地未來狀態。另外，「抑制」亦可指可另外發生的結果、性能及/或效果的減少或減輕。據此，當組件、元件、或特徵被稱為抑制結果或狀態時，其不需要完全防止或消除結果或狀態。
本文係揭露一種製造太陽能電池之方法以及其製成之太陽能電池。在以下描述中，描述數種例如特定製程流程的操作之特定細節，以提供本揭露之實施例之徹底了解。對所屬技術領域中具有通常知識者而言將顯而易見的是，本揭露之實施例可不需要這些特定細節地實行。在其他例子中，不詳述像是微影及圖案化技術之眾所周知之製造技術，以避免不必要地模糊本揭露之實施例。此外，將被理解的是圖中所示的各種實施例係為例示性表示而不需按比例繪製。
本文係描述一種太陽能電池之製造方法。在一實施例中，一種太陽能電池之製造方法包含形成非晶態介電層於與基板之光接收面相對的基板之背面上。方法也包含藉由電漿增強型化學氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)在非晶態介電層上形成微晶矽層。方法也包含藉由PECVD在微晶矽層上形成非晶矽層。方法也包含對微晶矽層以及非晶矽層執行退火，以自微晶矽層以及非晶矽層形成同質(homogeneous)多晶矽層。方法亦包含自同質多晶矽層形成射極區。
在另一實施例中，一種具有差異化的P型以及N型架構之太陽能電池之製造方法，其包含在形成於基板之背面上的第一薄介電層上形成第一微晶矽層，第一微晶矽層藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)所形成。方法也包含藉由PECVD在第一微晶矽層上形成P型非晶矽層。方法也包含在P型非晶矽層上形成絕緣層。方法也包含圖案化絕緣層以及P型非晶矽層以形成其上具有絕緣帽的P型非晶矽區，且具溝槽在基板中來區隔複數個P型非晶矽區。方法也包含在P型非晶矽區的暴露側上以及溝槽中形成第二薄介電層。方法也包含藉由PECVD在第二薄介電層上形成第二微晶矽層。方法也包含藉由PECVD在第二微晶矽層上形成N型非晶矽層。方法也包含對第一微晶矽層以及P型非晶矽區執行退火以形成P型同質多晶矽區，並對第二微晶矽層以及N型非晶矽層執行退火以形成N型同質多晶矽層。方法也包含形成導電接觸部至P型同質多晶矽區以及N型同質多晶矽層。
在另一實施例中，一種太陽能電池之交替的N型及P型射極區之製造方法包含形成非晶態介電層於與基板之光接收面相對的基板之背面上。方法也包含藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)在非晶態介電層上形成微晶矽層。方法也包含藉由PECVD在微晶矽層上形成非晶矽層。方法也包含在非晶矽層之第一區域摻雜P型摻質，並在非晶矽層之第二區域摻雜N型摻質。方法也包含對微晶矽層以及非晶矽層執行退火，以自微晶矽層以及非晶矽層形成同質多晶矽層，此同質多晶矽層係具有摻雜P型摻質的第一區域以及具有摻雜N型摻質的第二區域。方法也包含形成導電接觸部至同質多晶矽區之第一區域及同質多晶矽層之第二區域。
根據本文所述之一或多個實施例係揭露一種形成無起泡(blister-free)多晶矽層之方法。本發明針對無起泡多晶矽層，其包含但不限於具有差異化的射極區結構(也稱為混合架構)的太陽能電池，以及具有形成於薄介電層上的無差異化的(non-differentiated)射極區結構的反向接觸式太陽能電池。
為了提供基本概念，雖然之前已描述用於此類裝置的多晶矽層可藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)或低壓化學氣相沉積法(LPCVD)形成，但有關於PECVD矽膜的問題尚未解決，例如薄膜脫層(delamination)或薄膜起泡(blistering)。本文所述的多個實施例解決此類起泡問題，且可適用於差異化及無差異化的電池架構之一或二者。
為了提供更詳細的內容，先前太陽能電池之射極區製程中的形成多晶矽層的方法包含非晶矽層的形成，例如藉由LPCVD在穿隧 (tunnel)氧化層上沉積。摻質源係接著形成於非晶態層上。隨後，執行高溫退火(例如，攝氏溫度950度)。高溫退火製程(high temperature anneal process)可執行兩個用途：(1)將非晶態層結晶化成多晶層以及(2)將摻質從摻質源擴散至多晶矽層內，以在高溫退火期間形成P型區以及N型區。一種降低形成射極區的成本的方法包含藉由PECVD以沉積非晶矽層。然而，關鍵挑戰係在於下述執行高溫退火時產生層的起泡。
