[发明专利]用于太阳能电池的直列式扩散方法

说明书

关于政府自主研究或发展的陈述

无。

背景技术

本发明总体上涉及硅中的扩散工艺。本发明尤其适用于晶体硅太阳能电池。

热扩散通常用于在晶体硅太阳能电池中形成PN结。在P型硅中，磷扩散到体硅中以形成结。在N型硅中，硼扩散到体硅中以形成结。热扩散的现有技术方法包括使用管式熔炉来提供驱动掺杂剂原子进入硅的晶格结构中所需的热量。在使用诸如用于磷扩散的三氯氧磷或用于硼扩散的三溴化硼等蒸汽源的扩散加热期间，可以将掺杂剂运送到晶片。为了使用N型硅制造太阳能电池，需要两种高温扩散工艺。在晶片的第一表面上执行硼扩散以产生电荷分离发射场。在晶片的第二表面上，执行磷扩散以形成深结来用作导电背面场(BSF)。在常规实践中，用分立的设备顺序执行这两种工艺，这导致长的周期时间、昂贵的资本设备和运行成本。同样，诸如玻璃去除蚀刻和掩膜等附加的工艺步骤必须在每个顺序工艺期间被执行，这也增加了资本、材料和运行费用。

发明内容

本发明了提供了在单阶段工艺中同时在太阳能电池晶片的相应面上扩散不同类型的掺杂剂。优选地通过移印、或替代地通过喷涂、浸涂、辊涂、凹面涂覆、棒涂、喷墨印刷、丝网印刷或其它已知的施加技术，将掺杂剂以湿化学形式施加到晶片的相应面上。掺杂材料可以被施加到整个晶片表面或其有效区域，或可以被施加成图案以适合所预期的太阳能电池构造。在典型的实施例中，掺杂剂是硼和磷。如本领域已知的，还可以使用其它III族和V族掺杂剂。

湿化学掺杂材料与上文所述的施加技术一样不昂贵。此外，这些湿化学涂覆方法是通用的，并且可以单独使用、或被结合以形成用于常规的或先进的太阳能电池构造的全表面涂层或图案化的沉积。对于每种涂覆方法，基础掺杂源化学物可以是相同的，但是可以化学地改变诸如流变性、干燥特性、表面湿度以及流量控制等因子来产生期望的特性。

此外，可以通过掺杂剂化学物的配方，例如通过调节每个掺杂剂中的掺杂剂源的元素浓度，来半独立地控制两个同时扩散的结的深度。另外，诸如二氧化硅等抑制剂层可以被设置在掺杂剂源之下且在硅晶片之上，并且起着阻止掺杂剂扩散到硅晶片中的作用，从而影响扩散的深度。

在施加掺杂剂之后，在单个直列式熔炉中同时执行硼和磷的热扩散步骤两者。在扩散之后，在单个酸蚀刻工艺中同时去除在硼和磷掺杂的表面上产生的玻璃层。以这些方式，资本设备、材料、工艺步骤及运行成本较常规的两阶段方法减少。

本文所描述的发明是针对硼和磷在硅晶片或衬底中的扩散，但不限于这些材料。本发明可广泛地适用于诸如其它III族和V族的掺杂剂等其它掺杂剂在半导体晶片中的同时扩散，以及到除硅之外的晶片的扩散。

为了防止将要在晶片的一面上扩散的掺杂剂迁移到将要扩散另一种掺杂剂的相反面，本发明一方面在相应掺杂层已经被干燥之后并在掺杂剂同时扩散到晶片的相应面中的单个扩散步骤之前，在相应掺杂层之上采用阻挡层或覆盖层。

在本发明的另一方面，熔炉的气流模式被布置为隔离相应的掺杂剂并且阻止每种掺杂剂到晶片的相反面的迁移。

附图说明

根据结合附图阅读的以下具体实施方式，将更全面地理解本发明，在附图中：

图1是本发明的优选实施例的流程图；并且

图2是具有隔离的气流路径的熔炉的示意图。

具体实施方式

在图1的流程图中示出了本发明的优选实施例。作为初始步骤10，晶片在例如10％的氢氟酸溶液中彻底蚀刻一分钟，之后用去离子水冲洗并干燥晶片表面。在步骤12中，将III族掺杂剂以湿化学形式施加于晶片的一面，并且在步骤14中，干燥该掺杂剂。可选地，在步骤16中，将阻挡/覆盖层涂覆在干燥的III族掺杂剂之上，并且在步骤18中，干燥该阻挡/覆盖层。在步骤20中，将V族掺杂剂施加到晶片的相反面并且在步骤22中，干燥该掺杂剂。可选地，在步骤24中，在干燥的V族掺杂剂之上提供阻挡/覆盖层，并且在步骤26中，干燥该阻挡/覆盖层。在步骤28中，在直列式熔炉中加热晶片以使III族和V族掺杂剂同时扩散到晶片中。在步骤30中，从晶片的相应面同时去除在加热和扩散步骤期间在晶片表面上形成的扩散玻璃层。之后，可以进一步处理晶片以形成太阳能电池。