專利名稱：摻雜方法、pn結(jié)構(gòu)、太陽能電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摻雜方法、PN結(jié)構(gòu)、太陽能電池及其制作方法，特別是涉及一種形成選擇性發(fā)射極的摻雜方法、PN結(jié)構(gòu)、太陽能電池及其制作方法。
背景技術(shù)：
新能源是二十一世紀世界經(jīng)濟發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源。在新世紀中，各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。而光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護簡便等優(yōu)點。近幾年，國際光伏發(fā)電迅猛發(fā)展，太陽能晶片供不應(yīng)求，于是提高太陽能晶片的光電轉(zhuǎn)化效率和太陽能晶片的生產(chǎn)能力成為重要的課題。太陽能電池受光照后，電池吸收一個能量大于帶隙寬度的入射光子后產(chǎn)生電子-空穴對，電子和空穴分別激發(fā)到導(dǎo)帶與價帶的高能態(tài)。在激發(fā)后的瞬間，電子和空穴在激發(fā)態(tài)的能量位置取決于入射光子的能量。處于高能態(tài)的光生載流子很快與晶格相互作用，將能量交給聲子而回落到導(dǎo)帶底與價帶頂，這過程也稱作熱化過程，熱化過程使高能光子的能量損失了一部分。熱化過程后，光生載流子的輸運過程(勢壘區(qū)或擴散區(qū))中將有復(fù)合損失。最后的電壓輸出又有一次壓降，壓降來源于與電極材料的功函數(shù)的差異。由上述分析，太陽能電池效率受材料、器件結(jié)構(gòu)及制備工藝的影響，包括電池的光損失、材料的有限遷移率、復(fù)合損失、串聯(lián)電阻和旁路電阻損失等。對于一定的材料，電池結(jié)構(gòu)與制備工藝的改進對提高光電轉(zhuǎn)換效率而言是十分重要的。在太陽能晶片領(lǐng)域，由于P型基底晶片少數(shù)載流子的自由程小于N型基底晶片，所以也有人采用N型基底晶片熱擴散方法摻雜制作太陽能晶片。這種方法太陽能轉(zhuǎn)換效率相較采用P型基底晶片熱擴散方法摻雜有所提高，但由于熱擴散方法摻雜的固溶度的限制以及摻雜均勻性和劑量難以得到精確控制，所以實際產(chǎn)品難以達到實驗室理論的太陽能轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中采用熱擴散方法難以精確控制摻雜均勻性和摻雜劑量致使太陽能轉(zhuǎn)換效率較低的缺陷，提供一種制程步驟少、成本較低、得以精確控制摻雜均勻性和摻雜劑量、光電轉(zhuǎn)換效率較高的摻雜方法、PN結(jié)構(gòu)、太陽能電池及其制作方法。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種摻雜方法，其特點在于，包括以下步驟:步驟S1、在一 N型基底的表面和背面形成絨面；步驟S2、通過離子注入的方式在該N型基底的背面中形成N型重摻雜區(qū)域和N型輕摻雜區(qū)域，其中該N型輕摻雜區(qū)域為與該N型重摻雜區(qū)域接觸的、且N型離子的摻雜濃度小于該N型重摻雜區(qū)域的區(qū)域；
步驟S3、通過熱擴散的方式在該N型基底的表面中形成一 P型摻雜層。優(yōu)選地，步驟S2包括以下步驟:步驟S21、在該N型基底的背面上形成一掩膜，未被該掩膜覆蓋的區(qū)域為開放區(qū)域；步驟S22、加速N型離子并通過離子注入的方式將該N型離子從該開放區(qū)域注入至該N型基底的背面中；步驟S23、去除該掩膜，加速N型離子并通過離子注入的方式將該N型離子注入至該N型基底的背面中；或者，步驟S21，、加速N型離子并通過離子注入的方式將該N型離子注入至該N型基底的背面中；步驟S22,、在該N型基底的背面上形成一掩膜，未被該掩膜覆蓋的區(qū)域為開放區(qū)域；步驟S23，、加速N型離子并通過離子注入的方式將該N型離子從該開放區(qū)域注入至該N型基底的背面中，之后去除該掩膜；其中，經(jīng)過一次離子注入的區(qū)域形成該N型輕摻雜區(qū)域，經(jīng)過兩次離子注入的區(qū)域形成該N型重摻雜區(qū)域。也就是說，形成局部重摻雜和形成全部輕摻雜的順序不限。