專利名稱：一種連續(xù)制備晶體硅太陽能電池pn結(jié)及減反膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的制作方法。
背景技術(shù)：
晶體硅太陽能電池由于其原材料豐富，光電轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，壽命長，技術(shù) 成熟而占據(jù)了光伏市場80%以上的份額，如何進(jìn)一步降低成本是國內(nèi)外光伏行業(yè)競相研究 的重點(diǎn)。目前成熟商業(yè)化生產(chǎn)的P型晶體硅太陽能電池生產(chǎn)工藝包括以下步驟對硅片進(jìn) 行表面織構(gòu)和化學(xué)清洗，在POCl3氣氛中形成PN結(jié)，去除硅片周邊PN結(jié)，去磷硅玻璃(PSG)， PECVD鍍氮化硅減反射膜，絲網(wǎng)印刷正、背面電極及背表面場，燒結(jié)形成歐姆接觸。太陽能電池制造工藝中，擴(kuò)散形成PN結(jié)是核心工藝。工業(yè)上一般采用三氯氧 磷(POCl3)液態(tài)源擴(kuò)散，高溫下(> 60(TC) POCl3分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷 (P2O5),生成的P2O5在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅和磷原子，并在硅片表面形成一 層磷硅(PSG)玻璃，然后磷原子再向硅中進(jìn)行擴(kuò)散。使用三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源進(jìn)行擴(kuò)散制結(jié)存在以下缺點(diǎn)(1)形成了磷硅玻璃 (PSG)，需要增加后續(xù)清洗工序?qū)⑵淙コ?2)容易引起大量的偏磷酸，不僅堵塞管道，而且 還會腐蝕擴(kuò)散爐石英件，因此需要定期清理維護(hù)；(3)常規(guī)擴(kuò)散、清洗、減反射膜沉積工藝 需要多次裝片、卸片，硅片碎片率高。在電池表面沉積氮化硅減反射膜不僅能提高晶體硅太陽能電池的陷光效果， 同時也能對硅片表面起到很好的鈍化和保護(hù)作用，這對太陽能電池效率的提升具有非常大 的貢獻(xiàn)。因此在常規(guī)生產(chǎn)中，擴(kuò)散制結(jié)和PECVD鍍氮化硅減反射膜兩者都必不可少，而兩者 的制作過程都各自需要專門的設(shè)備，裝片和卸片比較麻煩，容易造成碎片。如果能將擴(kuò)散和 鍍氮化硅(SiNx)減反射膜兩者合二為一，無疑將大大簡化晶體硅太陽能電池制作的工序， 降低生產(chǎn)成本的同時提高產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種連續(xù)制備晶體 硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方法，將擴(kuò)散和鍍氮化硅減反射膜兩工藝過程合二為一，以 大大簡化晶體硅太陽能電池制作的工序，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量。本發(fā)明的技術(shù)方案之一是，所述連續(xù)制備晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方 法為
采用低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝在經(jīng)過表面織構(gòu)化(制絨、清洗)的 P型硅片上沉積一層磷摻雜的氮化硅減反膜，然后對該P(yáng)型硅片進(jìn)行退火處理而使得氮化 硅層的磷擴(kuò)散到P型硅片中，并在硅片表面獲得一層N型層，最終形成PN結(jié)。所述低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝中的反應(yīng)氣體為硅烷(SiH4)，氨氣 (NH3)和磷烷(PH3),磷烷與硅烷的體積流量比為1:20—100，硅烷與氨氣的體積流量比為
31:5—12，反應(yīng)室壓強(qiáng)在40-400Pa ；氮化硅薄膜厚度為50納米一200納米，氮化硅薄膜中磷 原子質(zhì)量百分比含量為1%_12%。所述磷摻雜的氮化硅減反膜沉積后，進(jìn)行后續(xù)600°C—1000°C高溫退火，退火時間 10分鐘一 60分鐘。本發(fā)明的技術(shù)方案之二是，所述連續(xù)制備晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方 法為
采用低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝在經(jīng)過表面織構(gòu)化(制絨、清洗)的 N型硅片上沉積一層硼摻雜的氮化硅減反膜，然后對該N型硅片進(jìn)行退火處理而使得氮化 硅層的硼擴(kuò)散到N型硅片中，并在硅片表面獲得一層P型層，最終形成PN結(jié)。所述低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝中的反應(yīng)氣體為硅烷(SiH4)，氨氣 (NH3)和硼烷(B2H6),硼烷與硅烷的體積流量比為1 50—200,硅烷與氨氣的體積流量比為 1:5—12，反應(yīng)室壓強(qiáng)在40—300Pa ；氮化硅薄膜厚度為50納米一200納米，氮化硅薄膜中 硼原子質(zhì)量百分比含量為1% — 8%。所述硼摻雜的氮化硅減反膜沉積后，進(jìn)行后續(xù)700°C—1100°C高溫退火，退火時間 15分鐘一 70分鐘。本發(fā)明的上述方法，使得晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)順序簡化為以下步驟對硅片 進(jìn)行表面織構(gòu)并化學(xué)清洗，在硅片正表面用PECVD設(shè)備沉積磷或者硼摻雜的氮化硅減反 膜，接著在氮?dú)夥諊型嘶鹛幚硇纬蒔N結(jié)，絲網(wǎng)印刷正、背面電極及背表面場，燒結(jié)形成歐 姆接觸。由以上可知，本發(fā)明為一種連續(xù)制備晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方法，它 與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)有
1)通過在沉積氮化硅減反射薄膜的過程中，對氮化硅薄膜原位實(shí)施磷或者硼元素?fù)?雜，然后經(jīng)過高溫退火處理，驅(qū)使氮化硅層中的磷或者硼進(jìn)入硅片，形成PN結(jié)；同傳統(tǒng)工藝 對比，不會生成磷硅或硼硅玻璃，省去了這些玻璃層的去除和后續(xù)硅片甩干過程；
