專利名稱：利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽電池制備方法，特別涉及一種利用激光摻雜加刻蝕制備太陽電池的方法。
背景技術(shù)：
目前太陽能行業(yè)中比較普遍采用的選擇性發(fā)射結(jié)技術(shù)(Selective Emitter，簡稱 SE)，是P-N結(jié)晶體硅太陽電池生產(chǎn)工藝中可以實(shí)現(xiàn)較高效率的方法之一。選擇性發(fā)射結(jié)結(jié)構(gòu)有兩個特征(1)在電極柵線下及其附近形成高摻雜深擴(kuò)散區(qū)在其他區(qū)域(受光區(qū))形成低摻雜淺擴(kuò)散區(qū)N+。因?yàn)?，一方面低摻雜淺發(fā)射結(jié)N+減小了該結(jié)區(qū)和表面的少子復(fù)合速度，增大了少子的壽命，從而減少了太陽電池的飽和電流，提高了電池的開路電壓V。。和短路電流Is。。另一方面，高摻雜深發(fā)射結(jié)N++容易形成歐姆接觸，接觸電阻R。變小，從而降低太陽電池的串聯(lián)電阻民，提高電池的填充因子F. F.。同時，雜質(zhì)深擴(kuò)散可以加深加大橫向N+/P結(jié)，而橫向 N+/P結(jié)和在低摻雜區(qū)和高摻雜區(qū)交界處形成的橫向N+/N++高低結(jié)可以提高光生載流子的收集率，從而提高電池的短路電流Is。。另外，深結(jié)可以防止電極金屬向結(jié)區(qū)滲透，減少電極金屬在禁帶中引入雜質(zhì)能級的幾率。以上所述的好處正是在太陽電池不同的區(qū)域中形成摻雜濃度高低不同、擴(kuò)散深淺不同而帶來的。但是，目前選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)工藝是采用掩膜技術(shù)加二次擴(kuò)散的方法來實(shí)現(xiàn)的(CN200710025032選擇性發(fā)射結(jié)晶體硅太陽電池的制備方法)。這種過分復(fù)雜的工藝影響了其工藝效率，增加了生產(chǎn)成本，不能被強(qiáng)調(diào)簡單和低成本的太陽電池企業(yè)所接受。而其他的掩膜刻蝕的方法也會增加工藝的復(fù)雜性(US20100218^6METH0D FOR PRODUCING A SILICON SOLAR CELL WITH A BACK-ETCHED EMITTER AS WELL AS A CORRESPONDING SOLAR CELL)，這種方法先重擴(kuò)散形成高摻雜深擴(kuò)散區(qū)N++，然后采用噴墨等技術(shù)制作阻擋層，接著采用背刻蝕的方法將沒有阻擋層的地方刻蝕成低摻雜淺擴(kuò)散區(qū)N+。 這種方法電池效率增加的收益不足以彌補(bǔ)成本的增加和工藝效率的下降所帶來的損傷，因而其工業(yè)化應(yīng)用也受到了限制。專利CN201010516839 “一種晶體硅太陽能電池的選擇性擴(kuò)散工藝”雖然直接利用激光摻雜磷硅玻璃形成重?fù)诫s區(qū)的方法的工藝最簡單。但是經(jīng)過高溫擴(kuò)散之后，會在發(fā)射結(jié)表面形成一層厚度在50nm的含磷濃度高的死層，這層死層中的磷的含量一般都會大于具有電活性的磷的飽和濃度5 X IO^1個/cm3，這個死層會導(dǎo)致表面復(fù)合速度較高，還會使發(fā)射結(jié)的少子壽命降低，從而降低了效率。而且過高的激光功率往往會損傷硅片表面，產(chǎn)生損傷層，進(jìn)一步降低效率并產(chǎn)生了效率的隨時間的衰減。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池的方法。本發(fā)明可以去除擴(kuò)散產(chǎn)生的死層，并能夠去除激光產(chǎn)生的損傷層。提高了電池效率，降低了電池效率的衰減。同時工藝過程簡單，不增加材料成本，最少化增加設(shè)備成本。本發(fā)明的制備方法如下步驟1，對硅片進(jìn)行制絨，并去除硅片表面損傷層用硝酸，氫氟酸和水制成混合化學(xué)腐蝕溶液，其中硝酸的質(zhì)量濃度為30%，氫氟酸的質(zhì)量濃度為8%。