CN101369612A - 一种实现选择性发射极太阳能电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现选择性发射极太阳能电池的制作方法，其工艺步骤如下：先将p型单晶硅或者多晶硅片在常规扩散炉中进行较低浓度的n型扩散掺杂，获得80～300Ω/□的n型发射极掺杂效果；接着在常规银浆配方的基础上，在浆料中添加质量含量为5％－0.5％的高纯金属锑微粉，充分混合均匀后作为锑掺杂银浆；在电池正面采用丝网印刷工艺印刷锑掺杂银浆电极并烧结。本发明是一种成本低、工艺简单、便于控制，能大规模生产的实现选择性发射极太阳能电池的制作方法。该技术简单实用，完全和现有太阳能电池工艺兼容，能明显提高太阳能电池的光电转换效率，具有广泛的产业化价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备高效晶体硅太阳能电池的方法，属于新能源、半导体光电子学等技术领域。
背景技术
目前成熟商业化生产的晶体硅太阳能电池以其工艺流程简单，便于大规模生产等优点迅速发展起来，占据了光伏市场的80％以上的份额。目前在研究领域，小面积的单晶硅电池的实验室效率已达到24.7％，在产业领域，常规单晶硅电池的效率为16％—18％。传统工艺中，太阳能电池n型发射极表面均匀掺杂，且为了减少接触电阻、提高电池带负载能力，n型表面掺杂浓度较高。但表面杂质浓度过高会导致扩散区能带收缩、晶格畸变、缺陷增加、“死层”明显、电池短波响应差。如何将实验室高效电池的特征通过有效的经济手段应用到规模化生产中，一直是太阳能制造商追求的目标，其中选择性发射结工艺最有望与现行工艺相结合进行规模化生产。所谓选择性发射结，是指在金属电极下方形成重掺杂(10～20Ω/□)区域而在没有电极的部分形成轻掺杂(80～300Ω/□)区域。选择性发射结的优势在于：浅浓度扩散可以减少发射区复合并避免表面死层的存在，提高了光生载流子的收集率，从而提高了短路电流；电极部分局部重掺杂可减小电极区复合并形成良好的欧姆接触，减小串联电阻，提高填充因子。
选择性扩散发射极电池技术原理简单，且通过现有装备已经在实验室实现，但如何降低制造成本是该技术产业化过程中所面临的主要挑战。实现选择性发射结的方法有很多种，在实验室高效电池的制作中通常采用光刻、激光开槽等方法形成。目前实验室最高效率电池就是采用激光开槽的方法形成了选择性发射结(M.A.Green，et al.，Prog.Photovoltaics Res.Appl.9(2001)49)。但其工艺过程涉及多步高温处理，不仅工艺复杂，成本昂贵，而且难以控制，很难满足大规模生产的需要。目前很多太阳能制造商都在寻找即能降低成本、又能大规模生产的方法，比如丝网印刷磷浆法，二次扩散法，浆料掺杂法等。这几种方法能够在一定程度上减小成本，但是都存在不足。丝网印刷磷浆法会带来设备污染问题(J.Horzel，J.Szlufcik，J.Nijs，Proc.16th European Photovoltaic Solar EnergyConference，May 2000，Clasgow，UK)；二次扩散法，存在电极区域能否与重掺杂区域完全对准的问题(CN101101936A)。浆料掺杂法，其思路是在银浆中掺入高浓度的磷源以期望在烧结的过程中能够有磷进入电极下方区域，实现重掺杂。但是目前发现由于磷激活不够，效果不太理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、工艺简单、便于控制，能大规模生产的实现选择性发射极太阳能电池的制作方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的实现选择性发射极太阳能电池的制作方法，其工艺步骤如下：先将p型单晶硅或者多晶硅片在常规扩散炉中进行较低浓度的n型扩散掺杂，获得80～300Ω/□的n型发射极掺杂效果；接着在常规银浆配方的基础上，在浆料中添加质量含量为5％-0.5％的高纯金属锑微粉，充分混合均匀后作为锑掺杂银浆；在电池正面采用丝网印刷工艺印刷锑掺杂银浆电极并烧结。
在所述的含锑的银浆中添加质量含量为0.5％～5％的金或者镍。
所述的锑为高纯>99.9％的金属锑单质或含锑元素的化合物微小颗粒。
采用上述技术方案的制备选择性发射结太阳能电池的方法，该方法核心步骤是调节常规银浆料组分，采用丝网印刷工艺印刷含锑组分的银浆并烧结，使锑施主杂质掺杂与印刷电极同时完成。和常规晶体硅电池工艺相比，本发明有所改进的工艺步骤如下：先将p型单晶硅或者多晶硅片在常规扩散炉中进行较低浓度的n型扩散掺杂，获得80～300Ω/□的n型发射极掺杂效果；接着在常规银浆配方的基础上，在浆料中添加5％-0.5％的高纯金属锑微粉，充分混合均匀后作为浆料。在电池正面采用丝网印刷工艺刷上特定掺杂后银浆电极并烧结，在烧结过程中，银浆中的锑施主杂质扩散至硅片中，在电极区域形成重掺杂区域，从而形成选择性发射结。选择锑作为n型施主源，主要是单质金属锑源来源方便，且激活温度低。同时为了进一步提高锑施主的掺杂效果，可以在银浆料中添加适当的金、或者镍。由于金、镍和硅能形成低熔点的液态共晶相，有助于锑在硅中的扩散、掺杂以及激活。
