CN100461462C - N型衬底的单面引出电极晶体硅电池及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N型衬底的单面引出电极晶体硅电池及制造方法，产品在N型衬底的正面，由内向外依次设置N+扩散层、绒面结构、氮化硅薄膜层，在N型衬底的反面设置N+扩散层，在N型衬底反面的N+扩散层外侧设置SiO2层，在SiO2层与N型衬底之间还设置P+扩散层，SiO2层外侧设置正、负电极，正电极通过SiO2层中的接触孔与P+扩散层接触，负电极通过SiO2层中的接触孔与N-扩散层接触。制造方法包括选材、形成绒面结构、N+层扩散、形成钝化的掩蔽SiO2层、刻蚀、硼扩散、激光背面打孔、去除硅片正面的SiO2层、淀积氮化硅薄膜、印刷正负电极等步骤。本发明产品结构合理，效率高、性价比高，制造方法简便、易操作。
Description
技术领域：
本发明涉及一种晶体硅电池及制造方法。
背景技术：
能源与环境是21世纪人类面临的两大基本问题。发展无污染、可再生的新能源是解决这两大问题的必由之路。1997年签署和《京都议定书》要求世界各国改变能源利用方式，从煤和石油逐渐转化为可再生能源，减少温室气体排放，彻底改变人类社会发展与能源短缺、环境污染之间的矛盾。
太阳电池可以将太阳能转化电能，在提供电力的同时不产生任何有害物质，同时具有系统简单、维护方便等特点。目前我国尚有6000万无电人口，主要分布在常规电网难以、覆盖的地区，对光伏发电的需求十分迫切；同时我国亦面临越来越大的环境压力，而且我国化石燃料能源资源量低于世界平均值，要实现可持续发展，就必须彻底改变能源结构，大力发展包括光伏发电在内的新型能源。
目前，光伏发电在能源中所占的比重极小，成本过高是制约光伏发电大规模应用的主要障碍。开发新一代高效率、低成本的太阳电池，使其发电成本接近甚至低于常规能源，可以解决我们所面对的能源短缺与环境保护问题，实现国民经济和社会可持续发展，具有重大的现实意义和长远意义。
太阳电池可以将太阳能转化为电能，在提供电力的同时不产生任何有害物质，是解决能源与环境问题、实现可持续发展的有效途径。
在各类太阳电池中，硅太阳电池占有极其重要的地位。近十年来光伏产业和市场以其每年30％以上的速度迅速发展，年产量已接近1000MW，其中晶体硅太阳电池的效率并没有显著提高，产业化生产的单晶硅太阳电池效率的15％～17％，多晶硅电池要低1～2个百分点。在实验室中，单晶硅太阳电池的最高转换效率已达到24.7％，但由于其结构和工艺过于复杂，无法进入实际应用。
常规单晶硅或多晶硅太阳电池并不能满足对效率要求较高场合的需求，例如聚光系统或航天航空应用。因此，通过开发新的器件结构和产业化技术，进一步提高硅太阳电池的效率，就具有十分重要的意义。
背接触太阳电池将太阳电池的金属电极以及发射区全部设计在电池的背表面。其特点是：1、正表面无栅线、无遮光损失；2、将掺杂重掺杂的电极接触区移至电池的背表面，避免了俄歇复合对电池效率的影响；3、正面的织结构化后背表面的二氧化硅/金属层形成良好的陷光作用(计算表明，可使有效光程提高5倍)。因此采用背接触结构后，电池的效率将有明显的提高。
目前世界上只有两家公司能生产成本相对较低的N型硅太阳电池。一个是美国的Sunpower，他们最近在菲律宾开厂生产简化型N型背面点接触太阳电池。由于高性能的P区扩散非常困难，而制造N型电池必须有这种P型扩散工艺，因此到目前为止，美国的Sunpower制造出高性能的N型太阳能电池。而Sunpower的太阳能电池结构是电极、接触金属全部在背面。为实现金属与背面10微米的细小扩散区点阵的互联，又要防止背面金属之间的短路。Sunpower的电池要做多次光刻、氧化和扩散。Sunpower简化后的电池结构还是相当的复杂。另一家日本的三洋公司。三洋用高级非晶硅钝化电池的前后表面，大大提高了电池的性能。这两家公司的电池都达到的21％以上的效率。但是它们的共同问题是工艺比较复杂，与常规N型太阳电池相比，成本依然太高。三洋公司的非晶硅钝化技术和Sunpower的简化型电池的生产技术均严格保密。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种结构合理，效率高、性价比高的N型衬底的单面引出电极晶体硅电池及制造方法。