使用所述的混合化學(xué)腐蝕溶液對P型多晶硅片進(jìn)行制絨，并去除所述的P型多晶硅片表面損傷層；用質(zhì)量濃度為5%的氫氧化鉀溶液對P型單晶硅片制絨，同時去除P型單晶硅片表面損傷層；步驟2，將步驟1制得的多晶硅片或單晶硅片置于溫度為820_828°C的的管式擴(kuò)散爐中，用三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源對所述硅片進(jìn)行擴(kuò)散，形成N型深發(fā)射結(jié)N++，同時在硅片表面形成磷硅玻璃薄層；步驟3，用波長為532nm的激光輻照對步驟2制得的硅片進(jìn)行燒蝕，在所述硅片的輻射區(qū)實(shí)現(xiàn)磷的重?fù)诫s而形成N型超級深發(fā)射結(jié)N+++，也即形成了初步的選擇性發(fā)射結(jié)；步驟4，將質(zhì)量濃度為的氫氟酸(HF)和質(zhì)量濃度為65%的硝酸(HNO3)按照 1 4的體積比配成刻蝕溶液，對步驟3制得的硅片的發(fā)射結(jié)進(jìn)行刻蝕，同時去除硅片表面的磷硅玻璃?？涛g的溶液為酸性各向同性溶液，為了防止在刻蝕過程中由于光照情況下產(chǎn)生的光電流導(dǎo)致化學(xué)腐蝕的深度刻蝕，形成針孔結(jié)構(gòu)，因此在腐蝕過程中需要遮光；步驟5，用硝酸，氫氟酸和水制成混合化學(xué)腐蝕溶液，其中硝酸的質(zhì)量濃度為 30 %，氫氟酸的質(zhì)量濃度為8 %。用此化學(xué)腐蝕液進(jìn)行刻邊，此步驟可以和步驟4集成到同一臺設(shè)備中；比如在刻邊設(shè)備的刻邊槽前再加入一個刻蝕槽，此刻蝕槽的功能可以用來實(shí)現(xiàn)步驟4的功能。步驟6，在溫度為400°C 500°C的管式等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD系統(tǒng)中，對硅片進(jìn)行鍍氮化硅減反射膜處理，比如對于管式PECVD，典型時間為700秒 800秒。比步驟也可在板式PECVD系統(tǒng)中進(jìn)行；步驟7，采用絲網(wǎng)印刷工藝，在所述的硅片正面形成柵線電極、在所述硅片的背面形成鋁背場；步驟8，在溫度為25 900°C的快速燒結(jié)爐中對所述的硅片進(jìn)行燒結(jié)及金屬化處理，時間為2分鐘左右。至此本發(fā)明太陽電池制備完成。上述步驟8中，對所述的硅片進(jìn)行燒結(jié)及金屬化處理的優(yōu)選的溫度范圍為大于 720°C至860°C左右，持續(xù)時間為4秒左右。本發(fā)明利用激光摻雜加化學(xué)刻蝕制備的選擇性發(fā)射結(jié)的太陽電池，其結(jié)構(gòu)從上到下依次包括銀主柵線正電極，減反射膜，N型深發(fā)射結(jié)N++，N型淺發(fā)射結(jié)N+，P型晶體硅，銀背電極，鋁背場。本發(fā)明的特點(diǎn)(1)利用激光照射擴(kuò)散后的磷硅玻璃形成重?fù)诫s區(qū)和超級重?fù)诫s區(qū)。(2)利用刻蝕溶液刻蝕發(fā)射結(jié)的方法將重?fù)诫s區(qū)刻蝕成淺摻雜區(qū)，將超級重?fù)诫s區(qū)刻蝕成重?fù)诫s區(qū)。(3)將激光摻雜磷硅玻璃技術(shù)和刻蝕技術(shù)結(jié)合起來，取激光摻雜磷硅玻璃的工藝簡單的長處，拚棄其表面有死層、損傷層的短處。取背刻蝕發(fā)射結(jié)技術(shù)表面無死層和損傷層的長處，拚棄其工藝復(fù)雜短處。綜合了兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1利用激光摻雜制備選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2利用激光摻雜制備選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池方法的流程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一燒結(jié)工藝的溫度曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明提出的利用激光摻雜制備選擇性發(fā)射結(jié)的太陽電池結(jié)構(gòu)，從上到下依次包括銀主柵線正電極1，減反射膜2，N型深發(fā)射結(jié)N++3，N型淺發(fā)射結(jié)N+4，P型晶體硅5，銀背電極6，鋁背場7。P型晶體硅襯底的厚度為200 μ m左右，電阻率為2Q*cm。其中，P型晶體硅可采用單晶硅片或多晶硅片。實(shí)施例一步驟1，用硝酸、氫氟酸和水制成混合化學(xué)腐蝕溶液，其中硝酸的質(zhì)量濃度為 30%，氫氟酸的質(zhì)量濃度為8%。