2)本發(fā)明與產(chǎn)業(yè)化晶體硅太陽能電池生產(chǎn)工藝兼容，用簡單的高溫退火工藝取代了復(fù) 雜的POCl3擴(kuò)散，使得晶體硅電池生產(chǎn)工藝更加簡單，節(jié)約了生產(chǎn)成本，適合于批量化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1 將面積為125X 125mm2、厚度約為200微米的P型單晶硅片制絨、清洗， 采用PECVD設(shè)備沉積一層厚度為50 nm的磷摻雜的氮化硅薄膜，氮化硅薄膜中磷原子質(zhì)量 百分比為3%，其中沉積溫度為300°C，PH3與SiH4的體積流量比為1:100，SiH4與NH3的體 積流量比為1:5，反應(yīng)室壓強(qiáng)在IOOPa ；然后在氮?dú)夥諊校?00°C下退火處理10分鐘，實(shí)現(xiàn) 磷的表面擴(kuò)散和N型發(fā)射極的形成，最終形成覆蓋有氮化硅層的PN結(jié)。實(shí)施例2 將面積為156X 156mm2、厚度約為180微米的P型多晶硅片制絨、清洗， 采用常規(guī)PECVD設(shè)備沉積200 nm厚的磷摻雜氮化硅薄膜，氮化硅薄膜中磷原子質(zhì)量百分比 為5%，其中襯底溫度為400°C，PH3與SiH4的體積流量比為5:100，SiH4與NH3的體積流量 比為1:5，反應(yīng)室壓強(qiáng)在SOPa ；然后在氮?dú)夥諊校?50°C下退火處理20分鐘，實(shí)現(xiàn)磷的擴(kuò)散 和N型發(fā)射極的形成，最終形成覆蓋有氮化硅層的PN結(jié)。
實(shí)施例3 將面積為125X 125mm2、厚度約為200微米的N型單晶硅片制絨、清洗，用 PECVD技術(shù)先沉積100 nm厚的硼摻雜氮化硅薄膜，氮化硅薄膜中硼原子質(zhì)量百分比為4%， 其中襯底溫度為400°C，B2H6與SiH4的體積流量比為1:100，SiH4與NH3的體積流量比為 1:5，反應(yīng)室壓強(qiáng)在IOOPa ；然后在氮?dú)夥諊?000°C下退火處理30分鐘，實(shí)現(xiàn)B的擴(kuò)散和P 型發(fā)射極的形成，最終形成覆蓋有氮化硅層的PN結(jié)。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)制備晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方法，其特征是，該方法為 采用低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝在經(jīng)過表面織構(gòu)化的P型硅片上沉積一層磷摻雜的氮化硅減反膜，然后對該P(yáng)型硅片進(jìn)行退火處理而使得氮化硅層的磷擴(kuò)散到P型 硅片中，并在硅片表面獲得一層N型層，最終形成PN結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述連續(xù)制備晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方法，其特征是， 所述低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝中的反應(yīng)氣體為硅烷，氨氣和磷烷，磷烷與硅烷 的體積流量比為1:20—100，硅烷與氨氣的體積流量比為1:5 —12，反應(yīng)室壓強(qiáng)在40Pa— 400Pa ；氮化硅薄膜厚度為50納米一200納米，氮化硅薄膜中磷原子質(zhì)量百分比含量為1%— 12%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述連續(xù)制備晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方法，其特征是， 所述退火溫度600°C — 1000°C，退火時間10分鐘一60分鐘。
4.一種連續(xù)制備晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方法，其特征是，該方法為 采用低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝在經(jīng)過表面織構(gòu)化的N型硅片上沉積一層硼摻雜的氮化硅減反膜，然后對該N型硅片進(jìn)行退火處理而使得氮化硅層的硼擴(kuò)散到N型 硅片中，并在硅片表面獲得一層P型層，最終形成PN結(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述連續(xù)制備晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方法，其特征是， 所述低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝中的反應(yīng)氣體為硅烷，氨氣和硼烷，硼烷與硅烷 的體積流量比為1:50—200，硅烷與氨氣的體積流量比為1:5 —12，反應(yīng)室壓強(qiáng)在40Pa— 300Pa ；氮化硅薄膜厚度為50納米一200納米，氮化硅薄膜中硼原子質(zhì)量百分比含量為1%— 8%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述連續(xù)制備晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方法，其特征是， 所述退火溫度700°C — 1100°C，退火時間15分鐘一70分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)制備晶體硅太陽能電池PN結(jié)及減反膜的方法，該方法采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)先在已清洗制絨的P型(或N型)硅片上沉積磷摻雜(或硼摻雜)的氮化硅減反膜，然后再進(jìn)行常規(guī)高溫退火處理，使得氮化硅層中的磷(或硼)部分?jǐn)U散至P型(或N型)硅片中，在硅片表面形成PN結(jié)。該方法與產(chǎn)業(yè)化晶體硅太陽能電池生產(chǎn)工藝兼容，不需要復(fù)雜的POCl3或BBr3擴(kuò)散和后續(xù)磷硅或硼硅玻璃的去除步驟，制作工藝更加簡單，適合低成本批量化生產(chǎn)。
文檔編號H01L31/18GK102005508SQ20101051786
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者萬青, 佘鵬, 張雪平, 曾夢麟 申請人:湖南大學(xué)