專利名稱：一種選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著化石能源的日益減少和由此帶來的生態(tài)環(huán)境惡化，人們將目光從傳統(tǒng)的化石能源轉(zhuǎn)向新型的綠色能源。而人類獲得能源的最直接的方式就是利用太陽能，太陽電池是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的最有效地方式之一。晶體硅太陽電池的發(fā)展方向仍然是降低成本和提高效率。目前中國已經(jīng)成為光伏領(lǐng)域內(nèi)晶硅太陽電池的大國，在如何提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率方面，各太陽電池制造廠商展開了一場效率競賽，為的是進一步提高本公司的市場競爭力和促進光伏發(fā)電成本的降低。傳統(tǒng)電池片的基本工藝流程包括制絨、擴散、等離子刻蝕、磷硅玻璃清洗、氮化硅沉積、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)。常規(guī)絲網(wǎng)印刷工藝，尤其是對大面積的電池片而言，金屬電極柵線往往有很多條，由兩到三條主柵線連接在一起，這樣設(shè)計的電池能夠收集到電池各處產(chǎn)生的電流。為了保障絲網(wǎng)印刷的正面金屬柵電極(包括主柵和細柵)與發(fā)射極之間具有良好的電極接觸性能，發(fā)射極需要較高的表面摻雜濃度，然而較高摻雜濃度的磷擴散層會造成藍光吸收損耗與光生載流子表面再復(fù)合損耗，不利于實現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率的提高。選擇性發(fā)射極(Selective Emitter,簡稱SE)結(jié)構(gòu)即為克服上述困難的有效技術(shù)。選擇性發(fā)射極太陽電池的基本結(jié)構(gòu)和常規(guī)太陽電池類似，但是需要對正面金屬柵電極與硅片接觸部位形成高摻雜深擴散區(qū)，而在金屬柵電極之間的其他區(qū)域形成低摻雜淺擴散區(qū)。這樣的結(jié)構(gòu)可降低正面金屬柵電極之間區(qū)域的擴散層復(fù)合，提高太陽電池的短波響應(yīng)，同時減少正面金屬柵電極與硅表面發(fā)射極的接觸電阻，使得短路電流、開路電壓、填充因子都得到改善，從而提高轉(zhuǎn)換效率。實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于如何制作兩個不同摻雜濃度的區(qū)域?，F(xiàn)有的技術(shù)主要有兩次擴散法和一次擴散法。兩次擴散法需要進行兩次熱擴散以分別形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的兩個不同區(qū)域，工藝步驟比較復(fù)雜而且兩次高溫?zé)徇^程熱損耗很大，給硅片帶來的熱損傷較大，尤其對多晶硅影響更為嚴重；一次擴散法是在一次熱擴散中形成該結(jié)構(gòu)，一般采用的方法是首先在硅片表面的不同區(qū)域得到不同量的擴散雜質(zhì)源，由于擴散雜質(zhì)源的不同將會得到不同的擴散結(jié)果，進行熱擴散后就形成高低濃度的摻雜。采用一次擴散法制備選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽電池的主要方案包括氧化層掩膜擴散印刷法，印刷擴散雜質(zhì)源單步擴散法，印刷硅墨單步擴散法，激光涂源摻雜電鍍法等。氧化層掩膜擴散印刷法設(shè)計的技術(shù)過于復(fù)雜，影響工藝效率，增加了生產(chǎn)成本；印刷擴散雜質(zhì)源單步擴散法掌控雜質(zhì)源擴散深度的準(zhǔn)確率不高；印刷硅墨單步擴散法需要購買昂貴的硅墨，在生產(chǎn)材料上受制于人；激光涂源摻雜電鍍法采用激光熱效應(yīng)進行摻雜的均勻性和后續(xù)電鍍法制作電極的可控性還沒有完全解決。所以，非常有必要解決一次擴散法的難題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，該方法工藝簡單，材料成本低，易于工業(yè)化。