專利名稱：一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體硅太陽能電池的制備，尤其是一種利用激光照射制備晶體硅太陽 能電池選擇性發(fā)射極的方法。
背景技術(shù)：
太陽電池的發(fā)展方向是低成本、高效率，而選 擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)是p-n結(jié)晶體硅太 陽電池生產(chǎn)工藝中有希望實(shí)現(xiàn)高效率的方法之一。選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)有兩個(gè)特征1)在電 極柵線下及其附近形成高摻雜深擴(kuò)散區(qū)；2)在其他區(qū)域形成低摻雜淺擴(kuò)散區(qū)，此區(qū)域是太 陽能電池的受光區(qū)域，也稱為活化區(qū)。在電極柵線底下及其附近形成高摻雜深擴(kuò)散區(qū)，高摻雜做電極時(shí)容易形成歐姆接 觸，且此區(qū)域的體電阻較小，從而降低太陽電池的串聯(lián)電阻，提高電池的填充因子FF。雜質(zhì) 深擴(kuò)散可以加深加大橫向n+/p結(jié)，而橫向n+/p結(jié)和在低摻雜區(qū)和高摻雜區(qū)交界處形成的 橫向n+/n高低結(jié)可以提高光生載流子的收集率，從而提高電池的短路電流Isc。另外，深結(jié) 可以防止電極金屬向結(jié)區(qū)滲透，減少電極金屬在禁帶中引入雜質(zhì)能級(jí)的幾率。在太陽能電池活化區(qū)低摻雜可以降低少數(shù)載流子的體復(fù)合幾率，且可以進(jìn)行較好 的表面鈍化，降低少數(shù)載流子的表面復(fù)合幾率，從而減小電池的反向飽和電流，提高電池的 開路電壓Voc和短路電流Isc。另外，因越靠近太陽電池的表面，光生載流子的產(chǎn)生率越高， 而越靠近擴(kuò)散結(jié)光生載流子的收集率越高，故淺擴(kuò)散結(jié)可以在高載流子產(chǎn)生的區(qū)域獲得高 的收集率，提高電池的短路電流Isc?？傊?，該種結(jié)構(gòu)可以提高太陽電池的開路電壓Voc，短路電流Isc和填充因子FF， 從而使電池獲得高的光電轉(zhuǎn)換效率。如專利號(hào)為CN200710020190. 3的《實(shí)現(xiàn)晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射區(qū)的方法》 中，采用先在基片上整體沉積磷源，然后采用激光選擇性加熱制備深結(jié)，然后整體加熱制備 淺結(jié)的方式來制備選擇性發(fā)射極。這種方法上有很大改良，然而也有一定的缺陷，基片整體 加熱到800°C 900°C，很容易在基片中引入額外的雜質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。另外，把基片整體 加熱到一個(gè)很高的溫度，對(duì)設(shè)備的要求也比較高。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡單易 行，可以產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的制備高質(zhì)量的制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，從而提 高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。技術(shù)方案本發(fā)明公開了一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，包括 以下步驟(1)在P型基片表面上非活化區(qū)位置沉積含磷物質(zhì)，其中含磷物質(zhì)為主要含磷酸、 偏磷酸、磷酸鹽等可提供摻雜的物質(zhì)同其它輔助劑的混合物，可滿足太陽能電池?fù)诫s用絲 印用磷漿配方，皆可滿足本技術(shù)方案的要求。如論文《絲網(wǎng)印刷磷漿的研制及其擴(kuò)散特性的研究》中，第2章絲網(wǎng)印刷磷漿的研制所記載配方，即可以滿足本發(fā)明要求?；蛘邽槌撼?積的高濃度磷硅玻璃，沉積的高濃度磷硅玻璃可以采用現(xiàn)有的工藝方法實(shí)施。(2)使用激光照射P型基片上沉積磷硅玻璃或者印刷磷漿的地方，瞬間升溫至大 于1200°C小于等于1400°C，溫度保持在1到2分鐘，激活P型基片晶格實(shí)現(xiàn)高濃度重?fù)诫s。 