專利名稱：一種n型單晶硅襯底pn結反型層電池的制作方法
技術領域：
一種N型單晶硅襯底PN結反型層電池技術領域 本實用新型屬于太陽能電池制造領域，具體涉及一種N型PN結反型 層電池。
背景技術：
在能源短缺、環(huán)境污染問題日益突出的背景下，發(fā)展可再生能源已成為全球的重 大課題，利用太陽能則是發(fā)展可再生能源的一個重點方向，世界光伏市場在過去十年一直 保持著年均30%以上的高速增長，2009年增幅更是達到驚人的152. 8%。產(chǎn)量由2008年的 7. 91GW增至2009年的近20GW。與國外先進電池制備技術相比，我國晶硅太陽電池制備技 術還是相對落后，基本流程由在P型N型單晶硅襯底上以制絨、擴散、刻蝕、沉積減反膜、絲 網(wǎng)印刷方法制造太陽電池。然而P型晶硅電池受氧的影響會出現(xiàn)性能上的衰退。而N型電池硼含量少，性能 的穩(wěn)定性高于P型晶硅電池。同時由于N型電池的少子壽命更高，這對于制備更高效的太 陽電池奠定了基礎。目前，現(xiàn)有的N型晶硅太陽電池主要為前發(fā)射極N型電池，主要是通過在N型襯底 上通過表面硼擴散的方法制備PN結，然后通過絲網(wǎng)印刷，蒸鍍等方法制備前電極。但是此 種N型晶硅電池前表面的磷原子在光照的作用下，仍然可以和襯底中的氧形成硼氧鍵，在 長時間的紫外光照射下，電池仍有衰退現(xiàn)象，因此不利于太陽電池效率的提升。

實用新型內容實用新型目的本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種結構合理， 光電轉換率較高的N型PN結反型層電池及其制造方法。技術方案為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種N型單晶硅襯底PN結反型 層電池，它包括N型單晶硅襯底、前電極和背電極、前表面三氧化二鋁薄膜和氮化硅薄膜； 所述前電極包括局域硼擴散區(qū)、Ti/Pb薄膜和前表面金屬電極；背電極包括背表面金屬 電極和背表面三氧化二鋁薄膜。所述N型單晶硅襯底前表面附著前表面三氧化二鋁薄膜，前表面三氧化二鋁薄膜 外附著氮化硅薄膜；N型單晶硅襯底前表面上設有凹槽，凹槽內設置前電極，前電極從內而 外依次設有局域硼擴散區(qū)、Ti/Pb薄膜和前表面金屬電極；N型單晶硅襯底背面設有背電 極，背電極中背表面三氧化二鋁薄膜附著于N型單晶硅襯底的背表面，并且背表面三氧化 二鋁薄膜上設有凹槽，背表面金屬電極穿過凹槽與N型單晶硅襯底連接。本實用新型中N型硅片的電阻率為0. 3 Ω cnT 6 Ω cm。本實用新型還公開了上述N型單晶硅襯底PN結反型層電池的制造方法，該方法 主要是采用在前表面柵極下面局部擴硼技術，使得受光區(qū)域不受紫外線的照射而影響太陽 電池的性能，受光區(qū)域沉積三氧化二鋁，由于三氧化二鋁帶固定負電荷，在N型硅的表面誘 導出P型反型層，形成前表面發(fā)射極。同時由于受光區(qū)域不重摻雜，使得電池的藍光響應提 高，提高了太陽光譜的利用率，從而進一步提升電池的轉化效率。[0010]本實用新型所述N型單晶硅襯底PN結反型層電池的制造方法的具體步驟如下(A)準備N型單晶硅襯底。(B)采用氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液對N型單晶硅襯底表面絨面化，在N型單晶硅襯 底的表面制備出金字塔形狀的陷光結構，并用鹽酸和氫氟酸的混合溶液進行化學清洗；氫 氧化鈉或氫氧化鉀溶液的濃度范圍為0. 5% 2. 5% ；鹽酸和氫氟酸混合溶液中，鹽酸氫氟 酸配比為1:2 1:3 ；鹽酸和氫氟酸混合溶液的濃度為0. 8%至1. m。