CN117321775A - 用于形成太阳能电池的钝化接触的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

描述了用于形成太阳能电池100的钝化接触的表面处理方法。在一种实施方式中，太阳能电池100包括具有纹理化表面的硅层102，并且所述方法包括：(i)使用第一蚀刻剂蚀刻所述硅层102的一部分以减少所述纹理化表面的表面突起并提供所述硅层102的中间表面；和(ii)使用第二蚀刻剂蚀刻所述硅层102的中间表面以形成所述硅层102的具有用于形成太阳能电池的钝化接触的期望粗糙度的经处理的表面，所述第二蚀刻剂具有比所述第一蚀刻剂慢的在硅上的蚀刻速率。

Description

用于形成太阳能电池的钝化接触的表面处理方法

技术领域

本公开内容涉及表面处理方法，特别是用于形成太阳能电池的钝化接触(触点，contact)的表面处理方法。

背景技术

光伏市场当前主要由基于晶圆(晶片，wafer)的晶体硅(Si)太阳能电池主导。特别地，钝化的发射极(发射体，emitter)背电池(PERC)技术提供了高效太阳能电池架构，该架构占目前制造的太阳能电池世界市场份额的大于60％。PERC架构一般在太阳能电池的Si晶圆的后侧(后面)提供小面积的金属接触，该金属接触有助于减少太阳能电池中的复合(recombination)损耗。

钝化接触的使用被誉为是对PERC技术的改进，钝化接触在接触结构中纳入了同时抑制复合和促进电荷载流子选择性的薄膜。在Si光伏工业中使用的用于钝化接触的许多候选者中，使用掺杂的多晶硅(多晶Si)和超薄界面氧化物层形成的钝化接触在商业上是最成功的。

在典型的PERC架构中，发射极通常通过使用液体掺杂剂源的水平管热扩散工艺形成。水平管热扩散工艺本质上是双侧工艺，其中Si晶圆的前侧和后侧都将被掺杂。为在这种太阳能电池的后侧形成钝化接触，将必须蚀刻掉在后侧的经掺杂的Si层。进一步地，为形成具有期望接触特性的钝化接触，不仅必须除去经掺杂的Si层，而且必须实现期望的后表面形貌。更进一步地，现有的蚀刻和/或表面处理方法通常涉及两种或更多种高浓度化学物质的混合物。例如，这包括5-10重量％的氢氟酸(HF)和20-40重量％的硝酸(HNO₃)的混合物，或10-20重量％的氢氧化钾(KOH)和5-10重量％的异丙醇(IPA)的混合物。这种高浓度的蚀刻用混合物通常导致不能容易地控制的高蚀刻速率(通常在1μm/min的范围内)。此外，如果在蚀刻过程期间这些化学物质的混合不充分，则这些具有高浓度化学物质的混合物在蚀刻中容易产生不均匀。

因此，期望提供解决现有技术的问题和/或提供有用的替代方案的用于形成太阳能电池的钝化接触的表面处理方法。

此外，结合公开内容的附图和该背景技术，其它期望的特征和特性将从随后的具体实施方式和所附权利要求中变得明晰。

发明内容

本申请的方面涉及用于形成太阳能电池的钝化接触的表面处理方法。

根据第一方面，提供用于形成太阳能电池的钝化接触的表面处理方法，所述太阳能电池包括具有纹理化表面的硅层，所述方法包括：(i)使用第一蚀刻剂蚀刻所述硅层的一部分以减少所述纹理化表面的表面突起并提供所述硅层的中间表面；和(ii)使用第二蚀刻剂蚀刻所述硅层的所述中间表面以形成所述硅层的具有用于形成太阳能电池的钝化接触的期望粗糙度的经处理的表面，所述第二蚀刻剂具有比所述第一蚀刻剂慢的在硅上的蚀刻速率。

因此，所描述的实施方式提供在形成太阳能电池的钝化接触之前处理或制备(准备)Si层的表面的方法。特别地，所述方法包括第一蚀刻步骤(i)，该第一蚀刻步骤使用第一蚀刻剂蚀刻所述硅层的一部分以减少所述Si层的纹理化表面的表面突起并提供中间表面；和第二蚀刻步骤(ii)，该第二蚀刻步骤使用第二蚀刻剂蚀刻所述中间表面以形成所述硅层的具有用于形成太阳能电池的钝化接触的期望粗糙度的经处理的表面，其中所述第二蚀刻剂具有比所述第一蚀刻剂慢的在硅上的蚀刻速率。因此，所述第一蚀刻步骤用于平滑硅层的表面粗糙度(例如，平滑硅层的Si金字塔微观结构的尖端)，而较慢的第二蚀刻步骤用于提供控制所述硅层的经处理的表面的粗糙度的途径(handle)。特别地，在较慢的第二蚀刻步骤的情况下，蚀刻深度和/或粗糙度可根据第二蚀刻步骤的持续时间而增加或减少，而不会严重改变经处理表面的表面形貌。为实现提供良好太阳能电池效率的高品质钝化接触，在其上形成钝化接触的晶圆或层的表面形貌是关键的。特别地，虽然平面表面导致更好的开路电压(V_OC)，但纹理化的或粗糙的表面允许优异的接触形成。比第一蚀刻步骤慢的第二蚀刻步骤可更容易地且以更高精度控制，以实现用于在太阳能电池中形成高品质钝化接触的期望的粗糙度。

该方法可包括各向异性地蚀刻硅层以形成所述硅层的纹理化表面。

第二蚀刻剂可为单组分蚀刻用溶液。在这种情况下，在制备单组分蚀刻剂时不需要混合。因此，这减少了制备用于第二蚀刻步骤中的单组分蚀刻剂的时间和成本。具有单组分蚀刻剂还意味着在第二蚀刻剂内没有浓度梯度。这消除了对在蚀刻步骤期间的混合的需要，并且提供了更加均匀且受控的蚀刻过程。

第二蚀刻剂可包括次氯酸钠(NaOCl)。NaOCl一般比市售可得的蚀刻用溶液便宜，并且这转化成对制造成本的节省。NaOCl的无害性也意味着它在丢掉(处置，disposal)前需要最少的处理，从而进一步降低工艺成本和环境影响。

该方法的步骤(ii)可在30℃至85℃的温度下进行5分钟至15分钟的持续时间。在一些实施方式中，该方法的步骤(ii)可在65℃至85℃的温度下进行10分钟至15分钟的持续时间，或在70℃至80℃的温度下进行10分钟至15分钟的持续时间。

NaOCl的浓度可在10重量％至15重量％的范围内。

硅层的经处理的表面的期望粗糙度可在0.2μm至0.5μm的范围内。

在硅层具有后侧和布置成接收入射光的前侧的情况下，可将所述硅层在于所述硅层的前侧形成发射极的过程中在所述前侧和所述后侧两侧进行掺杂，该方法的步骤(i)可适于蚀刻掉所述硅层在后侧的掺杂层，以在所述硅层的后侧形成钝化接触。第一蚀刻步骤在现有蚀刻工艺步骤(用于在线湿式化学蚀刻工具(inline wet chemical etching tool)或分批湿式化学蚀刻工具(batch wet chemical etching tool))中的集成转化成对于制造这种太阳能电池的时间和成本节省。

所述工艺(方法)可包括使用硼掺杂剂源掺杂硅层，所述第一蚀刻剂可包括氢氟酸(HF)和硝酸(HNO₃)的混合物。

该方法可包括在掺杂所述硅层之后并且在所述方法的步骤(i)之前，在所述硅层的前侧沉积掩模层，以保护所述硅层的前侧的掺杂层。

第一蚀刻剂可包括氢氧化钾(KOH)溶液、或氢氟酸(HF)和硝酸(HNO₃)的混合物。

第一蚀刻剂可包括KOH溶液，其中KOH的浓度可在2重量％至20重量％的范围内。在一些实施方式中，KOH的浓度可在15重量％至20重量％的范围内。

在第一蚀刻剂包括KOH溶液的情况下，该方法的步骤(i)可在30℃至85℃的温度下进行15秒至3分钟的持续时间。在一些实施方式中，该方法的步骤(ii)可在65℃至85℃的温度下进行30秒至2分钟的持续时间。在一些实施方式中，该方法的步骤(ii)可在60℃至80℃的温度下进行15秒至30秒的持续时间。