此處如激光器為連續(xù)式，照射累計(jì)時(shí)間在1到2分鐘內(nèi)；如激光器為脈沖式，則照射次數(shù)為 10 20次，此時(shí)可形成電阻在15 20 Ω / □左右，結(jié)深大于0. 1 μ m的高濃度深摻雜PN 結(jié)。(3)將P型基片置于本底真空條件下的真空室內(nèi)。(4)充入PH3和H2混合氣體，使用激光照射P型基片活化區(qū)表面，瞬間升溫至大于 等于1000°C小于等于1200°C，溫度保持在1分鐘以內(nèi)，激活基片活化區(qū)晶格實(shí)現(xiàn)低濃度淺 摻雜，形成基片活化區(qū)電阻為80 90 Ω / □，結(jié)深為10 20nm的超淺結(jié)，最終獲得P型晶 體硅太陽能電池的選擇性發(fā)射極。此處如激光器為連續(xù)式，照射累計(jì)時(shí)間在1分鐘內(nèi)；如激 光器為脈沖式，則照射次數(shù)為10次以下。或者，另一種方案，(1)將P型基片置于本底真空條件下的真空室內(nèi)。(2)充入PH3和H2混合氣體，使用激光照射P型基片活化區(qū)表面或者對(duì)基片表面 整體進(jìn)行照射，瞬間升溫至大于等于1000°c小于等于1200°C，形成基片活化區(qū)電阻為80 90 Ω / □，結(jié)深為10 20nm的超淺結(jié)，激活基片活化區(qū)晶格實(shí)現(xiàn)低濃度淺摻雜。此處如激 光器為連續(xù)式，照射累計(jì)時(shí)間在1分鐘內(nèi)；如激光器為脈沖式，則照射次數(shù)為10次以下。(3)在P型基片表面上非活化區(qū)位置沉積含磷物質(zhì)，含磷物質(zhì)包括磷硅玻璃、磷漿 等；(4)使用激光照射P型基片上沉積磷硅玻璃或者印刷磷漿的地方，瞬間升溫至大 于1200°C小于等于1400°C，溫度保持在1到2分鐘，激活P型基片晶格實(shí)現(xiàn)高濃度重?fù)诫s， 最終獲得P型晶體硅太陽能電池的選擇性發(fā)射極。此處激光器為連續(xù)式，照射累計(jì)時(shí)間在 1到2分鐘內(nèi)；激光器為脈沖式，則照射次數(shù)為10 20次，此時(shí)可形成電阻在15-20 Ω / 口 左右，結(jié)深大于0. ι μ m的高濃度深摻雜PN結(jié)。本發(fā)明所選硅片為P型，適合太陽能光伏應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過常規(guī)清洗及表面織構(gòu)化處理。本發(fā)明中，優(yōu)選地，在每個(gè)步驟中對(duì)P型基片加熱，加熱溫度在500°C以下。對(duì)基片 進(jìn)行低溫加熱，將襯底溫度控制在500°C以下，既可以縮短激光摻雜過程，又可以防止基片 在加熱過程中出現(xiàn)額外摻雜，影響摻雜質(zhì)量。本發(fā)明中，優(yōu)選地，沉積含磷物質(zhì)采用噴涂、印刷、真空鍍膜中的任意一種。其中表 面噴涂和真空鍍膜需要在基片表面活化區(qū)進(jìn)行屏蔽處理，此層物質(zhì)為深擴(kuò)散的雜質(zhì)來源。本發(fā)明中，優(yōu)選地，采用準(zhǔn)分子激光器；工作介質(zhì)為ArF，波長為193nm，或者工作介質(zhì)為KrF，波長為248nm，或者工作介質(zhì)為Xe，波長為308nm、351nm。本發(fā)明中，優(yōu)選地，采用準(zhǔn)分子激光器，脈沖為20納秒，能量范圍30mJ 1J。本發(fā)明中，優(yōu)選地，P型基片活化區(qū)電阻為80 90 Ω / □，結(jié)深為10 20匪；P型 基片非活化區(qū)電阻在15-20 Ω / □左右，結(jié)深大于0. 1 μ Μ。本發(fā)明中，優(yōu)選地，PH3占PH3和H2混合氣體體積百分比的1 10%，進(jìn)一步優(yōu)選為5%，氣體成份可調(diào)，有利于對(duì)摻雜濃度進(jìn)行微調(diào)整，方便工藝升級(jí)，使摻雜濃度達(dá)到最佳 狀態(tài)。本發(fā)明中，優(yōu)選地，本底真空為1000 10_3pa。進(jìn)一步優(yōu)選，本底真空為50毫托。