本发明通过改进银浆料组分，添加锑掺杂源，并通过金、镍的辅助作用，采用一步丝网印刷、烧结技术实现了太阳能电池的选择性发射结，提高了太阳能电池的性能。该方法易于实现，设备投资低，无污染，适用于产业化生产。本发明与其他选择性发射结工艺相比具有如下优点：选择性重掺杂区域掺杂效果好；不增加任何工艺设备与步骤，与现有工艺完全融合；电极与选择性高掺杂区完全对准；掺杂银浆对设备无污染。
综上所述，本发明是一种成本低、工艺简单、便于控制，能大规模生产的实现选择性发射极太阳能电池的制作方法。该技术简单实用，完全和现有太阳能电池工艺兼容，能明显提高太阳能电池的光电转换效率，具有广泛的产业化价值。
具体实施方式
下面结合具体的实例进一步阐述本发明。
实施例1：
1、选择P型单晶硅片，晶相<100>，电阻率为0.5Ω.cm，去除硅片表面损伤，形成减反表面织构及化学清洗；
2、采用管式扩散炉，在POCl3气氛中进行轻掺杂扩散，扩散后发射极的方块电阻为100Ω/□；
3、清洗去磷硅玻璃，并采用等离子刻蚀法去除周边及背面PN结；
4、沉积氮化硅减反层及表面钝化，氮化硅采用PECVD法沉积，厚度30nm，并在后序工艺中实现体内缺陷的钝化；
5、在电池正面采用丝网印刷工艺印刷锑掺杂银浆，金属锑质量含量为1.0％，掺杂的锑为高纯>99.9％的金属锑单质；
6、印刷背电极，烧结，烧结采用快速高温烧结。
实施例2：
1、选择P型单晶硅片，晶相<100>，电阻率为1.0Ω.cm，去除硅片表面损伤，形成减反表面织构及化学清洗；
2、采用管式扩散炉，在POCl3气氛中进行轻掺杂扩散，扩散后发射极的方块电阻为200Ω/□；
3、清洗去磷硅玻璃，并用等离子刻蚀法去除周边及背面PN结；
4、沉积减反层及表面钝化，先用开管炉生长一层10nm的SiO2，再在其上沉积50nm的氮化硅，氮化硅采用PECVD法沉积，并在后序工艺中实现体内缺陷的钝化；
5、在电池正面采用丝网印刷工艺印刷锑和镍掺杂的银浆，锑质量含量为5％，掺杂的锑为高纯>99.9％的金属锑单质；镍质量含量为5％；
6、印刷背电极，烧结，烧结采用快速高温烧结。
实施例3：
1、选择P型单晶硅片，晶相<100>，电阻率为10Ω.cm，硅片经RCA工艺清洗后，制绒得到“金字塔”型织构；
2、采用管式扩散炉，在POCl3气氛中进行轻掺杂扩散，扩散后n型发射极的方块电阻为100Ω/□；
3、清洗去磷硅玻璃，并采用等离子刻蚀法去除周边及背面PN结；
4、沉积减反层及表面钝化，先用开管炉生长一层10nm的SiO2，再在其上沉积50nm的氮化硅，氮化硅采用PECVD法沉积；
5、在电池正面采用丝网印刷工艺印刷混合有锑和金的银浆，锑质量含量为1.0％，掺杂的锑为含锑元素的化合物微小颗粒，金质量含量为0.5％；
6、印刷背电极，烧结，烧结采用快速高温烧结。
实施例4：
1、选择P型多晶硅片，电阻率为1.0Ω.cm，硅片经RCA工艺清洗、制绒形成表面织构；
2、采用管式扩散炉，在POCl3气氛中进行轻掺杂扩散，扩散后n型发射极的方块电阻为80Ω/□；
3、清洗去磷硅玻璃，并采用等离子刻蚀法去除周边及背面PN结；
4、沉积减反层及表面钝化，先用开管炉生长一层10nm的SiO2，再在其上沉积50nm的氮化硅，氮化硅采用PECVD法沉积；
5、在电池正面采用丝网印刷工艺印刷混合有锑和金的银浆，锑质量含量为0.5％，金质量含量为0.5％；
6、印刷背电极，烧结，烧结采用快速高温烧结。
Claims (3)
1.一种实现选择性发射极太阳能电池的制作方法，其特征是：其工艺步骤如下：先将p型单晶硅或者多晶硅片在常规扩散炉中进行较低浓度的n型扩散掺杂，获得80～300Ω/□的n型发射极掺杂效果；接着在常规银浆配方的基础上，在浆料中添加质量含量为5％-0.5％的高纯金属锑微粉，充分混合均匀后作为锑掺杂银浆；在电池正面采用丝网印刷工艺印刷锑掺杂银浆电极并烧结。
2.根据权利要求1所述的实现选择性发射极太阳能电池的制作方法，其特征是：在所述的含锑组分的银浆中添加质量含量为0.5％～5％的金或者镍。
3.根据权利要求1或所述的实现选择性发射极太阳能电池的制作方法，其特征是：所述的锑为高纯>99.9％的金属锑单质或含锑元素的化合物。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090218 |