本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，含以下步驟選取預(yù)處理的晶體硅片，在晶體硅片表面不同位置形成織構(gòu)化程度不一致的表面結(jié)構(gòu)，即在需要進行高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域不進行織構(gòu)化或少量織構(gòu)化，在需要進行低摻雜淺擴散的非金屬電極區(qū)域進行深度織構(gòu)化，接著采用限定源擴散在金屬電極區(qū)域沉積有更多雜質(zhì)，而在非金屬電極區(qū)域沉積有較少的雜質(zhì)，形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，最后經(jīng)后續(xù)工序處理制備形成選擇性發(fā)射極太陽電池。本發(fā)明所述的晶體硅片優(yōu)選為p型或n型單晶或多晶硅片，其電阻率為
0.riOQ cm，厚度為 150^500 u mo本發(fā)明晶體硅片的預(yù)處理優(yōu)選含以下工序選取晶體硅片，去除硅片表面損傷層， 形成拋光表面，并進行化學(xué)清洗。本發(fā)明優(yōu)選采用激光、機械法、掩膜加化學(xué)腐蝕的方法在晶體硅片表面不同位置形成織構(gòu)化程度不一致的表面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明優(yōu)選采用限定源擴散，采用該種方式，雜質(zhì)源在單位時間和單位面積上揮發(fā)的量一定，限定源擴散的方式優(yōu)選為固定源擴散，在形成表面織構(gòu)化程度不一致的晶體硅片的表面上，必須保證恒定的雜質(zhì)源在垂直于擴散面的方向上有很好的均勻性。在限定源擴散過程中，由于雜質(zhì)源在單位時間和單位面積上揮發(fā)的量一定，在平行于源片的硅片表面上有更小的有效表面積，所以在無織構(gòu)化或者少量織構(gòu)化的金屬電極區(qū)有更多的雜質(zhì)沉積，而在深度織構(gòu)化的非金屬電極區(qū)由于有效表面積的增加，有更少的雜質(zhì)沉積，這樣就形成了選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)。本發(fā)明優(yōu)選采用限定源擴散在金屬電極區(qū)域沉積有更多雜質(zhì)，而在非金屬電極區(qū)域沉積有較少的雜質(zhì)，對于P型硅片，所述的雜質(zhì)為磷，砷，銻或鉍等V族元素；對于n型硅片，所述的雜質(zhì)為硼、鋁、鎵、銦或鉈等III族元素，其在晶體硅片中的導(dǎo)電類型與晶體硅片的導(dǎo)電類型相反。本發(fā)明所述的后續(xù)工藝優(yōu)選含有去除背面p-n結(jié)，或去除周邊p-n結(jié)，在晶體硅片前表面沉積減反射層，絲網(wǎng)印刷正電極、背電極和背電場以及燒結(jié)等工序。具體可以通過如在硅片背面絲網(wǎng)印刷鋁層作為背電場，絲網(wǎng)印刷銀漿或銀鋁漿作為背電極，在硅片前表面印刷銀漿作為正電極，印刷正電極的區(qū)域即為需要進行高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域，經(jīng)過燒結(jié)后即形成具有選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的太陽電池。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(I)本發(fā)明利用硅片表面不同位置的織構(gòu)化程度不一致性和限定源擴散方法實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，從而在不更改后續(xù)工藝步驟的條件下制備選擇性發(fā)射極太陽電池；(2)本發(fā)明提供了一種采用一次擴散法形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的途徑，使選擇性發(fā)射極太陽電池的制備變得簡單易行，滿足工業(yè)化生產(chǎn)的目的；(3)采用本發(fā)明方法可以改善太陽電池的短波相應(yīng)，提高太陽電池的短路電流和開路電壓。