為解決一或多個上述問題，本文所述之實施例係提供一種方法，其係藉由PECVD取得無起泡層(blister free layer)。在此實施例中，一種方法包含首先沉積微晶矽(μc-Si)緩衝層，隨後沉積非晶矽(a-Si)層。微晶矽層以及非晶矽層接著被退火以提供多晶矽層。藉由比對習知方法，本文所述之實施例可提供例如但不限於，(1)不需降低a-Si沉積率以限制起泡、維持高生產量，(2)不需改變熱退火操作，例如應用於控制H2釋氣(例如，進氣道(ramp)、溫度的控制)的後沉積熱製程，以及(3)相較於目前最先進的方法，沉積較厚的層時可具較低起泡風險之優點。
本文所述之實施例可允許形成簡化射極區的新架構的開發。一或多個實施例包含在同一PECVD製程中，沉積μc-Si層作為緩衝層且隨後沉積非晶矽層，以避免起泡。此實施例能在沉積層以及基板之間達到最佳化結合，從而防止起泡。在實施例中，至基板與非晶矽層之間摻入的PECVD μc-Si緩衝層係用以防止或限制在a-Si沉積及/或熱製程處理後形成起泡。PECVD緩衝層係在類似μc-Si的條件下進行沉積，例如使用高H2/SiH4比。在具體實施例中，PECVD μc-Si緩衝層係由具有10%以上(例如，較佳為50%以上)的結晶分率(crystalline fraction)的多 晶矽組成。PECVD μc-Si緩衝層可具有介於約2奈米(nanometer)及50奈米之間的厚度，但實施例不以此為限。在實施例中，在其上沉積有PECVD μc-Si緩衝層的基板表面係非晶態(例如，薄a-Si、SiO2、AlOx、SiNx)，較佳為在結晶矽上的SiO2。依據本發明，PECVD μc-Si緩衝層係為本質層，或是為P型或N型摻雜層。
無起泡多晶矽沉積製程之一般例子包含在沉積a-Si層之前，執行薄微晶矽(μc-Si)層的沉積以防止起泡效應，即使在高溫下進行退火後。第1A圖以及第1B圖係繪示根據本揭露之實施例之太陽能電池製程中的各個階段之剖面圖。第2圖係為根據本揭露之實施例之列出對應於第1A圖及第1B圖之太陽能電池之製造方法之操作的流程圖200。
請參照第1A圖並將其對應於流程圖200之操作202，太陽能電池之製造方法包含形成非晶態介電層102於與基板之光接收面相對的基板100之背面上。在實施例中，基板100係為單晶基板，例如單晶矽基板，並且形成非晶態介電層102的步驟包含氧化基板100之背面。
請再次參照第1A圖並將其對應於流程圖200之操作204，太陽能電池之製造方法也包含藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)在非晶態介電層102上形成微晶矽層104。
在實施例中，形成微晶矽層104的步驟包含藉由PECVD以每分鐘約10奈米至40奈米之範圍的沉積率沉積微晶矽。在實施例中，微晶矽層104形成為介於約2奈米至50奈米之範圍的厚度。
請再次參照第1A圖並將其對應於流程圖200之操作206，太陽能電池之製造方法也包含藉由PECVD在微晶矽層104上形成非晶矽層106。非晶矽層106以及微晶矽層104係形成矽堆疊108。
在實施例中，藉由PECVD形成微晶矽層104以及非晶矽層106的步驟包含在PECVD腔室之單一路徑中形成微晶矽層104以及非晶矽層106。在實施例中，形成非晶矽層106包含藉由PECVD以每分鐘約50奈米至400奈米的範圍的沉積率沉積非晶矽。在實施例中，形成非晶矽層106的步驟包含在藉由PECVD形成非晶矽層106的期間中，分別透過流入膦(phosphine)或二硼烷(diborane)形成N型非晶矽層或P型非晶矽層。在實施例中，非晶矽層106形成為介於約50奈米至400奈米範圍的厚度。在實施例中，非晶矽層106是在低於攝氏約350度的沉積溫度下藉由PECVD沉積非晶矽而形成。
請參照第1B圖並將其對應於流程圖200之操作208，太陽能電池之製造方法也包含對微晶矽層104以及非晶矽層106執行退火(即，退火矽堆疊108)，以自微晶矽層104以及非晶矽層106形成同質多晶矽層110。
