專利名稱：選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體硅太陽電池制備領(lǐng)域，具體涉及一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備方法。
背景技術(shù)：
目前常規(guī)晶體硅太陽電池的制備方法為硅片損傷層去除并形成絨面結(jié)構(gòu)；化學(xué)清洗并干燥；液態(tài)磷源擴散形成均勻摻雜的PN結(jié)；去除擴散過程中形成的周邊PN結(jié)和表面磷硅玻璃；表面沉積減反射膜；制作電池的背面電極、背面電場和正面電極；共燒結(jié)使電極與電池形成良好的歐姆接觸，完成整個電池的制備過程。晶體硅太陽電池的發(fā)展方向是低成本、高效率。目前提高效率的做法是在液態(tài)磷源擴散制作PN結(jié)時，進行低濃度磷摻雜形成較淺的PN結(jié)，淺結(jié)電池能減少表面復(fù)合和發(fā)射層復(fù)合，提高太陽光中短波的光譜響應(yīng)，提高電池開路電壓和短路電流，從而提高晶體硅太陽電池性能。但同時存在的問題是，淺結(jié)電池的表面摻雜濃度低，正面柵線電極與電池的歐姆接觸變差，接觸電阻變大，導(dǎo)致晶體硅太陽電池的填充因子降低，電池整體性能降低。因此在提高電池效率的過程中，提高光譜響應(yīng)與降低接觸電阻是一對矛盾。為了解決這一矛盾，在制作PN結(jié)時必須實現(xiàn)電極區(qū)域的重擴散從而形成深結(jié)，同時保證其它受光區(qū)域?qū)崿F(xiàn)輕擴散從而形成淺結(jié)，即實現(xiàn)選擇性擴散。選擇性擴散方式制作的晶體硅太陽電池稱為選擇性發(fā)射極(selective emitter, SE)晶體硅太陽電池。選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備要求是在正面柵線電極區(qū)域，即硅片上與正面電極接觸的區(qū)域形成高摻雜區(qū)，從而使正面電極與電池形成更好的歐姆接觸；在其他區(qū)域，即受光區(qū)域形成低摻雜區(qū)，從而減少光生載流子的復(fù)合，提高晶體硅太陽電池的短波光譜響應(yīng)，從而提高晶體硅太陽電池的開路電壓和短路電流。由于選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池既保證了良好的光譜響應(yīng)，實現(xiàn)較高的開路電壓和短路電流，又保證了正面柵線電極與電池良好的歐姆接觸，實現(xiàn)了較高的填充因子，因此大大提高了電池轉(zhuǎn)換效率。目前現(xiàn)有技術(shù)的選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備方法主要有以下幾種
(1)均勻重擴散與選擇性腐蝕。此工藝包括兩個過程1)在硅片表面均勻重擴散，PN 結(jié)相對較深；2)絲網(wǎng)印刷正面柵線電極，形成良好的歐姆接觸，然后用等離了體將非電極區(qū)腐蝕很薄的一層，這樣非電極區(qū)域就形成了輕擴散，選擇性發(fā)射極也就形成了。但此方法中等離子體腐蝕需要相對復(fù)雜和昂貴的設(shè)備，腐蝕過程中也會對電極的接觸有影響。(2) 二次擴散形成選擇性發(fā)射極。先在硅片表面生長一層二氧化硅薄膜，然后印刷腐蝕性漿料，腐蝕出正電極柵線的形狀，進行第一次擴散，非柵線區(qū)域由于二氧化硅薄膜的阻擋未進行擴散，后將二氧化硅薄膜洗掉，再進行整體擴散，這樣?xùn)啪€區(qū)域就得到兩次擴散，為重擴散區(qū)域，非柵線區(qū)域為一次輕擴散區(qū)域，實現(xiàn)了選擇性擴散。本方法工藝較為復(fù)雜，多次高溫能耗較大，同時多次高溫對硅片內(nèi)部損失較大。(3)磷漿擴散形成選擇性發(fā)射極。將磷漿印刷在正電極柵線區(qū)域，然后將硅片放入擴散爐中進行擴散。磷漿在擴散過程中從電極區(qū)揮發(fā)沉積到非電極區(qū)。由于這樣揮發(fā)沉積得到磷濃度不如電極區(qū)的高，從而在電極區(qū)域形成重擴散，非電極區(qū)域形成輕擴散，得到選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，但是這種擴散方式得到的PN結(jié)是非常不均勻的，離磷漿近的地方擴散濃度高，遠的地方濃度低，電池效率不高。另外還有光刻、激光開槽等技術(shù)制作選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池，但這些制作方法都存在成本太高、工藝復(fù)雜等問題，不符合制備高效率和低成本晶體硅太陽電池的雙重要求，重復(fù)性差，無法在工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服以上現(xiàn)有技術(shù)問題的不足，提供一種成本低、 重復(fù)性好、適合工業(yè)化批量生產(chǎn)的選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備方法，用該方法制備的選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率高。