圖I是本發(fā)明實施例I中制備形成的表面織構(gòu)化程度不一致的硅表面待擴散結(jié)構(gòu)； 圖2是本發(fā)明實施例I中限定源擴散過程；圖3是本發(fā)明實施例I中選擇性發(fā)射極太陽電池制備流程圖，采用激光的方法對晶體硅片表面進行織構(gòu)化，其中a是去除硅片表面損傷層，形成拋光表面，并進行化學(xué)清洗，b是采用激光對非金屬電極區(qū)進行表面織構(gòu)化，并進行化學(xué)清洗，形成待擴散結(jié)構(gòu)，c是采用限定源擴散法進行磷擴散，d是去除背面p-n結(jié)，e是采用PECVD技術(shù)在硅片前表面沉積SiNx作為減反射層，f是絲網(wǎng)印刷正、背面電極，背電場，燒結(jié)形成歐姆接觸；圖4是本發(fā)明實施例2中選擇性發(fā)射極太陽電池制備流程圖，采用掩膜加化學(xué)腐蝕的方法對晶體硅片表面進行織構(gòu)化，a是去除硅片表面損傷層，形成拋光表面，并進行化學(xué)清洗，b是采用PECVD技術(shù)在硅片前表面沉積SiNx作為掩膜層，c是在非金屬電極區(qū)采用激光穿透SiNx掩膜層，d是采用熱的NaOH溶液對非印刷圖形的區(qū)域進行表面織構(gòu)化，e是采用HF溶液清洗SiNx掩膜層，形成待擴散結(jié)構(gòu)，f是采用限定源擴散法進行磷擴散，g是去除背面P-n結(jié)，h是采用PECVD技術(shù)在硅片前表面沉積SiNx作為減反射層，i是絲網(wǎng)印刷·正、背面電極，背電場，燒結(jié)形成歐姆接觸；

l、p型硅片；2、硅片表面深度織構(gòu)化區(qū)；3、硅片表面無織構(gòu)化或者少量織構(gòu)化區(qū)；4、磷低摻雜淺擴散區(qū)n+ ;5、磷高摻雜深擴散區(qū)n++ ;61、攜磷源片；62、攜磷源片含磷區(qū)；7、SiNx減發(fā)射層；8、正電極；9、背電極；10、背電場。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。實施例I本實施例提供的一種選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，采用激光的辦法織構(gòu)化，其工藝過程如下(I)選取p型多晶硅片，在10°C下的硝酸、氫氟酸和去離子水體積比為4 I I的混合溶液中拋光，形成拋光表面，采用質(zhì)量百分含量為5%的HF溶液清洗，獲得如圖3中a所示，也可采用常規(guī)的其它方法進行拋光或者清洗；(2)采用激光對非金屬電極區(qū)進行表面織構(gòu)化，在晶體硅片表面不同位置處形成織構(gòu)化程度不一致的表面結(jié)構(gòu)，即在需要進行高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域無織構(gòu)化，而在需要進行低摻雜淺擴散的非金屬電極區(qū)域深度織構(gòu)化，采用質(zhì)量百分含量為5%的HF溶液清洗，也可采用本領(lǐng)域的常規(guī)手段清洗后，形成待擴散結(jié)構(gòu)，如圖3中b所示；(3)采用限定源擴散的方式進行磷擴散，本實施例中采用固定源擴散的方式，在無織構(gòu)化的金屬電極區(qū)有更多的磷沉積，而在深度織構(gòu)化的非金屬電極區(qū)由于有效表面積的增加，有更少的磷沉積，這樣就形成了選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，如圖3中c所示；(4)去除背面p-n結(jié)，如圖3中d所示；(5)采用PECVD技術(shù)在硅片前表面沉積SiNx作為減反射層，如圖3中e所示；(6)在硅片上絲網(wǎng)印刷電極，經(jīng)燒結(jié)使金屬與硅基體形成歐姆接觸；在硅片背面絲網(wǎng)印刷鋁層作為背電場，絲網(wǎng)印刷銀漿或銀鋁漿作為背電極，在硅片前表面印刷銀漿作為正電極，印刷正電極銀漿的區(qū)域即為在第(3)步中形成的高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域，如圖3f所示。