表面絨面化的目的是增加太陽光在表面的折射次數(shù)，增加光線在N型單晶硅襯底 中的光程，提高太陽光的利用率?；瘜W清洗的目的是去除表面的雜質，為后續(xù)的擴散準備。(C)在N型單晶硅襯底上熱生長二氧化硅薄膜二氧化硅薄膜在800°C 1200°C 的水蒸氣的氣氛中熱生長，熱生長的二氧化硅薄膜厚度為300nm 500nm。二氧化硅薄膜 的作用為擴散阻擋層，即在之后用掩膜光刻的方法打開擴散窗口，形成局域硼擴散所需圖 形，同時阻止硼在圖形之外的區(qū)域擴散。(D)對N型單晶硅襯底表面的二氧化硅薄膜光刻，二氧化硅薄膜上刻出擴硼槽，為 局域硼擴散做準備。(E)高溫硼擴散通過擴硼槽在N型單晶硅襯底前表面形成局域硼擴散區(qū)；高溫 硼擴散在擴散爐中進行，擴散爐中溫度為900°C 1200°C ；上述局域硼擴散區(qū)的電阻為50 Ohm/ Ω 70hm/ Ω 0高溫硼擴散的主要作用有兩個一是和電池的前電極形成歐姆接觸，收集載流子， 二是形成局域的PN結。(F)采用氫氟酸除去N型單晶硅襯底表面的二氧化硅薄膜；氫氟酸濃度為 0. 5% 3%。(G)在N型單晶硅襯底的前表面和背面制備20nm 50nm三氧化二鋁薄膜；三氧 化二鋁薄膜制備溫度為200°C 500°C，采用原子層沉積(ALD)或者等離子化學氣相沉積 (PECVD)的方法；三氧化二鋁薄膜除起到鈍化作用外，更重要的作用是由于三氧化二鋁帶固 定負電荷而在N型襯底的表面誘導出一個反型層。背面三氧化二鋁除鈍化的作用外，還起 到介質層的作用。(H)在N型單晶硅襯底的前表面制備氮化硅薄膜；即在N型單晶硅襯底的前表面 采用等離子化學氣相沉積(PECVD)的方法制備73rniT79nm厚的氮化硅薄膜；氮化硅薄膜的 主要作用是電池的減反射層，同時起到雙層鈍化作用。(I)鋪光刻膠，并在擴硼槽的上方光刻開槽，形成光刻槽。(J)制備前電極。(K)制備背電極。本實用新型中所述步驟(J)可采用下述方法制備前電極(Jal)在N型單晶硅襯底的前表面蒸鍍Ti金屬薄膜和1 金屬薄膜；(Ja2)剝離光刻膠；同時在光刻膠表面的Ti金屬薄膜和1 金屬薄膜也被剝離下 來，保留光刻槽內的Ti金屬薄膜和1 金屬薄膜；(Ja3)采用電鍍或者化學鍍的方法在Ti金屬薄膜和1 金屬薄膜的上方電鍍銀。本實用新型中所述步驟(J)還可以采用下述方法制備前電極[0030](Jbl)在N型單晶硅襯底的前表面蒸鍍Ti金屬薄膜、Pb金屬薄膜和Ag薄膜；(Jb2)剝離光刻膠；同時在光刻膠表面的Ti金屬薄膜和1 金屬薄膜也被剝離下 來，保留光刻槽內的Ti金屬薄膜、Pb金屬薄膜和Ag薄膜，Ag薄膜的厚度為30um 60um。本實用新型所述方法中步驟(K)采用下列步驟制備背電極(Kl)將N型單晶硅襯底背面的三氧化二鋁薄膜開孔，開孔的面積占N型單晶硅襯 底背面面積的4%，即Fmet=4% ；(K2)在開孔背面的三氧化二鋁薄膜上蒸鍍背面金屬電極，蒸鍍背面金屬電極優(yōu) 選方法為采用蒸鍍鋁和絲網(wǎng)印刷鋁的方法制備25um 30um的鋁層作為背面金屬電極；(K3)退火。本實用新型中所述步驟(G)中原子層沉積所用的源可以是Al (CH3)3和H2O,或 者O3，或者AlCl3和吐0 ；制備環(huán)境溫度為200°C飛00°C ；所述等離子化學氣相所用的源 是Al (CH3) 3和N2O ；通過原子層沉積方法制備三氧化二鋁，制備出的三氧化二鋁的厚度在 20nnT50nm，并帶有5 X IO2 cnT2到4 X IO3CnT2的固定負電荷。所述步驟(E)中硼擴散采用的源為BBr3。步驟(D)中所述擴硼槽的寬度為8ιιπΓ30ιιπι，擴硼槽與擴硼槽的中心線間距為 0. 2mm 0. 8mm。步驟(K2)中退火溫度為500°C 900°C。