本发明的技术解决方案是：
一种N型衬底的单面引出电极晶体硅电池，其特征是：包括N型衬底，在N型衬底的正面，由内向外依次设置N-扩散层、绒面结构、氮化硅薄膜层，在N型衬底的反面设置N-扩散层，在N型衬底反面的N+扩散层外侧设置SiO2层，在SiO2层与N型衬底之间还设置P+扩散层，SiO2层外侧设置正、负电极，正电极通过SiO2层中的接触孔与P+扩散层接触，负电极通过SiO2层中的接触孔与N-扩散层接触。
正、负电极呈梳状电极形式。
一种N型衬底的单面引出电极晶体硅电池的制造方法，其特征是：依次包括下列步骤：
(1)选择电阻为0.5～6Ω·cm的N型单晶硅片，用温度为50～85℃的10～20％的氢氧化钠溶液，去除每边的损伤层；然后将经上述处理的N型单晶硅片的正面用1.5～2％的氢氧化钠溶液及异丙醇和缓蚀剂硅酸钠进行腐蚀，腐蚀时间为20～40分钟，然后中和清洗，形成绒面结构；
(2)N-层扩散：将经步骤(1)处理的硅片在炉温为840～900℃下，进行磷扩散，磷扩散得方块电阻控制在20～80Ω/方块，在正反两面均形成N+扩散层；
(3)形成钝化的掩蔽SiO2层：将经步骤(2)处理后得硅片在炉温为900～1100℃下处理1～5小时，同时通入三氯乙烷进行掺氯氧化，在硅片的正反面均形成SiO2层；
(4)刻蚀、硼扩散：对硅片反面进行激光刻蚀，并在刻蚀区域进行定域硼扩散，硼扩散的条件为：炉温1000～1100℃，时间1～3小时，形成P+扩散层；
(5)激光背面打孔：用激光在硅片背面打穿透SiO2层的接触孔，包括位于N+扩散层部位的接触孔和位于P-扩散层部位的接触孔；
(6)将硅片正面的SiO2层去除；
(7)淀积氮化硅薄膜：在硅片正面淀积氮化硅薄膜；
(8)印刷正负电极：在硅片背面印刷正负电极，烘干、烧结得产品。
步骤(1)中异丙醇和缓蚀剂硅酸钠的浓度均为1～3％。
步骤(2)中采用POCl3为扩散源。
步骤(4)中采用三溴化硼为扩散源。
步骤(6)中采用下列重量配比的腐蚀液去除硅片正面的SiO2层：水:硫酸:氢氟酸:氟化铵＝1:(0.4～0.5):(0.05～0.10):(0.3～0.45)。
步骤(7)中氮化硅薄膜的淀积厚度为70～80μm。
步骤(8)中，正负电极的面积比为7:3，负电极的最细线条为100～200μm。
本发明产品结构合理，效率高、性价比高，能够规模化地生产出目前性价比最高的电池。制造方法简便、易操作。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
附图是本实用新型一个实施例的结构示图。
具体实施方式：
一种N型衬底的单面引出电极晶体硅电池的制造方法，依次包括下列步骤：
(1)选择电阻为0.5～6Ω·cm(例0.5Ω·cm、3Ω·cm、6Ω·cm)的N型单晶硅片，用温度为50～85℃(例50℃、70℃、85℃)的10～20％(例10％、15％、20％)浓度的氢氧化钠溶液，去除每边的损伤层；然后将经上述处理的N型单晶硅片的正面用1.5～2％(例1.5％、1.8％、2％)浓度的氢氧化钠溶液及1～3％(例1％、2％、3％)浓度异丙醇和1～3％(例1％、2％、3％)浓度缓蚀剂硅酸钠进行腐蚀，腐蚀时间为20～40分钟(例20分钟、30分钟、40分钟)，然后中和清洗，形成绒面结构；
(2)N+层扩散：将经步骤(1)处理的硅片在炉温为840～900℃(例840℃、870℃、900℃)下，采用POCl3为扩散源，进行磷扩散，磷扩散得方块电阻控制在20～80Ω/方块(例20Ω/方块、50Ω/方块、80Ω/方块)，在正反两面均形成N-扩散层；
(3)形成钝化的掩蔽SiO2层：将经步骤(2)处理后得硅片在炉温为900～1100℃(例900℃、1000℃、1100℃)下处理1～5小时(例1小时、3小时、5小时)，同时通入三氯乙烷进行掺氯氧化，在硅片的正反面均形成SiO2层；