優(yōu)選地，步驟S2中通過加速N型離子至500eV_50keV并通過離子注入的方式形成該N型重摻雜區(qū)域和該N型輕摻雜區(qū)域，使該N型重摻雜區(qū)域的方塊電阻為10-50 Ω / 口，該N型輕摻雜區(qū)域的方塊電阻為60-120 Ω/ 口。優(yōu)選地，該N型重摻雜區(qū)域的寬度為50-500 μ m，該N型輕摻雜區(qū)域的寬度為500-3000 μ mD本發(fā)明還提供一種PN結(jié)構(gòu)，其特點在于，其包括:一 N型基底，該N型基底的表面和背面為絨面；形成于該N型基底的背面中的N型重摻雜區(qū)域和N型輕摻雜區(qū)域，其中該N型輕摻雜區(qū)域為與該N型重摻雜區(qū)域接觸的、且N型離子的摻雜濃度小于該N型重摻雜區(qū)域的區(qū)域；形成于該N型基底的表面中的一 P型摻雜層。優(yōu)選地，其中該N型重摻雜區(qū)域的方塊電阻為10-50 Ω/ □，該N型輕摻雜區(qū)域的方塊電阻為60-120 Ω / 口。優(yōu)選地，其中該N型重摻雜區(qū)域的寬度為50-500 μ m，該N型輕摻雜區(qū)域的寬度為500-3000 μ mD優(yōu)選地，該PN結(jié)構(gòu)通過如上所述的摻雜方法得到。本發(fā)明還提供一種太陽能電池的制作方法，其特點在于，按照如上所述的摻雜方法獲得一 PN結(jié)構(gòu)之后，還包括以下步驟:在該PN結(jié)構(gòu)的表面和背面分別形成一表面鈍化層和一背面鈍化層；在該表面鈍化層上形成一表面減反射層，在該背面鈍化層上形成一背面減反射層；在該表面減反射層上形成陽電極，在該背面減反射層上與該N型重摻雜區(qū)域相對應(yīng)的區(qū)域形成陰電極；燒結(jié)該陽電極和該陰電極，使該陽電極和該陰電極與該PN結(jié)構(gòu)共晶復(fù)合。
優(yōu)選地，通過PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等離子體增強化學氣相沉積法)形成該表面鈍化層和/或該背面鈍化層，該表面鈍化層和/或該背面鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅和非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層；或者，通過硝酸氧化的方法形成該表面鈍化層和/或該背面鈍化層，該表面鈍化層和/或該背面鈍化
層為二氧化硅薄膜。優(yōu)選地，通過PECVD形成該表面減反射層和/或該背面減反射層，該表面減反射層和/或該背面減反射層為氮化硅薄膜。優(yōu)選地，通過絲網(wǎng)印刷的方法形成該陽電極和/或該陰電極。本發(fā)明還提供一種太陽能電池，其特點在于，其包括如上所述的PN結(jié)構(gòu)，其中，該太陽能電池還包括:分別形成于該PN結(jié)構(gòu)的表面和背面的一表面鈍化層和一背面鈍化層；形成于該表面鈍化層上的一表面減反射層，形成于該背面鈍化層上的一背面減反射層；形成于該表面減反射層上的陽電極，形成于該背面減反射層上與該N型重摻雜區(qū)域相對應(yīng)的區(qū)域的陰電極。優(yōu)選地，該表面鈍化層和/或該背面鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅和非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層。優(yōu)選地，該表面減反射層和/或該背面減反射層為氮化硅薄膜。優(yōu)選地，該太陽能電池通過如上所述的太陽能電池的制作方法制得。本發(fā)明的積極進步效果在于:1、本發(fā)明中P型摻雜層與N型重摻雜區(qū)域之間具有N型基底材料作為緩沖層，使得PN結(jié)之間不會因為耗盡層太薄而導(dǎo)致被擊穿，使得載流子的遷移更均勻，速率更穩(wěn)定，由此提高了該PN結(jié)構(gòu)的壽命，并且制得的太陽能電池的性能更穩(wěn)定。同時本發(fā)明還提供一種具有選擇性發(fā)射極的PN結(jié)構(gòu)，提高太陽電池的開路電壓Voc，短路電流Isc和填充因子F.F.，從而使電池獲得高的光電轉(zhuǎn)換效率。2、本發(fā)明簡化了工藝步驟，制作成本大大降低。3、采用離子注入進行摻雜形成該N型輕摻雜區(qū)域與該N型重摻雜區(qū)域，摻雜離子的濃度和摻雜的均勻性得到了精確的控制，比起熱擴散工藝的摻雜而言對提高光電轉(zhuǎn)換的效率更有利。


