專利名稱：一種太陽(yáng)能電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池的制造方法，屬于太陽(yáng)能電池制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)50年代開始，人們通過(guò)研發(fā)多種硅基太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和工藝方法來(lái)提高硅基太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率從最初的數(shù)個(gè)百分點(diǎn)提高到了目前的單晶硅電池的18%以上的轉(zhuǎn)換效率。硅基太陽(yáng)能電池已成為了世界清潔能源的主要來(lái)源。但是，目前太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率還不能滿足人們的需求。選擇性摻雜太陽(yáng)能電池是一種有效的低成本高效率的太陽(yáng)能電池。選擇性摻雜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于在太陽(yáng)能電池的上電極覆蓋區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s降低電池的接觸電阻，同時(shí)在非電極區(qū)進(jìn)行輕摻雜，提高電池的光譜響應(yīng)和降低電池中光生載流子的復(fù)合。目前進(jìn)行太陽(yáng)能電池選擇性摻雜的方法主要有:兩步擴(kuò)散法、絲網(wǎng)印刷磷漿法、擴(kuò)散掩膜法等。這些方法都采用的是擴(kuò)散引入雜質(zhì)的方法，這必然導(dǎo)致電池表面的雜質(zhì)濃度是最高。而選擇性摻雜要求電池的表面雜質(zhì)濃度較低，所以在保證低表面摻雜濃度的情況下，應(yīng)用擴(kuò)散的方法，可能導(dǎo)致電池體內(nèi)雜質(zhì)濃度過(guò)低，導(dǎo)致電池的串聯(lián)電阻過(guò)高，因此，選擇新型的工藝方法實(shí)現(xiàn)高性能的選擇性摻雜電池的制備顯得十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于:克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種太陽(yáng)能電池的制造方法，工藝實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，獲得的太陽(yáng)能電池性能良好。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的一種太陽(yáng)能電池的制造方法，包括如下步驟:
第I步、應(yīng)用離子注入的方法注入雜質(zhì)到硅片，形成PN結(jié)；
第2步、使用磁控濺射的方法在硅片表面淀積含有摻雜元素的二氧化硅薄膜；
第3步、除去硅片上表面電極區(qū)以外的二氧化硅薄膜；
第4步、在硅片上表面淀積本征非晶硅層；
第5步、將硅片置于干氧環(huán)境中進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散，使非電極區(qū)的摻雜元素?cái)U(kuò)散入非晶硅層，電極區(qū)二氧化硅薄膜中的摻雜元素進(jìn)一步向電極區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)非晶硅層的表面被氧化；
第6步、采用濃硝酸和氫氟酸的混合溶液去除硅片表面的非晶硅層和二氧化硅，完成太陽(yáng)能電池的逆擴(kuò)散選擇性摻雜；
第7步、在娃片表面淀積氮化娃抗反射薄膜；
第8步、在電池正面電極區(qū)、電池背面電極區(qū)分別燒制金屬電極。本發(fā)明提出了一種太陽(yáng)能電池的制造方法，其通過(guò)離子注入的方法在硅片中摻入雜質(zhì)，不同于普通的擴(kuò)散引入雜質(zhì)的方法，其雜質(zhì)濃度最高的位置不在硅片表面，硅片表面濃度相對(duì)較低，這降低了表面的雜質(zhì)濃度；再通過(guò)非晶硅吸收非電極區(qū)的雜質(zhì)，使非電極區(qū)的摻雜濃度降低，同時(shí)電極區(qū)進(jìn)行了二次摻雜，電極區(qū)與非電極區(qū)的摻雜濃度差進(jìn)一步增大，提高了選擇性摻雜的效果；并且逆向擴(kuò)散工藝在干氧環(huán)境下進(jìn)行，從而減少對(duì)硅片表面的破壞和損耗，更好的保護(hù)了電池表面結(jié)構(gòu)。