[发明专利]具有选择性发射极的光伏电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏电池，其也称为太阳能电池，具有选择性发射极(selective emitter)，还涉及仅采用一个高温扩散步骤制造这种光伏电池的方法。

背景技术

为了提高光伏电池的效率，它可能安装有选择性的、而不是均一性的发射极。选择性发射极包括两种在掺杂水扁平上彼此不同的具有相同导电性(例如n型或p型)的掺杂区。一种是重掺杂的，而另一种仅轻度掺杂。重掺杂区布置在电池主要光接收表面上所提供的电极的金属化图案下方，并且使电极能够形成与下方衬底的欧姆接触。另一方面，轻掺杂区在电极之间扩展并促进光收集和转换。选择性发射极因而提供一种溶液而使光伏电池发射极的电和光需求相冲突。总体上，使用选择性发射极可将光伏电池的效率提高大约0.5％-1％。然而，遗憾的是，不同掺杂区的形成意味着额外的处理步骤，例如相对更加冗长的高温扩散过程，这增加了生产成本。由于这对于将被大量生产的产品显然是不合乎需要，因此已提出几种方法以减少制造成本，从而致力于尤其是在一个高温扩散步骤中产生选择性发射极。

例如，美国专利6825104描述一种在单一扩散步骤中制造光伏电池的方法，该光伏电池具有两个或更多个选择性扩散区。披露的方法包括以下步骤：(i)选择性地将基于固体的掺杂剂源(solids-based dopant source)的图案施加于半导体衬底的第一主表面，尤其是通过丝网印刷，(ii)通过在围绕衬底的气体环境中的受控热处理，从基于固体的掺杂剂源将掺杂剂原子扩散到衬底中。在热处理步骤期间，来自基于固体的掺杂剂源的掺杂剂直接扩散到衬底中以形成第一扩散区，同时，来自基于固体的掺杂剂源的掺杂剂，经由气体环境间接地扩散到所述衬底中，在未被上述图案覆盖的所述衬底的至少一些区域中，形成第二扩散区。与在US’104中描述的过程有关的缺点是，由于专有配方(proprietary formulas)或相对昂贵的化学组分，适合形成选择性发射极的目前最为可用的可丝网印刷的基于固体的浆料(paste)是相对昂贵的。

因此，本发明的一个目的是提供一种在单一高温扩散步骤中制造具有选择性发射极的光伏电池的更经济的方法。

发明内容

根据发明的一个方面，提供一种制造半导体器件尤其是光伏电池的方法。该器件包括基本上扁平的半导体衬底。该方法包括以下三个处理步骤。步骤1：通过将磷酸或硼酸溶液的第一图案选择性地喷墨至所述半导体衬底的主表面上而施加掺杂剂源(掺杂物源，dopant source)；步骤2：加热衬底，以使来自所述掺杂剂源的磷或硼原子扩散到所述衬底中，由此形成直接(紧紧，immediately)位于所述第一图案下方的第一扩散区；以及步骤3：形成金属接触图案(metal contact pattern)，其与所述第一扩散区基本上对齐(in alignment with)。

根据本发明的方法采用普通和廉价的酸溶液用于形成选择性发射极。用于n型发射极(通常与p型衬底结合)的是磷酸溶液，而用于p型发射极的是硼酸溶液(通常与n型衬底结合)。术语“磷酸”可以广义地解释，并且包括正磷酸(H₃PO₄)和多磷酸(如二磷酸(H₄P₂O₇))，只要这些酸可用作磷掺杂剂源即可。同样，术语“硼酸”旨在包括正硼酸(H₃BO₃)、偏硼酸二者以及多硼酸，只要这些酸可用作硼掺杂剂源即可。这两种类型的酸，尤其是正型(ortho-variants)，是充足可用的并且是廉价的，因此非常适合用于光伏电池的大量生产。通过喷墨(inkjetting)将各酸选择性地以溶液施加到衬底上，喷墨是一种允许产生精细结构的技术，其具有数十微米量级的精度。使用磷酸或硼酸结合将这种原料喷墨到衬底上的方法，使得能够高度经济且适当准确地形成太阳能电池中的选择性发射极。需要指出的是，这两个方面都提供了相对于US’104的改进：相比于US’104提出的含磷浆料，磷酸溶液更加廉价，同时，以其自身进行喷墨相比于丝网印刷是一种更经济的方法，因为它减少了废物的数量。而且，喷墨印刷(inkjet printing)是一种无接触(contactless)的方法，其大大地减少衬底破裂的风险。尽管US’104似乎暗示基于固体的浆料可通过喷墨施加于衬底上，但喷墨粘性浆料(如来自比利时Soltech NV的示例性P101)不太可能是切实可行的。现在将依次阐述根据本发明方法的三个处理步骤(工序，process step)。