圖la、圖1b和圖2為本發(fā)明的實施例1_3的摻雜方法的分解步驟示意圖。圖la’、圖lb’、圖lc’和圖2為本發(fā)明的實施例4_5的摻雜方法的分解步驟示意圖。圖la、圖1b和圖2-6為本發(fā)明的實施例6_7的太陽能電池制作方法的分解步驟示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實施例1參考圖la、圖1b和圖2，介紹本實施例所述的PN結(jié)構(gòu)的制作流程。參考圖la，步驟S1，在一 N型基底I的表面和背面形成絨面；步驟S2,在該N型基底I的背面上形成一掩膜，未被該掩膜覆蓋的區(qū)域為開放區(qū)域，加速磷離子(P31)至500eV通過離子注入的方式將該磷離子從該開放區(qū)域注入至該N型基底I的背面中；參考圖lb，去除該掩膜，加速磷離子至500eV并通過離子注入的方式將該磷離子注入至該N型基底I的背面中，其中，經(jīng)過一次離子注入的區(qū)域形成該N型輕摻雜區(qū)域22，經(jīng)過兩次離子注入的區(qū)域形成該N型重摻雜區(qū)域21，該N型輕摻雜區(qū)域22為與該N型重摻雜區(qū)域21接觸的、且N型離子的摻雜濃度小于該N型重摻雜區(qū)域21的區(qū)域。在本實施例中，該N型重摻雜區(qū)域21的方塊電阻為10 Ω / 口，該N型輕摻雜區(qū)域22的方塊電阻為60 Ω / □;并且，該N型重摻雜區(qū)域21的寬度為50 μ m，該N型輕摻雜區(qū)域22的寬度為500 μ m。參考圖2，步驟S3,通過熱擴散的方式在該N型基底的表面中形成一 P型摻雜層3，例如采用BBr3作為擴散源，熱擴散的同時還能修復(fù)離子注入之后的損傷，即熱擴散步驟還作為離子注入之后的退火步驟。由此，得到如圖2所示的PN結(jié)構(gòu)。實施例2實施例2的原理和步驟均與實施例1相同，不同之處僅在于:步驟S2中進行離子注入時該磷離子被加速至50keV，其中，該N型重摻雜區(qū)域21的方塊電阻為50 Ω/ □，該N型輕摻雜區(qū)域22的方塊電阻為120 Ω/ □,另外,該N型重摻雜區(qū)域21的寬度為500 μ m，該N型輕摻雜區(qū)域22的寬度為3000 μ m。其余未提及之處均與實施例1相同。實施例3實施例3的原理和步驟均與實施例1相同，不同之處僅在于:步驟S2中進行離子注入時該磷離子被加速至40keV，其中，該N型重摻雜區(qū)域21的方塊電阻為30 Ω/ □，該N型輕摻雜區(qū)域22的方塊電阻為100 Ω/ □，另外，該N型重摻雜區(qū)域21的寬度為300 μ m，該N型輕摻雜區(qū)域22的寬度為2000 μ m。其余未提及之處均與實施例1相同。實施例4參考圖la’、圖lb’、圖lc’和圖2，介紹本實施例所述的PN結(jié)構(gòu)的制作流程。參考圖la’，步驟S1，在一 N型基底I的表面和背面形成絨面；步驟S2,加速磷離子至30keV并通過離子注入的方式將該磷離子注入至該N型基底I的背面中，進行至該步驟時以附圖標記2表示該N型基底I的整個背面的磷離子摻雜；參考圖lb’，在該N型基底I的背面上形成一掩膜，未被該掩膜覆蓋的區(qū)域為開放區(qū)域，接著加速磷離子至30keV并通過離子注入的方式將該磷離子從該開放區(qū)域注入至該N型基底的背面中；參考圖lc’，去除該掩膜，由此，經(jīng)過一次離子注入的區(qū)域形成該N型輕摻雜區(qū)域22，經(jīng)過兩次離子注入的區(qū)域形成該N型重摻雜區(qū)域21。在本實施例中，該N型重摻雜區(qū)域21的方塊電阻為30 Ω/ □，該N型輕摻雜區(qū)域22的方塊電阻為80 Ω/ □，該N型重摻雜區(qū)域21的寬度為100 μ m，該N型輕摻雜區(qū)域22的寬度為1000 μ m。
參考圖2，步驟S3，通過熱擴散的方式在該N型基底的表面中形成一 P型摻雜層3，例如采用BBr3作為擴散源，熱擴散的同時還能修復(fù)離子注入之后的損傷，即熱擴散步驟還作為離子注入之后的退火步驟。由此，得到如圖2所示的PN結(jié)構(gòu)。也就是說，在本實施例中，先在該N型基底I的背面整體輕摻雜，再在該N型基底I的背面形成局部重摻雜。實施例5實施例5的原理和步驟均與實施例4相同，不同之處僅在于:該N型重摻雜區(qū)域21的方塊電阻為25 Ω / □，該N型輕摻雜區(qū)域22的方塊電阻為110 Ω / 口。優(yōu)選地，該N型重摻雜區(qū)域21的寬度為400 μ m，該N型輕摻雜區(qū)域22的寬度為 1500 μ m。其余未提及之處均與實施例4相同。