與擴(kuò)散引入雜質(zhì)相比，離子注入的方法得到的表面雜質(zhì)濃度更低，可以減少逆向擴(kuò)散的時(shí)間；在去除非晶硅層時(shí)，通過(guò)混合溶液中的濃硝酸將非晶硅氧化為二氧化硅，同時(shí)利用氫氟酸去除二氧化硅，不會(huì)引起雜質(zhì)的再次分布，保持了娃片中雜質(zhì)分布的穩(wěn)定。本發(fā)明利用離子注入，雜質(zhì)濃度最高峰位于硅片表面以下的特性，結(jié)合非晶硅薄膜逆擴(kuò)散工藝可以很好的解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
1、所述硅片為P型晶硅，摻雜元素為磷元素，第I步中，離子注入的能量為50-60KV，傾角為7度，旋轉(zhuǎn)角度為180度，注入離子劑量為lel3/cm2，第2步中，二氧化硅薄膜中的磷元素的濃度為lel9/cm3。2、所述硅片為N型晶硅，摻雜元素為硼元素，第I步中，離子注入的能量為50-60KV,傾角為7度，旋轉(zhuǎn)角度為180度，注入離子劑量為lel3/cm2，第2步中，二氧化硅薄膜中的硼元素的濃度為lel9/cm3。3、所述第3步中，采用絲網(wǎng)印刷的方法保留電極區(qū)域的二氧化硅，將硅片上其它區(qū)域的二氧化硅利用氫氟酸緩沖液去除掉。4、所述第4步中，淀積的本征非晶娃層厚度約為40-50nm。5、所述第5步中，干氧環(huán)境下的高溫?cái)U(kuò)散工藝溫度為900°C -1100°C，持續(xù)時(shí)間為30-2分鐘。6、所述第6步所用濃硝酸和氫氟酸的混合溶液中，濃硝酸和氫氟酸的體積比為5:1。本發(fā)明該工藝方法的特點(diǎn)在于:
1、不同于傳統(tǒng)的選擇性摻雜工藝，采用的是先全片離子注入摻雜，后逆向擴(kuò)散出受光面雜質(zhì)，降低受光面的雜質(zhì)摻雜濃度的方法。由于離子注入的濃度最高區(qū)域不在電池表面，在雜質(zhì)引入過(guò)程中就使得表面的雜質(zhì)濃度較低。2、應(yīng)用本征非晶硅薄膜吸收電池表面已摻雜區(qū)域的雜質(zhì)，使得電池表面不會(huì)被其他不同元素污染。3、保留電極區(qū)的磷硅玻璃作為高溫雜質(zhì)逆向擴(kuò)散工藝的電極雜質(zhì)保護(hù)層，保證了電極區(qū)的重?fù)诫s。4、在干氧環(huán)境下進(jìn)行逆向擴(kuò)散，可以減少雜質(zhì)的揮發(fā)，保證了電池中雜質(zhì)濃度的可控。5、應(yīng)用濃硝酸的氧化性氧化非晶硅層，采用氫氟酸去除氧化層，減小熱氧化過(guò)程對(duì)硅片中雜質(zhì)濃度分布的影響。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1是本發(fā)明實(shí)施例一工藝流程示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一第一步離子注入后硅片內(nèi)雜質(zhì)濃度分布圖。圖3是使用傳統(tǒng)擴(kuò)散方法引入雜質(zhì)的硅片內(nèi)雜質(zhì)濃度分布圖。
圖4是本發(fā)明電池與非選擇性摻雜太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)比較圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例一
如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例一太陽(yáng)能電池的制造方法流程示意圖，方法具體包括如下步驟:
la、對(duì)P型晶硅片進(jìn)行N型離子注入，使磷元素注入硅片形成PN結(jié)，本步驟中，離子注入的能量為50-60KV，傾角為7度，旋轉(zhuǎn)角度為180度，注入離子劑量為lel3/cm2 ；
2a、使用磁控濺射的方法在硅片表面淀積厚度約為0.05微米的磷硅玻璃1，磷硅玻璃I中磷元素的濃度約為lel9/cm3 ；
3a、除去硅片上表面電極區(qū)以外的磷硅玻璃；本步中，采用絲網(wǎng)印刷的方法保留電極區(qū)域的磷硅玻璃，將硅片上其它區(qū)域的磷硅玻璃利用氫氟酸緩沖液去除掉；
4a、在硅片上表面淀積厚度約為40nm的本征非晶硅層2 ；