實施例2本實施例提供的一種選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，采用掩膜加化學(xué)腐蝕的方法織構(gòu)化，其工藝過程如下(I)選取p型單晶硅片，將其置于80°C的質(zhì)量百分含量為20%的NaOH溶液中拋光10分鐘，形成拋光表面，然后采用質(zhì)量百分含量為5%的HF溶液清洗，也可采用本領(lǐng)域的其它常規(guī)技術(shù)手段進行拋光和清洗，如圖4中a所示；(2)采用采用PECVD技術(shù)在硅片前表面沉積SiNx作為掩膜層，也可以采用本領(lǐng)域采用的其它常規(guī)掩膜層，如圖4中b所示；(3)在非金屬電極區(qū)采用激光穿透SiNx掩膜層，如圖4中c所示； (4)可以采用溫度為80°C的質(zhì)量百分含量為2. 5%的NaOH溶液對非金屬電極區(qū)進行表面織構(gòu)化25min，也可采用其它常規(guī)的堿液對非金屬電極區(qū)進行織構(gòu)化，在晶體硅片表面不同位置形成織構(gòu)化程度不一致的表面結(jié)構(gòu)即在需要進行高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域無織構(gòu)化，而在需要進行低摻雜淺擴散的非金屬電極區(qū)域深度織構(gòu)化，如圖4中d所示；(5)采用質(zhì)量百分含量為5%的HF溶液清洗SiNx掩膜層，也可采用本領(lǐng)域其它常規(guī)溶液進行清洗除去SiNx掩膜層，形成待擴散結(jié)構(gòu)，如圖4中e所示；(6)采用限定源擴散的方式即固定源擴散的方式進行磷擴散，在無織構(gòu)化的金屬電極區(qū)有更多的磷沉積，而在深度織構(gòu)化的非金屬電極區(qū)由于有效表面積的增加，有更少的磷沉積，這樣就形成了選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，如圖4中f所示；(7)去除背面p-n結(jié)，如圖4中g(shù)所示；(8)采用PECVD技術(shù)在硅片前表面沉積SiNx作為減反射層，如圖4中h所示；(9)在硅片上絲網(wǎng)印刷電極，經(jīng)燒結(jié)使金屬與硅基體形成歐姆接觸；在硅片背面絲網(wǎng)印刷鋁層作為背電場，絲網(wǎng)印刷銀漿或銀鋁漿作為背電極；在硅片前表面印刷銀漿作為正電極，印刷正電極銀漿的區(qū)域為在第(6)步中形成的高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域，如圖4中i所示。實施例3本實施例提供的一種選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，采用機械法的辦法織構(gòu)化，其工藝過程如下(I)選取n型晶體硅片，對于n型單晶硅片，可以在80°C的質(zhì)量百分含量為20%的NaOH溶液中拋光10分鐘，并采用質(zhì)量百分含量為5%的HF溶液清洗，也可采用本領(lǐng)域的其它常規(guī)手段進行拋光和清洗，形成拋光表面；(2)采用機械刻槽的辦法對非金屬電極區(qū)進行表面織構(gòu)化，在晶體硅片表面不同位置形成織構(gòu)化程度不一致的表面結(jié)構(gòu)即在需要進行高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域無織構(gòu)化，而在需要進行低摻雜淺擴散的非金屬電極區(qū)域深度織構(gòu)化，采用質(zhì)量百分含量為5%的HF溶液清洗，清洗也可以采用其它本領(lǐng)域常規(guī)采用的溶液進行清洗，形成待擴散結(jié)構(gòu)；(3)采用限定源擴散的方式即固定源的方式進行硼擴散，在無織構(gòu)化的金屬電極區(qū)有更多的硼沉積，而在深度織構(gòu)化的非金屬電極區(qū)由于有效表面積的增加，有更少的硼沉積，這樣就形成了選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)；(4)去除背面p-n結(jié)；
(5)采用PECVD技術(shù)在硅片前表面沉積SiNx作為減反射層；(6)在硅片上絲網(wǎng)印刷電極，經(jīng)燒結(jié)使金屬與硅基體形成歐姆接觸。在硅片背面絲網(wǎng)印刷磷漿作為背電場，絲網(wǎng)印刷銀漿作為背電極，在硅片前表面印刷銀漿作為正電極，印刷正電極銀漿的區(qū)域即為在第(3)步中形成的高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域。