(4)刻蚀、硼扩散：对硅片反面进行激光刻蚀，并在刻蚀区域进行定域硼扩散，扩散源采用三溴化硼，硼扩散的条件为：炉温1000～1100℃(例1000℃、1050℃、1100℃)，时间1～3小时(例1小时、2小时、3小时)，形成P-扩散层；
(5)激光背面打孔：用激光在硅片背面打穿透SiO2层的接触孔，包括位于N+扩散层部位的接触孔和位于P-扩散层部位的接触孔；
(6)采用下列重量配比的腐蚀液去除硅片正面的SiO2层：水:硫酸:氢氟酸:氟化铵＝1:(0.4～0.5):(0.05～0.10):(0.3～0.45)，(例1:0.4:0.08:0.45或1:0.45:0.05:0.40、1:0.5:0.10:0.3)
(7)淀积氮化硅薄膜：在硅片正面淀积氮化硅薄膜，淀积厚度为70～80μm(例70μm、75μm、80μm)：
(8)印刷正负电极：在硅片背面印刷正负电极，正负电极的面积比为7:3，负电极的最细线条为100～200μm(例100μm、150μm、200μm)，烘干、烧结得产品。
得到的产品为一种N型衬底的单面引出电极晶体硅电池，包括N型衬底1，在N型衬底1的正面，由内向外依次设置N+扩散层2、绒面结构3、氮化硅薄膜层4，在N型衬底1的反面设置N+扩散层5，N+扩散层5外侧设置SiO2层6，在SiO2层6与N型衬底1之间还设置P+扩散层7，SiO2层6外侧设置正、负电极8、9，正电极8通过SiO2层6中的接触孔10与P+扩散层7接触，负电极9通过SiO2层6中的接触孔11与N+扩散层5接触。
Claims (7)
1.一种N型衬底的单面引出电极晶体硅电池的制造方法，其特征是：依次包括下列步骤：
(1)选择电阻率为0.5～6Ω·cm的N型单晶硅片，用温度为50～85℃的10～20％的氢氧化钠溶液，去除每边的损伤层；然后将经上述处理的N型单晶硅片的正面用1.5～2％的氢氧化钠溶液及异丙醇和缓蚀剂硅酸钠进行腐蚀，腐蚀时间为20～40分钟，然后中和清洗，形成绒面结构；
(2)N+层扩散：将经步骤(1)处理的硅片在炉温为840～900℃下，进行磷扩散，磷扩散得方块电阻控制在20～80Ω/方块，在正反两面均形成N+扩散层；
(3)形成钝化的掩蔽SiO2层：将经步骤(2)处理后得硅片在炉温为900～1100℃下处理1～5小时，同时通入三氯乙烷进行掺氯氧化，在硅片的正反面均形成SiO2层；
(4)刻蚀、硼扩散：对硅片反面进行激光刻蚀，并在刻蚀区域进行定域硼扩散，硼扩散的条件为：炉温1000～1100℃，时间1～3小时，形成P+扩散层；
(5)激光背面打孔：用激光在硅片背面打穿透SiO2层的接触孔，包括位于N+扩散层部位的接触孔和位于P+扩散层部位的接触孔；
(6)将硅片正面的SiO2层去除；
(7)淀积氮化硅薄膜：在硅片正面淀积氮化硅薄膜；
(8)印刷正负电极：在硅片背面印刷正负电极，烘干、烧结得产品。
2.根据权利要求1所述的N型衬底的单面引出电极晶体硅电池的制造方法，其特征是：步骤(1)中异丙醇和缓蚀剂硅酸钠的浓度均为1～3％。
3.根据权利要求1所述的N型衬底的单面引出电极晶体硅电池的制造方法，其特征是：步骤(2)中采用POCl3为扩散源。
4.根据权利要求1所述的N型衬底的单面引出电极晶体硅电池的制造方法，其特征是：步骤(4)中采用三溴化硼为扩散源。
5.根据权利要求1所述的N型衬底的单面引出电极晶体硅电池的制造方法，其特征是：步骤(6)中采用下列重量配比的腐蚀液去除硅片正面的SiO2层：水:硫酸:氢氟酸:氟化铵＝1:(0.4～0.5):(0.05～0.10):(0.3～0.45)。
6.根据权利要求1所述的N型衬底的单面引出电极晶体硅电池的制造方法，其特征是：步骤(7)中氮化硅薄膜的淀积厚度为70～80μm。
7.根据权利要求1所述的N型衬底的单面引出电极晶体硅电池的制造方法，其特征是：步骤(8)中，正负电极的面积比为7:3，负电极的最细线条为100～200μm。
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