5a、將硅片置于干氧環(huán)境中進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散，使非電極區(qū)的摻雜元素(磷)逆向擴(kuò)散入非晶硅層2，電極區(qū)磷硅玻璃I中的摻雜元素(磷)進(jìn)一步向電極區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)非晶硅層的表面被氧化形成氧化層I丨(磷硅玻璃)；本步中，干氧環(huán)境下的高溫?cái)U(kuò)散工藝溫度為900°C，持續(xù)時(shí)間為30分鐘；
6a、采用濃硝酸和氫氟酸的混合溶液(體積比5:1)去除硅片表面的非晶硅層2和磷硅玻璃I，完成太陽(yáng)能電池的逆向擴(kuò)散選擇性摻雜；
7a、在硅片表面淀積氮化硅抗反射薄膜5 ；
8a、在電池正面電極區(qū)燒制金屬負(fù)電極3，在電池背面電極區(qū)燒制金屬正電極4。如圖2所示為本實(shí)施例工藝第一步離子注入后硅片內(nèi)雜質(zhì)濃度分布圖。如圖3所示為使用擴(kuò)散方法引入雜質(zhì)的硅片內(nèi)雜質(zhì)濃度分布圖。從圖2中可以看出離子注入的雜質(zhì)濃度最大值位于硅表面以下0.2微米處，圖3中電池中雜質(zhì)濃度最大值位于硅片表面，且離子注入電池的PN結(jié)較深有利于對(duì)能量較高的長(zhǎng)波的吸收。如圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例工藝制得的電池與非選擇性摻雜太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)比較圖，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，單位為μ m,縱坐標(biāo)為電流密度,單位為A/cm2,淺色曲線為本實(shí)施例電池光譜響應(yīng)曲線，深色曲線為非選擇性摻雜太陽(yáng)能電池光譜響應(yīng)曲線。從圖4中可以看出，本實(shí)施例的太陽(yáng)能電池在長(zhǎng)波段的光譜響應(yīng)要優(yōu)于普通電池。這與電池的結(jié)深較深有關(guān)。同時(shí)，其在短波段的光譜響應(yīng)未下降，這表明本發(fā)明電池工藝中的逆向擴(kuò)散工藝降低了電池表明雜質(zhì)濃度，減少了電池的表面復(fù)合，所以雖然電池的結(jié)較深，其短波響應(yīng)未見明顯下降。實(shí)施例二
本實(shí)施例的步驟與實(shí)施例一相同，區(qū)別在于步驟5a (第五步)中干氧環(huán)境下高溫?cái)U(kuò)散的工藝參數(shù)，本實(shí)施例中，高溫?cái)U(kuò)散的工藝溫度為1000°C，持續(xù)時(shí)間為5分鐘。實(shí)施例三
本實(shí)施例的步驟與實(shí)施例一相同，區(qū)別在于步驟5a (第五步)中干氧環(huán)境下高溫?cái)U(kuò)散的工藝參數(shù)，本實(shí)施例中，高溫?cái)U(kuò)散的工藝溫度為1100°C，持續(xù)時(shí)間為2分鐘。
對(duì)上述三個(gè)實(shí)施例進(jìn)行仿真后，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，隨著逆向擴(kuò)散工藝中擴(kuò)散溫度的升高，電池的PN結(jié)在不斷的加深。電池的表面的雜質(zhì)濃度先增加后減小，但電極區(qū)的雜質(zhì)濃度隨著溫度的增加而逐步增加。電極區(qū)的重?fù)诫s雜質(zhì)主要向電池體內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，橫向擴(kuò)散較小，這與在電池表面淀積本征非晶硅層有關(guān)，過(guò)多的橫向擴(kuò)散雜質(zhì)被非晶硅層吸收。這說(shuō)明應(yīng)用非晶硅層作為電池的逆擴(kuò)散層，可以起到限制重?fù)诫s區(qū)雜質(zhì)橫向擴(kuò)散作用。輕摻雜區(qū)域的雜質(zhì)濃度比較接近，較低的擴(kuò)散溫度可以有效地形成淺結(jié)，提高電池短波光譜響應(yīng)，綜合比較之后，可知步驟5a (第五步)中采用擴(kuò)散溫度900°C、擴(kuò)散持續(xù)時(shí)間30分鐘(實(shí)施例一)是較好的雜質(zhì)逆向擴(kuò)散工藝條件。本發(fā)明實(shí)施例以P型晶硅為例對(duì)本發(fā)明工藝進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，利用N型晶硅生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的工藝及條件與之類似，區(qū)別僅在于摻雜元素由磷換成了硼，正、負(fù)電極對(duì)調(diào)，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以通過(guò)了解本實(shí)施例部分，舉一反三來(lái)實(shí)現(xiàn)利用N型晶硅生產(chǎn)太陽(yáng)能電池。