以上列舉具體實施例對本發(fā)明進行說明。需要指出的是，以上實施例只用于對本發(fā)明作進一步說明，不代表本發(fā)明的保護范圍，其他人根據(jù)本發(fā)明的提示做出的非本質(zhì)的修改和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，其特征是含以下步驟選取預(yù)處理的晶體硅片，在晶體硅片表面不同位置形成織構(gòu)化程度不一致的表面結(jié)構(gòu)，即在需要進行高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域不進行織構(gòu)化或少量織構(gòu)化，在需要進行低摻雜淺擴散的非金屬電極區(qū)域進行深度織構(gòu)化，接著采用限定源擴散在金屬電極區(qū)域沉積有更多雜質(zhì)，而在非金屬電極區(qū)域沉積有較少的雜質(zhì)，形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，最后經(jīng)后續(xù)工序處理制備形成選擇性發(fā)射極太陽電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，其特征是所述的晶體硅片為P型或n型單晶或多晶硅片，其電阻率為0. riOQ cm，厚度為15(T500iim。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，其特征是晶體硅片的預(yù)處理含以下工序選取晶體硅片，去除硅片表面損傷層，形成拋光表面，并進行化學(xué)清洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，其特征是采用激光、機械法、掩膜加化學(xué)腐蝕的方法在晶體硅片表面不同位置形成織構(gòu)化程度不一致的表面結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，其特征是采用限定源擴散。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，其特征是采用限定源擴散在金屬電極區(qū)域沉積有更多雜質(zhì)，而在非金屬電極區(qū)域沉積有較少的雜質(zhì)，對于P型硅片，所述的雜質(zhì)為磷，砷，銻或鉍元素；對于n型硅片，所述的雜質(zhì)為硼、鋁、鎵、銦或鉈元素，其在晶體硅片中的導(dǎo)電類型與晶體硅片的導(dǎo)電類型相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，其特征是所述的后續(xù)工藝含有去除背面P_n結(jié)，或去除周邊p-n結(jié)，在晶體硅片前表面沉積減反射層，絲網(wǎng)印刷正電極、背電極和背電場以及燒結(jié)工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，其特征是絲網(wǎng)印刷正電極的區(qū)域即為需要進行高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種選擇性發(fā)射極太陽電池的制備方法，含以下步驟選取預(yù)處理的晶體硅片，在晶體硅片表面不同位置形成織構(gòu)化程度不一致的表面結(jié)構(gòu)，即在需要進行高摻雜深擴散的金屬電極區(qū)域不進行織構(gòu)化或少量織構(gòu)化，在需要進行低摻雜淺擴散的非金屬電極區(qū)域進行深度織構(gòu)化，接著采用限定源擴散在金屬電極區(qū)域沉積有更多雜質(zhì)，而在非金屬電極區(qū)域沉積有較少的雜質(zhì)，形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，最后經(jīng)后續(xù)工序處理制備形成選擇性發(fā)射極太陽電池。該方法工藝簡單，材料成本低，易于工業(yè)化。
文檔編號H01L31/18GK102709391SQ201210171390
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者王單單, 蔣方丹, 金井升 申請人:上饒光電高科技有限公司