有益效果本發(fā)明取消了整體式加熱到高溫的擴(kuò)散方式，消除了這些工藝過程引 入的額外雜質(zhì)和造成的晶硅基片缺陷，采用激光制超淺結(jié)的方式制備活化區(qū)超淺結(jié)，可以 得到結(jié)深更淺的摻雜，有利于太陽能電池短路電流、開路電壓和填充因子的提高，從而提高 太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。另一方面，取消了高溫加熱降低了對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求，節(jié)約了成 本，有利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)制備選擇性發(fā)射極。本發(fā)明中，基片與激光器可以保持相對(duì)靜止，也 可以設(shè)計(jì)為相對(duì)移動(dòng)，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性，有利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)?？傊?，本發(fā)明提高了 太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，也簡化了工藝過程，有利于將選擇性發(fā)射極應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)化上。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和 /或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖Ia和圖Ib為本發(fā)明兩個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。圖2為本發(fā)明制備活化區(qū)超淺結(jié)原理圖。圖3為本發(fā)明制備的選擇性發(fā)射極示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本發(fā)明公開了一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，其 步驟為在基片4上非活化區(qū)沉積一定厚度的含磷物質(zhì)8做為磷源，然后采用較強(qiáng)的激光 902照射含磷層8。然后將基片4置于真空室2內(nèi)的載片臺(tái)5上，通過出氣口 7對(duì)真空室抽 本底真空，同時(shí)用加熱器6對(duì)基片4加熱，將本底真空抽到一定真空度，同時(shí)基片達(dá)到加熱 溫度時(shí)，通過進(jìn)氣口 3通入工藝氣體PH3、H2的混合氣體，氣壓在設(shè)定壓強(qiáng)穩(wěn)定后，用相對(duì)較 弱激光901透過玻璃窗1照射基片活化區(qū)，在活化區(qū)形成結(jié)深在十幾納米的超淺結(jié)。或者采用另一種方案，將基片4置于真空室2內(nèi)，通過出氣口 7對(duì)真空室2抽本底 真空，同時(shí)用加熱器6對(duì)置于載片臺(tái)5上的基片4加熱，將本底真空抽到一定真空度，同時(shí) 基片4達(dá)到加熱溫度時(shí)，用相對(duì)較弱激光901透過玻璃窗1照射基片活化區(qū)或整個(gè)基片表 面，在活化區(qū)或者整個(gè)表面上形成結(jié)深在十幾納米的超淺結(jié)。然后在基片上非活化區(qū)沉積 一定厚度的含磷物質(zhì)8做為磷源，然后采用較強(qiáng)的激光902照射含磷層8，制備高濃度深摻 雜結(jié)。所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中12為活化區(qū)低濃度淺摻雜，13為柵極位置高濃度 深摻雜，14為P型基片，最上層鈍化層11為下一道工序中生成。實(shí)施例1 如圖Ia所示，以156mmX 156mmX 180 μ m、表面經(jīng)過常規(guī)織構(gòu)化處理及常規(guī)清洗的