有益效果本實用新型所述的N型單晶硅襯底PN結反型層電池，與現(xiàn)有技術相比 具有如下優(yōu)點。1、本實用新型利用AL203帶有固定負電荷，在N型單晶硅襯底的前表面誘導出一 個P型反型層，提供前電場，由于沒有硼摻雜的影響，使得電池穩(wěn)定性能提高，同時降低了 對短波的吸收，提高了藍光響應，提高電池的短路電流密度，電池效率得到提升。2、本實用新型所述N型單晶硅襯底PN結反型層電池的前表面電極下面為局域硼 擴散區(qū)，使得硅與電極的接觸電阻降低，局域硼擴散區(qū)不受紫外光照射的影響，大大降低了 硼氧對電池性能的影響，提高了電池的穩(wěn)定性能。

圖1為本實用新型所述N型單晶硅襯底PN結反型層電池的結構示意圖。圖2為本實用新型所述N型單晶硅襯底PN結反型層電池的制造流程圖。圖3為本實用新型所述N型單晶硅襯底PN結反型層電池的制造流程圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡明本實用新型，應理解這些實施例僅用于說明本 實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對 本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。實施例1如圖1所示的一種N型單晶硅襯底PN結反型層電池，它包括N型單晶硅襯底1、 前電極、背電極、前表面三氧化二鋁薄膜薄膜3和氮化硅薄膜4 ；前電極包括局域硼擴散區(qū) 2>Ti/Pb薄膜6和前表面金屬電極7 ；背電極包括背表面金屬電極5和背表面三氧化二鋁薄膜8。所述N型單晶硅襯底1前表面附著前表面三氧化二鋁薄膜3，前表面三氧化二鋁 薄膜3外附著氮化硅薄膜4 ;N型單晶硅襯底1前表面上設有凹槽，凹槽內設置前電極，前電 極從內而外依次設有局域硼擴散區(qū)2、Ti/^b薄膜6和前表面金屬電極7 ；N型單晶硅襯底 1背面設有背電極，背電極中背表面三氧化二鋁薄膜8附著于N型單晶硅襯底1的背表面， 并且背表面三氧化二鋁薄膜8上設有凹槽，背表面金屬電極5穿過凹槽與N型單晶硅襯底 1連接。如圖2所示的上述N型單晶硅襯底PN結反型層電池的制造方法，具體步驟如下(A)準備N型單晶硅襯底，電阻率為4Ω cm ；(B)采用氫氧化鈉溶液對N型單晶硅襯底表面絨面化，在N型單晶硅襯底的表面制 備出金字塔形狀的焰光結構，并用鹽酸和氫氟酸的混合溶液進行化學清洗；氫氧化鈉溶液 的濃度為0. 5% ；鹽酸和氫氟酸混合溶液中，鹽酸氫氟酸配比為1:2 ；鹽酸和氫氟酸混合溶 液的濃度為0. 8% ；(C)在N型單晶硅襯底上熱生長二氧化硅薄膜二氧化硅薄膜在800°C的水蒸氣的 氣氛中熱生長，熱生長的二氧化硅薄膜厚度為300nm;(D)對N型單晶硅襯底表面的二氧化硅薄膜光刻，在二氧化硅薄膜上刻出擴硼槽， 為局域硼擴散做準備；擴硼槽的寬度為lOum，擴硼槽與擴硼槽的中心間距0. 4mm ；(E)高溫硼擴散通過擴硼槽在N型單晶硅襯底前表面形成局域硼擴散區(qū)；高溫 硼擴散在擴散爐中進行，擴散爐中溫度為900°C ；上述局域硼擴散區(qū)的電阻為50 Ohm/Ω ；(F)采用氫氟酸除去N型單晶硅襯底表面的二氧化硅薄膜；氫氟酸濃度為0. 5% ；(G)在N型單晶硅襯底的前表面和背面制備20nm三氧化二鋁薄膜；三氧化二鋁薄 膜制備溫度為300°C，采用原子層沉積(ALD)的方法；ALD所用源是Al (CH3)3 ；三氧化二鋁 薄膜所帶的負電荷是9 X IO12 cm 2 ；(H)在N型單晶硅襯底的前表面制備氮化硅薄膜；即在N型單晶硅襯底的前表面 采用等離子化學氣相沉積(PECVD)的方法制備73nm厚的氮化硅薄膜；(I)鋪光刻膠，并在擴硼槽的上方光刻開槽，形成光刻槽，開槽面積小于N型單晶 硅襯底的前表面總面積的5% ；(J)制備前電極，步驟如下(Jal)在N型單晶硅襯底的前表面蒸鍍Ium的Ti金屬薄膜和1. 