[发明专利]用线性聚焦的激光束对固体进行激光掺杂以及基于所述方法制造太阳能电池发射极

说明书

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于在固体中产生掺杂区域的方法，本发明也涉及一种用于实施该方法的装置。此外，本发明还涉及一种基于根据本发明的方法的、用于制造太阳能电池的发射极区域的方法。另外，本发明还涉及一种基于根据本发明的方法的、在半导体和金属之间产生欧姆接触的方法。

在由单晶硅或者多晶硅构成的太阳能电池的商业制造中，通过制造中的高温步骤来产生太阳能电池发射极，接着在温度为大约1000K的扩散炉中扩散掺杂物、一般为磷。为此所需的时间大约为30分钟。因此，传统的通过在扩散炉中扩散来制造太阳能电池发射极是耗能且耗时的。

此外，由于在传统的扩散工艺中发射极扩散的工艺时间冗长，所以在制造系统中仅能分批地实施制造。然而，低成本制造太阳能电池要求工艺中简单且快速的各个步骤，这些步骤可以集成为一个连续的、即在线(inline)制造工艺。通过在扩散炉中扩散来制造太阳能电池反射器不能满足这些要求。

在US 5,918,140中公开了一种用于激光掺杂半导体的方法，其中首先将包含掺杂物的材料的薄层施加到半导体表面上，接着将半导体表面暴露于脉冲激光辐射，其中在半导体表面和施加的掺杂物层之间的接触面的区域中，激光脉冲的能量被吸收并且转换成热能。这导致半导体的上部区域融化并且因此导致在融化期间掺杂物原子扩散到半导体的熔化区域中。在激光脉冲的下降时间中和在此之后，半导体的熔融区域再结晶，因此掺杂物原子混进晶格中。通过这种方式原理上可能在固体中产生高掺杂浓度的靠近表面的掺杂区域。然而，至今还不能对半导体例如硅实施激光掺杂，使得在融化的表面层中能够使硅再结晶大约1μm或者更小的厚度而没有缺陷。在测试中，使用市面上可得到的激光处理系统在硅中产生掺杂区域，这些区域随后作为太阳能电池发射极使用。结果是，太阳能电池发射极的质量非常差，特别是太阳能电池的空载电压和效率是非常低的。此外，TEM分析显示太阳能电池发射极特别受到高位错密度而损坏。

因此，本发明的目的是，说明借助激光掺杂在固体中产生掺杂区域的方法，通过这些方法可以在掺杂的区域中得到固体的高度无缺陷性，或者借助这些方法，传统的方法可以以其它方式在提供掺杂物层、实现高掺杂浓度或者激光束功率的耦合输入的效率方面得以改善。

通过权利要求1和其它独立权利要求所述的特征来实现该目的。另一些有利的实施例和方面是从属权利要求的主题。同样说明了一种借助根据本发明的方法产生太阳能电池的发射极区域的方法。也说明了一种借助根据本发明的方法在半导体和金属之间产生欧姆接触的方法。此外，还说明了一种用于实施根据本发明的方法的装置。

在根据本发明的用于在固体中产生掺杂区域的方法中，首先将包含掺杂物的介质与固体的表面形成接触。然后，借助激光脉冲照射，使固体的与介质所接触的表面下的区域融化，使得掺杂物扩散进熔融的区域中并且在熔融区域冷却期间再结晶。

根据本发明的方法的重要方面是，激光束线性地聚焦在固体上，优选的是，选择线性焦点的宽度小于10μm。例如，焦点宽度可以在5μm到10μm范围内。然而，焦点宽度甚至也可为大约5μm或者更小。

同时测试证实，通过为激光掺杂方法提供线性焦点可以产生再结晶的具有高无缺陷性的掺杂区域。这通过根据本发明的方法来实现，而不需要高温过程和冗长的工艺时间。相反，根据本发明的方法是一种产生高结晶度和无缺陷的掺杂区域的掺杂固体的低温方法。

因此，根据本发明的方法使得能够替代半导体晶片在高温炉中的成批处理(batch＝Betrieb)，而用后勤上更有效的在线过程来替换，并且直接集成到电子部件(例如太阳能电池)的生产线中。

在所实施的测试中，激光束形成5μm宽且数百微米长的线，线性焦点的长度一般优选在100μm至10mm的范围内。

在根据本发明的方法中，待掺杂的区域的深度的范围可通过合适地选择激光波长来确定。这通过选择这样的波长来完成，使得激光辐射在固体中的吸收长度或者穿透深度与待掺杂区域中所希望的深度范围相应。对于太阳能电池发射极，通常选择该深度为1μm或者更小。当固体是半导体硅时，激光辐射的波长应为600nm或者更小。

此外，当希望待掺杂区域为确定的深度时，脉冲宽度应这样选择，使得掺杂物原子在熔融固体中的热扩散长度为所希望的深度范围的量级。当固体为半导体硅并且所希望的深度范围为1μm时，脉冲宽度应低于100ns，特别是低于50ns。