在實施例中，對微晶矽層104以及非晶矽層106執行退火的步驟包含在攝氏約400度以上溫度持續時間約10分鐘進行加熱。在實施例中，對微晶矽層104以及非晶矽層106執行退火以形成同質多晶矽層110的步驟包含形成無起泡的同質多晶矽層。
請參照流程圖200之操作210，在實施例中，太陽能電池之製造方法也包含自同質多晶矽層110形成射極區。下文將描述例示性的射極區架構。
在本發明形成無起泡多晶矽層之第一示例中，第3圖係繪示根據本揭露之實施例之反向接觸式太陽能電池300之局部剖面圖。太陽能電池300包含具有光接收面304以及背面306的基板302。第一導電類型之第一多晶矽射極區308係設置於第一薄介電層310上，其設置於基板302之背面306上。不同的第二導電類型之第二多晶矽射極區312係設置於第二薄介電層314上，其設置於基板302之背面306上。第三薄介電層316係直接側向設置於第一多晶矽射極區308以及第二多晶矽射極區312之間。第一導電接觸結構318係設置於第一多晶矽射極區308上。第二導電接觸結構320係設置於第二多晶矽射極區312上。在實施例中，第一多晶矽射極區308或第二多晶矽射極區312或其兩者的多晶矽材料係使用無起泡多晶矽層沉積製程製造，如根據第1A圖、第1B圖及第2圖中所述。
請再次參照第3圖，在實施例中，太陽能電池300更包含設置於第一多晶矽射極區308上的絕緣層322。第一導電接觸結構318係設置貫穿絕緣層322。此外，第二多晶矽射極區312之一部份係重疊絕緣層322，但與第一導電接觸結構318分隔。在實施例中，如第3圖所示，第二導電類型之額外的多晶矽層324係設置於絕緣層322上，且第一導電接觸結構318係設置貫穿第二導電類型之多晶矽層324以及貫穿絕緣層322。如下文更詳細的說明，在此實施例中，額外的多晶矽層324以及第 二多晶矽射極區312係自毯覆式沉積(blanket deposited)並接著進行切割(scribed)以在其中提供切割線326的同一層所形成。
請再次參照第3圖，在實施例中，太陽能電池300更包含設置於基板302之背面306中的凹陷328。第二多晶矽射極區312以及第二薄介電層314係設置於凹陷328。如第3圖所示，在此實施例中，凹陷328係具有紋理表面，而第二多晶矽射極區312以及第二薄介電層314係與紋理表面共形(conformal)。接著如第3圖所示，在實施例中，第一多晶矽射極區308以及第一薄介電層310係設置於基板302之背面306之平坦部分上，而第二多晶矽射極區312以及第二薄介電層314係設置於基板之背面306之紋理部分上。然而，應當理解的是，其他實施例可連同不包含紋理表面或可不包含凹陷328。
請再次參照第3圖，在實施例中，太陽能電池300更包含設置於基板302之光接收面304上的第四薄介電層330。第二導電類型之多晶矽層332係設置於第四薄介電層330上。抗反射塗(anti-reflective coating,ARC)層334，例如氮化矽層，係設置於多晶矽層332上。如下更詳細的描述，在此實施例中，第四薄介電層330實質上係利用相同於用以形成第二薄介電層314的製程形成，而多晶矽層332實質上係利用相同於用以形成第二多晶矽射極區312的製程形成。
在實施例中，第一多晶矽射極區308係為P型多晶矽射極區。第二多晶矽射極區312係為N型多晶矽射極區。基板係為N型單晶矽基板。在實施例中，第一薄介電層310、第二薄介電層314以及第三薄介電層316包含二氧化矽。然而，在另一實施例中，第一薄介電層310以及 第二薄介電層314包含二氧化矽，同時第三薄介電層316包含氮化矽。在實施例中，絕緣層322包含二氧化矽。
在實施例中，第一導電接觸結構318以及第二導電接觸結構320皆包含鋁系金屬晶種層(aluminum-based metal seed layer)，其分別設置於第一多晶矽射極區308以及第二多晶矽射極區312上。在一實施例中，第一導電接觸結構318以及第二導電接觸結構320之每一個更包含設置於鋁系金屬晶種層的金屬層，例如銅層。