P型單晶硅做基片，利用本實(shí)施例在其上進(jìn)行N型摻雜形成選擇性發(fā)射極，以此來進(jìn)一步闡 明本發(fā)明。其工藝步驟如下1)用APCVD法結(jié)合掩膜裝置在基片摻雜表面柵極位置沉積高濃度磷硅玻璃。在沉積過程中，以PH3和SiH4為源在Ar和O2中稀釋成5%的濃度，通過控制PH3和SiH4的流量 來改變磷硅玻璃中P2O5的濃度，PSG層的厚度約為500nm左右。2)開啟激光器，使波長為193nm (激光器所用介質(zhì)為ArF)、能量密度為500mJ，脈沖 為20納秒的激光束均勻地照射到基片上柵極的位置，使基片瞬間升溫至1400°C。激光累計(jì) 照射20次。3)將基片置于真空室中，對(duì)真空室抽真空到50毫托，同時(shí)對(duì) 基片加熱到250°C。4)當(dāng)真空度達(dá)到本底真空，加熱溫度穩(wěn)定在250°C 10分鐘以上，硅片均勻受熱后， 向真空室內(nèi)通入流量為500SCCM的工藝氣體，工藝氣體為PH3和H2混合氣體，其中PH3體積 百分含量為5%，同時(shí)調(diào)節(jié)抽氣速率，使真空室壓強(qiáng)恒定。5)當(dāng)真空室氣壓和基片溫度達(dá)到穩(wěn)定后，開啟激光器，使波長為193nm(激光器所 用介質(zhì)為ArF)、能量密度為50mJ，脈沖為20納秒的激光束均勻地照射到基片上柵極的位 置，使基片活化區(qū)位置瞬間升溫到1200°C，累計(jì)照射次數(shù)為10次。此時(shí)晶片表面形成符合 要求，具有良好的遷移率及低的漏電流的質(zhì)量良好的太陽能電池選擇性發(fā)射極，工藝過程 完成。實(shí)施例2 本實(shí)施例以156mmX 156mmX 180 μ m、表面經(jīng)過常規(guī)織構(gòu)化處理及常規(guī)清洗的P型 單晶硅做基片，利用本實(shí)施例在其上進(jìn)行N型摻雜形成選擇性發(fā)射極，以此來進(jìn)一步闡明 本發(fā)明。其工藝步驟如下1)將基片置于真空室中，對(duì)真空室抽真空到50毫托，同時(shí)對(duì)基片加熱到250°C。2)當(dāng)真空度達(dá)到本底真空，加熱溫度穩(wěn)定在250°C 10分鐘以上，硅片均勻受熱后， 向真空室內(nèi)通入流量為500SCCM的工藝氣體，工藝氣體為PH3和H2混合氣體，其中PH3體積 百分含量為5%。同時(shí)調(diào)節(jié)抽氣速率，使真空室壓強(qiáng)恒定。3)當(dāng)真空室氣壓和基片溫度達(dá)到穩(wěn)定后，開啟激光器，使波長為193nm(激光器所 用介質(zhì)為ArF)、能量密度為50mJ，脈沖為20納秒的激光束均勻地照射到基片上活化的位置 或者整個(gè)基片表面，使基片活化區(qū)位置或者整個(gè)表面瞬間升溫到120(TC左右，累計(jì)照射次 數(shù)為10次。4)將硅片表面絲印主要成分為磷酸的磷漿。5)開啟激光器，使波長為193nm (激光器所用介質(zhì)為ArF)、能量密度為500mJ，脈沖 為20納秒的激光束均勻地照射到基片上柵極的位置，使基片瞬間升溫至1400°C。激光累計(jì) 照射20次。此時(shí)晶片表面形成符合要求，具有良好的遷移率及低的漏電流的質(zhì)量良好的太 陽能電池選擇性發(fā)射極。工藝過程完成。其中第4步中所用磷漿，其配比過程如下(a)稱取乙基纖維素4克于燒杯中，加入乙二醇丁醚15毫升，松油醇5毫升，體系 溶脹約20MIN，使溶劑對(duì)高分子材料充分浸潤。(b)在電爐上對(duì)體系進(jìn)行緩慢加熱，加熱速度不可過快，以減少驟熱引超的高分子 的熱降解，使過程的可控性變差；溶解過程盡可能地慢一些；(c)待體系完全溶解后，加蓋(表面皿)，靜置可發(fā)現(xiàn)粘度明顯上升。(d)加入由磷酸(ml) P205 (g)配比為10 1的雜質(zhì)母源，使雜質(zhì)濃度達(dá)到2 X 1021cm_3，用玻棒攪拌均勻，再緩慢加熱至高溫，攪拌使雜質(zhì)在體系中均勻分散。(e)冷卻至室溫后即可使用。本發(fā)明提供了一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法的思路及方法，具 體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì) 于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明 原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn) 和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均 