制備n型硅基太陽能電池p+型摻雜層的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領域，特別涉及一種制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的太陽能電池市場上，P型硅基太陽能電池一直占據(jù)著主導地位，但是隨著人們對太陽能電池研宄的逐漸深入，發(fā)現(xiàn)N型硅基太陽能電池的光致衰減效應不僅弱于P型硅基太陽能電池，更為重要的是N型硅基材料中金屬雜質(zhì)對少子的捕獲能力低于P型硅基材料，從而使得N型硅基材料中少子空穴的復合速率遠低于P型硅基材料中少子電子的復合速率。得益于N型硅基材料的優(yōu)勢，目前世界上量產(chǎn)的光電轉(zhuǎn)化效率超過20%的硅基太陽能電池基本上都是在N型單晶硅襯底上獲得的，例如近年美國SunPower公司成功實現(xiàn)的N型背結(jié)背接觸單晶硅太陽能電池，其轉(zhuǎn)化效率高達24.2% ;松下公司的N型異質(zhì)結(jié)薄膜電池，轉(zhuǎn)化效率為23%，其報道的N型硅基太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率更是創(chuàng)下了高達25.6%的記錄；德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研宄所也公開發(fā)表了在N型硅基材料上獲得轉(zhuǎn)換效率達到24%的太陽能電池。這充分表明了基于N型硅基材料的太陽能電池是高效率太陽能電池領域研宄的熱點，也是未來產(chǎn)業(yè)化的方向之一。
[0003]目前，N型硅基太陽能電池的研宄重點之一是P+型摻雜層的形成?，F(xiàn)有P+型摻雜層的形成方法為硼擴散法，在其擴散過程中，硼的氧化物由于處于液相狀態(tài)，難以均勻覆蓋在硅襯底表面，因而形成的P+型摻雜層的均勻性難以控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有采用硼擴散法制備P+型摻雜層存在的P+型摻雜層均勻性和可控性差的問題，本發(fā)明提供一種制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，該方法包括以下步驟:
[0007](a)對N型單晶硅襯底進行化學清洗，再用去離子水沖洗；
[0008](b)采用沉積鍍膜方法在N型單晶硅襯底表面沉積硅鋁共摻雜非晶薄膜；所述硅銷共摻雜非晶薄膜中的銷元素含量為5%?20%，厚度為0.5μηι?2μηι;
[0009](c)對表面沉積了硅鋁共摻雜非晶薄膜的N型單晶硅襯底進行高溫退火熱處理，退火溫度為700°C?850°C，退火時間為5s?5min ;在退火過程中硅鋁共摻雜非晶薄膜中的鋁離子擴散進入N型單晶硅襯底表面形成P+型摻雜層；
[0010](d)利用化學腐蝕液將沉積在N型單晶硅襯底表面的硅鋁共摻雜非晶薄膜除去，得到N型硅基太陽能電池P+型摻雜層。
[0011]所述N型單晶硅襯底選用的是厚度為450 μm、電阻率為10 Ω.cm, <100>晶向的FZ單晶襯底。
[0012]進一步的，步驟(a)中，所述化學清洗選用的是經(jīng)過稀釋的鹽酸、氫氟酸或丙酮溶液。
[0013]進一步的，步驟(b)中，所述硅鋁共摻雜非晶薄膜中的鋁元素含量優(yōu)選為10%，厚度優(yōu)選為1.5 μπι。
[0014]進一步的，步驟(b)中，在沉積硅鋁共摻雜非晶薄膜之前，將清洗后的N型單晶硅襯底置于鍍膜機的真空室中，將真空室抽真空至壓強低于8 X 10_4Pa。
[0015]進一步的，步驟(b)中，所述沉積鍍膜方法選擇雙硅源和鋁源雙源電子束共蒸發(fā)、硅靶和鋁靶雙靶磁控共濺射、硅鋁靶單靶磁控濺射。
[0016]進一步的，步驟(c)中，所述退火溫度優(yōu)選為750°C，退火時間優(yōu)選為3min。
[0017]進一步的，步驟(c)中，所述高溫退火熱處理方法選擇RTP快速熱處理、管式爐熱處理或平板式燒結(jié)爐。
[0018]進一步的，步驟(C)中，通過調(diào)整硅鋁共摻雜非晶薄膜中的鋁元素含量以及退火溫度、退火時間，能夠使P+型摻雜層的摻雜濃度在I X 117CnT3?5 X 1019CnT3范圍內(nèi)可調(diào)控。
