專利名稱：一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體硅太陽能電池的制備方法，具體涉及一種晶體硅太陽能電池 選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界，常規(guī)能源的持續(xù)使用帶來了能源緊缺以及環(huán)境惡化等一系列經(jīng)濟(jì)和社 會問題，發(fā)展太陽能電池是解決上述問題的途經(jīng)之一。因此，世界各國都在積極開發(fā)太陽能 電池，而高轉(zhuǎn)換效率、低成本是太陽能電池發(fā)展的主要趨勢，也是技術(shù)研究者追求的目標(biāo)。目前，在各類太陽能電池中，晶體硅太陽能電池占了 90%的市場份額，其中單晶硅 電池的轉(zhuǎn)化效率超過了 17%，多晶硅電池轉(zhuǎn)化效率也超過16%。如何在成本追加不太多的 前提下，較大幅度提高光電轉(zhuǎn)化效率是大家關(guān)注的目標(biāo)。其中，選擇性發(fā)射極(Selective Emitter)結(jié)構(gòu)是一個非常好的選擇，其具體結(jié)構(gòu)是(1)在電極柵線以下及其附近區(qū)域形 成重?fù)诫s區(qū)，以提高開路電壓，降低接觸電阻，提高填充因子；(2)在非柵線區(qū)域形成淺摻 雜區(qū)，以獲得較好的表面鈍化效果，提高短波響應(yīng)和載流子收集率，從而提高短路電流?，F(xiàn)有的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法主要包括如下3種(1) 激光刻槽法即先在硅片表面生長一層薄膜，然后用激光將柵線的地方刻槽，通過擴(kuò)散工藝 實(shí)現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)；(2)印刷磷漿直接在柵線的地方印刷磷漿，通過高溫爐實(shí)現(xiàn)選擇 性發(fā)射極結(jié)構(gòu)；(3)銀漿摻雜磷在正電極銀漿中摻雜含磷的化合物，通過高溫實(shí)現(xiàn)選擇性 發(fā)射極結(jié)構(gòu)。然而，激光刻槽法成本較高，產(chǎn)能小，且激光易對硅片造成損傷；印刷磷漿法不容 易控制柵線擴(kuò)散的寬度，且磷的揮發(fā)嚴(yán)重，不能形成完美的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)；而對于銀漿 摻雜磷法，銀的燒結(jié)溫度和磷的擴(kuò)散溫度難以匹配。因此上述方法均不適合規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用。針對上述問題，又出現(xiàn)了用薄膜制備選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的方法，先是采用氧化硅 作為掩膜，但由于氧化硅的生成方式多為熱氧化，長時(shí)間高溫會顯著降低硅片(尤其是多 晶硅片)的少子壽命，從而影響轉(zhuǎn)化效率。后來又出現(xiàn)了其他材料的掩膜，如中國發(fā)明專利 申請CN101587919A公開了一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射結(jié)的制備方法，其在硅片表 面鍍氮化硅薄膜，在通過腐蝕性漿料在氮化硅薄膜上腐蝕出掩膜窗口，通過氮化硅掩膜制 作選擇性發(fā)射結(jié)的重?cái)U(kuò)散區(qū)域和淺擴(kuò)散區(qū)域。然而，該方法存在如下問題由于制備得到的 氮化硅薄膜通常不滿足Si N = 3 4的化學(xué)計(jì)量比，因而其化學(xué)性質(zhì)不可能十分均一，對 酸性溶液的敏感程度不太一致，因而，目前單純用氫氟酸或磷酸等溶液比較難于徹底清除， 存在去除不盡、易殘留的缺點(diǎn)，造成硅片污染，也不適合規(guī)?；a(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種適于工業(yè)應(yīng)用的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的 制備方法。
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為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射 極結(jié)構(gòu)的制備方法，在晶體硅片絨面上均勻沉積氧化鋅薄膜，再通過化學(xué)腐蝕方法在氧化 鋅薄膜上腐蝕形成電極窗口，然后通過電極窗口制作選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的重?fù)诫s區(qū)域和淺 摻雜區(qū)域。上文中，所述晶體硅可以是單晶硅或多晶硅。優(yōu)選的技術(shù)方案，一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如 下步驟a)將硅片表面清洗制絨；b)在硅片絨面上沉積氧化鋅薄膜；C)用化學(xué)腐蝕方法將 氧化鋅薄膜腐蝕形成電極窗口 ；d)清洗化學(xué)反應(yīng)物及生成物；e)進(jìn)行重?fù)诫s擴(kuò)散；f)用酸 性溶液去除氧化鋅掩膜；g)進(jìn)行淺摻雜擴(kuò)散。