第一蚀刻剂可包括HF和HNO₃的混合物，HF的浓度可在2重量％至10重量％的范围内，并且HNO₃的浓度可在25重量％至45重量％的范围内。

在第一蚀刻剂包括HF和HNO₃的混合物的情况下，该方法的步骤(i)可在18℃至30℃的温度下进行30秒至3分钟的持续时间。在一些实施方式中，该方法的步骤(ii)可在20℃至30℃的温度下进行1分钟至2分钟的持续时间。

该方法可使用分批湿式化学工具或在线湿式化学工具进行。该方法可独立于所使用的工具进行，并且可容易地实施或集成在用于形成钝化接触的任意太阳能电池制造工艺中。

该方法的步骤(i)和/或步骤(ii)可包括湿式蚀刻步骤。

因此，实施方式提供在形成太阳能电池的钝化接触之前处理或制备Si层的表面的方法。特别地，该方法包括第一蚀刻步骤(i)，该第一蚀刻步骤使用第一蚀刻剂蚀刻硅层的一部分以减少所述Si层的纹理化表面的表面突起并提供中间表面；和第二蚀刻步骤(ii)，该第二蚀刻步骤使用第二蚀刻剂蚀刻所述中间表面以形成所述硅层的具有用于形成太阳能电池的钝化接触的期望粗糙度的经处理的表面，其中所述第二蚀刻剂具有比所述第一蚀刻剂慢的在硅上的蚀刻速率。所述第一蚀刻步骤用于减少硅层的纹理化表面的粗糙度，而较慢的第二蚀刻步骤用于提供控制所述硅层的经处理的表面的最终粗糙度的途径。通过使用较慢的第二蚀刻步骤，蚀刻深度和/或粗糙度可根据第二蚀刻步骤的持续时间可控地增加或减少，而不严重改变经处理的表面的表面形貌。通过表面处理方法产生的期望的粗糙度又导致更好的钝化接触，并因此导致太阳能电池的更高的填充因子(fill factor)和效率。

进一步地，在其中第二蚀刻剂为单组分蚀刻用溶液的实施方式中，在制备该单组分蚀刻剂时不需要混合。因此，这减少了制备用于第二蚀刻步骤中的单组分蚀刻剂的时间和成本。具有单组分蚀刻剂还意味着在第二蚀刻剂内没有浓度梯度。这消除了在蚀刻步骤期间混合的需要，并且提供了更加均匀且受控的蚀刻过程。更进一步地，在一种实施方式中，使用次氯酸钠(NaOCl)作为第二蚀刻剂。NaOCl一般比市售可得的蚀刻用溶液便宜，并且这转化成制造成本的节省。NaOCl的无害性也意味着它在丢掉前需要最少的处理，从而进一步降低工艺成本和环境影响。在一种实施方式中，第一蚀刻步骤(i)和第二蚀刻步骤(ii)都涉及湿式化学蚀刻工艺，其可容易地实施或与现有湿式化学设备集成，从而实施这些工艺需要较少的前期资本成本。更进一步地，在其中太阳能电池的硅层具有后侧和布置成接收入射光的前侧，且将所述硅层在于所述硅层的前侧形成发射极的过程中，在所述前侧和所述后侧两侧进行掺杂的实施方式中，该方法的步骤(i)适于蚀刻掉所述硅层在后侧的掺杂层，用于在所述硅层的后侧形成钝化接触。第一蚀刻步骤在现有蚀刻工艺步骤(用于在线湿式化学蚀刻工具或分批湿式化学蚀刻工具)中的集成转化成对于制造这种太阳能电池的时间和成本节省。

附图说明

现在将参照如下附图仅通过示例的方式来描述实施方式，在所述附图中：

图1A、1B、1C和1D显示根据实施方式的太阳能电池的示意结构，其中图1A显示具有前侧p⁺发射极以及拥有n⁺多晶Si层的后(面，侧)钝化接触的太阳能电池，图1B显示具有前侧n⁺发射极以及拥有p⁺多晶Si层的后钝化接触的太阳能电池，图1C显示具有拥有p⁺多晶Si层的前钝化接触以及拥有n⁺多晶Si层的后钝化接触的太阳能电池，并且图1D显示具有拥有n⁺多晶Si层的前钝化接触以及拥有p⁺多晶Si层的后钝化接触的太阳能电池；

图2为显示根据一种实施方式用于制造图1A的太阳能电池的方法的步骤的流程图；

图3为显示根据一种实施方式在图2的制造方法中使用的用于形成太阳能电池的钝化接触的表面处理方法的步骤的流程图；

图4为显示根据一种实施方式用于形成图1A的太阳能电池的钝化接触的方法的步骤的流程图；

图5A、5B和5C显示在表面处理工艺后Si晶圆表面的三维(3D)显微镜图像，其中图5A显示在通过碱性溶液处理后的Si晶圆表面的3D显微镜图像，图5B显示在通过酸性溶液处理后的Si晶圆表面的3D显微镜图像，并且图5C显示根据一种实施方式在使用图3的表面处理方法加工后的Si晶圆表面的3D显微镜图像；

图6A、6B和6C分别显示对应于图5A、5B和5C的Si晶圆表面的扫描电子显微镜(SEM)图像，其中图6A显示在通过碱性溶液处理后的Si晶圆表面的SEM图像，图6B显示在通过酸性溶液处理后的Si晶圆表面的SEM图像，并且图6C显示根据一种实施方式在使用图3的表面处理方法加工后的Si晶圆表面的SEM图像；

图7显示根据一种实施方式用多种表面处理工艺加工的Si晶圆样品的平均表面粗糙度的线图(线图，plot)；

图8显示根据一种实施方式用多种表面处理工艺加工的太阳能电池样品的以mV计的开路电压(V_OC)、以百分比(％)计的填充因子(FF)和以mΩ·cm²计的比接触电阻(ρ_c)的线图；

图9显示根据一种实施方式用多种表面处理工艺加工的太阳能电池样品的以mV计的开路电压(V_OC)、以百分比(％)计的填充因子(FF)和以百分比(％)计的太阳能电池效率(Eff)的线图；

图10A和10B显示在表面处理工艺后Si层表面的三维(3D)图像，其中图10A显示在以在线湿式化学工具处理后的Si层表面的3D显微镜图像，并且图10B显示根据一种实施方式在以分批湿式化学工具处理后的Si层表面的3D显微图像；

图11显示根据一种实施方式使用在线湿式化学工具和使用分批湿式化学工具加工的Si晶圆样品的以微米(μm)计的平均表面粗糙度的线图；

图12显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具和以分批湿式化学工具加工的太阳能电池样品以mV计的开路电压(V_OC)的线图；

图13显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具和以分批湿式化学工具加工的太阳能电池样品以mA/cm²计的太阳能电池电流密度(J_SC)的线图；

图14显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具和以分批湿式化学工具加工的太阳能电池样品以百分比(％)计的填充因子(FF)的线图；

图15显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具和以分批湿式化学工具加工的太阳能电池样品以百分比(％)计的太阳能电池效率(Eff)的线图；

图16显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具和以分批湿式化学工具加工的太阳能电池样品以Ω·cm²计的串联电阻(R_串联)的线图；和