[0019]進一步的，步驟(d)中，所述化學腐蝕液為強酸與水溶液的混合溶液或強堿與水溶液的混合溶液，腐蝕時間為1min?15min。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021 ] 1、本發(fā)明的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，通過在N型單晶硅襯底表面沉積硅鋁共摻雜非晶薄膜制備高質(zhì)量P+型摻雜層，通過改變硅鋁共摻雜非晶薄膜中鋁含量和熱處理條件實現(xiàn)P+型摻雜層的摻雜濃度和結(jié)深的可控性，具有工藝簡單、成本低且易實現(xiàn)等優(yōu)點。
[0022]2、采用本發(fā)明的方法制備的高質(zhì)量N型硅基太陽能電池P+型摻雜層，P+型摻雜層的摻雜濃度和結(jié)深可調(diào)控，均勻性較好，可用作發(fā)射結(jié)、表面場以及局部重P+型摻雜，有利于提升太陽能電池的效率。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法的工藝流程圖。
[0024]圖中:1、N型單晶硅襯底，2、硅鋁共摻雜非晶薄膜，3、鋁離子，4、P+型摻雜層。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0026]本發(fā)明中，對利用沉積鍍膜方法沉積在N型單晶硅襯底I表面的硅鋁共摻雜非晶薄膜2進行熱處理，通過改變硅鋁共摻雜非晶薄膜2中的鋁元素含量和高溫退火熱處理條件能夠在N型單晶硅襯底I表面形成摻雜濃度和結(jié)深可調(diào)控的高質(zhì)量P+型摻雜層4。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，該方法的條件和步驟如下:
[0028](a)對N型單晶硅襯底I進行化學清洗，然后用去離子水沖洗。
[0029]本實施方式中，N型單晶硅襯底I選用的是厚度為450 μπκ電阻率為10Ω.cm,〈100〉晶向的FZ單晶襯底，化學清洗選用的是經(jīng)過稀釋的鹽酸、氫氟酸或丙酮等溶液。
[0030](b)將清洗后的N型單晶硅襯底I置于鍍膜機的真空室中，將真空室抽真空至壓強低于8X 10_4Pa，然后采用沉積鍍膜方法在N型單晶硅襯底I表面沉積硅鋁共摻雜非晶薄膜 2。
[0031 ] 所采用的沉積鍍膜方法選自雙源電子束共蒸發(fā)、雙靶磁控共濺射和單靶磁控濺射等工藝中的一種，其中膜料的純度高于99.99%，沉積的硅鋁共摻雜非晶薄膜2中的鋁元素含量為5%?20%，最好為10%，厚度為0.5μπι?2μπι，最好為1.5 μπι。
[0032]本實施方式中，雙源電子束共蒸發(fā)為硅源和鋁源雙源電子束共蒸發(fā)，雙靶磁控共濺射為硅靶和鋁靶雙靶磁控共濺射，單靶磁控濺射為硅鋁靶單靶磁控濺射。優(yōu)選硅源和鋁源雙源電子束共蒸發(fā)，膜料的純度為99.999%。
[0033](c)對步驟(b)中表面沉積了硅鋁共摻雜非晶薄膜2的N型單晶硅襯底I進行高溫退火熱處理，熱處理溫度為700 °C?850 °C，最好為750 °C，熱處理時間為5s?5min，最好為3min，在退火熱處理過程中硅鋁共摻雜非晶薄膜2中的鋁離子3擴散進入N型單晶硅襯底I表面形成P+型摻雜層4。通過調(diào)整硅鋁共摻雜非晶薄膜2中的鋁含量以及熱處理溫度、時間等參數(shù)，能夠使P+型摻雜層4的摻雜濃度在I X 117CnT3?5 X 10 19cm_3范圍內(nèi)可調(diào)控。
[0034]所采用的高溫退火熱處理方法選自RTP快速熱處理、管式爐熱處理和平板式燒結(jié)爐等工藝中的一種，本實施方式中，所采用的高溫退火熱處理方法為RTP快速熱處理。
[0035](d)利用化學腐蝕液將沉積在N型單晶硅襯底I表面的硅鋁共摻雜非晶薄膜2除去，得到N型硅基太陽能電池P+型摻雜層。
[0036]所采用的化學腐蝕液為強酸與水溶液的混合溶液或強堿與水溶液的混合溶液，強酸可以選擇顯03溶液，強堿可以選擇NaOH溶液。本實施方式中，選擇NaOH溶液與水溶液的混合溶液作為化學腐蝕液，按照摩爾比NaOH = H2O = 1:3比例制成化學腐蝕液，腐蝕時間為 1min ?15min。