所述酸性溶液為鹽酸或稀硫酸。與之相應(yīng)的另一種技術(shù)方案，一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方 法，包括如下步驟a)將硅片表面清洗制絨；b)進(jìn)行淺摻雜擴(kuò)散；C)在硅片絨面上沉積氧 化鋅薄膜；d)用化學(xué)腐蝕方法將氧化鋅薄膜腐蝕形成電極窗口 ；e)清洗化學(xué)反應(yīng)物及生成 物；f)進(jìn)行重?fù)诫s擴(kuò)散。與之相應(yīng)的另一種技術(shù)方案，一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方 法，包括如下步驟a)將硅片表面清洗制絨；b)在硅片絨面上沉積氧化鋅薄膜；c)用化學(xué) 腐蝕方法將氧化鋅薄膜腐蝕形成電極窗口 ；d)清洗化學(xué)反應(yīng)物及生成物；e) —次擴(kuò)散，得 到重?fù)诫s區(qū)域和淺摻雜區(qū)域。上述技術(shù)方案中，所述氧化鋅薄膜厚度為5 500nm。上述技術(shù)方案中，所述氧化鋅薄膜的沉積方法為金屬化學(xué)有機(jī)氣相沉積法、磁控 濺射法或旋涂溶膠凝膠法，沉積溫度為室溫。上述技術(shù)方案中，所述氧化鋅薄膜的沉積方法為金屬化學(xué)有機(jī)氣相沉積法、磁控 濺射法或旋涂溶膠凝膠法，沉積溫度為100 400°c。上述技術(shù)方案中，所述化學(xué)腐蝕方法為絲網(wǎng)印刷酸性漿料，或噴涂打印酸性溶液； 化學(xué)腐蝕的溫度為100 300°C，時(shí)間為20 300秒。所述酸性漿料或酸性溶液的主要成 分為鹽酸、硫酸等。上述技術(shù)方案中，所述清洗化學(xué)反應(yīng)物及生成物步驟中的清洗液為純水或質(zhì)量百 分濃度為0. 1 2%的氫氧化鉀，清洗溫度為20 80°C，清洗采用超聲、噴淋、或兩者結(jié)合 的方式。上述娃片后續(xù)可以采用常規(guī)制備方法制備得到選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)晶體娃太陽電池。由于上述技術(shù)方案的采用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明采用氧化鋅薄膜替代現(xiàn)有的氮化硅薄膜來制備晶體硅太陽能電池選擇 性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，與氮化硅薄膜相比，本發(fā)明具有制備溫度低、生長速度快、清洗方法簡單且 去除干凈等優(yōu)點(diǎn)，適合選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的規(guī)?；a(chǎn)。2.由于本發(fā)明的氧化鋅薄膜為滿足化學(xué)計(jì)量比的多晶薄膜，化學(xué)性質(zhì)單一，易溶 于鹽酸、硫酸等酸性溶液，且反應(yīng)迅速無殘留，因而不會出現(xiàn)清洗去除不盡和殘留的問題， 更適合規(guī)?；a(chǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
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實(shí)施例一一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟(1)化學(xué)清洗去除硅片表面損傷層，并形成減反射表面織構(gòu)；(2)金屬化學(xué)有機(jī)氣相沉積法(MOCVD)在400°C下沉積ZnO薄膜，厚度為120nm ；(3)絲網(wǎng)印刷酸性漿料，在140°C下烘烤2分鐘，腐蝕形成電極窗口區(qū)域；(4)純水超聲清洗并甩干；(5)在POCl3氣氛中進(jìn)行高濃度擴(kuò)散，在電極窗口區(qū)域形成重?fù)诫sN+區(qū)；(6)用鹽酸和氫氟酸混酸進(jìn)行清洗，去除氧化鋅薄膜及磷硅玻璃層；(7)在POCl3氣氛中進(jìn)行低濃度擴(kuò)散，形成淺摻雜N區(qū)；即得到所述選擇性發(fā)射極 結(jié)構(gòu)。實(shí)施例二一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟(1)化學(xué)清洗去除硅片表面損傷層，并形成減反射表面織構(gòu)；(2)在POCl3氣氛中進(jìn)行低濃度擴(kuò)散，形成淺摻雜N區(qū)；(3)在室溫下磁控濺射生長ZnO薄膜，厚度為150nm ；(4)絲網(wǎng)印刷酸性漿料，在150°C下烘烤3分鐘，腐蝕形成電極窗口區(qū)域；(5)純水超聲加噴淋清洗并甩干；(6)在POCl3氣氛中進(jìn)行高濃度擴(kuò)散，在電極窗口區(qū)形成重?fù)诫sN+區(qū)；(7)用鹽酸和氫氟酸混酸進(jìn)行清洗，去除氧化鋅薄膜及磷硅玻璃層；即得到所述 選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)。