專利名稱：一種選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽電池，尤其涉及一種選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池。
背景技術(shù)：
太陽電池是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，目前占晶硅材料的太陽電池占據(jù)市場 90%以上的份額。晶硅電池主要分為單晶硅電池和多晶硅電池，由于單晶硅的純度和晶體質(zhì)量要高于多晶硅，所以單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率一般要高于多晶硅太陽能電池。目前，常規(guī)的商業(yè)晶體硅太陽能電池工藝技術(shù)路線如下首先進行來料分選，然后將晶體硅表面的損傷層清洗干凈，并進行制絨以形成一定絨面來減少晶體硅表面反射率; 再進行高溫擴散制得PN結(jié)；采用PECVD方法在電池的擴散面沉積70 SOnm厚的氮化硅薄膜，起到減反和鈍化的作用；最后采用絲網(wǎng)印刷的方式制備金屬電極和背場，經(jīng)燒結(jié)后制得晶體硅太陽電池片。采用這種方法生產(chǎn)的單晶硅電池片效率一般在16%-17%左右。在日趨激烈的市場競爭中，越來越多的硅太陽電池片生產(chǎn)廠商將目光投向了選擇性發(fā)射極硅太陽電池，選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)可以改善太陽電池的短波響應(yīng)，降低表面復合速率和串聯(lián)電阻損耗，從而提高單晶硅太陽電池效率至18% -19%。選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)如下圖所示，其有兩個特征(1)在電極柵線下及其附近形成高摻雜深擴散區(qū)；(2)在其他區(qū)域形成低摻雜淺擴散區(qū)。目前可以制備選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的工藝方法有兩次擴散法、涂源擴散+選擇性腐蝕、含磷電極漿料、激光摻雜等方式。其中，兩次擴散法由于其工藝較為復雜，且多次高溫對材料本身會帶來危害。涂源擴散+選擇性腐蝕法在硅片表面均勻涂源進行擴散，結(jié)相對較深；而在金屬化后選擇性腐蝕會對電極接觸造成影響。印刷含磷漿料的方法無法形成理想的重摻雜濃度及分布。干法激光摻雜事先須在減反射層表面旋涂一層摻雜源，然后用激光按一定的圖形進行掃描，在光斑掃過的部分發(fā)生局部熔融而進行摻雜。但在旋涂磷源的過程中往往容易產(chǎn)生覆蓋量的不穩(wěn)定性，另外干法激光處理產(chǎn)生的損傷較大。有文獻也公開了刻槽埋柵的方法制備選擇性發(fā)射極，在實驗室取得了較高的轉(zhuǎn)換效率；但該文獻存在結(jié)構(gòu)相對復雜，工藝實現(xiàn)難度高等缺點。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的，就是為了提供一種可控性好，結(jié)面比較平坦、均勻性和重復性好的選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池。為了達到上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案一種選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池，其特征在于，包括P型單晶硅層、η型硅層、SiO2薄膜層、減反射膜層、正電極、 背電場，所述的η型硅層設(shè)置在P型單晶硅層上，與P型單晶硅層構(gòu)成PN結(jié)，所述的SiO2薄膜層設(shè)置在η型硅層上，SiO2薄膜層上表面設(shè)置減反射膜層，所述的PN結(jié)中間設(shè)有橫向結(jié)， 所述的正電極設(shè)置在橫向結(jié)上，所述的背電場設(shè)置在P型單晶硅層背面，背電場與P型單晶硅層之間設(shè)有P+型硅層。[0008]所述的P型單晶硅層為襯底層。所述的η型硅層為離子注入的發(fā)射極。所述的減反射膜層為SiNx薄膜層。所述的正電極為銀正電極。所述的背電場為Al電場。