基于離子注入工藝的n型IBC硅太陽能電池制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于離子注入工藝的n型IBC硅太陽能電池制作方法，通過采用硼擴散和離子注入方式相結(jié)合實現(xiàn)n+、p+區(qū)域的摻雜，且該工藝無需在背面的n+/P+界面進行隔離，即可有效地避免電池的隧道結(jié)漏電。
【專利說明】基于離子注入工藝的η型IBC硅太陽能電池制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于離子注入工藝的η型IBC硅太 陽能電池制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能電池可將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，是利用太陽能資源的有效方式，由于在 使用中不會產(chǎn)生有害物質(zhì)，所以太陽能電池在解決能源與環(huán)境問題方面倍受青睞，具有良 好的市場前景，太陽能也被譽為是最理想的能源，是解決人類社會賴以生存和發(fā)展的重要 資源。
[0003] 目前主流的太陽能電池材料是用ρ型硅做襯底，通過高溫磷擴散來形成/7/7結(jié)，然 而Ρ型硅電池受體內(nèi)硼氧對的影響存在光致衰減的現(xiàn)象，而η型硅材料相對于ρ型硅材料 來說，由于其對金屬雜質(zhì)和許多非金屬缺陷不敏感，且體內(nèi)具有較少的硼氧對，所以在性能 的穩(wěn)定性上要高于Ρ型晶硅電池，同時η型電池的少子壽命更高，這為制備更高效的太陽電 池奠定了基礎(chǔ)。
[0004] 背結(jié)背接觸太陽電池早在1977年開始進入人們的視線，直到現(xiàn)在仍具有太陽電 池行業(yè)研究的熱點，相對于常規(guī)的硅電池，背結(jié)背接觸太陽電池的優(yōu)勢明顯，主要可以表現(xiàn) 在以下幾個方面： 1. 背結(jié)背接觸太陽電池以η型晶體硅作為襯底，少子壽命高，適用于制備高效電池，特 別適用于背結(jié)背接觸太陽電池這種Μ結(jié)在背表面的電池結(jié)構(gòu)，因為產(chǎn)生于前表面的光生 載流子必須要遷移到電池背表面的Μ結(jié)才能被利用，較高的少子壽命是減少光生載流子 在太陽電池表面和體內(nèi)復合的保證； 2. η型基體的硼含量極低，因此硼氧對造成的光致衰減沒有Ρ型基體材料明顯，對封裝 后組件的效率提升更為明顯； 3. 背結(jié)背接觸太陽電池的正面沒有電極，減少了遮光面積，增加光生電流，電池的正負 電池呈交指狀的分布在電池的背面； 4. 背結(jié)背接觸太陽電池易于封裝，與常規(guī)電池相比，無需把前一片的負極交叉接到后 一片的正極，易于操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于 離子注入工藝的η型IBC硅太陽電池制作方法，該方法安全可靠，與傳統(tǒng)的太陽電池生產(chǎn)線 兼容，適合目前太陽電池的產(chǎn)線升級。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種基于離子注入工藝的η型IBC娃太陽能電池制作方 法，包括以下步驟： (1)選取電阻率在5-12 Ω · cm的η型單晶硅； (2 )對Ν型單晶硅襯底進行雙面拋光，拋光后進行化學清洗； (3) 采用管式擴散爐對η型硅片背表面進行硼擴散； (4) 采用印刷或者PECVD方式在背表面沉積制絨掩膜； (5) 硼擴散背面η型接觸區(qū)域定義：通過激光或印刷腐蝕性漿料的方法蝕刻去掉背面η 型區(qū)域的制絨掩膜； (6) 采用氫氧化鈉溶液在η型硅片的前表面及背面開膜區(qū)域進行織構(gòu)化處理，形成絨 面； (7) 去除背面掩膜，根據(jù)掩膜的不同類型采用對應(yīng)的方式去除背面掩膜； (8) 前表面離子注入：采用離子注入的方法在η型硅片的前表面進行磷注入； (9) 背面開孔區(qū)域進行離子注入：采用離子注入的方法在背面開孔區(qū)域離子注入磷； (10) 退火和氧化：退火溫度控制在800-900°C，退火時間控制在20-60°C，在Ν型硅片 的前后表面形成氧化層，所述氧化層厚度為3-15nm ; (11) 沉積前表面和背面鈍化層，在η型硅片的雙面進行SiNx的沉積； (12) 硼擴散背面p型接觸區(qū)域定義：通過激光或印刷腐蝕性漿料的方法蝕刻去掉背面 η型區(qū)域的鈍化膜； (13) 在η型硅片背面的η++和ρ++分別印刷金屬漿料并燒結(jié)形成歐姆接觸；其中在η++ 區(qū)域印刷銀漿，在Ρ+區(qū)域印刷鋁漿或銀鋁漿。
