[发明专利]扩散和离子注入混合工艺形成的选择发射极太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过扩散和离子注入混合工艺形成的选择发射极太阳能电池及其制造方法，扩散和离子注入混合工艺仅需一次高温退火以形成选择发射极太阳能电池。

背景技术

在基本设计中，太阳能电池由半导体基底制成，半导体基底吸收光子的能量并通过光电效应产生电流。当光子进入基底时，能量被吸收，原来处于束缚状态的电子被释放，被释放的电子和原来被占据的空穴称为电荷载体。

基底通常用p-型和n-型杂质掺杂，以在太阳能电池内形成电场，称为p-n结。为了利用自由电荷载体产生电流，在p-n结处被电场分离之前，电子和空穴不能结合，未结合的电荷载体可用来为负荷提供电能。

常见的太阳能电池的制造方法包括：提供一个基底，基底经掺杂具有p-型电导率。n-型掺杂剂被引入基底的前面，在p-型基极层的顶部形成n-型发射层。随后，在发射层的前面和基极层的后面形成触点，以便形成电连接。自由电子被前面触点收集，空穴被后面触点收集。

因为前面触点阻挡了一部分入射光，所以最好不要用触点材料覆盖过多的发射层的前面。相反地，现有技术包括形成点触点、线触点和栅格触点。一些形成触点的廉价方法，如丝网印刷，可能要求重度掺杂发射层，以减小前面触点与下层发射层之间的接触电阻。但是，重度掺杂会导致电荷载体在发射层和发射层表面结合增加，使得太阳能电池整体效率降低。

为了克服此缺陷，使用了各种技术来形成前面触点下层重度掺杂，前面触点之间的裸露区轻度掺杂的发射层，称为选择发射极。但是，现有技术存在一个或多个缺点：如制造过程中需要额外步骤，使用寿命下降和稳定性变差，以及与高价制造过程不兼容。

因此，确有必要提供一种选择发射极太阳能电池及其制造方法，以克服现有技术中的上述缺陷和不足。

发明内容

本发明提供了一种通过离子注入和扩散混合工艺形成的选择发射极太阳能电池及其制造方法，本发明的实施方式克服了现有技术中的一个或多个缺陷。本发明的实施方式具有若干优点，如减少太阳能电池的制造时间和成本。

根据本发明的一个实施方式，太阳能电池包括具有p-型基极层的硅基底。太阳能电池包括形成于p-型基极层上的n-型选择发射层，选择发射层具有一个或多个含有已注入掺杂剂的第一掺杂区和一个或多个含有已扩散掺杂剂的第二掺杂区，一个或多个第一掺杂区的掺杂度高于一个或多个第二掺杂区的掺杂度。太阳能电池还包括位于p-型基极层与选择发射层界面的p-n结，p-n结和选择发射层在一次退火循环中形成。

根据本发明的另一个实施方式，太阳能电池包括一个具有硼掺杂p-型基极层的单晶硅基底。太阳能电池包括通过扩散和离子注入混合工艺形成的位于p-型基极层的前面上的磷掺杂选择发射层，选择发射层包括通过离子注入形成的一个或多个第一掺杂区和通过三氯氧化磷(POCl₃)扩散形成的一个或多个第二掺杂区。由于离子注入步骤中的额外掺杂剂，一个或多个第一掺杂区的掺杂度高于一个或多个第二掺杂区的掺杂度。太阳能电池还包括位于p-型基极层的前面与选择发射层的后面的界面上的p-n结，p-n结在硅基底进行一次退火循环中形成。选择发射层的前面上形成有减反射层，如氮化硅、氧化铝、氧化钛、氟化镁、硫化锌或其组合。减反射层的前面丝网印刷一个或多个银前面触点，p-型基极层的后面丝网印刷一个或多个铝后面触点。通过液相外延再生，在p-型基极层的后面与一个或多个后面触点的界面上形成铝掺杂p⁺硅后面场层。一个或多个前面与选择发射层的一个或多个重度掺杂的第一掺杂区对齐，以减小接触电阻。一个或多个前面触点通过减反射层与选择发射层的第一掺杂区电连接，一个或多个后面触点与铝掺杂p⁺硅后面场层电连接。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种具有通过离子注入和扩散混合工艺形成的选择发射极的太阳能电池的制造方法。太阳能电池的制造方法包括：提供一个包括硼掺杂基极层的基底；通过离子注入将磷掺杂剂引入硼掺杂基极层的前面的一个或多个选择区；基底随后在炉中进行一次高温退火循环，在一次退火循环过程中，将额外的POCl₃液态掺杂剂引入炉中并扩散进入基极层的前面。引入的用于扩散的POCl₃能消除铁污染导致的选择发射极太阳能电池的寿命下降和不稳定。基极层的前面形成选择发射层，使得位于基极层的前面的一个或多个选择区上的一个或多个选择发射层的选择区的掺杂度高于选择发射层其余部分的掺杂度。退火循环可以修复注入损伤、激活磷掺杂剂，以及驱使磷掺杂剂进入理想的结深。