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備方法，包括以下步驟 ①晶體硅片進行絨面制作，然后清洗并甩干。②在步驟①得到的晶體硅片表面覆蓋掩膜板并進行固定，然后放入磁控濺射鍍膜機的磁控濺射腔室中，對磁控濺射腔室進行抽真空處理，以銻(預(yù)先固定于磁控濺射腔室中)作為靶材進行濺射，設(shè)置濺射壓強為0. 6 0. 9Pa，氬氣流量為10 30sCCm，襯底溫度 200 300°C，濺射時間為20 40s，在高速氬氣離子的轟擊下，銻原子被打下來，沉積到晶體硅片表面進行鍍膜，鍍膜完成后移去掩膜板。所述掩膜板由鉬薄板制成，掩膜板的長寬尺寸與晶體硅片的長寬尺寸相同，掩膜板上設(shè)置有與晶體硅太陽電池細柵線數(shù)量和位置匹配的長條形通孔，這樣經(jīng)過上述銻濺射后便在晶體硅片的細柵線區(qū)域即正電極柵線區(qū)域形成一層銻膜。所述掩膜板的長條形通孔寬度為150 200 μ m。這樣掩膜板長條形通孔寬度大于細柵線的寬度，則在后續(xù)印刷工序中，即使存在微小的印刷偏移，也能保證金屬柵線電極印刷在重摻雜區(qū)域，從而形成良好的歐姆接觸。③將步驟②得到的晶體硅片放入擴散爐管中進行液態(tài)磷源擴散，設(shè)置擴散爐管內(nèi)溫度為820 840°C，小氮流量為1600 1800cm7min，大氮流量為19200 19500 cm3/min, 氧氣流量為1800 1950 cm7min。由行業(yè)內(nèi)知，這里的大氮指的是純氮氣，是為了在擴散爐管內(nèi)形成正壓從而避免外界氣體進入，同時也使磷擴散的均勻性更好；小氮指的是攜帶 POCl3的氮氣，具體操作為使氮氣從液態(tài)POCl3穿過從而使氮氣攜帶POCl3氣體分子，所以氮氣的流量大小直接決定了進入擴散爐管內(nèi)POCl3量的多少，從而進一步影響擴散時進入晶體硅片內(nèi)部磷原子的多少；氧氣參與化學(xué)反應(yīng)，同時避免擴散過程對晶體硅片表面的損傷。 因為銻元素與磷元素是同一族元素，所以在高溫下柵線區(qū)域的銻元素也會擴散進硅片中， 起到與磷元素相同的摻雜效果，則柵線區(qū)域是銻磷同時擴散，實現(xiàn)重擴散，而非柵線區(qū)域僅有磷的輕擴散，這樣就實現(xiàn)了選擇性擴散。④將步驟③得到的晶體硅片經(jīng)過刻蝕，去磷硅玻璃，鍍氮化硅膜，印刷，燒結(jié)，得到選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點和有益效果本發(fā)明通過銻、磷兩種元素的擴散，只經(jīng)過一次高溫擴散過程便實現(xiàn)了選擇性發(fā)射極的制作，實現(xiàn)了柵線區(qū)域的重摻雜擴散和非柵線區(qū)域的輕摻雜擴散，對晶體硅片損傷小，且形成的PN結(jié)均勻，所以該方法制備的選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池，其電池轉(zhuǎn)換效率高。該方法只經(jīng)過一次高溫擴散過程，避免了對晶體硅片的多次高溫損傷，且由于制備過程工藝步驟簡單，可控性好，實施程度高，所以該制備方法重復(fù)性好，適合工業(yè)化批量生產(chǎn)。整個制備方法中所用到的儀器均為行業(yè)內(nèi)普通設(shè)備，所以該方法避免了增加昂貴的設(shè)備成本，成本低。


附圖所示的是本發(fā)明選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備方法中掩膜板的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、掩膜板；2、長條形通孔。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步具體描述，但不局限于此。實施例1
選擇性發(fā)射極P型單晶硅太陽電池的制備方法，包括以下步驟
①將ρ型單晶硅片進行絨面制作，然后清洗并甩干。絨面制作及清洗采用現(xiàn)有技術(shù)。②將步驟①得到的P型單晶硅片放在直線型磁控濺射鍍膜機的載片臺上，覆蓋上掩膜板1，固定硅片和掩膜板1，然后放入磁控濺射鍍膜機的磁控濺射腔室中，以預(yù)先固定在磁控濺射腔室內(nèi)的銻為靶材進行濺射。合上磁控濺射腔室門，對磁控濺射腔室抽真空，設(shè)置濺射壓強為0. 7Pa，氬氣流量為lkccm，襯底溫度240°C，濺射時間為25s，濺射完成后移去掩膜板，實現(xiàn)P型單晶硅片正電極柵線區(qū)域的銻膜沉積。掩膜板1由鉬薄板制成，掩膜板 1的長寬尺寸與晶體硅片的長寬尺寸相同。因為已確定P型單晶硅太陽電池的細柵線條數(shù)為30，所以該掩膜板1的長條形通孔2的數(shù)量為30，長條形通孔2的位置與晶體硅太陽電池細柵線位置匹配，長條形通孔2的寬度為160 μ m。③將沉積好銻膜的P型單晶硅片插在石英舟中，放入管式擴散爐管中進行液態(tài)磷源擴散。具體參數(shù)設(shè)置為擴散爐管內(nèi)溫度825°C，小氮流量為1650cm7min，大氮流量為 19500 cm3/min，氧氣流量為 1850 cmVmin0④將步驟③得到的P型單晶硅片經(jīng)過刻蝕，去磷硅玻璃，鍍氮化硅膜，印刷，燒結(jié)， 得到選擇性發(fā)射極P型單晶硅太陽電池。上述刻蝕、去磷硅玻璃、鍍氮化硅膜、印刷及燒結(jié)采用現(xiàn)有技術(shù)。實施例2