[0007] 其中，步驟（2)中采用氫氧化鈉溶液、TMAH溶液等堿性溶液進行雙面拋光，拋光液 的濃度在10%_30%之間； 步驟（12)中若背表面采用燒穿型金屬化漿料，該步驟可以省去。
[0008] 本發(fā)明通過采用硼擴散和離子注入方式相結(jié)合實現(xiàn)η+、ρ+區(qū)域的摻雜，且該工藝 無需在背面的η+/ρ+界面進行隔離，即可有效地避免電池的隧道結(jié)漏電。
[0009] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，本發(fā)明所述的步驟（3)中的擴散方阻為40-150Ω/ 口。
[0010] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，本發(fā)明所述的步驟（4)中的沉積介質(zhì)膜為Si02、SiNx或 者SiC，其介質(zhì)膜厚度為80-200nm。
[0011] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，本發(fā)明所述的步驟（8)中前表面離子注入量為 Ixl014_5xl015cm 3〇
[0012] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，本發(fā)明所述的步驟（9)中背面開孔區(qū)域離子注入量為 Ixl015_5xl016cm 3〇
[0013] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，本發(fā)明所述的步驟（10)中退火后的前表面N+區(qū)域方 阻為100-200 Ω / □，背表面N++區(qū)域方阻為60-100 Ω / 口。
[0014] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，本發(fā)明所述的步驟（11)中前表面SiNx厚度為 65-75nm，背面 SiNx 厚度為 80-150nm。
[0015] 有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用N型晶體硅片作為基體材料，其少 子壽命高且光致衰減小，對制備電池和封裝組件具有較大優(yōu)勢，本發(fā)明采用鈍化膜鈍化電 池的前后表面能夠有效地降低表面少數(shù)載流子的復合速率，提高表面少子壽命，且在前表 面和背面制備減反膜，能夠減少光子的反射，增加表面對光子的吸收，增加光生電流進而增 加電池的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的電池正、負電極均制作于背面，較少遮光面積，增加光生電流， 能更好地收集硅片產(chǎn)生的電流，同時在金屬與硅片之間形成良好的歐姆接觸。
[0016] 本發(fā)明具有技術(shù)簡單成熟、離子注入技術(shù)精準、可選擇性摻雜等特點，通過控制背 面p+和n+區(qū)域的摻雜濃度，無需進行背面的n+/p+界面的隔離，可有效避免電池的隧道結(jié)漏 電等情況的發(fā)生，大大降低電池制作工藝的復雜性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明。
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明的太陽電池從上至下依次層疊有前表面鈍化層5、前表面n+區(qū) 域2、η型娃襯底1、背表面n++摻雜區(qū)域3、背表面鈍化層6、背表面p+摻雜區(qū)域4、背表面 n++接觸電極7和背表面p+接觸電極8。