图17显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具和以分批湿式化学工具加工的样品以mΩ·cm²计的比接触电阻(ρ_c)的线图。

具体实施方式

示例性实施方式涉及用于形成太阳能电池的钝化接触的表面处理方法。

图1A、1B、1C和1D显示可纳入所述表面处理方法的太阳能电池架构的实例。然后结合图2描述了这些太阳能电池架构之一的示例性制造工艺。图3描述了根据一种实施方式用于形成太阳能电池的钝化接触的表面处理方法，而图4描述了用于形成太阳能电池的钝化接触的示例性工艺流程。用不同的表面处理工艺和工具对使用图2的方法制造的太阳能电池进行实验。结合图5A至17显示并讨论这些结果。

图1A、1B、1C和1D显示根据实施方式的太阳能电池的示意性结构。这些太阳能电池中的每一种都具有后侧和布置成接收入射光的前侧。参考图1A的太阳能电池100，Si层102的前侧是指所述Si层102的顶侧101，而Si层102的后侧是指所述硅层102的底侧103。

图1A显示双面太阳能电池100，其包括晶体硅(Si)层102，且在该Si层102的纹理化前侧形成有前侧p⁺发射极层104。在本实施方式中，使用气态或液体源通过热扩散来形成前侧p⁺发射极层104。在其它实施方式中，可使用利用旋涂掺杂剂(spin-on-dopant)源、固体扩散源(BSG)或通过离子注入的其它掺杂工艺。Si层102在本实施方式中为n型，但其在另一种实施方式中可为p型。前侧p⁺发射极层104为硼掺杂的，但应当理解，在其它实施方式中可形成其它合适的p⁺发射极层。在Si层102的后侧的表面上，形成包括硅氧化物(SiO_x)的后表面电介质隧道层106。太阳能电池100还包括沉积在后表面电介质隧道层106上的掺杂的半导体层108。在本实施方式中，掺杂的半导体层108包括n⁺掺杂的(例如磷掺杂的)多晶硅(多晶Si)层。电介质隧道层106和掺杂的半导体层108形成钝化接触110。如图1A中显示的，前钝化层112沉积在前侧p⁺发射极层104上，并且后钝化层114沉积在掺杂的半导体层108上。在本实施方式中，前钝化层112包括AlO_x和SiN_x的堆叠体，且后钝化层114仅包括硅氮化物(SiN_x)。然而，在其它实施方式中，前钝化层和后钝化层可各自包括一个或多个薄膜层的堆叠体(例如，包括AlO_x、SiN_x、SiO_x、MgO_x、LiF中的一种或多种和其它这样的薄层)。太阳能电池100进一步包括沉积在前钝化层112上的前金属接触层116和沉积在后钝化层114上的后金属接触层118。金属接触层116、118包括常规的高温烧穿(fire-through)丝网印刷糊料，使得形成的金属接触层116、118分别与p⁺发射极层104和掺杂的半导体层108电接触。

图1A显示具有前侧p⁺发射极层104以及拥有n⁺多晶Si层108的后钝化接触的太阳能电池100，而图1B显示具有前侧n⁺发射极层以及拥有p⁺多晶Si层的后钝化接触的另一种太阳能电池120。除了前侧发射极层、硅层和多晶Si层的极性以外，图1A和1B的太阳能电池是相似的。

因此，图1B显示双面太阳能电池120，其包括晶体硅(Si)层122，且在该Si层122的纹理化前侧形成有前侧n⁺发射极层124。在本实施方式中，前侧n⁺发射极层124使用气态或液体源通过热扩散形成。在其它实施方式中，可使用其它合适的掺杂工艺，例如旋涂掺杂剂源、使用固体扩散源(BSG)的掺杂工艺、离子注入或其它这样的掺杂工艺。Si层122在本实施方式中为p型，但其在另一种实施方式中可为n型。前侧n⁺发射极层124为磷掺杂的，但应当理解，在其它实施方式中可形成其它合适的n⁺发射极层。在Si层122的后侧的表面上，形成包括硅氧化物(SiO_x)的后表面电介质隧道层126。太阳能电池120还包括沉积在后表面电介质隧道层126上的掺杂的半导体层128。在本实施方式中，掺杂的半导体层128包括p⁺掺杂的(例如，硼掺杂的)多晶硅(多晶Si)层。电介质隧道层126和掺杂的半导体层128形成钝化接触130。如图1B中显示的，前钝化层132沉积在前侧n⁺发射极层124上，并且后钝化层134沉积在掺杂的半导体层128上。在本实施方式中，前钝化层132和后钝化层134中的每一个都包括硅氮化物(SiN_x)。然而，在其它实施方式中，前钝化层和后钝化层可各自包括一个或多个薄膜层的堆叠体(例如，包括AlO_x、SiN_x、SiO_x、MgO_x、LiF中的一种或多种以及其它这样的薄层)。太阳能电池120进一步包括沉积在前钝化层132上的前金属接触层136和沉积在后钝化层134上的后金属接触层138。金属接触层136、138包括常规的高温烧穿丝网印刷糊料，使得形成的金属接触层136、138分别与n⁺发射极层124和掺杂的半导体层128电接触。

图1C和1D各自显示在Si晶圆或层的前侧和后侧都具有钝化接触的太阳能电池。

图1C显示双面太阳能电池140，其包括具有纹理化前侧的晶体硅(Si)层142。Si层142在本实施方式中为n型，但其在另一种实施方式中可为p型。与太阳能电池100不同，太阳能电池140包括代替前侧p⁺发射极层104的前侧钝化接触。因此，如图1C中显示的，包括硅氧化物(SiO_x)的前侧电介质隧道层144形成在Si层142的前侧表面上。前侧掺杂的半导体层146沉积在前侧电介质隧道层144上，并且这些层144、146一起形成前侧钝化接触148。在本实施方式中，前侧掺杂的半导体层146包括p⁺掺杂的(例如硼掺杂的)多晶硅(多晶Si)层。在Si层142的后侧的表面上，形成包括硅氧化物(SiO_x)的后侧电介质隧道层150。太阳能电池140还包括沉积在后侧电介质隧道层150上的后侧掺杂的半导体层152。在本实施方式中，后侧掺杂的半导体层152包括n⁺掺杂的(例如磷掺杂的)多晶硅(多晶Si)层。后侧电介质隧道层150和后侧掺杂的半导体层152形成后侧钝化接触154。如图1C中显示的，前钝化层156沉积在前侧钝化接触148上，并且后钝化层158沉积在后侧钝化接触154上。在本实施方式中，前钝化层156和后钝化层158中的每一个都包括硅氮化物(SiN_x)。然而，在其它实施方式中，前钝化层和后钝化层可各自包括一个或多个薄膜层的堆叠体(例如，包括AlO_x、SiN_x、SiO_x、MgO_x、LiF中的一种或多种以及其它这样的薄层)。太阳能电池140进一步包括沉积在前钝化层156上的前金属接触层160和沉积在后钝化层158上的后金属接触层162。金属接触层160、162包括常规的高温烧穿丝网印刷糊料，使得形成的金属接触层160、162分别与前侧掺杂的半导体层146和后侧掺杂的半导体层152电接触。

