CN101281939A - 一种制造高效硅太阳能电池片的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造高效硅太阳能电池片的方法，涉及一种制造高效硅太阳能电池片的工艺方法。采用氧化物磷源或二氧化硅磷乳胶源直接印刷或喷涂在P型硅片上，直接形成浓磷扩散区的图形成为浓磷扩散源，然后在三氯氧磷的气氛中一次扩散成横向N⁺N高低结，再依次采用周边刻蚀、去磷硅玻璃、淀积氮化硅膜、丝印正反面电极和背铝、氢钝化、烧结。本发明只需一次扩散就形成N⁺N高低同质结，无须生长二氧化硅来屏蔽，也不用二次光刻成浓、淡磷两次扩散区，便可省去了氧化、光刻、二次扩散等多道工序，同样可以实现N⁺N高低结，达到提高转换效率的目的。

Description

一种制造高效硅太阳能电池片的方法

技术领域

本发明涉及一种制造高效硅太阳能电池片的工艺方法。

背景技术

以“紫电池”的理论基础展开的制造硅高效太阳能电池的研究工作进行了十多年，但仍停留在理论指导上，没有真正应用于商业化生产。其根本原因就是因为制造工艺被原有的传统工艺概念所限止束缚，要实现高转换效率的目标，还需要增加多道工序而导致一糸列生产成本的增加。研究一种折中简便的工艺方法来减少表面光生载流子的复合便成为大家追寻的目标。

在“紫电池”的基础上，如果继续减小结深或改变其表面掺杂浓度，可对电池短波响应有利从而提高电池的转换效率。但由于掺杂浓度的改变亦将使通常情况的扩散薄层电阻增大，因而引起串联电阻功率损耗增大，从而导致结温升的增加而使开路电压降低，最终将影响效率。为此有必要在其结构设计和工艺结构上有所调整。PERL电池在设计上和工艺上采用了分区磷扩散的方法，从而解决了这个矛盾。据称转换效率可达到23.8％。在工艺上如何实现分区磷扩散(亦有称其为选择性扩散)便是业内所需寻求的主要研究方向。所谓“选择性扩散”的概念源於微电子工艺中氧化、光刻、扩散的原理，采用以上方法可以根据需要把N型或P型杂质有目的地“选择扩散”到固定区域中去。而在微电子物理理论把P⁺P、N⁺N结称为高低结。在太阳能电池结构设计上亦称其为高-低发射极电池，不过这种高低N⁺N结是纵向的。因此我们也可以把现在这种分区扩散所形成横向的结称为高低同质结、或称为横向高低同质结更合理规范一些。横向N⁺N高低结由于掺杂浓度不一样，根据扩散的基本原理可知，浓度不同结深亦将略有差异，也就是结面不会很平整。无形中使结面积少有增加，有利于效率的增加。由于传统的观念的影响也使人谈到“分区”、“选择”时就要联想到氧化、光刻、扩散等工艺。但要真实施起来需要多台且设备价格昂贵，工序范琐，制作成本增加。工序增加同时可能使破片率增加，效益下降。

为实现上述目的，以往在实验室中使用的制造方法工艺工序较多，如采用氧化物磷源或二氧化硅磷乳胶源通过两次喷涂的方法在P型硅片表面分别形成浓、淡磷扩散源，再通过氧化、光刻分别扩散成横向N⁺N高低结。这种方法加工困难、效率低下，生产成本高。所以真正能运用于批量生产的很少。

发明内容

本发明目的在于发明一种工序简便、能制造高效硅太阳能电池片的方法。

本发明采用氧化物磷源或二氧化硅磷乳胶源直接印刷或喷涂在P型硅片上，直接形成浓磷扩散区的图形成为浓磷扩散源，然后在三氯氧磷的气氛中一次扩散成横向N⁺N高低结，再依次采用周边刻蚀、去磷硅玻璃、淀积氮化硅膜、丝印正反面电极和背铝、氢钝化、烧结。

本发明的综合特点是采用直高接印刷或喷涂的方法把扩散源直接形成浓磷扩散区，淡磷扩散区可在扩散过程中以调节小氮流量来实现。并在同一温度下只通过一次磷扩散便同时实现做成横向N⁺N低结。这种只需一次扩散就形成N⁺N高低同质结，无须生长二氧化硅来屏蔽，也不用二次光刻成浓、淡磷两次扩散区，便可省去了氧化、光刻、二次扩散等多道工序，同样可以实现N⁺N高低结，达到提高转换效率的目的。

本发明的理论基础来源于扩散的基本原理和要求。首先我们知道杂质扩散的条件：

(一)每个硅原子被相邻四个硅原子紧密拉住，原子只能在共价键上活动，当杂质要扩散进硅时，硅原子就要跑出来让杂质占有，须有一定能量，叫激活能。激活能耒自外界的温度。温度越高杂质扩散进去越快。

(二)扩散气氛和衬底材料两边需要存在杂质浓度的差异，这种差异的存在源于扩散杂质源中杂质的含量和衬底材料本身的电阻率，最终扩散进去的掺杂浓度又同一定扩散温度下硅的固溶度有关。巧妙利用其原理便能得到不同的方块电阻。

(三)当然综合起来同扩散时间、温度、材料晶向、气体流量、衬底浓度等因素有关。而对扩散的技术要求主要是在表面浓度、表面质量、均匀性、重复性。既然有不均匀的问题，岂不可以利用它致所以形成的原因来达到分区扩散的目的呢？