[0020] 實施例1 : 本實施例包括以下步驟： 1.選擇電阻率在5-12 Ω · cm的N型單晶硅襯底，其少子壽命大于500US。
[0021] 2.雙面拋光：采用10%的氫氧化鈉溶液在85°C時對N型單晶硅襯底進行雙面拋 光，拋光完成后，用1:2:17的鹽酸、氫氟酸和水的混合溶液進行化學清洗。
[0022] 3.背表面硼擴散：以BBr3作為硼源對步驟2中處理后的N型硅片進行背面擴散， 擴散溫度控制在920°C，擴散方阻為120 Ω / 口。
[0023] 4.背面掩膜沉積：采用PECVD的方法在N型硅片背面沉積100nm厚的SiNx薄膜。
[0024] 5.去除N++定義區(qū)域的掩膜：根據(jù)電池背面N++區(qū)域的圖案設(shè)計，通過絲網(wǎng)印刷 方式在背面N++區(qū)域印刷腐蝕性漿料，去除N++區(qū)域的掩膜。
[0025] 6.采用1. 8%的氫氧化鈉溶液在85°C對η型硅片的前表面以及背面開膜區(qū)域進行 織構(gòu)化處理，形成金字塔絨面，處理時間為30min，。
[0026] 7.掩膜去除：采用濃度為10%的氫氟酸溶液去除η型硅片的背面掩膜，去膜時間 為30min，并進行RCA清洗。
[0027] 8.在η型硅片的前表面離子注入磷，磷的注入量為5xl014cnT3， 9. 在N型硅片的背表面開膜區(qū)域離子注入磷，磷的注入量為lX1016cnT3 10. 退火：在850°C下退火30分鐘，在η型硅片的前表面和背表面分別形成一層薄 Si02, Si02厚度為5nm，退火后的前表面Ν+區(qū)域方阻為120Ω/ □，背表面Ν++區(qū)域方阻為 80Ω / 口。
[0028] 11.沉積前表面和背面鈍化層：利用PECVD或ALD的方法，在η型硅片的前表面沉 積SiNx鈍化層，其鈍化層厚度為75nm，在η型硅片的背面沉積SiNx鈍化層，其鈍化層厚度 為 120nm。
[0029] 12.絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)：利用絲網(wǎng)印刷的方法，在η型硅片的背面n++區(qū)域印刷銀漿， 并烘干，在背面P+區(qū)域印刷燒穿型鋁漿，并在880°C下燒結(jié)形成歐姆接觸。
[0030] 實施例2 本實施例包括以下步驟： 1.選擇電阻率在5-12 Ω · cm的N型單晶硅襯底，其少子壽命大于500US。
[0031] 2.雙面拋光： 采用濃度為15%的TMAH溶液在75°C時對N型單晶硅襯底進行雙面拋光，拋光完成后， 用1:2:17的鹽酸、氫氟酸和水的混合溶液進行化學清洗。
[0032] 3.背表面硼擴散： 以BBr3作為硼源對步驟2中處理后的η型硅片進行背面擴散，擴散溫度控制在940°C， 擴散方阻為100 Ω / 口。
[0033] 4.背面掩膜沉積： 采用PECVD的方法在N型硅片背面沉積120nm厚的SiC薄膜。
[0034] 5.去除n++定義區(qū)域的掩膜： 根據(jù)電池背面N++區(qū)域的圖案設(shè)計，通過激光燒蝕方式，去除N++區(qū)域的掩膜。
[0035] 6.采用1. 7%的氫氧化鈉溶液在80°C下對η型硅片的前表面以及背面開膜區(qū)域進 行織構(gòu)化處理，形成金字塔絨面，處理時間為32min。
[0036] 7.掩膜去除： 采用濃度為10%的氫氟酸溶液去除η型硅片的背面掩膜，去膜時間為25min，并進行 RCA清洗。
[0037] 8.在η型硅片的前表面離子注入磷，磷的注入量為8xl014cnT3 ; 9. 在N型硅片的背表面開膜區(qū)域離子注入磷，磷的注入量為2X1015cnT3 ; 10. 退火： 在850°C下退火50分鐘，在η型娃片的前表面和背表面分別形成一層薄Si02, Si02厚 度為10nm，退火后的前表面N+區(qū)域方阻為140 Ω / □，背表面n++區(qū)域方阻為70 Ω / □。
[0038] 11.沉積前表面和背面鈍化層： 利用PECVD或ALD的方法，在N型硅片的前表面沉積SiNx鈍化層，其鈍化層厚度為 70nm，在η型硅片的背面沉積SiNx鈍化層，其鈍化層厚度為lOOnm。