在本發明形成無起泡多晶矽層之第二示例中，第4圖係繪示根據本揭露之另一實施例之反向接觸式太陽能電池400之局部剖面圖。太陽能電池400包含具有光接收面404以及背面406之基板402。第一導電類型之第一多晶矽射極區408係設置於第一薄介電層410上，其設置於基板402之背面406上。不同的第二導電類型之第二多晶矽射極區412係設置於第二薄介電層414上，其設置於基板402之背面406上。第三薄介電層416係直接側向設置於第一多晶矽射極區408以及第二多晶矽射極區412之間。第一導電接觸結構418係設置於第一多晶矽射極區408上。第二導電接觸結構420係設置於第二多晶矽射極區412上。在實施例中，第一多晶矽射極區408、第二多晶矽射極區412或兩者的多晶矽材料係使用例如根據第1A圖、第1B圖及第2圖所述的無起泡多晶矽層沉積製程來製造。
根據本揭露之實施例，第一導電接觸結構418以及第二導電接觸結構420皆包含金屬矽化層，其分別設置於第一多晶矽射極區408以及第二多晶矽射極區412上。在此實施例中，金屬矽化層係藉由在矽化製程中耗損第一多晶矽射極區408以及第二多晶矽射極區412之暴露區而 形成。因此，如第4圖所示，第一多晶矽射極區408以及第二多晶矽射極區412之所有暴露的頂面以及任何其他暴露的矽表面被金屬化。在實施例中，第一導電接觸結構418以及第二導電接觸結構420皆更包含設置於金屬矽化層上的金屬層(例如，銅)。在具體實施例中，金屬矽化層包含例如但不限於矽化鈦(TiSi2)、矽化鈷(CoSi2)、矽化鎢(WSi2)或矽化鎳(NiSi或NiSi2)的材料。
再次參照第4圖，在實施例中，太陽能電池400更包含設置於第一多晶矽射極區408上的絕緣層422。第一導電接觸結構418係設置貫穿絕緣層422。此外，第二多晶矽射極區412的一部份係重疊絕緣層422，但與第一導電接觸結構418分隔。如第4圖中所示，在實施例中，第二導電類型之額外的多晶矽層424係設置於絕緣層422上，且第一導電接觸結構418係設置貫穿第二導電類型之多晶矽層424以及貫穿絕緣層422。然而，相較於第3圖，多晶矽層424之整體頂面被金屬化。如下文更詳細的描述，在此實施例中，額外的多晶矽層424以及第二多晶矽射極區412係自毯覆式沉積並接著執行切割以提供切割線426於其中之同一層形成。
請再次參照第4圖，在實施例中，基板402之背面406實質上整體為平面。然而，如根據第3圖所示，在另一實施例中，第二多晶矽射極區412以及第二薄介電層414係設置於凹陷內。在此實施例中，凹陷係具有紋理(texturized)表面，且第二多晶矽射極區412以及第二薄介電層414係與紋理表面共形。
請參照第4圖，在實施例中，太陽能電池400更包含設置於基板402之光接收面404上的第四薄介電層430。第二導電類型之多晶矽層432係設置於第四薄介電層432上。雖然未圖示，在實施例中，抗反射塗(ARC)層，例如氮化矽層，係設置於多晶矽層432上。如下更詳細所述，在此實施例中，第四薄介電層432實質上係藉由相同於用以形成第二薄介電層414的製程形成，而多晶矽層430實質上係藉由相同於用以形成第二多晶矽射極區412的製程形成。
在實施例中，基板402、第一多晶矽射極區408、第二多晶矽射極區412以及各種介電層係相似於或實質上相同於上述根據第3圖所示之基板302、第一多晶矽射極區308、第二多晶矽射極區312以及各種介電層。
再者，本文揭露一種太陽能電池之製造方法。在例示性的製程流程中，第6A圖至第6F圖係繪示根據本揭露之實施例之太陽能電池製程中的各個階段之剖面圖。第5圖係為根據本揭露之實施例列出作為對應第6A圖至第6F圖之太陽能電池之製造方法中的操作之流程圖500。
請參照第6A圖並將其對應於流程圖500之操作502，太陽能電池的交替的N型及P型射極區之製造方法包含形成第一導電類型之第一矽層606於形成在第一薄介電層604上，其形成於基板602之背面上。
在實施例中，基板602係為單晶矽基板，例如單晶N型摻雜矽基板之塊材。然而，應當理解的是，基板602可設置於太陽能電池基板整體上的層，例如多晶矽層。在實施例中，第一薄介電層604係為薄氧化層，例如具約2奈米或2奈米以下的厚度之穿隧介電氧化矽層。
在實施例中，第一矽層606係為透過原位摻雜(in-situ doping)、後沉積佈植(post deposition implanting)或其組合摻雜成具有第一導電類型之多晶矽層。在實施例中，第一矽層606係使用根據第1A圖、第1B圖及第2圖中所述之無起泡多晶矽層沉積製程製造。在具體實施例中，第二導電類型係為P型(例如，使用硼雜質原子形成)。