使用所述的混合化學(xué)腐蝕溶液對P型多晶硅片進(jìn)行制絨， 并去除所述的多晶硅片表面損傷層，反應(yīng)溫度控制在8°C左右，時間為2分鐘左右；或者質(zhì)量用濃度為5%的氫氧化鉀溶液對P型單晶硅片制絨，反應(yīng)溫度控制在80°C左右，時間為30 分鐘左右，同時去除硅片表面機(jī)械損傷層；步驟2，將步驟1制得的硅片置于管式擴(kuò)散爐中，用三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源對所述硅片進(jìn)行擴(kuò)散，形成N型深發(fā)射結(jié)N++，同時在硅片表面形成磷硅玻璃薄層；控制此N型深發(fā)射結(jié)N++的方塊電阻在40-50 Ω / 口。此步驟會導(dǎo)致在發(fā)射結(jié)表面產(chǎn)生40nm左右的死層。此步驟2的典型工藝參數(shù)如下
步驟時間(分鐘)溫度("C )攜磷氮?dú)饬髁?ml/min)氮?dú)?ml/min)氧氣(ml/min)1.氧化1082801900010002.沉積2082814001700016003.驅(qū)入5828019500500 此表中，“步驟” 一欄所列出的“氧化”、‘沉積”和“驅(qū)入”是是擴(kuò)散的步驟，這三個
步驟按照表中的先后順序進(jìn)行。此擴(kuò)散步驟在氮?dú)?、氧氣氣氛下進(jìn)行。步驟3，用波長為532nm的激光輻照，進(jìn)行燒蝕，在所述硅片的輻射區(qū)實(shí)現(xiàn)磷的重?fù)诫s而形成N型超級深發(fā)射結(jié)N+++,也即形成了初步的選擇性發(fā)射結(jié)；方塊電阻為 20-30 Ω / □，燒蝕寬度控制在300 μ m左右。此步驟會導(dǎo)致被燒蝕的表面產(chǎn)生損傷層。步驟4，將質(zhì)量濃度為的氫氟酸(HF)和質(zhì)量濃度為65%的硝酸(HNO3)按照 1 4的體積比配成刻蝕溶液，對步驟3制得的硅片的發(fā)射結(jié)進(jìn)行刻蝕，刻蝕時間為30秒， 溫度為16°C，同時去除硅片表面的磷硅玻璃?？涛g的溶液為酸性各向同性溶液，為了防止在刻蝕過程中由于光照情況下產(chǎn)生的光電流導(dǎo)致化學(xué)腐蝕的深度刻蝕，形成針孔結(jié)構(gòu)，因此在腐蝕過程中需要遮光。此步驟4將步驟3中激光燒蝕的N型超級深發(fā)射結(jié)N+++(方塊電阻20-30/ □)刻蝕成方塊電阻為30-40 Ω / □的深發(fā)射結(jié)N++ ；將沒有激光燒蝕的N型深發(fā)射結(jié)Ν++(方塊電阻40-50Ω/0)刻蝕成方塊電阻為80-90Ω/□的淺發(fā)射結(jié)N+。此步驟可以將高溫擴(kuò)散產(chǎn)生的死層，和高溫激光燒蝕產(chǎn)生的損傷層去除。步驟5，用硝酸，氫氟酸和水制成混合化學(xué)腐蝕溶液，其中硝酸的質(zhì)量濃度為 30%,氫氟酸的質(zhì)量濃度為8%。用此化學(xué)腐蝕液進(jìn)行刻邊，反應(yīng)溫度為8°C，時間為1分鐘。步驟6，在溫度為500°C的管式PECVD系統(tǒng)中，對硅片進(jìn)行鍍氮化硅減反射膜處理， 時間為700秒。減反射膜的厚度為65nm，折射率為2. 09左右。步驟7，采用絲網(wǎng)印刷工藝形成硅片正面的柵線電極、硅片背面的鋁背場；正電極銀柵線間距為2mm左右，正電極銀柵線寬度為95 μ m，高度為16 μ m以上。步驟8，在溫度為25 900°C的快速燒結(jié)爐中對所述的硅片進(jìn)行燒結(jié)及金屬化處理，處理時間為2分鐘左右。典型的燒結(jié)溫度曲線如圖3所示。此曲線中大于720°C的溫度曲線部分為正面銀漿燒結(jié)到發(fā)射結(jié)的溫度，即為圖3中最高溫度的高溫峰，最高溫度在 800°C左右，大于720°C的持續(xù)時間為4秒左右。至此本發(fā)明太陽電池制備完成。實(shí)施例二步驟1，用硝酸，氫氟酸和水制成混合化學(xué)腐蝕溶液，其中硝酸的質(zhì)量濃度為 30%，氫氟酸的質(zhì)量濃度為8%。使用所述的混合化學(xué)腐蝕溶液對P型多晶硅片進(jìn)行制絨， 并去除所述的多晶硅片表面損傷層，反應(yīng)溫度控制在8°C左右，時間為2分鐘左右；或者質(zhì)量用濃度為5%的氫氧化鉀溶液對P型單晶硅片制絨，反應(yīng)溫度控制在80°C左右，時間為30 分鐘左右，同時去除硅片表面機(jī)械損傷層；步驟2，將步驟1制得的硅片置于管式擴(kuò)散爐中，用三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源對所述硅片進(jìn)行擴(kuò)散，形成N型深發(fā)射結(jié)N++，同時在硅片表面形成磷硅玻璃薄層；控制此N型深發(fā)射結(jié)N++的方塊電阻在50-60 Ω / 口。此步驟會導(dǎo)致在發(fā)射結(jié)表面產(chǎn)生30nm左右的死層。此步驟2的工藝參數(shù)如下