實施例6參考圖la、圖1b和圖2-6，介紹本實施例的太陽能電池的制作流程。首先，按照實施例所述的摻雜方法獲得如圖2所示的PN結(jié)構(gòu)，接著，參考圖3，在該PN結(jié)構(gòu)的表面和背面分別形成一表面鈍化層和一背面鈍化層，該表面鈍化層和該背面鈍化層均以附圖標記4表示。其中，通過PECVD形成該表面鈍化層和該背面鈍化層，該表面鈍化層和該背面鈍化層為氮化硅薄膜。參考圖4，在該表面鈍化層上形成一表面減反射層，在該背面鈍化層上形成一背面減反射層，該表面減反射層和該背面減反射層均以附圖標記5表示。其中，通過PECVD形成該表面減反射層和該背面減反射層，該表面減反射層和/或該背面減反射層為氮化硅薄膜。參考圖5，在該表面減反射層上形成陽電極61，在該背面減反射層上與該N型重摻雜區(qū)域21相對應(yīng)的區(qū)域形成陰電極62。其中，通過絲網(wǎng)印刷的方法形成該陽電極61和該陰電極62。參考圖6，燒結(jié)該陽電極61和該陰電極62，使該陽電極61和該陰電極62與該PN結(jié)構(gòu)共晶復(fù)合。實施例7實施例7的原理和步驟均與實施例6相同，不同之處僅在于:通過硝酸氧化的方法形成該表面鈍化層和該背面鈍化層，該表面鈍化層和該背面鈍化層為二氧化硅薄膜。其余未提及之處均與實施例6相同。為了清楚地顯示各個摻雜區(qū)域，附圖中各個摻雜區(qū)域的大小并非按比例描繪，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解附圖中的比例并非對本發(fā)明的限制。另外，上述的表面和背面也都是相對而言的，這樣的表述是為了描述的方便，也不應(yīng)當理解為對本發(fā)明的限制。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種摻雜方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S1、在一 N型基底的表面和背面形成絨面； 步驟S2、通過離子注入的方式在該N型基底的背面中形成N型重摻雜區(qū)域和N型輕摻雜區(qū)域，其中該N型輕摻雜區(qū)域為與該N型重摻雜區(qū)域接觸的、且N型離子的摻雜濃度小于該N型重摻雜區(qū)域的區(qū)域； 步驟S3、通過熱擴散的方式在該N型基底的表面中形成一 P型摻雜層。
2.如權(quán)利要求1所述的摻雜方法，其特征在于，步驟S2包括以下步驟: 步驟S21、在該N型基底的背面上形成一掩膜，未被該掩膜覆蓋的區(qū)域為開放區(qū)域； 步驟S22、加速N型離子并通過離子注入的方式將該N型離子從該開放區(qū)域注入至該N型基底的背面中； 步驟S23、去除該掩膜，加速N 型離子并通過離子注入的方式將該N型離子注入至該N型基底的背面中；或者， 步驟S21，、加速N型離子并通過離子注入的方式將該N型離子注入至該N型基底的背面中； 步驟S22，、在該N型基底的背面上形成一掩膜，未被該掩膜覆蓋的區(qū)域為開放區(qū)域； 步驟S23，、加速N型離子并通過離子注入的方式將該N型離子從該開放區(qū)域注入至該N型基底的背面中，之后去除該掩膜； 其中，經(jīng)過一次離子注入的區(qū)域形成該N型輕摻雜區(qū)域，經(jīng)過兩次離子注入的區(qū)域形成該N型重摻雜區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1或2所述的摻雜方法，其特征在于， 步驟S2中通過加速N型離子至500eV-50keV并通過離子注入的方式形成該N型重摻雜區(qū)域和該N型輕摻雜區(qū)域，使該N型重摻雜區(qū)域的方塊電阻為10-50 Ω / □，該N型輕摻雜區(qū)域的方塊電阻為60-120/ 口。
4.如權(quán)利要求1或2所述的摻雜方法，其特征在于， 該N型重摻雜區(qū)域的寬度為50-500 μ m，該N型輕摻雜區(qū)域的寬度為500-3000 μ m。
5.—種PN結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包括: 一 N型基底，該N型基底的表面和背面為絨面； 形成于該N型基底的背面中的N型重摻雜區(qū)域和N型輕摻雜區(qū)域，其中該N型輕摻雜區(qū)域為與該N型重摻雜區(qū)域接觸的、且N型離子的摻雜濃度小于該N型重摻雜區(qū)域的區(qū)域； 形成于該N型基底的表面中的一 P型摻雜層。