可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在P型基片表面上非活化區(qū)位置沉積磷硅玻璃或者印刷磷漿；(2)使用激光照射P型基片上沉積磷硅玻璃或者印刷磷漿的地方，瞬間升溫至大于1200℃小于等于1400℃，激活P型基片晶格實(shí)現(xiàn)高濃度重?fù)诫s，(3)將P型基片置于本底真空條件下的真空室內(nèi)，(4)充入PH3和H2混合氣體，使用激光照射P型基片活化區(qū)表面，瞬間升溫至大于等于1000℃小于等于1200℃，激活基片活化區(qū)晶格實(shí)現(xiàn)低濃度淺摻雜，最終獲得P型晶體硅太陽能電池的選擇性發(fā)射極；或者，(1)將P型基片置于本底真空條件下的真空室內(nèi)，(2)充入PH3和H2混合氣體，使用激光照射P型基片活化區(qū)表面或者整個(gè)基片表面，瞬間升溫至大于等于1000℃小于等于1200℃，激活基片活化區(qū)晶格實(shí)現(xiàn)低濃度淺摻雜，(3)在P型基片表面上非活化區(qū)位置沉積磷硅玻璃或者印刷磷漿；(4)使用激光照射P型基片上沉積磷硅玻璃或者印刷磷漿的地方，瞬間升溫至大于1200℃小于等于1400℃，激活P型基片晶格實(shí)現(xiàn)高濃度重?fù)诫s，最終獲得P型晶體硅太陽能電池的選擇性發(fā)射極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，其特征在 于，在每個(gè)步驟中對(duì)P型基片加熱，加熱溫度在500°C以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，其特征在 于，采用準(zhǔn)分子激光器；工作介質(zhì)為ArF，波長為193nm，或者工作介質(zhì)為KrF，波長為248nm， 或者工作介質(zhì)為Xe，波長為308nm、351nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，其特征在 于，采用準(zhǔn)分子激光器，脈沖為20納秒，能量范圍30mJ 1J。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，其特征 在于，P型基片活化區(qū)電阻為80 90 Ω / □，結(jié)深為10 20匪；P型基片非活化區(qū)電阻在 15 20 Ω / □，結(jié)深大于0. 1 μ Μ。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，其特征在 于，PH3占PH3和H2混合氣體體積百分比的1 10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，其特征在 于，PH3占PH3和H2混合氣體體積百分比的5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，其特征在 于，本底真空為1000 10_3Pa。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，其特征在 于，本底真空為50毫托。
全文摘要
本發(fā)明公開了制備晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的方法，步驟為在基片上非活化區(qū)沉積一定厚度的磷源，然后采用較強(qiáng)的激光照射含磷層。然后將基片置于真空室內(nèi)，對(duì)真空室抽本底真空，同時(shí)對(duì)基片加熱，將本底真空抽到一定真空度，同時(shí)基片達(dá)到加熱溫度時(shí)，用相對(duì)較弱激光照射基片活化區(qū)，在活化區(qū)形成結(jié)深在十幾納米的超淺結(jié)。或者采用另一種方案，將基片置于真空室內(nèi)，對(duì)真空室抽本底真空，同時(shí)對(duì)基片加熱，將本底真空抽到一定真空度，同時(shí)基片達(dá)到加熱溫度時(shí)，用相對(duì)較弱激光照射基片活化區(qū)或整個(gè)表面，在活化區(qū)或者整個(gè)表面形成結(jié)深在十幾納米的超淺結(jié)。然后在基片上非活化區(qū)沉積一定厚度的含磷物質(zhì)做為磷源，然后采用較強(qiáng)的激光照射含磷層。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101820023SQ20091026485
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者劉瑩, 張宏勇, 鄭振生 申請(qǐng)人:江蘇華創(chuàng)光電科技有限公司