請再次參照第6A圖並將其對應於流程圖500之操作504，絕緣層608形成於第一矽層606上。在實施例中，絕緣層608包含二氧化矽。
請參照第6B圖並將其對應於流程圖500之操作506，圖案化絕緣層608以及第一矽層606，以形成其上具有絕緣帽612的第一導電類型之第一矽區域610。在實施例中，使用平版(lithographic)或網版印刷光罩以及隨後的蝕刻製程，以圖樣化絕緣層608以及第一矽層606。在另一實施例中，使用雷射剝離製程(laser ablation process)(例如，直接寫入法)，以圖樣化絕緣層608以及第一矽層606。在任一情況下，在實施例中，如第6B圖示，第一薄介電層604也在該製程中被圖案化。
請參照第6C圖，在圖案化絕緣層608以及第一矽層606的期間(或隨後)，凹陷614可選擇性地形成於基板602上。此外，在實施例中，凹陷614之表面616係被紋理化。如第6C圖所示，在相同或相似的製程中，基板602之光接收面601也可被紋理化。在實施例中，氫氧化物系濕式蝕刻液(hydroxide-based wet etchant)係用以形成凹陷614之至少一部份，及/或用以紋理化基板602之暴露部分。紋理表面可具有規則的或不規則的一表面，其用於散射入射光、減少太陽能電池之光接收面及/或暴 露表面所反射離開的光量。然而，應當理解的是，製程流程可省略紋理化背面的步驟、甚至是省略形成凹陷的步驟。
請參照第6D圖以及與其對應的流程圖500之操作508，第二薄介電層618形成於第一矽區域610之暴露側。在實施例中，第二薄介電層618係以氧化製程形成，並且第二薄介電層618係為例如具有約2奈米或2奈米以下的厚度的穿隧介電氧化矽層之薄氧化層。在另一實施例中，第二薄介電層618係以沉積製程形成，並且第二薄介電層618係為薄氮化矽層或氧氮化矽層。如下更詳細的描述，在一實施例中，介電層(例如第一薄介電層604、第二薄介電層618)係為由氧化矽基板所形成的非晶態介電層。
請再次參照第6D圖並將其對應於流程圖500之操作510，不同的第二導電類型之第二矽層620係形成在形成於基板602之背面上的第三薄介電層622上，並形成在第一矽區域610之第二薄介電層618以及絕緣帽612上。第二導電類型之對應的薄介電層622’以及第二矽層620’也可形成於基板602之光接收面601上，其製程操作相同或相似於第6D圖中所述。此外，雖然未圖示，但ARC層可根據第3圖所述形成於對應的第二矽層620’上。
在實施例中，第三薄介電層622係在氧化製程中所形成且為例如具有為約2奈米或2奈米以下的厚度的穿隧介電氧化矽層之薄氧化層。在實施例中，第二矽層620係為透過原位摻雜、後沉積佈植或其組合摻雜成具有第二導電類型的多晶矽層。在實施例中，第二矽層620係使用例如根據第1A圖、第1B圖及第2圖中所述的無起泡多晶矽層沉積製程製 造。在具體實施例中，第二導電類型係為N型(例如，使用磷原子或砷雜質原子形成)。
請參照第6E圖並將其對應於流程圖500之操作512，圖案化第二矽層620，以形成第二導電類型之分離的第二矽區域624，並在第一矽區域610之絕緣帽612上方的第二矽層620之區域中形成接觸開口626。在實施例中，矽的不連續區域(discrete region)625可保留作為圖案化製程的產物。在實施例中，雷射剝離製程使用於圖案化第二矽層620。
請再次參照第6E圖並將其對應於流程圖500之操作514，通過接觸開口626圖案化絕緣帽612，以暴露部分的第一矽區域610。在實施例中，絕緣帽612係使用雷射剝離製程執行圖案化。例如，在一實施例中，第一雷射路徑(laser pass)使用於圖案化第二矽層620的步驟包含形成接觸開口626。在作為接觸開口626的相同位置中之第二雷射路徑用以圖樣化絕緣帽612。
請參照第6F圖，金屬晶種層628形成於第一矽區域610之暴露部分上以及分離的第二矽區域624上。金屬層630被電鍍至金屬晶種層上，以形成分別用於第一矽區域610以及分離的第二矽區域624的導電接觸部632及634。在實施例中，金屬晶種層628係為鋁係金屬晶種層，而金屬層630係為銅層。在實施例中，首先形成光罩，以僅暴露第一矽區域610的部份以及分離的第二矽區域624，以引導金屬晶種層628形成於限制位置。