图1D显示双面太阳能电池170，其包括具有n⁺多晶Si层的前钝化接触以及具有p⁺多晶Si层的后钝化接触。图1D的太阳能电池170与图1C的太阳能电池140的不同在于，太阳能电池170的前侧和后侧的多晶Si层的极性已经颠倒。如图1D中显示的，双面太阳能电池170包括具有纹理化前侧的晶体硅(Si)层172。Si层172在本实施方式中为p型，但在另一种实施方式中可为n型。在Si层172的前侧，包括硅氧化物(SiO_x)的前侧电介质隧道层174形成在Si层172的前侧的表面上。包括n⁺掺杂的(例如磷掺杂的)多晶硅(多晶Si)层的前侧掺杂的半导体层176沉积在前侧电介质隧道层174上，并且这些层174、176一起形成前侧钝化接触178。在Si层172的后侧的表面上，形成包括硅氧化物(SiO_x)的后侧电介质隧道层180。包括p⁺掺杂的(例如硼掺杂的)多晶硅(多晶Si)层的后侧掺杂的半导体层182沉积在后侧电介质隧道层180上。后侧电介质隧道层180和后侧掺杂的半导体层182形成后侧钝化接触184。如图1D中显示的，前侧钝化层186沉积在前侧钝化接触178上，并且后侧钝化层188沉积在后侧钝化接触184上。在本实施方式中，前钝化层186和后钝化层188中的每一个都包括硅氮化物(SiN_x)。然而，在其它实施方式中，前钝化层和后钝化层可各自包括一个或多个薄膜层的堆叠体(例如，包括AlO_x、SiN_x、SiO_x、MgO_x、LiF中的一种或多种以及其它这样的薄层)。太阳能电池170进一步包括沉积在前钝化层186上的前金属接触层190和沉积在后钝化层188上的后金属接触层192。金属接触层190、192包括常规的高温烧穿丝网印刷糊料，使得形成的金属接触层190、192分别与前侧掺杂的半导体层176和后侧掺杂的半导体层182电接触。

图2为显示根据一种实施方式用于制造图1A的太阳能电池100的方法200的步骤的流程图。应当理解，这是用于说明如何将本公开内容的表面处理方法的实施方式纳入用于制造太阳能电池的工艺流程中的示例性实施方式，并且其不旨在为限制性的。本领域技术人员将理解，所述用于在太阳能电池中形成钝化接触的表面处理方法可以类似的方式纳入其它工艺流程中。

在该实施方式中，使用n型晶体硅(Si)晶圆作为用于制造太阳能电池100的起始基底。如本领域技术人员将理解的，在每个制造步骤之前可能需要准备步骤(例如，清洁Si晶圆表面)，并且为了本方法200的清晰和简洁，省略了这些准备步骤。

在步骤202中，在Si晶圆102上进行锯损害蚀刻(SDE，saw damage etch)，以减少由在Si晶圆上进行的较早锯切过程(例如将Si晶圆切割成锭)引起的表面损害。SDE涉及使用在去离子水中稀释的氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)或四甲基氢氧化铵(TMAH)作为蚀刻溶液的湿式碱性蚀刻工艺。

在步骤202中进行SDE之后，在步骤204中对太阳能电池100的Si层102进行纹理化。在Si层102的前侧和后侧进行所述Si层102的纹理化，并且这可包括使用包括低浓度(例如2.5重量％)氢氧化钾(KOH)溶液以及其它添加剂的湿式化学蚀刻来各向异性地蚀刻Si层102。

在步骤206中，掺杂Si层102以形成前侧p⁺发射极层104。在本实施方式中，前侧p⁺发射极层104是通过用掺杂剂源(例如三溴化硼(BBr₃))使用水平管热扩散来掺杂Si层102形成的。由于水平管热扩散的固有双侧工艺特性，Si层102的后侧也掺杂有硼(B)。在形成后侧钝化接触110之前，需要在随后的工艺步骤中除去该后侧B掺杂的层。

在步骤208中，在除去在Si层102后侧形成的不想要的后侧B掺杂的层之前，在所述Si层102的前侧沉积掩模层以保护前侧p⁺发射极层104。在本实施方式中，通过等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)将包括SiN_x的掩模层沉积在p⁺发射极层104上。

在步骤210中，在形成后侧钝化接触110之前对Si层102的后侧的表面进行处理。步骤210中的表面处理工艺涉及湿式蚀刻，并且可包括使用酸性溶液或酸性溶液混合物、或碱性溶液或碱性溶液混合物、和/或单组分蚀刻剂例如NaOCl的蚀刻。在本实施方式中，表面处理方法包括两步蚀刻工艺，并且将结合图3对此进行进一步描述。

在步骤212中，在太阳能电池100的后侧形成后侧钝化接触110。如结合图1A描述的，钝化接触110包括电介质隧道层106和掺杂的半导体层108。因此，钝化接触110的形成涉及电介质隧道层106和掺杂的半导体层108的形成。步骤212的进一步的细节结合图4描述。

在步骤214中，前钝化层112和后钝化层114分别形成在Si层102的前侧和后侧。在本实施方式中，前侧钝化层112包括AlO_x和SiN_x的堆叠体，并且后侧钝化层114包括使用PECVD沉积的SiN_x。

在步骤216中，使用常规的丝网印刷技术，例如使用常规的高温烧穿丝网印刷糊料，将金属接触层116、118分别沉积在前侧钝化层112和后侧钝化层114上。在本实施方式中，后侧金属接触层118包括银(Ag)糊料。

在步骤218中，进行高温烧制或退火，使得在步骤216中形成的金属接触层116、118反应并穿透相应的钝化层112、114，以分别与p⁺发射极层104和后侧掺杂的半导体层128形成电接触。

使用图1A的太阳能电池100的示例性实施方式，形成的钝化接触110包括在电介质隧道层106(例如超薄界面氧化物层SiO_x)上形成的掺杂的n⁺多晶Si层108。由于该后侧多晶Si层108的特定形貌，已经开发出特殊的金属化糊料用作接触掺杂的n⁺多晶硅层108的后侧金属接触层118。然而，这些特殊的金属化糊料可对后侧多晶Si层108的表面形貌敏感，并甚至于对Si层102的后表面敏感。因此，期望对后侧蚀刻工艺进行良好的控制。

进一步地，如结合用于制造太阳能电池100的步骤206描述的，使用BBr₃作为掺杂剂源在管式炉中在高温下进行的硼掺杂工艺本质上是双侧掺杂剂扩散工艺。因此，需要除去在Si层102的后侧形成的不想要的B掺杂的层。因此，期望除去这种不想要的B掺杂的层，同时实现形成钝化接触所期望的形貌的表面处理方法。对于形成钝化接触的最佳后表面形貌应当包括如下表面粗糙度：该表面粗糙度足够低以允许用于为太阳能电池提供良好的开路电压的优异的钝化，但不太低，使得使用烧穿金属糊料形成的金属接触仍将显示出优异的接触性质(例如，低的比接触电阻)。因此，允许在Si层表面(例如后侧或前侧)上实现这种期望的形貌以在太阳能电池中形成钝化接触的表面处理方法是有利的。

为实现上述目的，结合图3的表面处理方法300描述了两步蚀刻工艺。图3是显示根据一种实施方式用于形成太阳能电池的钝化接触的表面处理方法300的步骤的流程图。方法300可在图2的步骤210进行。

在步骤302中，使用第一蚀刻剂蚀刻太阳能电池的硅层的一部分，以减少所述硅层的纹理化表面的表面突起并提供中间表面。在本实施方式中，在掺杂工艺步骤206中Si层102的后侧被硼掺杂的情况下，该不想要的B掺杂的层也在该第一蚀刻步骤302中被除去。这可涉及具有2重量％至20重量％的KOH浓度的KOH溶液，并且蚀刻步骤302在303K至358K的温度范围下进行15秒至3分钟的持续时间。

在步骤304中，使用第二蚀刻剂蚀刻硅层的中间表面，以形成所述硅层的具有期望粗糙度的经处理的表面，其中所述第二蚀刻剂具有比所述第一蚀刻剂慢的在硅上的蚀刻速率。在本实施方式中，使用单组分蚀刻剂NaOCl。NaOCl溶液具有10重量％至15重量％的浓度，并且蚀刻步骤304在303K至358K的温度范围下进行5分钟至15分钟。