權(quán)利要求
1.一種利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池的方法，其特征在于，所述的制備方法的步驟如下步驟1，用硝酸、氫氟酸和水制成混合化學(xué)腐蝕溶液，其中硝酸的質(zhì)量濃度為30%，氫氟酸的質(zhì)量濃度為8% ；使用所述的混合化學(xué)腐蝕溶液對P型多晶硅片制絨，并去除所述的多晶硅片表面損傷層；步驟2，將步驟1制得的硅片置于溫度為820-^8°C的管式擴(kuò)散爐中，用三氯氧磷POCl3 液態(tài)源對所述硅片進(jìn)行擴(kuò)散，形成N型深發(fā)射結(jié)N++，同時在硅片表面形成磷硅玻璃薄層；步驟3，用波長為532nm的激光輻照對步驟2制得的硅片進(jìn)行燒蝕，在所述硅片的輻射區(qū)實(shí)現(xiàn)磷的重?fù)诫s而形成N型超級深發(fā)射結(jié)N+++，也即形成初步的選擇性發(fā)射結(jié)；步驟4，將質(zhì)量濃度為的氫氟酸HF和質(zhì)量濃度為65%的硝酸HNO3按照1 4的體積比配成刻蝕溶液，對步驟3制得的硅片的發(fā)射結(jié)進(jìn)行刻蝕，同時去除硅片表面的磷硅玻璃；步驟5，用硝酸、氫氟酸和水制成混合化學(xué)腐蝕溶液，其中硝酸的質(zhì)量濃度為30 %，氫氟酸的質(zhì)量濃度為8%。用此化學(xué)腐蝕液進(jìn)行刻邊；步驟6，在溫度為400°C 500°C的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD系統(tǒng)中，對所述的硅片進(jìn)行鍍氮化硅減反射膜處理，處理時間為700秒 800秒；步驟7，采用絲網(wǎng)印刷工藝，在所述的硅片正面形成柵線電極，在所述的硅片背面形成鋁背場；步驟8，在溫度為25 900°C的快速燒結(jié)爐中對所述的硅片進(jìn)行燒結(jié)及金屬化處理，時間為2分鐘；至此完成本發(fā)明太陽電池制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池的方法，其特征在于，所述的步驟8中，對所述的硅片進(jìn)行燒結(jié)及金屬化處理的優(yōu)選溫度為大于720V 至860°C，持續(xù)時間為4秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池的方法，其特征在于，所述的制備方法的步驟1中，用質(zhì)量濃度為5%的氫氧化鉀溶液對P型單晶硅片制絨，同時去除硅片表面損傷層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池的方法，其特征在于，在所述的步驟4的腐蝕過程中遮光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池的方法，其特征在于，所述的步驟4和所述的步驟5的順序互換。
全文摘要
一種利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池的方法，步驟如下1.用硝酸、氫氟酸和水制成混合化學(xué)腐蝕溶液對硅片制絨；2.將硅片置于管式擴(kuò)散爐中，用三氯氧磷POCl3液態(tài)源對硅片進(jìn)行擴(kuò)散；3.用波長為532nm的激光輻照對硅片燒蝕，形成初步的選擇性發(fā)射結(jié)；4.將氫氟酸和硝酸按照1∶4配成刻蝕溶液，對硅片的發(fā)射結(jié)刻蝕；5，用硝酸、氫氟酸和水制成混合化學(xué)腐蝕溶液對硅片刻邊；6.在溫度為400～500℃的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)中，對硅片進(jìn)行鍍氮化硅減反射膜處理；7，采用絲網(wǎng)印刷工藝在硅片的正面形成柵線電極，在硅片的背面形成鋁背場；8.將硅片置于溫度為25～900℃的快速燒結(jié)爐中對進(jìn)行燒結(jié)及金屬化處理，至此本發(fā)明太陽電池制備完成。
文檔編號H01L31/18GK102544215SQ20121000925
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者王文靜, 聞?wù)鹄?申請人:中國科學(xué)院電工研究所