在本發明之形成無起泡多晶矽層的第三示例中，第7A圖至第7C圖係繪示根據本揭露之實施例之使用無起泡多晶矽層沉積製程的太 陽能電池之製造方法中的各個操作步驟之剖面圖。請參照第7A圖，一種形成用於反向接觸式太陽能電池之接觸部的方法包含形成薄介電層702於基板700上。
在實施例中，薄介電層702係由二氧化矽組成，並具有大介於約5埃至50埃(Angstroms)之範圍的厚度。在一實施例中，在運作太陽能電池時，薄介電層702最後作為穿隧氧化層執行。薄介電層702可透過相似於或相同於上述介電層的製程形成。舉例來說，薄介電層702可為非晶態介電層。在實施例中，基板700係為單晶基板的塊材，例如N型摻雜單晶矽基板。然而，在替代實施例中，基板700包含設置於整體的太陽能電池基板上的多晶矽層。
請再次參照第7A圖，N型摻雜多晶矽區域720以及P型摻雜多晶矽區域722形成於薄介電層702上。在實施例中，N型摻雜多晶矽區域720以及P型摻雜多晶矽區域722係使用例如根據第1A圖、第1B圖及第2圖所述的無起泡多晶矽層沉積製程製造。溝槽716可形成於N型摻雜多晶矽區域720以及P型摻雜多晶矽區域722之間。如第7A圖所示，部分的溝槽716可被紋理化而具有紋理特徵718。
請再次參照第7A圖，絕緣層724形成於複數個N型摻雜多晶矽區域720、複數個P型摻雜多晶矽區域722以及由溝槽716暴露的部分的基板700上。如第7A圖所示，在一實施例中，絕緣層724之下表面形成為與複數個N型摻雜多晶矽區域720、複數個P型摻雜多晶矽區域722以及基板700的暴露部分共形，同時絕緣層724之上表面實質上係為平坦的。
請參照第7B圖，複數個接觸開口726形成於絕緣層724中。複數個接觸開口726提供複數個N型摻雜多晶矽區域720以及複數個P型摻雜多晶矽區域722的暴露。在一實施例中，複數個接觸開口726係藉由雷射剝離形成。在一實施例中，如第7B圖所示，接觸開口726至N型摻雜多晶矽區域720的高度實質上相同於接觸開口至P型摻雜多晶矽區域722的高度。
請參照第7C圖，形成用於反向接觸式太陽能電池之接觸部之方法更包含形成導電接觸部728於複數個接觸開口726內，並將其耦接複數個N型摻雜多晶矽區域720以及複數個P型摻雜多晶矽區域722。在實施例中，導電接觸部728形成在與N型矽基板700塊材之光接收面701相對的N型矽基板700塊材之一表面上或上方。如第7C圖所示，在具體實施例中，導電接觸部形成在基板700之表面上方的區域(722/720)上。如上所述，導電接觸部728的製程可包含一或多個濺鍍導電層的使用。
隨著更普遍參照上述實施例，在根據本揭露之實施例中，一種太陽能電池之製造方法包含形成非晶態介電層在與基板之光接收面相對的基板之背面上。在一實施例中，基板係為單晶基板，並且形成非晶態介電層的步驟可包含氧化基板之背面。
在實施例中，太陽能電池之製造方法更包含藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)在非晶態介電層上形成微晶矽層。方法更包含藉由PECVD在微晶矽層上形成非晶矽層，並對微晶矽層以及非晶矽層執行退火，以自微晶矽層以及非晶矽層形成同質多晶矽層。方法也包含自同質多晶矽層形成射極區。
關於微晶矽層以及非晶矽層，藉由PECVD形成微晶矽層以及非晶矽層的步驟可包含於PECVD腔室之一單一路徑上形成微晶矽層以及非晶矽層。在一實施例中，形成微晶矽層的步驟包含藉由PECVD以每分鐘介於約10奈米至40奈米的範圍的沉積率沉積微晶矽。形成非晶矽層的步驟可包含藉由PECVD以每分鐘介於約50奈米至400奈米之範圍的沉積率沉積非晶矽。
形成非晶矽層的步驟可包含在利用PECVD形成非晶矽層的期間，分別藉由流入膦或二硼烷形成N型非晶矽層或P型非晶矽層。對微晶矽層以及非晶矽層執行退火的步驟可包含以大於攝氏約400度的溫度持續時間約10分鐘進行加熱。根據一實施例，形成微晶矽層的步驟包含形成厚度介於約2奈米至50奈米之範圍的微晶矽層，而形成非晶矽層的步驟包含形成厚度介於約50奈米至400奈米的範圍之非晶矽層。對微晶矽層以及非晶矽層執行退火以形成同質多晶矽層的步驟可包含形成無起泡同質多晶矽層。
