[发明专利]掺杂半导体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造具有不同掺杂的区域的结构化高效太阳能电池和光伏元件的方法和组合物。本发明还涉及由此制成的具有提高的效率的太阳能电池。

背景技术

简单的太阳能电池或目前代表市场中最大市场占有率的太阳能电池的制备包括下文所概述的基本制备步骤：

1)锯状损伤蚀刻和纹理化

硅晶片(单晶、多晶或准单晶，基区掺杂p或n型)借助于蚀刻方法清除附着的锯状损伤并“同时”，通常在相同的蚀刻浴中被纹理化。“纹理化”在这种情况下指作为所述蚀刻步骤的结果产生优先定向的表面性质，或简单地，所述晶片表面的有目的的、但不特别定向的粗糙化。作为所述纹理化的结果，所述晶片的表面现在起到漫反射反射体的作用并且因此减少了依赖于波长和入射的角度的定向反射，这最终导致入射到所述表面上的光的吸收比例增加以及因此提高所述太阳能电池的转换效率。

在单晶晶片的情况下，上述用于处理所述硅晶片的蚀刻溶液通常由已经向其中添加了异丙醇作为溶剂的稀氢氧化钾溶液组成。还可替代地添加与异丙醇相比具有更高蒸气压或更高沸点的其它醇，只要由其可实现希望的蚀刻结果。所获得的希望的蚀刻结果通常是特征为具有方形底面的棱锥体的形态，所述棱锥体是随机排列的或者确切地是从原始表面蚀刻出的。所述棱锥体的密度、高度和因此底面可通过适当选择所述蚀刻溶液的上述所含组分、蚀刻温度和晶片在蚀刻槽中的停留时间而同时加以影响。所述单晶晶片的纹理化通常在70至<90℃的温度范围内实施，其中可实现通过蚀刻除去每个晶片侧最高至10μm的材料。

在多晶硅晶片的情况下，所述蚀刻溶液可由具有中等浓度(10-15％)的氢氧化钾溶液组成。然而，这种蚀刻技术仍几乎仍未在工业实践中应用。更经常地，使用由硝酸、氢氟酸和水组成的蚀刻溶液。这种蚀刻溶液可通过各种添加剂，例如硫酸、磷酸、乙酸、N-甲基吡咯烷酮以及还有表面活性剂改性，由此尤其可有目的地影响所述蚀刻溶液的润湿性质以及还有其蚀刻速度。这些酸性蚀刻混合物在所述表面上产生交错排布的蚀刻沟槽的形态。所述蚀刻通常在4℃至<小于10℃之间的范围内的温度下进行，并且此处通过蚀刻除去的材料的量通常为4μm至6μm。

在所述纹理化之后立即将所述硅晶片用水充分清洁并用稀氢氟酸处理，以除去作为之前进行的处理步骤的结果形成的化学氧化物层以及吸收和吸附在其中以及还有其上的污染物，从而为随后的高温处理作准备。

2)扩散和掺杂

在通常为750℃至<1000℃的较高的温度下，用由氧化磷组成的蒸气处理在之前进行的步骤中蚀刻和清洁的晶片(在这种情况下，p型基区掺杂)。在这个操作过程中，在管式炉中在石英玻璃管中，将所述晶片暴露于由干燥的氮气、干燥的氧气和磷酰氯组成的受控气氛。为此目的，将所述晶片于600和700℃之间的温度下引入到石英玻璃管中。使所述气体混合物传输穿过所述石英玻璃管。在使所述气体混合物传输穿过强烈加热的管的过程中，所述磷酰氯分解而得到由氧化磷(例如P₂O₅)和氯气组成的蒸气。所述氧化磷蒸气尤其沉积在所述晶片表面上(涂层)。同时，在这些温度下所述硅表面被氧化，其中形成薄的氧化物层。所沉积的氧化磷包埋入这个层中，由此导致在所述晶片表面上形成由二氧化硅和氧化磷构成的混合氧化物。这种混合氧化物被称为磷硅酸盐玻璃(PSG)。取决于存在的氧化磷的浓度，这种PSG玻璃具有关于所述氧化磷方面不同的软化点和不同的扩散常数。所述混合氧化物起到用于所述硅晶片的扩散源的作用，其中在扩散过程中，氧化磷在PSG玻璃和硅晶片之间的界面方向扩散，并在那里通过与在所述晶片表面处的硅发生反应还原成磷(硅热法(silizothermisch))。以此方式形成的磷具有与在从中形成它的玻璃基质中相比，在硅中数量级更高的溶解度，并且因此由于非常高的分凝系数而优先溶解在硅中。在其溶解后，磷在硅中沿着浓度梯度扩散到硅的体积内。