答案当然是肯定的。根据掺杂浓度的关系分析，用掺杂氧化物源扩散的薄层电阻Rs与氧化物中的杂质量、扩散气氛、扩散温度和时间等有关。实验结果已经表明，氧化物中杂质量大，同样扩散条件下Rs就小，表面浓度就大。但掺杂量大到一它值时，表面浓度会受到固溶度的限止而达到最大值。薄层电阻也将达到最小值。时如果浓度再增加，Rs反而会增大，这是由于杂质浓度过大，使电激活杂质反而减少所致。

根据这个道理，发明人把配制的氧化物磷源和二氧化硅磷乳胶源用丝网印刷或点胶机、涂复机直接印刷和喷涂在硅片上直接形成浓磷扩散区的图形成为浓磷扩散源。根据需要的薄层电阻以适当的温度扩散取得。而对于未印的淡磷扩散源的区域则通过调节小氮流量的液态源扩散获得。实验结果表明浓磷区方块电阻可在10～30欧姆/方之间，淡磷区方块电阻可做到100～500欧姆/方之间。工艺重复和稳定性都不成问题。本发明的综合特点是用印刷和喷涂的方法把扩散源直接形成浓磷区并只通过一次磷扩散做成横向N⁺N高低结。无须生长二氧化硅来屏蔽，也不用光刻和浓、淡磷两次扩散。所谓分区扩散指栅线下为N⁺区，栅线外的大面积受光区为N区。第二个特点在於扩散源的自行配制。

本发明所述印刷方法为丝网印刷为佳。

本发明所述喷涂方法为点胶喷射或涂覆为佳。

具体实施方式

一、配制氧化物磷源或二氧化硅磷乳胶源：

氧化物磷源由玻璃粉、磷酸二氢铵调制而成。

二氧化硅磷乳胶源由正硅酸乙脂、五氧化二磷调制而成。

二、具体操作步骤：

1、按常规方法化学腐蚀去除P型硅片表面损伤层，制绒及化学清洗。

硅片切割后虽清洗过，但表面仍有油脂，金属等杂质污物沾黏着。另外，硅片表面还有一层切割后的损伤层，上述杂质对后道工序以及电池的性能都会产生一定的影响，这些可通过清洗及去损和制绒等工序处理。

制绒是利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体密布的表面形貌。制绒的目的是减少光的反射率，提高短路电流(Isc)，最终提高电池的光电转换效率。

2、用丝网印刷机或点胶喷射机或涂覆机将配制的氧化物磷源或二氧化硅磷乳胶源采用直接尼龙丝网印刷的方法或直接喷涂在P型硅片上，布置扩散源区，氮气气氛保护下150～250℃烘干，待用。

3、在三氯氧磷气氛中进行浓、淡磷同时扩散。

POCl₃在高温下(＞600℃)分解生成五氯化磷(PCl₅)和五氧化二磷(P₂O₅)，其反应式如下：

生成的P₂O₅在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅(SiO₂)和磷原子，其反应式如下：2P₂O₅+5Si＝5SiO₂+4P↓

扩散在硅片表面形成N+和N++横向高低结.在金属电极下方形成重杂质区域，获得较好的欧姆接触；而在电极间实现浅浓度扩散，降低少子的体复合几率，且可以较好的表面钝化，减小电池的反向饱和电流，提高Voc和Isc。

4、等离子机周边刻蚀。

扩散后在硅片四周有一层较薄的PN结，使得硅片正面和背面直接导通产生漏电。利用FC₄中的F离子，采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌。(这是各向同性反应)

5、去磷硅玻璃。

扩散后，硅片表面有一层含五氧化二磷的二氧化硅，由于其稳定性和光学匹配性不良，将影响电池的性能而必须将其去除。

氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体。

若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。

总反应式为：SiO₂+6HF→H₂[SiF₆]+2H₂O

6、淀积氮化硅膜。

硅片的扩散面镀上一层氮化硅减反射膜(ARC)，减少光在表面的反射，H离子起钝化硅体内的悬挂键等缺陷。这些可改善电池的性能。

SiH₄+NH₃＝Si_xN_y+H⁺

7、丝印正反面电极和背铝。

在硅片的正背表面印刷银、铝电极，通过烧结形成良好欧姆接触，输出电能。

8、氢钝化、烧结

干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触；FF提高主要来源于烧结。同时也能增加电极与电池表面的附着力，不易脱落。

9、测试。

将成品电池在一定标准的条件下(光谱分布AM＝1.5、温度25+2℃、辐照度E＝100mw/cm²)，进行检测。

10、包装入库。

Claims (4)

1、一种制造高效硅太阳能电池片的方法，包括采用氧化物磷源或二氧化硅磷乳胶源制成具有N⁺N高低结的P型硅片，再经周边刻蚀、去磷硅玻璃、淀积氮化硅膜、丝印正反面电极和背铝、氢钝化、烧结制成，其特征在于所述具有N⁺N高低结的P型硅片的形成方法是采用氧化物磷源或二氧化硅磷乳胶源直接印刷或喷涂在P型硅片上，直接形成浓磷扩散区的图形成为浓磷扩散源，然后在三氯氧磷的气氛中一次扩散成横向N⁺N高低结。

2、根据权利要求1所述制造高效硅太阳能电池片的方法，其特征在于所述印刷方法为丝网印刷。

3、根据权利要求2所述制造高效硅太阳能电池片的方法，其特征在于所述丝网为尼龙网。

4、根据权利要求1所述制造高效硅太阳能电池片的方法，其特征在于所述喷涂方法为点胶喷射或涂覆。