因此本文不再贅述。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池的制造方法，包括如下步驟: 第I步、應(yīng)用離子注入的方法注入雜質(zhì)到硅片，形成PN結(jié)； 第2步、使用磁控濺射的方法在硅片表面淀積含有摻雜元素的二氧化硅薄膜； 第3步、除去硅片上表面電極區(qū)以外的二氧化硅薄膜； 第4步、在硅片上表面淀積本征非晶硅層； 第5步、將硅片置于干氧環(huán)境中進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散，使非電極區(qū)的摻雜元素?cái)U(kuò)散入非晶硅層，電極區(qū)二氧化硅薄膜中的摻雜元素進(jìn)一步向電極區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)非晶硅層的表面被氧化； 第6步、采用濃硝酸和氫氟酸的混合溶液去除硅片表面的非晶硅層和二氧化硅； 第7步、在娃片表面淀積氮化娃抗反射薄膜； 第8步、在電池正面電極區(qū)、電池背面電極區(qū)分別燒制金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于:所述硅片為P型晶硅，摻雜元素為磷元素，第I步中，離子注入的能量為50-60KV，傾角為7度，旋轉(zhuǎn)角度為180度，注入離子劑量為lel3/cm2，第2步中，二氧化硅薄膜中的磷元素的濃度為lel9/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于:所述硅片為N型晶硅，摻雜元素為硼元素，第I步中，離子注入的能量為50-60KV，傾角為7度，旋轉(zhuǎn)角度為180度，注入離子劑量為lel3/ cm2，第2步中，二氧化硅薄膜中的硼元素的濃度為lel9/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于:所述第3步中，采用絲網(wǎng)印刷的方法保留電極區(qū)域的二氧化硅，將硅片上其它區(qū)域的二氧化硅利用氫氟酸緩沖液去除掉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于:所述第4步中，淀積的本征非晶娃層厚度約為40-50nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于:所述第5步中，干氧環(huán)境下的高溫?cái)U(kuò)散工藝溫度為900°C -1100°C，持續(xù)時(shí)間為30-2分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于:所述第6步所用濃硝酸和氫氟酸的混合溶液中，濃硝酸和氫氟酸的體積比為5:1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池的制造方法，步驟如下應(yīng)用離子注入的方法將雜質(zhì)注入硅片形成PN結(jié)；淀積含有摻雜元素的二氧化硅薄膜；除去硅片上表面電極區(qū)以外的二氧化硅；在硅片上表面淀積本征非晶硅層；將硅片置于干氧環(huán)境中進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散，使非電極區(qū)的摻雜元素逆向擴(kuò)散入非晶硅層，電極區(qū)氧化層中的摻雜元素進(jìn)一步向電極區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)形成表層氧化層；去除硅片表面的非晶硅層和氧化層；在硅片表面淀積氮化硅抗反射薄膜；最后燒制金屬電極。本發(fā)明通過(guò)離子注入的方式，降低了表面雜質(zhì)濃度，后通過(guò)高溫過(guò)程，使非晶硅吸收非電極區(qū)的雜質(zhì)，進(jìn)一步降低了非電極區(qū)的摻雜濃度，致使電極區(qū)與非電極區(qū)的摻雜濃度差加大，提高了電池的性能。
文檔編號(hào)H01L31/20GK103165761SQ20131011238
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者花國(guó)然, 王強(qiáng), 姚瀅, 孫樹葉, 朱海峰 申請(qǐng)人:南通大學(xué)