實(shí)施例三一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟(1)化學(xué)清洗去除硅片表面損傷層，并形成減反射表面織構(gòu)；(2)多次溶膠凝膠旋涂，并在200°C下烘烤分解制得ZnO薄膜，厚度為SOnm ；(3)噴涂打印(Inkjet printing)酸性溶液，在120°C下烘烤2分鐘，腐蝕形成電 極窗口區(qū)域；(4)純水超聲加噴淋清洗并甩干；(5)在POCl3氣氛中進(jìn)行高濃度擴(kuò)散，在電極窗口區(qū)形成重?fù)诫sN+區(qū)，同時(shí)在非電 極區(qū)形成淺摻雜N區(qū)；(6)鹽酸和氫氟酸混酸清洗，去除氧化鋅薄膜及磷硅玻璃層，即得到所述選擇性發(fā) 射極結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于在晶體硅片絨面上均勻沉積氧化鋅薄膜，再通過化學(xué)腐蝕方法在氧化鋅薄膜上腐蝕形成電極窗口，然后通過電極窗口制作選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的重?fù)诫s區(qū)域和淺摻雜區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在 于，包括如下步驟a)將硅片表面清洗制絨；b)在硅片絨面上沉積氧化鋅薄膜；c)用化學(xué) 腐蝕方法將氧化鋅薄膜腐蝕形成電極窗口 ；d)清洗化學(xué)反應(yīng)物及生成物；e)進(jìn)行重?fù)诫s擴(kuò) 散；f)用酸性溶液去除氧化鋅掩膜；g)進(jìn)行淺摻雜擴(kuò)散。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在 于，包括如下步驟a)將硅片表面清洗制絨；b)進(jìn)行淺摻雜擴(kuò)散；c)在硅片絨面上沉積氧 化鋅薄膜；d)用化學(xué)腐蝕方法將氧化鋅薄膜腐蝕形成電極窗口 ；e)清洗化學(xué)反應(yīng)物及生成 物；f)進(jìn)行重?fù)诫s擴(kuò)散。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在 于，包括如下步驟a)將硅片表面清洗制絨；b)在硅片絨面上沉積氧化鋅薄膜；c)用化學(xué) 腐蝕方法將氧化鋅薄膜腐蝕形成電極窗口 ；d)清洗化學(xué)反應(yīng)物及生成物；e) —次擴(kuò)散，得 到重?fù)诫s區(qū)域和淺摻雜區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法， 其特征在于所述氧化鋅薄膜厚度為5 500nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方 法，其特征在于所述氧化鋅薄膜的沉積方法為金屬化學(xué)有機(jī)氣相沉積法、磁控濺射法或旋 涂溶膠凝膠法，沉積溫度為室溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方 法，其特征在于所述氧化鋅薄膜的沉積方法為金屬化學(xué)有機(jī)氣相沉積法、磁控濺射法或旋 涂溶膠凝膠法，沉積溫度為100 400°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方 法，其特征在于所述化學(xué)腐蝕方法為絲網(wǎng)印刷酸性漿料，或噴涂打印酸性溶液；化學(xué)腐蝕 的溫度為100 300°C，時(shí)間為20 300秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方 法，其特征在于所述清洗化學(xué)反應(yīng)物及生成物步驟中的清洗液為純水或質(zhì)量百分濃度為 0. 1 2%的氫氧化鉀，清洗溫度為20 80°C，清洗采用超聲、噴淋、或兩者結(jié)合的方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制備方法，在晶體硅片絨面上均勻沉積氧化鋅薄膜，再通過化學(xué)腐蝕方法在氧化鋅薄膜上腐蝕形成電極窗口，然后通過電極窗口制作選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的重?fù)诫s區(qū)域和淺摻雜區(qū)域。本發(fā)明的氧化鋅薄膜具有制備溫度低、生長速度快、清洗方法簡單且去除干凈等優(yōu)點(diǎn)，適合選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的規(guī)模化生產(chǎn)。
文檔編號H01L31/18GK101950770SQ20101023342
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者吳堅(jiān), 王栩生, 章靈軍 申請人:蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司;阿特斯(中國)投資有限公司