图4为显示根据一种实施方式用于形成图1A的太阳能电池100的钝化接触的方法400的步骤的流程图。方法400可在图2的方法200的步骤212进行。所形成的钝化接触110不仅提供对晶体硅层的优异的表面钝化，而且还提供合理的低接触电阻(在几至数十mΩ·cm²的数量级)，并实现高载流子提取选择性(即，能够在接触处仅提取电子或仅提取空穴，且载流子选择性高于例如12)。

在步骤402中，在Si层102的后侧进行RCA(Radio Corporation of America)清洁工艺。RCA清洁工艺是本领域中已知的标准清洁工艺，并且其包括(i)使用氨水(NH₃)和过氧化氢水溶液(H₂O₂)的混合物除去有机污染物的第一步骤，(ii)使用氢氟酸水溶液(HF)除去薄氧化物层的第二步骤，和(iii)使用盐酸(HCl)和过氧化氢水溶液(H₂O₂)的混合物除去离子污染的第三步骤。在除去离子污染的第三步骤之后，以湿式化学方式形成SiO_x的薄钝化层，并将其留在Si层102的后表面上，保护该表面免受随后的污染。这种SiO_x的薄钝化层也可用作太阳能电池100的后表面电介质隧道层106。

在步骤404中，通过低压化学气相沉积(LPCVD)在SiO_x的薄钝化层上形成多晶Si。在另一种实施方式中，可使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来沉积多晶Si。

在步骤406中，在本实施方式中，用POCl₃前体使用热管扩散工艺通过磷对在步骤404中形成的多晶Si进行掺杂以形成n⁺掺杂的多晶Si。n⁺掺杂的多晶Si形成太阳能电池100的掺杂的半导体层108，并用于选择性地提取钝化接触110中的电子。

在步骤408中，除去在步骤404中形成的已经包绕太阳能电池前表面的不想要的多晶Si。该除去工艺可使用干式蚀刻或湿式蚀刻来进行。

在步骤410中，进行退火步骤以活化n⁺多晶Si层中的磷掺杂剂。退火步骤在700℃至800℃的温度范围下进行。

为证明表面处理方法300在制造高效太阳能电池中的功效，对于步骤210使用不同的表面处理方法制造与图1A的太阳能电池100具有相同结构的太阳能电池。对于如下实验结果，使用低电阻率(1-1.5Ω·cm)大面积(M2)晶体Si晶圆制造在后侧纳入基于多晶Si的钝化接触的Si太阳能电池。这些Si太阳能电池是根据图2的方法200制备的，对于表面处理步骤210，使用在线湿式化学工具或分批湿式化学工具。对于表面处理步骤210，使用了四种变型：(i)仅碱性蚀刻，(ii)仅酸蚀刻，(iii)使用方法300的两步蚀刻工艺的先进表面工艺1，其中第一蚀刻剂是碱性的，和(iv)使用方法300的两步蚀刻工艺的先进表面工艺2，其中第一蚀刻剂为酸混合物。先进表面工艺1和2的细节显示在下面的表1。在本实施方式中，对于先进表面工艺1，其涉及使用20重量％KOH溶液在70℃下30秒的第一蚀刻步骤，随后使用15重量％NaOCl在70℃下15分钟的第二蚀刻步骤。在本实施方式中，对于先进表面工艺2，其涉及使用38重量％HNO₃和9重量％HF的混合物在室温下1分钟的第一蚀刻步骤，随后使用12重量％NaOCl在70℃下10分钟的第二蚀刻步骤。

表1：使用先进化学工艺定制表面形貌的工艺参数范围

上述变型(i)和(ii)用于复现蚀刻Si层的现有方法，以与本公开内容的两步蚀刻工艺进行比较。特别地，对于PERC电池，可使用KOH或HNO₃+HF来进行除去后表面上的掺杂的Si层(例如在步骤210中)。对于B掺杂的Si，与P掺杂的Si相比，难以使用碱性溶液进行蚀刻，并且因此优选使用HNO₃+HF的酸性混合物。B掺杂的或P掺杂的Si层的各向同性蚀刻通常在升高的温度(例如60-80℃)下进行，其中蚀刻速率相对高，并且根据所涉及的化学物质的浓度和进行蚀刻的温度，蚀刻速率在0.5-1μm/min之间变化。为确保蚀刻剂混合物的温度和浓度的均匀性，所使用的蚀刻剂混合物必须贯穿整个蚀刻过程充分混合。否则，化学物质的不充分混合可导致高度不均匀的蚀刻。此外，高蚀刻速率不能被容易地控制，并且它取决于许多参数，例如温度、所使用的蚀刻剂的浓度、蚀刻剂混合物的均匀混合以及载流子选择性掺杂的Si层的掺杂的均匀性。进一步地，这些酸或碱工艺留下有光泽的经蚀刻的Si表面，该经蚀刻的Si表面可能不利地影响丝网印刷和烧穿接触的接触性质。由于设计用于接触多晶Si的烧穿糊料对表面粗糙度极为敏感，因此考虑到使用这些酸或碱工艺难以控制被蚀刻的表面的形貌和粗糙度，很难实现良好的钝化接触。尽管使用这种碱性和/或酸混合物的现有蚀刻工艺正在不断发展，但这些工艺的进一步改进将需要另外的资本投资，例如以新的在线湿式化学处理设备的形式。

对于变型(i)，可在30℃至85℃的温度范围下使用浓度范围为2重量％-20重量％(即wt％)的KOH溶液。在本实施方式中，对于变型(i)的表面处理方法包括使用15重量％的KOH溶液在70℃下3分钟。对于变型(ii)，可在室温(例如20℃至30℃)下使用HF浓度为2重量％-10重量％且HNO₃浓度为25重量％-45重量％的HF-HNO₃的酸性混合物。在本实施方式中，对于变型(ii)的表面处理方法包括使用40重量％HNO₃和10重量％HF混合物在室温下3分钟。根据所采用的工艺参数，对于变型(i)和(ii)进行的蚀刻的持续时间可在15秒和3分钟之间变化。

重新参考变型(iii)和(iv)的本两步蚀刻工艺，在本实施方式中，这些变型的第二蚀刻步骤各自涉及使用单组分NaOCl蚀刻剂。单组分蚀刻剂的使用使得设备设计更简单，消除了在蚀刻过程期间确保蚀刻剂的良好混合的需要，并提供了更好的温度控制，以提供随时间均匀且可容易地控制的蚀刻速率。NaOCl的无害性还意味着在丢掉前需要最少的对产生的化学/蚀刻废物的处理。这进一步降低了工艺成本和环境影响。这些先进的两步蚀刻工艺也可使用现有的湿式化学设备(例如在线湿式化学工具或分批湿式化学工具)来实施，从而最小化任意新蚀刻设备所需的投资。为钝化接触形成前的Si层表面的表面处理开发的两步蚀刻工艺简单、稳健且高度灵活。在本实施方式中，该两步蚀刻工艺可如用于蚀刻掺杂硅层的现有分批湿式化学工具中需要的采用，以获得用于形成n型钝化接触所期望的表面形貌。由于与第一蚀刻步骤相比，第二蚀刻步骤的蚀刻速率较慢、均匀，因此可通过调节第二蚀刻步骤的持续时间来精确地蚀刻几纳米量级的厚度。因此，尽管该两步蚀刻工艺的第一蚀刻步骤提供了快速除去在Si层102的后侧形成的不想要的掺杂的半导体层的方式，但第二蚀刻步骤提供了精确且受控的方式来提供具有期望粗糙度的表面，该表面足够光滑以最小化钝化性质的退化，同时足够粗糙以与烧穿金属糊料形成优异的接触。