選擇性發(fā)射極P型多晶硅太陽電池的制備方法，包括以下步驟
①將P型多晶硅片進行絨面制作，然后清洗并甩干。絨面制作及清洗采用現(xiàn)有技術(shù)。②將步驟①得到的P型多晶硅片放在直線型磁控濺射鍍膜機的載片臺上，覆蓋上掩膜板1，固定硅片和掩膜板1，然后放入磁控濺射鍍膜機的磁控濺射腔室中，以預(yù)先固定在磁控濺射腔室內(nèi)的銻為靶材進行濺射。合上磁控濺射腔室門，對磁控濺射腔室抽真空，設(shè)置濺射壓強為0. 9Pa，氬氣流量為ISsccm，襯底溫度240°C，濺射時間為30s，濺射完成后移去掩膜板，完成P型多晶硅片正電極柵線區(qū)域的銻膜沉積。掩膜板1由鉬薄板制成，掩膜板 1的長寬尺寸與晶體硅片的長寬尺寸相同。因為已確定P型多晶硅太陽電池的細柵線條數(shù)為30，所以該掩膜板1的長條形通孔2的數(shù)量為30，長條形通孔2的位置與晶體硅太陽電池細柵線位置匹配，長條形通孔2的寬度為160 μ m。③將沉積好銻膜的P型多晶硅片插在石英舟中，放入管式擴散爐管中進行液態(tài)磷源擴散。具體參數(shù)設(shè)置為擴散爐管內(nèi)溫度830°C，小氮流量為1700Cm7min，大氮流量為 19500 cm3/min，氧氣流量為 1900 cmVmin0④將步驟③得到的P型多晶硅片經(jīng)過刻蝕，去磷硅玻璃，鍍氮化硅膜，印刷，燒結(jié)， 得到選擇性發(fā)射極P型多晶硅太陽電池。上述刻蝕、去磷硅玻璃、鍍氮化硅膜、印刷及燒結(jié)采用現(xiàn)有技術(shù)。實施例所用設(shè)備和原料，除另有說明的以外，均為普通市售工業(yè)品。本發(fā)明的上述實施例是對本發(fā)明的說明而不能用于限制本發(fā)明，與本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)認為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟①將晶體硅片進行絨面制作，然后清洗并甩干；②在步驟①得到的晶體硅片表面覆蓋掩膜板(1)并進行固定，然后放入磁控濺射鍍膜機的磁控濺射腔室中，以銻作為靶材進行濺射，設(shè)置濺射壓強為0. 6 0. 9Pa，氬氣流量為 10 30SCCm，襯底溫度200 300°C，濺射時間為20 40s，濺射完成后移去掩膜板；③將步驟②得到的晶體硅片放入擴散爐管中進行液態(tài)磷源擴散，設(shè)置擴散爐管內(nèi)溫度為820 840°C，小氮流量為1600 1800cm7min，大氮流量為19200 19500 cm7min，氧氣流量為1800 1950 cmVmin ；④將步驟③得到的晶體硅片經(jīng)過刻蝕，去磷硅玻璃，鍍氮化硅膜，印刷，燒結(jié)，得到選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備方法，其特征在于所述步驟②中掩膜板(1)由鉬薄板制成，掩膜板(1)的長寬尺寸與晶體硅片的長寬尺寸相同， 掩膜板(1)上設(shè)置有與晶體硅太陽電池細柵線數(shù)量和位置匹配的長條形通孔(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備方法，其特征在于所述步驟②中掩膜板(1)的長條形通孔(2)寬度為150 200 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的制備方法，包括以下步驟將晶體硅片進行絨面制作，清洗并甩干；表面覆蓋掩膜板(1)并進行固定，放入磁控濺射鍍膜機的磁控濺射腔室中，以銻作為靶材進行濺射，濺射完成后移去掩膜板(1)；放入擴散爐管中進行液態(tài)磷源擴散；再經(jīng)過刻蝕、去磷硅玻璃、鍍氮化硅膜、印刷、燒結(jié)，得到選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池。該制備方法成本低、重復(fù)性好、適合工業(yè)化批量生產(chǎn)，且該方法制備的選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率高。
文檔編號H01L31/18GK102270703SQ20111021610
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月30日
發(fā)明者萬青, 劉偉, 劉曉巍, 徐曉群, 陳筑 申請人:寧波尤利卡太陽能科技發(fā)展有限公司