【主權(quán)項】
1.制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (a)對N型單晶硅襯底進行化學清洗，再用去離子水沖洗； (b)采用沉積鍍膜方法在N型單晶硅襯底表面沉積硅鋁共摻雜非晶薄膜；所述硅鋁共摻雜非晶薄膜中的鋁元素含量為5%?20%，厚度為0.5ym?2μπι; (c)對表面沉積了硅鋁共摻雜非晶薄膜的N型單晶硅襯底進行高溫退火熱處理，退火溫度為700°C?850°C，退火時間為5s?5min ;在退火過程中硅鋁共摻雜非晶薄膜中的鋁離子擴散進入N型單晶硅襯底表面形成P+型摻雜層； (d)利用化學腐蝕液將沉積在N型單晶硅襯底表面的硅鋁共摻雜非晶薄膜除去，得到N型硅基太陽能電池P+型摻雜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，其特征在于，所述N型單晶硅襯底選用的是厚度為450 μ m、電阻率為10 Ω.cm, <100>晶向的FZ單晶襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，其特征在于，步驟(a)中，所述化學清洗選用的是經(jīng)過稀釋的鹽酸、氫氟酸或丙酮溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，其特征在于，步驟(b)中，所述硅鋁共摻雜非晶薄膜中的鋁元素含量為10%，厚度為1.5μπι。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，其特征在于，步驟(b)中，在沉積硅鋁共摻雜非晶薄膜之前，將清洗后的N型單晶硅襯底置于鍍膜機的真空室中，將真空室抽真空至壓強低于8X 10_4Pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，其特征在于，步驟(b)中，所述沉積鍍膜方法選擇雙硅源和鋁源雙源電子束共蒸發(fā)、硅靶和鋁靶雙靶磁控共濺射、硅鋁靶單靶磁控濺射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，其特征在于，步驟(c)中，所述退火溫度為750°C，退火時間為3min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，其特征在于，步驟(c)中，所述高溫退火熱處理方法選擇RTP快速熱處理、管式爐熱處理或平板式燒結(jié)爐。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，其特征在于，步驟(C)中，通過調(diào)整硅鋁共摻雜非晶薄膜中的鋁元素含量以及退火溫度、退火時間，能夠使P+型摻雜層的摻雜濃度在IX 117CnT3?5X 10 19CnT3范圍內(nèi)可調(diào)控。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，其特征在于，步驟(d)中，所述化學腐蝕液為強酸與水溶液的混合溶液或強堿與水溶液的混合溶液，腐蝕時間為1min?15min。
【專利摘要】制備N型硅基太陽能電池P+型摻雜層的方法，涉及太陽能電池領域，解決了現(xiàn)有采用硼擴散法制備P+型摻雜層存在的P+型摻雜層均勻性和可控性差的問題。該方法為：對N型單晶硅襯底進行化學清洗；采用沉積鍍膜方法在N型單晶硅襯底表面沉積硅鋁共摻雜非晶薄膜；對表面沉積了硅鋁共摻雜非晶薄膜的N型單晶硅襯底進行高溫退火熱處理，硅鋁共摻雜非晶薄膜中的鋁離子擴散進入N型單晶硅襯底表面形成P+型摻雜層；利用化學腐蝕液將沉積在N型單晶硅襯底表面的硅鋁共摻雜非晶薄膜除去，得到N型硅基太陽能電池P+型摻雜層。P+型摻雜層的摻雜濃度和結(jié)深可調(diào)控，均勻性較好，可用作發(fā)射結(jié)、表面場以及局部重P+型摻雜，有利于提升太陽能電池的效率。
【IPC分類】H01L31-20
【公開號】CN104538506
【申請?zhí)枴緾N201410781627
【發(fā)明人】楊海貴, 劉震, 劉海, 李資政, 王延超, 王笑夷, 申振峰, 高勁松
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月16日