5um的1 金屬薄 膜；(Ja2)剝離光刻膠；同時在光刻膠表面的Ti金屬薄膜和1 金屬薄膜也被剝離下 來，保留光刻槽內的Ti金屬薄膜和1 金屬薄膜；(Ja3)采用電鍍的方法在Ti金屬薄膜和1 金屬薄膜的上方電鍍銀。(K)制備背電極，具體步驟如下(Kl)將N型單晶硅襯底背面的三氧化二鋁薄膜開孔，開孔的面積占N型單晶硅襯 底背面面積的4%，即Fmet=4% ；(K2)在開孔背面的三氧化二鋁薄膜上蒸鍍背面金屬電極；(K3)退火在退火爐中通入氫氣和氮氣的混合氣體,H2^2=I: 9，退火溫度為500攝
氏度ο[0068]實施例2本實施例中N型單晶硅襯底PN結反型層電池同實施例1，N型單晶硅襯底PN結反 型層電池的制作方法如圖3所示，具體步驟如下(A)準備N型單晶硅襯底，電阻率6 Ω cm；(B)采用氫氧化鉀溶液對N型單晶硅襯底表面絨面化，在N型單晶硅襯底的表面制 備出金字塔形狀的焰光結構，并用鹽酸和氫氟酸的混合溶液進行化學清洗；氫氧化鉀溶液 的濃度范圍為2. 5% ；鹽酸和氫氟酸混合溶液中，鹽酸氫氟酸配比為1:2. 5 ；鹽酸和氫氟酸 混合溶液的濃度為1. 1% ；(C)在N型單晶硅襯底上熱生長二氧化硅薄膜二氧化硅薄膜在1200°C的水蒸氣 的氣氛中熱生長，熱生長的二氧化硅薄膜厚度為500nm ；(D)對N型單晶硅襯底表面的二氧化硅薄膜光刻，二氧化硅薄膜上刻出擴硼槽，為 局域硼擴散做準備；(E)高溫硼擴散通過擴硼槽在N型單晶硅襯底前表面形成局域硼擴散區(qū)；高溫 硼擴散在擴散爐中進行，擴散爐中溫度為1200°C ；上述局域硼擴散區(qū)的電阻為70hm/Q ；(F)采用氫氟酸除去N型單晶硅襯底表面的二氧化硅薄膜；氫氟酸濃度為1. 9% ；(G)在N型單晶硅襯底的前表面和背面制備40nm三氧化二鋁薄膜；三氧化二鋁薄 膜制備溫度為500°C，采用等離子化學氣相沉積(PECVD)的方法；所用的源是Al (CH3) 3和N2O ，并帶有3X103cm_2的固定負電荷；(H)在N型單晶硅襯底的前表面制備氮化硅薄膜；即在N型單晶硅襯底的前表面 采用等離子化學氣相沉積(PECVD)的方法制備78nm厚的氮化硅薄膜；(I)鋪光刻膠，并在擴硼槽的上方光刻開槽，形成光刻槽；(J)制備前電極，步驟如下(Jbl)在N型單晶硅襯底的前表面蒸鍍2. 3um的Ti金屬薄膜、2. 5um的1 金屬薄 膜和55um的Ag薄膜；(Jb2)剝離光刻膠；同時在光刻膠表面的Ti金屬薄膜和1 金屬薄膜也被剝離下 來，保留光刻槽內的Ti金屬薄膜、Pb金屬薄膜和Ag薄膜；(K)制備背電極，步驟如下(Kl)將N型單晶硅襯底背面的三氧化二鋁薄膜開孔；(K2)在開孔背面的三氧化二鋁薄膜上采用蒸鍍鋁和絲網(wǎng)印刷鋁的方法制備30um 的鋁層作為背面金屬電極；(K3)退火在退火爐中通入氫氣和氮氣的混合氣體，H2:N2=I :9,退火溫度為900 攝氏度。實施例3本實施例中N型單晶硅襯底PN結反型層電池同實施例1，N型單晶硅襯底PN結反 型層電池的制作方法如圖3所示，具體步驟如下(A)準備N型單晶硅襯底，電阻率5. 5 Ω cm；(B)采用氫氧化鈉溶液對N型單晶硅襯底表面絨面化，在N型單晶硅襯底的表面制 備出金字塔形狀的焰光結構，并用鹽酸和氫氟酸的混合溶液進行化學清洗；氫氧化鈉溶液 的濃度范圍為1% ；鹽酸和氫氟酸混合溶液中，鹽酸氫氟酸配比為1:3 ；鹽酸和氫氟酸混合溶液的濃度為1. 