專利名稱：一種制備晶硅太陽(yáng)電池局域背接觸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)電池領(lǐng)域，特別涉及一種制備晶硅太陽(yáng)電池局域背接觸的方法。
背景技術(shù)：
開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能已成為世界各國(guó)可持續(xù)發(fā)展能源的戰(zhàn)略決策。無(wú)論是發(fā)達(dá)國(guó)家，還 是發(fā)展中國(guó)家均制定了中長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃，把光伏發(fā)電作為人類未來(lái)能源的希望。但做為 社會(huì)整體能源結(jié)構(gòu)的組成部分，目前太陽(yáng)能所占比例尚不足1%，造成這種狀況的主要 原因是太陽(yáng)電池的成本過(guò)高。目前，占光伏市場(chǎng)近90%的晶硅太陽(yáng)電池組件的零售價(jià)格 仍然在4.83S/Wp，這其中最重要的成本是180-300微米厚的硅片的成本。近,年來(lái)，硅原 料急劇短缺，價(jià)格已經(jīng)上漲到300美元/公斤以上，使得原料成本已經(jīng)占據(jù)了晶硅電池成 本的絕大部分。此種情況下，除非采用更薄的片子，否則任何降低成本的方法都不能使 晶硅電池的成本有較大程度的下降。因此，薄片化硅電池成為光伏領(lǐng)域中一個(gè)重要的研 究方向。
但是，隨著硅片厚度的下降，背表面復(fù)合對(duì)太陽(yáng)電池性能的影響就變得非常顯著。 由于硅與金屬之間的接觸界面復(fù)合速率極高，會(huì)使太陽(yáng)電池效率顯著下降，因而，傳統(tǒng) 的全背面接觸電極，即硅片的整個(gè)背面都是背接觸電極的結(jié)構(gòu)就不再適合用于薄片化的 硅太陽(yáng)電池。所以，局域背接觸的概念被提出。在實(shí)驗(yàn)室中，通常采用光刻工藝在硅片 背面刻出接觸區(qū)，但是這種方法成本高，產(chǎn)率低，并且只能制作在很小的面積上，因而 并不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。中國(guó)專利申請(qǐng)200510123062.2公開(kāi)了一種基于絲網(wǎng)印刷工藝的 背面點(diǎn)接觸硅太陽(yáng)電池及其制造方法。但是絲網(wǎng)印刷技術(shù)加工精度不高，所制備的接觸 點(diǎn)尺寸和間隔仍然過(guò)大，利用金屬漿料形成的歐姆接觸也不完美。目前，更多采用的是 激光燒蝕技術(shù)，就是采用激光在硅電池背面燒蝕出幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)個(gè)背接觸點(diǎn)。這種技 術(shù)的缺點(diǎn)是如果激光器數(shù)量有限，則生產(chǎn)率很低；為了提高產(chǎn)率，必須采用足夠多的激 光器，這樣，生產(chǎn)成本就大大增加。
已經(jīng)熟知的，鋁的電化學(xué)氧化會(huì)形成多孔的氧化鋁，如D. Al Mawlawi, C. Douketis， T. Bigioni, M. Moskovits等在Electrochemical Fabrication of Metal and Semiconductor Nano-wire Arrays, Electrochemical Society Proceedings, Volume 95-8, pp. 262中所描述的， 這里將其作為參考。形成多孔氧化鋁的基本工藝己經(jīng)知道了超過(guò)40年，并被廣泛的用 來(lái)制作帶顏色的鋁。最近，在用多孔氧化鋁技術(shù)制作納米溝道的有序陣列上又有了新的 興趣，如J. Chen在Appl. Phys. Lett, 74， 2951 (1999)，以及D.Crouse, Y-H Lo, A.E. Miller 和M. Crouse在Appl. Phys. Lett. 76， 49 (2000)中所公開(kāi)的。在很多研究中，開(kāi)始采用陽(yáng) 極氧化鋁作模版來(lái)制作納米結(jié)構(gòu)。