图5A至9涉及对于步骤210使用各种表面处理方法获得的实验结果，即：(i)仅碱性蚀刻，(ii)仅酸蚀刻，(iii)使用方法300的两步蚀刻工艺的先进表面工艺1，其中第一蚀刻剂为碱性的，和(iv)使用方法300的两步蚀刻工艺的先进表面工艺2，其中第一蚀刻剂为酸混合物。此外，图7至9显示与具有纹理化后表面的太阳能电池的性质有关的另外的实验结果，其中类似于步骤210的，纹理化后表面可通过使用2.5重量％KOH溶液以及其它添加剂作为表面处理方法的各向异性蚀刻来获得。进一步地，变型(i)、(ii)和(iv)是使用在线湿式化学工具进行的，而变型(iii)和纹理化表面处理是使用分批湿式化学工具进行的。

图5A、5B和5C显示根据一种实施方式在经历表面处理工艺(例如步骤210)后的Si层表面的三维(3D)图像。

图5A显示在通过KOH溶液在如上所述的变型(i)的条件下处理后的Si层表面的3D显微镜图像502，图5B显示在通过HF-HNO₃混合物在如上所述的变型(ii)的条件下处理后的Si晶圆表面的3D显微镜图像504，并且图5C显示在使用如上所述的先进表面工艺1处理后的Si晶圆表面的3D显微镜图像。从3D显微镜图像502、504和506，清楚的是，仅使用碱性KOH溶液对Si层的蚀刻产生三者中最光滑的表面，而使用两步蚀刻工艺产生三者中最粗糙的表面。

图6A、6B和6C分别显示对应于图5A、5B和5C的Si层表面的扫描电子显微镜(SEM)图像。图6A显示在通过KOH溶液处理后的Si层表面的SEM图像602，图6B显示在通过酸性HF-HNO₃混合物处理后的Si层表面的SEM图像604，并且图6C显示在使用如上所述的先进表面工艺1(即碱性KOH+NaOCl)处理后的Si层表面的SEM图像606。SEM图像602、604和606获得的结果与图5A至5C中显示的3D显微镜图像一致。

图7显示根据一种实施方式用多种表面处理工艺加工的Si晶圆样品的平均表面粗糙度的线图700。在线图700中，显示经历碱性KOH处理(即变型1，并标记为“碱性”)、酸性HF-HNO₃处理(即变型2，且标记为“酸性”)、先进表面工艺1(即变型3，并标记为“Adv-1”)、先进表面工艺2(即变型4，并标记为“Adv-2”)和纹理化工艺(标记为“Tex”)的Si晶圆样品的平均表面粗糙度。使用3D显微镜(Zeta-300，Zeta Instruments，USA)测量这些样品中每一个的表面粗糙度。如线图700中显示的，经历碱性KOH处理的Si样品的平均表面粗糙度702和经历酸性HF-HNO₃处理的Si样品的平均表面粗糙度704各自为约0.1μm至0.2μm，经历先进表面工艺1的Si样品的平均表面粗糙度706和经历先进表面工艺2的Si样品的平均表面粗糙程度708各自为约0.25μm至0.45μm，而经历纹理化工艺的Si样品的平均表面粗糙度710为约1.2至2.2μm。

图8显示根据一种实施方式用多种表面处理工艺处理的n型太阳能电池样品的以mV计的开路电压(V_OC)、以百分比(％)计的填充因子(FF)和以mΩ·cm²计的比接触电阻(ρ_c)的线图800。对于在n⁺多晶Si(例如磷掺杂的多晶Si)上形成的Ag接触，使用传输长度测量(Transfer Length Measurement，TLM)方法测量比接触电阻(ρ_c)。如图8中显示的，线图(线图)802涉及各种样品的V_OC，其中比例尺(刻度条，scale bar)812以mV为单位度量，线图804涉及各种样品的FF，其中比例尺814以百分比(％)为单位度量，并且线图806涉及各种样品的ρ_c，其中比例尺816以mΩ·cm²为单位度量。对于本实验中使用的样品，使用了设计成接触n⁺多晶Si的烧穿Ag糊料。这种糊料一般对表面形貌表现出高灵敏度。

图9显示根据一种实施方式用多种表面处理工艺加工的n型太阳能电池样品的以mV计的开路电压(V_OC)、以百分比(％)计的填充因子(FF)和以百分比(％)计的太阳能效率(Eff)的线图900。如图9中显示的，线图902涉及各种样品的V_OC，其中比例尺912以mV为单位度量，线图904涉及各种样品的FF，其中比例尺914以百分比(％)为单位度量，并且线图906涉及各种样品的Eff，其中比例尺916以百分比(％)为单位度量。

如图8和9的线图800、900中显示的，当与在钝化接触形成之前仅使用碱性KOH(即“碱性”)处理的太阳能电池表面相比时，通过先进化学工艺(即“Adv-1”和“Adv-2”)加工的太阳能电池在绝对效率(Eff)方面显示>1％的大致改善。如线图800、900中显示的，与仅使用碱性KOH(即“碱性”)加工的那些太阳能电池相比，通过先进化学工艺加工的太阳能电池中获得的几乎所有的效率都是由于太阳能电池的改善的填充因子(FF)。这可解释如下。尽管使用仅碱性KOH表面处理形成钝化接触获得的Si层的更光滑的表面导致更高的太阳能电池电压V_OC，但这些太阳能电池的FF仍然较差，因为作为表面更光滑的结果，在n⁺多晶Si层108上形成的接触较差。另一方面，通过先进化学工艺加工的太阳能电池的略低的V_OC可归因于其上形成钝化接触的略粗糙的表面。然而，在通过先进化学工艺加工的太阳能电池中，V_OC的损失大大地被FF的增益所补偿。与使用酸性HF-HNO₃或先进化学工艺加工的那些太阳能电池相比，使用仅碱性KOH加工的太阳能电池的较低的FF在很大程度上可归因于由于更光滑的表面而形成的钝化接触的更高的接触电阻。对于使用纹理化加工的太阳能电池，尽管这些样品实现了最低的ρ_c，但FF的增益无法补偿这些样品中在V_OC上的损失。因此，总体而言，用先进化学工艺加工的太阳能电池得到具有最高效率Eff的太阳能电池，如线图900中显示的。考虑到所有这些情况下的太阳能电池样品都具有相似的前侧结构，因此，在图8和9中显示的线图800、900中获得的不同结果与后钝化接触形成有关。因此，明晰的是，本公开内容中开发的先进化学工艺(即两步蚀刻表面处理方法)针对期望的表面形貌进行定制，其导致形成显著改善的钝化接触，以实现具有最高FF和电池效率的太阳能电池。进一步地，还可注意到，所述先进化学工艺可以在线湿式化学工具或分批湿式化学工具应用而实现类似的结果。

除了比较使用不同的表面处理方法形成钝化接触所制造的太阳能电池以外，还研究了使用两种不同的加工路线——在线湿式化学工具和分批湿式化学工具——制造的太阳能电池。在本实施方式中，在线湿式化学工具涉及使用仅碱性化学的蚀刻(尽管在其它实施方式中也可使用酸碱蚀刻剂)，而分批湿法化学工具涉及如上所述的两步蚀刻工艺(例如使用Adv-1)。在线湿式化学工具通常涉及在浸入蚀刻剂中的辊上传输待蚀刻的晶圆，使得仅晶圆的单侧暴露于用于蚀刻工艺的蚀刻剂，而分批湿式化学工具通常涉及将晶圆浸入蚀刻剂浴中，使得整个晶圆暴露于蚀刻剂。在本实施方式中，在线湿式化学工具可使用KOH和/或HF蚀刻剂，而分批湿式化学工具使用如前所述的两步蚀刻工艺。分批湿式化学工具的优点在于其关于经济、占地面积(foot-print)、晶圆尺寸和浴化学的灵活性，而使用在线湿式化学工具的优点是更大的生产量。对于这些实施方式以分批湿式化学工具使用的两步蚀刻工艺可涉及使用KOH浴的第一蚀刻步骤和使用单组分NaOCl蚀刻剂的第二蚀刻步骤。对于第一蚀刻步骤，KOH浴具有15重量％-20重量％(即wt％)的KOH浓度和60℃至80℃的温度。第一蚀刻步骤进行15至45秒，或15至30秒。第二蚀刻步骤涉及在具有10重量％-15重量％的NaOCl浓度的NaOCl浴中和在70℃至80℃的温度下蚀刻晶圆10-15分钟。特别地，在本实施方式中，在线湿式化学工具涉及在75℃下使用15重量％KOH的仅碱性工艺3分钟，而分批湿法化学工具涉及两步蚀刻工艺，其中第一蚀刻步骤使用15重量％KOH在75℃下45秒，随后是使用15重量％NaOCl在75℃下15分钟的第二蚀刻步骤。在本实施方式中，使用在线和/或分批湿式化学工具进行的工艺被控制在5℃的温度窗口内，这对于工业过程来说可被视为是稳健的。图10A至图17显示这些太阳能电池获得的实验结果。