在實施例中，針對P型以及N型的差異性，第一微晶矽層及第二微晶矽層的形成可包含藉由PECVD以每分鐘介於約10奈米至40奈米之範圍的沉積率沉積微晶矽。P型非晶矽層以及N型非晶矽層的形成可包含藉由PECVD以每分鐘介於約50奈米至400奈米的範圍的沉積率沉積非晶矽。退火的執行可以大於攝氏約400度的溫度持續時間約10分鐘進行加熱。
在另一通常實施例中，太陽能電池之交替N型射極區及P型射極區之製造方法包含藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)在非晶 態介電層上形成微晶矽層。方法也包含藉由PECVD在微晶矽層上形成非晶矽層，並且摻雜P型摻質至非晶矽層之第一區域，以及摻雜N型摻質至非晶態多晶矽層之第二區域。方法更包含對微晶矽層以及非晶矽層執行退火，以自微晶矽層以及非晶矽層形成同質多晶矽層。同質多晶矽層係具有摻雜有P型摻質的第一區域以及摻雜有N型摻質的第二區域。方法也包含形成導電接觸部至同質多晶區域之第一區域及同質多晶矽層的第二區域。
在此實施例中，藉由PECVD形成微晶矽層以及藉由PECVD形成非晶矽層的步驟包含於PECVD腔室之一單一路徑上形成微晶矽層以及非晶矽層。形成微晶矽層的步驟可包含藉由PECVD以每分鐘約10奈米至40奈米之範圍的沉積率沉積微晶矽。形成非晶矽層的步驟可包含藉由PECVD以每分鐘約50奈米至400奈米之範圍的沉積率沉積非晶矽。
在一實施例中，退火微晶矽層以及非晶矽層的步驟包含以大於攝氏約400度的溫度持續時間約10分鐘進行加熱。形成微晶矽層的步驟包含形成厚度介於約2奈米至50奈米之範圍的微晶矽層，而形成非晶矽層的步驟可包含形成厚度介於約50奈米至400奈米之範圍的非晶矽層。對微晶矽層以及非晶矽層執行退火以形成同質多晶矽層的步驟可包含形成無起泡同質多晶矽層。上述製程可使用於太陽能電池的製造。
在本揭露之實施例之另一態樣中，PECVD製程視窗(process window)透過所述之遮光罩(shadow mask)降低所沉積的矽薄膜的圖樣散布(pattern spreading)。在一示例中，雖然上述已描述多晶矽 膜之圖案化的方法，但可利用遮光罩實施以提供圖案化的矽區域而作為太陽能電池之射極區使用。
對於提供的全文，目前最先進的方法是使用遮光罩沉積方法圖案化矽經常造成難以控制矽薄膜的沉積圖樣的寬度及清晰度。控制圖樣寬度的關鍵是發射器的對準(alignment)，以及最後裝置的效能。本文所述之實施例可藉由微調PECVD製程以減少散布而解決此問題。在此實施例中，散布是藉由調整電漿以及表面化學性來控制。例如，可執行類似物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition,PVD)製程條件(例如，高功率、低壓)以提供更定向的沉積。此外，提供表面化學性已限制光罩下的沉積。在具體實施例中，在微晶矽PECVD製程期間藉由調整電漿以及表面化學性控制散布，以藉由使用兩個機制降低散布至每側圖案寬度的小於6%。微晶矽可在高功率以及低壓力下進行沉積，並且光罩下方的H自由基的表面擴散由於蝕刻效應而限制沉積。
為了說明該概念，第8圖係示意性繪示沉積製程之剖面圖；相較於第8圖之(b)之其他方法受到光罩圖案散布的困擾，根據本揭露之實施例所繪示的第8圖之(a)限制了光罩圖案散布。
請參照第8圖之(a)部分，處理方案800包含使用其上具有光罩804的基板802。基板802可為其上形成或未形成薄介電層的結晶矽晶圓。光罩804可間隔於基板802的上方。沉積化學性806包含H*自由基以及SiH3*自由基。微晶矽層的成長機制由H*以及SiH3*自由基控制。在一示例中，在遮光罩沉積製程期間，可以每側約28微米(micron)任意散布。
在實施例中，微晶矽層係使用包含壓力低於約1.5托(Torr)的沉積條件以及大於約0.15W/cm2的功率所形成。此條件允許提升定向沉積(例如，由於在電漿鞘(plasma sheath)內有較高的偏壓)。在實施例中，執行高氫氣稀釋(hydrogen dilution)(例如，在氫氣中小於約2%的矽烷(silane))，以降低光罩804下方的材料沉積。光罩下方的沉積可由於H自由基的蝕刻效應而降低。在實施例中，微晶矽層是利用用於摻雜矽薄膜之沉積的PECVD製程的氣體混合物中的額外的摻雜氣體(例如，膦或二硼烷)而形成。