如X. Duan和CM. Lieber在Adv. Mat 12,298 (2000) 中以及K.K丄ew, L. Pan, T.E. Bogart, S.M. Dilts， E. C. Dickey,和J.M.Redwing在 Appl.Phys丄ett., 85,3101-3103. (2004)中所描述的。利用電化學(xué)工藝可以制備出特征尺寸 很小，密度很大的陽(yáng)極氧化鋁孔陣列。利用這種陽(yáng)極氧化鋁孔陣列作模版，可以進(jìn)行很 多微納結(jié)構(gòu)的制作和加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高硅太陽(yáng)電池局域背接觸的制備精度和產(chǎn)率，并降低制備成本， 提出一種利用陽(yáng)極氧化鋁孔陣列來(lái)制備晶硅太陽(yáng)電池局域背接觸的方法。具體步驟按順 序如下
1、 在晶硅襯底背面淀積鋁層；
2、 利用陽(yáng)極氧化將鋁層制成陽(yáng)極氧化鋁孔陣列，生成的陽(yáng)極氧化鋁孔要貫穿整個(gè) 鋁層；
3、 在陽(yáng)極氧化鋁孔陣列上淀積背接觸電極，并通過(guò)退火使背接觸電極通過(guò)陽(yáng)極氧 化鋁孔與晶硅襯底形成歐姆接觸。
在步驟l中，在晶硅襯底背面淀積鋁層可以采用傳統(tǒng)的金屬淀積工藝，比如熱蒸發(fā)， 電子束蒸發(fā)，磁控濺射等進(jìn)行。
在步驟2中，在鋁層淀積完成后，采用電化學(xué)工藝對(duì)其進(jìn)行陽(yáng)極氧化，所得到的陽(yáng) 極氧化鋁孔要貫穿整個(gè)鋁層，露出下面的晶硅襯底表面。陽(yáng)極氧化鋁孔的底部成為局域 背接觸區(qū)，周圍生成的氧化鋁可以對(duì)非接觸區(qū)的晶硅表面起到鈍化的作用。之后如果必 要，可以稍作腐蝕以除去孔內(nèi)或者孔底殘留的氧化鋁。
在步驟3中，采用常規(guī)接觸電極制備工藝將背接觸電極淀積到背表面上，比如熱蒸 發(fā)，磁控濺射等。背接觸電極可以是各種合適的金屬，為一些特殊目的，還可以是導(dǎo)電 的氧化物，或者它們的疊層結(jié)構(gòu)。背接觸電極透過(guò)陽(yáng)極氧化鋁孔與晶硅襯底背表面接觸。 然后，對(duì)電池進(jìn)行后續(xù)處理，比如在真空或者惰性或者還原氣氛下退火，使背接觸電極 在局域接觸區(qū)內(nèi)與晶硅襯底背表面之間形成良好的歐姆接觸。
在晶硅襯底背面淀積鋁層之前，可以先在晶硅襯底背面上制備背場(chǎng)結(jié)構(gòu)。比如對(duì)于 p型硅襯底，可以是鋁背場(chǎng)或者硼背場(chǎng)，這在太陽(yáng)電池技術(shù)領(lǐng)域是熟知的。
在晶硅襯底背面上淀積鋁層之前，還可以先在晶硅襯底或者背場(chǎng)結(jié)構(gòu)背面上淀積介
質(zhì)鈍化層。所述的介質(zhì)鈍化層，可以是能夠鈍化晶硅襯底表面的任何物質(zhì)，比如非晶硅、 氧化硅、氮化硅、氧化鋁等，其具體制備方法在太陽(yáng)電池領(lǐng)域都是所熟知的。所述的介 質(zhì)鈍化層可以是單層的，也可以是多層的。當(dāng)介質(zhì)鈍化層為多層的時(shí)，這些介質(zhì)鈍化層 是逐層淀積的。比如，對(duì)于雙層的介質(zhì)鈍化層，可以是先淀積一層非晶硅鈍化層，然后 再在非晶硅鈍化層上淀積一層氮化硅鈍化層。淀積鈍化層的目的是為了降低非接觸區(qū)硅 背表面上的復(fù)合速率。此后，在陽(yáng)極氧化鋁孔陣列制備完成后，進(jìn)一步加入一步濕法或
者等離子體刻蝕工藝，通過(guò)氧化鋁孔刻蝕所述的介質(zhì)鈍化層，直到露出下面的晶硅襯底 或者背場(chǎng)結(jié)構(gòu)。


圖l本發(fā)明方法的一種工藝流程圖； 圖2本發(fā)明方法的一種工藝流程圖； 圖3本發(fā)明方法的一種工藝流程圖； 圖4本發(fā)明方法的一種工藝流程圖中，l為晶硅襯底，2為鋁層，3為陽(yáng)極氧化鋁孔陣列，4為背接觸電極，5為背 場(chǎng)結(jié)構(gòu)，6為介質(zhì)鈍化層。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明方法的具體步驟按順序如下
首先在晶硅襯底1背面上淀積鋁層2;再利用陽(yáng)極氧化將鋁層2制成陽(yáng)極氧化鋁孔 陣列3;然后在陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3上淀積背接觸電極4，并進(jìn)行退火，使背接觸電極4 通過(guò)陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3與晶硅襯底1形成歐姆接觸。