[0039] 12.采用激光燒蝕方法去除背面p+接觸區(qū)域的鈍化層(該步驟可以根據(jù)印刷漿料 的特性確定是否需要)。
[0040] 13.絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)： 利用絲網(wǎng)印刷的方法，在η型硅片的背面n++區(qū)域印刷銀漿，并烘干，在背面p+區(qū)域印 刷鋁漿，并在875°C燒結(jié)形成歐姆接觸。
【權(quán)利要求】
1. 基于離子注入工藝的η型IBC硅太陽能電池制作方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 選取電阻率在5-12 Ω · cm的η型單晶硅； (2) 對η型單晶硅襯底進行雙面拋光，拋光后進行化學清洗； (3) 采用擴散爐對η型硅片背表面進行硼擴散； (4) 采用印刷或者PECVD方式在硼擴散的背表面沉積制絨掩膜； (5) 硼擴散背面η型接觸區(qū)域定義：通過激光或印刷腐蝕性漿料的方法蝕刻去掉背面η 型區(qū)域的制絨掩膜； (6) 采用氫氧化鈉溶液在η型硅片的前表面及背面開膜區(qū)域進行織構(gòu)化處理，形成絨 面； (7) 去除背面的制絨掩膜； (8) 前表面離子注入：采用離子注入的方法在η型硅片的前表面進行磷注入； (9) 背面開孔區(qū)域（4)進行離子注入：采用離子注入的方法在背面開孔區(qū)域離子注入 憐； (10) 退火和氧化：退火溫度控制在800-900°C，退火時間控制在20-60°C，在Ν型硅片 的前后表面形成氧化層，所述氧化層厚度為3-15nm ; (11) 沉積前表面和背面鈍化層，在η型硅片的雙面進行SiNx的沉積； (12) 硼擴散背面p型接觸區(qū)域定義：通過激光或印刷腐蝕性漿料的方法蝕刻去掉背面 η型區(qū)域的鈍化膜； (13) 在η型硅片背面的η++ (7)和ρ++ (8)分別印刷金屬漿料并燒結(jié)形成歐姆接觸； 其中，步驟（2)中采用氫氧化鈉溶液或者TMAH溶液進行雙面拋光，其拋光溶液濃度為 10%-30% 的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離子注入工藝的η型IBC硅太陽能電池制作方法，其特 征在于：所述步驟（3)中的擴散方阻為40-150 Ω / 口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離子注入工藝的η型IBC硅太陽能電池制作方法，其特 征在于：所述步驟（4)中的沉積介質(zhì)膜為Si02、SiNx或者SiC，其介質(zhì)膜厚度為80-200nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離子注入工藝的N型IBC硅太陽能電池制作方法，其特 征在于：所述步驟（8)中前表面離子注入量為5X1014-lX10 16cnT3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離子注入工藝的η型IBC硅太陽能電池制作方法，其特 征在于：所述步驟（9)中背面開孔區(qū)域離子注入量為lX1015-5X10 16cnT3。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離子注入工藝的η型IBC硅太陽能電池制作方法，其特 征在于：所述步驟（10)中退火后的前表面n+區(qū)域方阻為100-200 Ω / □，背表面n++區(qū)域方 阻為 60-100 Ω / 口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離子注入工藝的η型IBC硅太陽能電池制作方法，其特 征在于：所述步驟（11)中前表面SiNx厚度為65-75nm，背面SiNx厚度為80-150nm。
【文檔編號】H01L31/18GK104218123SQ201410449828
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】董經(jīng)兵, 朱彥斌, 張斌, 邢國強 申請人:奧特斯維能源（太倉）有限公司