图10A和10B显示在根据一种实施方式的表面处理工艺之后的Si层表面的三维(3D)图像。图10A显示在使用在线湿式化学工具(即使用仅碱性工艺)处理后的Si层表面的3D显微镜图像1002，并且图10B显示在以分批湿法化学工具(即使用两步蚀刻工艺)处理后的Si层表面的3D显微镜图像1004。从3D显微镜图像1002和1004，明晰的是，使用分批湿式化学工具用两步蚀刻工艺蚀刻Si层与使用在线湿式化学工具的相比，提供更粗糙的表面。

图11显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具(使用仅碱性工艺)和以分批湿式化学工具(使用两步蚀刻工艺)加工的Si晶圆样品的平均表面粗糙度的线图1100。在线图1100中，显示经历通过在线湿式化学工具(标记为“在线”)加工的Si晶圆样品和经历通过分批湿式化学工具(标记为“分批”)加工的Si晶圆样品的平均表面粗糙度。如线图1100中显示的，使用在线湿式化学工具加工的样品的平均表面粗糙度1102为约0.25μm，而使用在线湿式化学工具加工的样品的平均表面粗糙度1104为约0.4μm。使用3D显微镜(Zeta-300，ZetaInstruments，USA)测量这些样品中每一个的表面粗糙度。

图12显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具(即使用仅碱性工艺)和以分批湿式化学工具(即使用两步蚀刻工艺)加工的n型太阳能电池样品以mV计的开路电压(V_OC)的线图1200，其中n⁺多晶Si钝化接触形成在后表面上。线图1202与使用在线湿式化学工具加工的样品的V_OC相关联，而线图1204与使用分批湿式化学工具加工的样品的V_OC相关联。

图13显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具(即使用仅碱性工艺)和以分批湿式化学工具(即使用两步蚀刻工艺)加工的n型太阳能电池样品以mA/cm²计的太阳能电池电流密度(J_SC)的线图1300，其中n⁺多晶Si钝化接触形成在后表面上。线图1302与使用在线湿式化学工具加工的样品的J_SC相关联，而线图1304与使用分批湿式化学工具加工的样品的J_SC相关联。

图14显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具(即使用仅碱性工艺)和以分批湿式化学工具(即使用两步蚀刻工艺)加工的n型太阳能电池样品以百分比(％)计的填充因子(FF)的线图1400，其中n⁺多晶Si钝化接触形成在后表面上。线图1402与使用在线湿式化学工具加工的样品的FF相关联，而线图1404与使用分批湿式化学工具加工的样品的FF相关联。

图15显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具(即使用仅碱性工艺)和以分批湿式化学工具(即使用两步蚀刻工艺)加工的n型太阳能电池样品以百分比(％)计的太阳能电池效率(Eff)的线图1500，其中n⁺多晶Si钝化接触形成在后表面上。线图1502与使用在线湿式化学工具加工的样品的Eff相关联，而线图1504与使用分批湿式化学工具加工的样品的Eff相关联。

使用在线和分批湿式化学工具制造的n型钝化接触太阳能电池的电流密度-电压(J-V)特性如以上结合图12至15所显示的。与在结合图7至9的实验中制造和测量的太阳能电池类似，这些太阳能电池中的n⁺多晶Si层用设计成接触n+多晶Si的烧穿Ag糊料进行金属化，其一般对表面形貌表现出高灵敏度。如图15中显示的，使用分批湿式化学工具加工的太阳能电池在太阳能电池效率上显示出>2％绝对值的大致改善。比较线图1200、1300和1400，观察到，使用分批化学工具加工的太阳能电池获得的几乎所有效率都是由于这些太阳能电池的改善的填充因子(FF)，而使用在线湿式化学工具和分批湿式化学工具加工的太阳能电池的其它相关参数例如V_OC和J_SC是相当的。事实上，使用分批湿式化学工具加工的太阳能电池的V_OC略低于使用在线湿式化学工具加工的那些，并且这可归因于在用于形成钝化接触的Si层后面上形成的略微更粗糙的表面。然而，使用分批湿式化学工具制造的这些太阳能电池的V_OC损失大大通过FF的增益所补偿，从而导致更高的太阳能电池整体效率。由于在两种情况下的前表面相同，因此太阳能电池参数和效率的差异可归因于仅后表面形貌。

图16显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具(即使用仅碱性工艺)和以分批湿式化学工具(即使用两步蚀刻工艺)加工的n型钝化接触太阳能电池样品以Ω·cm²计的串联电阻(R_串联)的线图1600，其中n⁺多晶Si钝化接触在后表面上。线图1602与使用在线湿式化学工具加工的样品的R_串联相关联，而线图1604与使用分批湿式化学工具加工的样品的R_串联相关联。如图16中显示的，明晰的是，使用在线湿式化学工具加工的太阳能电池的R_串联为以分批湿式化学工具加工的那些太阳能电池的4倍高或更多。这可解释使用在线湿式化学工具加工的太阳能电池较低的FF，这在很大程度上可归因于与使用分批湿式化学工具加工的那些太阳能电池相比，在这些太阳能电池中获得的更高的串联电阻(R_串联)。

由于这些太阳能电池中的每一个的前架构是类似的，因此使用在线湿式化学工具加工的太阳能电池和使用分批湿式化学工具加工的太阳能电池所获得的性质的差异与后钝化接触相关联。为进一步分析后钝化接触的性质的差异，使用传输长度测量(TLM)方法测量在n⁺多晶Si上形成的Ag接触的比接触电阻(ρ_c)。

图17显示根据一种实施方式以在线湿式化学工具(即使用仅碱性工艺)和以分批湿式化学工具(即使用两步蚀刻工艺)加工的n⁺多晶Si样品上形成的Ag接触以mΩ·cm²计的比接触电阻(ρ_c)的线图1700。线图1702与其中使用在线湿式化学工具加工后表面在n⁺多晶Si上形成的Ag接触的ρ_c相关联，而线图1704与其中使用分批湿式化学工具加工后表面在n⁺多晶Si上形成的Ag接触的ρ_c相关联。如线图1700中显示的，明晰的是，使用分批湿式化学工具对Si层的后侧进行表面处理导致形成具有较低ρ_c的显著改善的后钝化接触。这导致较低的R_串联，这反过来又导致这些太阳能电池的改善的FF和太阳能电池效率(Eff)。

尽管在独立式(standalone)太阳能电池中显示了在形成钝化接触之前对Si晶圆进行表面处理的两步蚀刻工艺，但应当理解，对于在三端子(3T)串联太阳能电池集成中使用的底部电池，该两步蚀刻工艺也可用于制造前结和/或后结用的钝化接触太阳能电池。进一步地，尽管本实施方式的太阳能电池100的Si层102包括纹理化的钝化前侧，但在变型中，为了更好的3T串联太阳能电池集成，太阳能电池100可包括非纹理化(或平面)的前侧。