反之，請參照第8圖之(b)部分，處理方案850包含使用其上方具有光罩854的基板852。基板852可為其上形成或未形成薄介電層的結晶矽晶圓。光罩854可間隔於基板852的上方。沉積化學性856包含SiH3*自由基。非晶矽層的成長機制係由SiH3*自由基控制。在一示例中，在遮光罩沉積製程期間，以每側約75微米嚴密地散布。
整體而言，雖然某些材料被具體描述於上，但是部分材料可輕易地被其他的材料替代，而此種實施例仍在本揭露的實施例的精神與範圍內。例如，在實施例中，不同材料的基板，例如III-V族材料基板可使用矽基板替代。此外，應當理解的是，雖然具體描述N+及P+型摻雜，但是預期設想其他實施例中包含相反的導電型，例如分別為P+及N+型摻雜。此外，應當理解的是，可用於取代接觸形成之鋁晶種層的矽化方法亦可適用於前接觸式太陽能電池。
雖然特定實施例已在先前描述，即使關於特定特徵僅描述單一實施例，這些實施例並不意圖限制本揭露的範疇。除非另有說明，否則在本揭 露中所提供的特徵之示例是意圖為說明性的而非限制性的。前面的描述是意圖在涵蓋對於所屬技術領域中具有通常知識者而言顯而易見具有本揭露的利益的之此類替代方案、修改及等效物。
本揭露之範疇包含文中所揭露之任意特徵或特徵之結合(明示地或暗示地)，或是任何其概括，而不論其是否減少任何或所有文中所處理之問題。因此，於本申請(或是對其主張優先權之申請)之審查期間新的申請專利範圍可制定為任意此類特徵之結合。具體地，參照後附之申請專利範圍，來自附屬項之特徵可與獨立項之特徵結合且來自個別獨立項之特徵可用任何適合的方式結合而不僅是於後附申請專利範圍中所列舉之特定結合。
200:流程圖
202、204、206、208、210:操作

Claims (8)

  1. 一種太陽能電池之交替N型及P型射極區之製造方法，其包含：在與一基板之一光接收面相對的該基板之背面上形成一非晶態介電層；藉由電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)在該非晶態介電層上形成一微晶矽層；藉由PECVD在該微晶矽層上形成一非晶矽層；利用P型摻質摻雜該非晶矽層之複數個第一區域，以及利用N型摻質摻雜非晶態多晶矽層之複數個第二區域；退火該微晶矽層以及該非晶矽層，以自該微晶矽層以及該非晶矽層形成一同質多晶矽層，該同質多晶矽層係具有摻有P型摻質的複數個第一區域以及具有摻有N型摻質的複數個第二區域；以及形成複數個導電接觸部至該同質多晶矽層之該複數個第一區域以及該同質多晶矽層之該複數個第二區域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由PECVD形成該微晶矽層以及該非晶矽層的步驟包含於一PECVD腔室之單一路徑上形成該微晶矽層以及該非晶矽層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該微晶矽層的步驟包含藉由PECVD以每分鐘介於約10奈米至40奈米之範圍的沉積率沉積微晶矽。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該非晶矽層的步 驟包含藉由PECVD以每分鐘介於約50奈米至400奈米之範圍的沉積率沉積非晶矽。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中退火該微晶矽層以及該非晶矽層的步驟包含以攝氏約400度以上的溫度持續時間約10分鐘進行加熱。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該微晶矽層的步驟包含形成厚度介於約2奈米至50奈米之範圍的該微晶矽層，以及其中形成該非晶矽層的步驟包含形成厚度介於約50奈米至400奈米之範圍的該非晶矽層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基板係為一單晶基板，以及其中形成該非晶態介電層的步驟包含氧化該基板之背面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中退火該微晶矽層以及該非晶矽層以形成該同質多晶矽層的步驟包含形成一無起泡同質多晶矽層。
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