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1、可控性好采用離子注入法能精確控制摻雜的濃度分布和摻雜深度，因而可以適用于選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)兩種不同摻雜濃度分布的要求。2、制備電池過程中反應(yīng)溫度低中注入溫度一般不超過400 0C，退火溫度在650 °C 左右，避免了高溫過程帶來的不利影響，如結(jié)的推移、熱缺陷、硅片的變形等；同時避免了大量的高溫能耗，降低了選擇性發(fā)射極硅電池的制作成本。4、結(jié)面比較平坦采用的離子注入法所制備的PN結(jié)結(jié)面較為平坦，有利于提高選擇性發(fā)射極電池的電性能。5、工藝靈活可以穿透表面薄膜注入到下面的襯底中，也可以采用多種材料作掩蔽膜，如SiO2、SiNx或光刻膠等；6、均勻性和重復性好這在大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用中保證了選擇性發(fā)射極硅太陽電池的
廣品質(zhì)量。

圖1是本實用新型的選擇性發(fā)射極硅太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A部放大圖。
具體實施方式
實施例1如圖1-2所示，一種選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池，包括P型單晶硅層5 (即為襯底層)、η型硅層4(為離子注入的發(fā)射極)、SiO2薄膜層3、減反射膜層2(為SiNx薄膜層，X為1 3)、正電極1 (為Ag電極)、背電場7 (為Al電場)，所述的η型硅層4設(shè)置在P 型單晶硅層5上，與P型單晶硅層5構(gòu)成PN結(jié)12，所述的SiO2薄膜層3設(shè)置在η型硅層4 上，SiO2薄膜層3上表面設(shè)置減反射膜層2，所述的PN結(jié)12中間設(shè)有橫向結(jié)11，所述的正電極1設(shè)置在橫向結(jié)11上，所述的背電場7設(shè)置在P型單晶硅層5背面，背電場7與P型單晶硅層5之間設(shè)有P+型硅層6。上述太陽能電池的制備方法包括以下步驟(1)對P型單晶硅片5表面進行清洗制絨，清洗制絨采用NaOH、異丙醇、制絨添加劑和去離子水的混合物對單晶硅片清洗；所述的NaOH的質(zhì)量濃度為 3%，所述的制絨添加劑為市售制絨添加劑DY-810，所述的混合物中NaOH、異丙醇、制絨添加劑和去離子水的體積比為5 9 1 150 ；(2)然后對其一面進行離子注入磷元素形成N型硅4，然后N型硅4和P型單晶硅片5構(gòu)成形成PN結(jié)12，離子注入是將磷元素雜質(zhì)電離成離子并聚焦成離子束，在電場中加速而獲得極高的動能后，注入到硅中而實現(xiàn)摻雜，注入溫度為200°C，摻雜的濃度分布為1018cm3，摻雜的深度為0. 15ym；(3)在600°C 700°C進行退火并生長氧化層SiO2薄膜3 ；(4)由反應(yīng)氣體氨氣和硅烷通過等離子體增強化學氣相沉積法在N型表面繼續(xù)沉積一層鈍化和減反膜即SiNx薄膜2，SiNx薄膜2為70nm的單層氮化硅薄膜；(5)對主柵和副柵所處位置采用噴墨或絲網(wǎng)印刷酸性腐蝕劑氫氟酸或硝酸進行清洗，采用離子注入的方法進行重摻雜并快速退火，形成橫向結(jié)11，重摻雜的濃度分布為 1019cm3，深度為0. 5 μ m ；所述的快速退火溫度為600°C，時間為1分鐘；(6)采用質(zhì)量濃度為的氫氟酸進行1分鐘的漂洗，清洗表面，去除保護膜；(7)然后絲網(wǎng)印刷背面電極背電場7并烘干、采用絲網(wǎng)印刷設(shè)備或電鍍方法制備正電極1 ；(8)最后在500°C進行燒結(jié)，P型單晶硅片5和背電場7經(jīng)過燒結(jié)中間形成一層摻 Al的P+型硅即得產(chǎn)品。離子注入是一種對半導體進行摻雜的方法。將雜質(zhì)電離成離子并聚焦成離子束， 在電場中加速而獲得極高的動能后，注入到硅中而實現(xiàn)摻雜。注入到半導體中的受主或施主雜質(zhì)大部分都停留在間隙位置處，經(jīng)過適當溫度的退火處理，可以使注入雜質(zhì)原子的全部或大部分從間隙位置進入替位位置而釋放出載流子，從而改變半導體的電特性；同時退火處理也可以減少注入損傷。本實用新型利用了離子注入法的高可控性，使P型單晶硅片中形成預定的摻雜濃度分布及摻雜深度，并通過二次離子注入形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)。