进一步地，尽管在先前描述的实施方式中已经使用了具有中等正电荷密度的SiO_x作为用于前侧和/或后侧的电介质隧道层，但在变型中，电介质隧道层106、126、144、150、174、180可通过原子层沉积的具有高的负界面电荷密度的AlO_x而形成。

应当理解，用于在钝化接触形成之前处理Si层表面的上述两步蚀刻工艺可应用于使用载流子选择性合金化的(n⁺)硅层制造n型前结钝化接触太阳能电池(例如图1A的太阳能电池100)以及使用载流子选择性合金化的(p⁺)硅层制造n型后结钝化接触太阳能电池(例如图1B的太阳能电池120)。在一些实施方式中，可在Si层的前表面进行两步蚀刻工艺(例如，如果发射极形成在背部，或如结合图1C和1D显示的，如果钝化接触形成在太阳能电池的两侧)。

在其它实施方式中，对于使用载流子选择性合金化的(p⁺)硅层制造n型后结两侧钝化接触太阳能电池(例如，图1D的太阳能电池170)，如果起始晶圆两侧具有平面表面，则可直接使用两步蚀刻工艺。对于这种应用，可使用单组分蚀刻用溶液蚀刻掉在太阳能电池前侧形成的不想要的p⁺多晶Si。尽管p⁺多晶硅可用高浓度(15-20重量％)的热KOH溶液或强酸性蚀刻用溶液例如HF+HNO₃进行蚀刻，但这些溶液是侵蚀性的，并且可通过针孔损坏由掩模保护的后发射极(在KOH的情况下)，或可完全损坏掩模本身(在酸性蚀刻剂的情况下)。单组分蚀刻用溶液是缓慢的和高选择性的，因此它仅蚀刻前侧上未被保护的多晶Si。替代地，如果起始晶圆具有纹理化的表面，则可使用单组分溶液在不损坏纹理化前表面形貌的情况下选择性地蚀刻前侧的多晶Si，这在其它蚀刻用溶液的情况下是不容易实现的。这些提供了单组分蚀刻用溶液的进一步的优点/应用。

其它替代实施方式包括：(1)使用p掺杂的Si晶圆或Si层代替n掺杂的Si晶圆或Si层，(2)在太阳能电池中部署用于形成p⁺发射极的基于硼的掺杂剂或用于形成n⁺发射极的基于磷的掺杂剂的单侧沉积是可行的情况下，仅使用单组分蚀刻剂的第二蚀刻步骤进行缓慢蚀刻以实现对于钝化接触形成的期望的粗糙度，(3)在两步蚀刻工艺的第一蚀刻步骤中使用的酸性蚀刻用溶液，其包括单独的或以任意组合的硝酸(HNO₃)、乙酸(CH₃COOH)或氢氟酸(HF)，(4)使用酸性溶液、酸性混合物、碱性溶液或碱性混合物的两步蚀刻工艺的第一蚀刻步骤，(5)在两步蚀刻工艺之前的另外的蚀刻步骤，用于在形成钝化接触之前对Si层进行表面处理，其中所述另外的蚀刻步骤可包括使用碱性溶液、碱性混合物、酸性溶液或酸性混合物的蚀刻，(6)钝化层112、114、132、134、156、158、186、188包括如下中的一种或多种：AlO_x、SiN_x和/或SiO_x，(7)具有n⁺发射极的太阳能电池，其使用POCl₃作为掺杂剂源在高温下在管式炉中使用磷扩散形成，(8)在形成磷掺杂的n⁺发射极的情况下，使用包括酸(例如HF-HNO₃)或碱(KOH)或二者的组合的蚀刻剂使用湿式化学蚀刻工艺来进行包绕非发射极侧(可为后或前侧)的磷蚀刻，(9)使用干式蚀刻工艺进行表面处理方法300的两步蚀刻工艺的第一蚀刻步骤和/或第二蚀刻步骤，(10)其中所述Si层为晶体Si层或无定形Si层，(11)其中所述硅层为单晶Si层或多晶Si层，(12)所述第二蚀刻剂包含单组分蚀刻剂，(13)所述第二蚀刻剂包含氢氧化铵或四甲基氢氧化铵(TMAH)，其中氢氧化铵和TMAH各自为单组分蚀刻剂，和(14)该方法的步骤(i)(例如步骤302)，其中蚀刻硅层的一部分可包括所述硅层的整个部分(即硅层的整个后或前表面)、或者后或前表面的一部分。

尽管仅详细描述了本发明的一些实施方式，但根据所附权利要求，许多变型是可能的。例如，关于一种实施方式描述的特征可被纳入到一种或多种其它实施方式中，反之亦然。

Claims (16)

1.用于形成太阳能电池的钝化接触的表面处理方法，所述太阳能电池包括具有纹理化表面的硅层，所述方法包括：

(i)使用第一蚀刻剂蚀刻所述硅层的一部分以减少所述纹理化表面的表面突起并提供所述硅层的中间表面；和

(ii)使用第二蚀刻剂蚀刻所述硅层的中间表面以形成所述硅层的具有形成太阳能电池的钝化接触的期望粗糙度的经处理的表面，所述第二蚀刻剂具有比所述第一蚀刻剂慢的在硅上的蚀刻速率。

2.权利要求1所述的方法，进一步包括各向异性地蚀刻所述硅层以形成所述硅层的纹理化表面。

3.权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述第二蚀刻剂为单组分蚀刻用溶液。

4.权利要求3所述的方法，其中所述第二蚀刻剂包括次氯酸钠(NaOCl)。

5.权利要求4所述的方法，其中所述方法的步骤(ii)在30℃至85℃的温度下进行5分钟至15分钟的持续时间。

6.权利要求4或权利要求5所述的方法，其中所述NaOCl的浓度在10重量％至15重量％的范围内。

7.前述权利要求任一项所述的方法，其中所述硅层的经处理的表面的期望粗糙度在0.2μm至0.5μm的范围内。

8.前述权利要求任一项所述的方法，其中所述硅层具有后侧和被布置成接收入射光的前侧，将所述硅层在于所述硅层的前侧形成发射极的过程中，在所述前侧和所述后侧两侧进行掺杂，所述方法的步骤(i)适于蚀刻掉所述硅层在后侧的掺杂层，以在所述硅层的后侧形成钝化接触。

9.权利要求8所述的方法，其中所述方法包括使用硼掺杂剂源掺杂所述硅层，所述第一蚀刻剂包括氢氟酸(HF)和硝酸(HNO₃)的混合物。

10.权利要求8或权利要求9所述的方法，进一步包括在掺杂所述硅层之后并且在所述方法的步骤(i)之前，在硅层的前侧沉积掩模层，以保护所述硅层的前侧的掺杂层。

11.权利要求1至7任一项所述的方法，其中所述第一蚀刻剂包括氢氧化钾(KOH)溶液、或氢氟酸(HF)和硝酸(HNO₃)的混合物。

12.权利要求11所述的方法，其中所述第一蚀刻剂包括KOH溶液，KOH的浓度在2重量％至20重量％的范围内。

13.权利要求12所述的方法，其中所述方法的步骤(i)在30℃至85℃的温度下进行15秒至3分钟的持续时间。

14.权利要求11所述的方法，其中所述第一蚀刻剂包括HF和HNO₃的混合物，HF的浓度在2重量％至10重量％的范围内，并且HNO₃的浓度在25重量％至45重量％的范围内。

15.权利要求14所述的方法，其中所述方法的步骤(i)在18℃至30℃的温度下进行30秒至3分钟的持续时间。

16.前述权利要求任一项所述的方法，其中所述方法使用分批湿式化学工具或在线湿式化学工具来进行。