在晶硅襯底1背面淀積鋁層2可以采用傳統(tǒng)的金屬淀積工藝，比如熱蒸發(fā)，電子束 蒸發(fā)，磁控濺射等進(jìn)行。鋁層2淀積完成后，采用電化學(xué)工藝對(duì)其進(jìn)行陽(yáng)極氧化，所生 成的陽(yáng)極氧化鋁孔貫穿整個(gè)鋁層，露出下面的晶硅襯底表面。之后如果必要，可以稍作 腐蝕以除去孔內(nèi)或者孔底殘留的氧化鋁。采用常規(guī)接觸電極制備工藝將背接觸電極4淀 積到背表面上。背接觸電極4透過(guò)陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3與晶硅襯底1背表面接觸。然后， 對(duì)電池進(jìn)行后續(xù)處理，比如在真空或者惰性或者還原氣氛下退火，使背接觸電極4在陽(yáng) 極氧化鋁孔內(nèi)與晶硅襯底1背表面之間形成良好的歐姆接觸。
在晶硅襯底1背面淀積鋁層2之前，可以先在晶硅襯底1背面上制備背場(chǎng)結(jié)構(gòu)5。
在晶硅襯底1背面上淀積鋁層2之前，還可以先在晶硅襯底1或者背場(chǎng)結(jié)構(gòu)5背面 上淀積介質(zhì)鈍化層6。所述的介質(zhì)鈍化層6可以是單層的，也可以是多層的。當(dāng)介質(zhì)鈍
化層6為多層的時(shí)，這些介質(zhì)鈍化層是逐層淀積的。比如，對(duì)于雙層的介質(zhì)鈍化層6， 可以是先淀積一層非晶硅鈍化層6a，然后再在非晶硅鈍化層6a上淀積一層氮化硅鈍化 層6b。此后，在陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3制備完成后，進(jìn)一步加入一步濕法或者等離子體刻 蝕工藝，通過(guò)氧化鋁孔刻蝕所述的介質(zhì)鈍化層6，直到露出下面的晶硅襯底1或者背場(chǎng) 結(jié)構(gòu)5。
利用本發(fā)明的方法，不需要增加昂貴的設(shè)備，比如前面所述的激光器，絲網(wǎng)印刷機(jī) 等，就可以制備出特征尺寸小，尺寸精度高的局域背接觸圖形，并且產(chǎn)率大，制備成本 低。
實(shí)施例l
如圖1所示，步驟l，采用熱蒸發(fā)在晶硅襯底1背面淀積鋁層2;步驟2,利用陽(yáng)極 氧化將鋁層2制成陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3，生成的陽(yáng)極氧化鋁孔要貫穿整個(gè)鋁層；步驟3， 采用磁控濺射在陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3上淀積背接觸電極4，并在氫還原氣氛下退火，使 背接觸電極4通過(guò)陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3與晶硅襯底1形成歐姆接觸。
實(shí)施例2
如圖2所示，步驟l，采用硼擴(kuò)散工藝在p型的晶硅襯底1背面制備背場(chǎng)結(jié)構(gòu)5; 步驟2，采用磁控濺射在背場(chǎng)結(jié)構(gòu)5表面上淀積鋁層2;步驟3，利用陽(yáng)極氧化將鋁層2 制成陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3,生成的陽(yáng)極氧化鋁孔要貫穿整個(gè)鋁層；步驟4，采用熱蒸發(fā) 在陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3上淀積背接觸電極4,并在真空下退火，使背接觸電極4通過(guò)陽(yáng) 極氧化鋁孔陣列3與背場(chǎng)結(jié)構(gòu)5形成歐姆接觸。
實(shí)施例3
如圖3所示，步驟l，采用等離子體輔助化學(xué)氣相淀積(PECVD)工藝在晶硅襯底 1背面上淀積單層的氮化硅介質(zhì)鈍化層6;步驟2，采用熱蒸發(fā)在介質(zhì)鈍化層6上淀積鋁 層2;步驟3，利用陽(yáng)極氧化將鋁層2制成陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3，生成的陽(yáng)極氧化鋁孔要 貫穿整個(gè)鋁層；步驟4，通過(guò)陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3對(duì)介質(zhì)鈍化層6進(jìn)行濕化學(xué)腐蝕，直 到露出晶硅襯底1的表面；步驟5，在整個(gè)表面上淀積背接觸電極4，并在氮?dú)鈿夥障?退火，使背接觸電極4通過(guò)陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3與晶硅襯底1形成歐姆接觸。