實施例2本實用新型選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池還可采用以下方法制備(1)對P型單晶硅片表面進行清洗制絨，清洗制絨采用NaOH、異丙醇、制絨添加劑和去離子水的混合物對單晶硅片清洗；所述的NaOH的質(zhì)量濃度為 3%，所述的制絨添加劑為市售制絨添加劑DY-810，所述的混合物中NaOH、異丙醇、制絨添加劑和去離子水的體積比為5 9 1 150 ；(2)然后對其一面進行離子注入磷元素形成N型硅，然后N型硅和P型單晶硅片構(gòu)成形成PN結(jié)，離子注入是將磷元素雜質(zhì)電離成離子并聚焦成離子束，在電場中加速而獲得極高的動能后，注入到硅中而實現(xiàn)摻雜，注入溫度為400°C，摻雜的濃度分布為102°/cm3，摻雜的深度為0.4μπι;(3)在700°C進行退火并生長氧化層SiO2薄膜；(4)由反應(yīng)氣體氨氣和硅烷通過等離子體增強化學氣相沉積法在N型表面繼續(xù)沉積一層鈍化和減反膜即SiNx薄膜，SiNx薄膜為90nm的雙層氮化硅薄膜；(5)對主柵和副柵所處位置采用532nm或1064nm波長的激光進行激光刻蝕清洗， 采用離子注入的方法進行重摻雜并快速退火，形成橫向結(jié)，重摻雜的濃度分布為1021/cm3， 深度為2 μ m ；所述的快速退火溫度為700°C，時間為10分鐘；(6)采用5%的氫氟酸進行5分鐘的漂洗，清洗表面，去除保護膜；(7)然后絲網(wǎng)印刷背面電極背電場并烘干、采用常規(guī)的絲網(wǎng)印刷設(shè)備或普通的電鍍方法制備正電極；(8)最后在900°C進行燒結(jié)，P型單晶硅片和背電場經(jīng)過燒結(jié)中間形成一層摻Al的P+型硅即得產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池，其特征在于，包括P型單晶硅層、η型硅層、 SiO2薄膜層、減反射膜層、正電極、背電場，所述的η型硅層設(shè)置在P型單晶硅層上，與P型單晶硅層構(gòu)成PN結(jié)，所述的SiO2薄膜層設(shè)置在η型硅層上，SiO2薄膜層上表面設(shè)置減反射膜層，所述的PN結(jié)中間設(shè)有橫向結(jié)，所述的正電極設(shè)置在橫向結(jié)上，所述的背電場設(shè)置在P 型單晶硅層背面，背電場與P型單晶硅層之間設(shè)有P+型硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池，其特征在于，所述的P型單晶硅層為襯底層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池，其特征在于，所述的η型硅層為離子注入的發(fā)射極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池，其特征在于，所述的減反射膜層為SiNj^膜層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池，其特征在于，所述的正電極為銀正電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池，其特征在于，所述的背電場為Al電場。
專利摘要本實用新型提供了一種選擇性發(fā)射極單晶硅太陽能電池，包括P型單晶硅層、n型硅層、SiO2薄膜層、減反射膜層、正電極、背電場，所述的n型硅層設(shè)置在P型單晶硅層上，與P型單晶硅層構(gòu)成PN結(jié)，所述的SiO2薄膜層設(shè)置在n型硅層上，SiO2薄膜層上表面設(shè)置減反射膜層，所述的PN結(jié)中間設(shè)有橫向結(jié)，所述的正電極設(shè)置在橫向結(jié)上，所述的背電場設(shè)置在P型單晶硅層背面，背電場與P型單晶硅層之間設(shè)有P+型硅層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有結(jié)面比較平坦、均勻性和重復性好、成本低等優(yōu)點。
文檔編號H01L31/0352GK202120962SQ201120168798
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者劉禎, 周利榮, 張忠衛(wèi), 張瑋, 裴駿, 馬賢芳 申請人:上海神舟新能源發(fā)展有限公司