2% ；(C)在N型單晶硅襯底上熱生長二氧化硅薄膜二氧化硅薄膜在1000°C的水蒸氣 的氣氛中熱生長，熱生長的二氧化硅薄膜厚度為420nm ；(D)對N型單晶硅襯底表面的二氧化硅薄膜光刻，二氧化硅薄膜上刻出擴硼槽，為 局域硼擴散做準備；(E)高溫硼擴散通過擴硼槽在N型單晶硅襯底前表面形成局域硼擴散區(qū)；高溫硼 擴散在擴散爐中進行，擴散爐中溫度為1100°c ；上述局域硼擴散區(qū)的電阻為62hm/Q ；(F)采用氫氟酸除去N型單晶硅襯底表面的二氧化硅薄膜；氫氟酸濃度為3% ；(G)在N型單晶硅襯底的前表面和背面制備50nm三氧化二鋁薄膜；三氧化二鋁薄 膜制備溫度為400°C，采用等離子化學氣相沉積(PECVD)的方法；所用的源是Al (CH3) 3和N2O ，并帶有4 X IO3CnT2的固定負電荷；(H)在N型單晶硅襯底的前表面制備氮化硅薄膜；即在N型單晶硅襯底的前表面 采用等離子化學氣相沉積(PECVD)的方法制備79nm厚的氮化硅薄膜；(I)鋪光刻膠，并在擴硼槽的上方光刻開槽，形成光刻槽；(J)制備前電極，步驟如下(Jbl)在N型單晶硅襯底的前表面蒸鍍3um的Ti金屬薄膜、4um的1 金屬薄膜和 30um的Ag薄膜；(Jb2)剝離光刻膠；同時在光刻膠表面的Ti金屬薄膜和1 金屬薄膜也被剝離下 來，保留光刻槽內的Ti金屬薄膜、Pb金屬薄膜和Ag薄膜；(K)制備背電極，步驟如下(Kl)將N型單晶硅襯底背面的三氧化二鋁薄膜開孔；(K2)在開孔背面的三氧化二鋁薄膜上采用蒸鍍鋁和絲網(wǎng)印刷鋁的方法制備^um 的鋁層作為背面金屬電極；(K3)退火在退火爐中通入氫氣和氮氣的混合氣體，H2:N2=I :9,退火溫度為700 攝氏度。
權利要求1.一種N型單晶硅襯底PN結反型層電池，其特征在于它包括N型單晶硅襯底(1)、 前電極、背電極、前表面三氧化二鋁薄膜(3)和氮化硅薄膜(4)；所述前電極包括局域硼擴散區(qū)(2)、Ti/I^b薄膜(6)和前表面金屬電極(7)； 所述背電極包括背表面金屬電極(5)和背表面三氧化二鋁薄膜(8)； 所述N型單晶硅襯底(1)前表面附著前表面三氧化二鋁薄膜(3 )，前表面三氧化二鋁 薄膜(3)外附著氮化硅薄膜(4) ;N型單晶硅襯底(1)前表面上設有凹槽，凹槽內設置前電 極，前電極從內而外依次設有局域硼擴散區(qū)(2)、Ti/^b薄膜(6)和前表面金屬電極(7) ;N 型單晶硅襯底(1)背面設有背電極，背電極中背表面三氧化二鋁薄膜(8)附著于N型單晶硅 襯底(1)的背表面，并且背表面三氧化二鋁薄膜(8)上設有凹槽，背表面金屬電極(5)穿過 凹槽與N型單晶硅襯底(1)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種N型單晶硅襯底PN結反型層電池，其特征在于N型硅 片的電阻率為0.3 Ω cm" 6 Ω cm。
專利摘要本實用新型公開了一種N型單晶硅襯底PN結反型層電池，包括N型單晶硅襯底、前電極、背電極、前表面三氧化二鋁薄膜和氮化硅薄膜；前電極包括局域硼擴散區(qū)、Ti/Pb薄膜和前表面金屬電極；背電極包括背表面金屬電極和背表面三氧化二鋁薄膜。本實用新型利用Al2O3帶有固定負電荷，在N型單晶硅襯底的前表面誘導出一個P型反型層，提供前電場，由于沒有硼摻雜的影響，使得電池穩(wěn)定性能提高，同時降低了對短波的吸收，提高了藍光響應，提高電池的短路電流密度，電池效率得到提升。
文檔編號H01L31/18GK201887049SQ201020630730
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權日2010年11月30日
發(fā)明者張斌, 沙泉, 邢國強, 陶龍忠, 高艷濤 申請人:奧特斯維能源(太倉)有限公司