6.如權(quán)利要求5所述的PN結(jié)構(gòu)，其特征在于， 其中該N型重摻雜區(qū)域的方塊電阻為10-50Ω/□，該N型輕摻雜區(qū)域的方塊電阻為60-120 Ω/ 口。
7.如權(quán)利要求5所述的PN結(jié)構(gòu)，其特征在于， 其中該N型重摻雜區(qū)域的寬度為50-500 μ m，該N型輕摻雜區(qū)域的寬度為500-3000 μ mD
8.如權(quán)利要求5-7中任意一項所述的PN結(jié)構(gòu)，其特征在于，該PN結(jié)構(gòu)通過如權(quán)利要求1-4中任意一項所述的摻雜方法得到。
9.一種太陽能電池的制作方法，其特征在于，按照權(quán)利要求1-4中任意一項所述的摻雜方法獲得一 PN結(jié)構(gòu)之后，還包括以下步驟: 在該PN結(jié)構(gòu)的表面和背面分別形成一表面鈍化層和一背面鈍化層； 在該表面鈍化層上形成一表面減反射層，在該背面鈍化層上形成一背面減反射層；在該表面減反射層上形成陽電極，在該背面減反射層上與該N型重摻雜區(qū)域相對應(yīng)的區(qū)域形成陰電極； 燒結(jié)該陽電極和該陰電極，使該陽電極和該陰電極與該PN結(jié)構(gòu)共晶復(fù)合。
10.如權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制作方法，其特征在于，通過PECVD形成該表面鈍化層和/或該背面鈍化層，該表面鈍化層和/或該背面鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅和非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層；或者，通過硝酸氧化的方法形成該表面鈍化層和/或該背面鈍化層，該表面鈍化層和/或該背面鈍化層為二氧化硅薄膜。
11.如權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制作方法，其特征在于，通過PECVD形成該表面減反射層和/或該背面減反射層，該表面減反射層和/或該背面減反射層為氮化硅薄膜。
12.如權(quán)利要求9-11中任意一項所述的太陽能電池的制作方法，其特征在于，通過絲網(wǎng)印刷的方法形成該陽電極和/或該陰電極。
13.一種太陽能電池，其特征在于，其包括如權(quán)利要求5-8中任意一項所述的PN結(jié)構(gòu)，其中，該太陽能電池還包括: 分別形成于該PN結(jié)構(gòu)的表面和背面的一表面鈍化層和一背面鈍化層； 形成于該表面鈍化層上的一表面減反射層，形成于該背面鈍化層上的一背面減反射層； 形成于該表面減反射層上的陽電極，形成于該背面減反射層上與該N型重摻雜區(qū)域相對應(yīng)的區(qū)域的陰電極。
14.如權(quán)利要求13所述的太陽能電池，其特征在于，該表面鈍化層和/或該背面鈍化層為氧化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化硅和非晶硅薄膜中的一種或多種的疊層。
15.如權(quán)利要求13所述的太陽能電池，其特征在于，該表面減反射層和/或該背面減反射層為氮化硅薄膜。
16.如權(quán)利要求13-15中任意一項所述的太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池通過如權(quán)利要求9-12中任意一項所述的太陽能電池的制作方法制得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摻雜方法包括以下步驟在一N型基底的表面和背面形成絨面；通過離子注入的方式在該N型基底的背面中形成N型重摻雜區(qū)域和N型輕摻雜區(qū)域，其中該N型輕摻雜區(qū)域為與該N型重摻雜區(qū)域接觸的、且N型離子的摻雜濃度小于該N型重摻雜區(qū)域的區(qū)域；通過熱擴散的方式在該N型基底的表面中形成一P型摻雜層。本發(fā)明還公開了一種PN結(jié)構(gòu)、太陽能電池及其制作方法。本發(fā)明采用離子注入進行摻雜形成該N型輕摻雜區(qū)域與該N型重摻雜區(qū)域，摻雜離子的濃度和摻雜的均勻性得到了精確的控制。
文檔編號H01L21/265GK103137448SQ201110396879
公開日2013年6月5日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者陳炯, 洪俊華, 錢鋒 申請人:上海凱世通半導(dǎo)體有限公司