實(shí)施例4
如圖4所示，步驟l,釆用磷擴(kuò)散工藝在n型的晶硅襯底1背面制備背場(chǎng)結(jié)構(gòu)5， 步驟2，采用等離子體輔助化學(xué)氣相淀積(PECVD)工藝在背場(chǎng)結(jié)構(gòu)5表面上淀積雙層 的介質(zhì)鈍化層6，包括先淀積一層非晶硅鈍化層6a，再在非晶硅鈍化層6a上淀積一層 氮化硅鈍化層6b;步驟3,采用熱蒸發(fā)在介質(zhì)鈍化層6上淀積鋁層2;步驟4，利用陽(yáng)
極氧化將鋁層2制成陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3，生成的陽(yáng)極氧化鋁孔要貫穿整個(gè)鋁層；步驟 5,通過(guò)陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3對(duì)介質(zhì)鈍化層6進(jìn)行等離子體刻蝕，直到露出背場(chǎng)機(jī)構(gòu)5 的表面；步驟6，采用磁控濺射在整個(gè)表面上淀積背接觸電極4，并在真空下退火，使 背接觸電極4通過(guò)陽(yáng)極氧化鋁孔陣列3與背場(chǎng)結(jié)構(gòu)5形成歐姆接觸。
權(quán)利要求
1、一種制備晶硅太陽(yáng)電池局域背接觸的方法，其特征在于，制備步驟按順序如下(1)在晶硅襯底(1)背面淀積鋁層(2)；(2)利用陽(yáng)極氧化將鋁層(2)制成陽(yáng)極氧化鋁孔陣列(3)，生成的陽(yáng)極氧化鋁孔貫穿整個(gè)鋁層(2)；(3)在陽(yáng)極氧化鋁孔陣列(3)上淀積背接觸電極(4)，并進(jìn)行退火，使背接觸電極(4)通過(guò)陽(yáng)極氧化鋁孔與晶硅襯底(1)形成歐姆接觸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備晶硅太陽(yáng)電池局域背接觸的方法，其特征在于在晶 硅襯底(1)背面淀積鋁層(2)之前，先在晶硅襯底(1)背面上制備背場(chǎng)結(jié)構(gòu)(5)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備晶硅太陽(yáng)電池局域背接觸的方法，其特征在于，在 晶硅襯底(1)背面上淀積鋁層(2)之前，先在晶硅襯底(1)背面上淀積介質(zhì)鈍化層(6);并在陽(yáng)極氧化鋁孔陣列(3)制備完成后，加入一步濕法或者等離子體刻蝕工藝， 通過(guò)氧化鋁孔刻蝕所述的介質(zhì)鈍化層(6)，直到露出介質(zhì)鈍化層(6)下面的晶硅襯底 (1)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備晶硅太陽(yáng)電池局域背接觸的方法，其特征在于，在背 場(chǎng)結(jié)構(gòu)(5)表面上淀積鋁層(2)之前，先在背場(chǎng)結(jié)構(gòu)(5)表面上淀積介質(zhì)鈍化層(6); 并在陽(yáng)極氧化鋁孔陣列(3)制備完成后，加入一步濕法或者等離子體刻蝕工藝，通過(guò) 氧化鋁孔刻蝕所述的介質(zhì)鈍化層(6)，直到露出介質(zhì)鈍化層(6)下面的背場(chǎng)結(jié)構(gòu)(5)。
全文摘要
一種制備晶硅太陽(yáng)電池局域背接觸的方法，步驟如下在晶硅襯底(1)背面淀積鋁層(2)，利用陽(yáng)極氧化將鋁層(2)制成陽(yáng)極氧化鋁孔陣列(3)，生成的陽(yáng)極氧化鋁孔要貫穿整個(gè)鋁層，之后在陽(yáng)極氧化鋁孔陣列(3)上淀積背接觸電極(4)，并進(jìn)行退火，使背接觸電極(4)通過(guò)陽(yáng)極氧化鋁孔與晶硅襯底(1)形成歐姆接觸。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101359702SQ20081011996
公開(kāi)日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者王文靜, 雷 趙 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所