CN101950770A - 一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，在晶体硅片绒面上均匀沉积氧化锌薄膜，再通过化学腐蚀方法在氧化锌薄膜上腐蚀形成电极窗口，然后通过电极窗口制作选择性发射极结构的重掺杂区域和浅掺杂区域。本发明的氧化锌薄膜具有制备温度低、生长速度快、清洗方法简单且去除干净等优点，适合选择性发射极晶体硅太阳能电池的规模化生产。

Description

一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池的制备方法，具体涉及一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法。
背景技术
当今世界，常规能源的持续使用带来了能源紧缺以及环境恶化等一系列经济和社会问题，发展太阳能电池是解决上述问题的途经之一。因此，世界各国都在积极开发太阳能电池，而高转换效率、低成本是太阳能电池发展的主要趋势，也是技术研究者追求的目标。
目前，在各类太阳能电池中，晶体硅太阳能电池占了90％的市场份额，其中单晶硅电池的转化效率超过了17％，多晶硅电池转化效率也超过16％。如何在成本追加不太多的前提下，较大幅度提高光电转化效率是大家关注的目标。其中，选择性发射极(Selective Emitter)结构是一个非常好的选择，其具体结构是：(1)在电极栅线以下及其附近区域形成重掺杂区，以提高开路电压，降低接触电阻，提高填充因子；(2)在非栅线区域形成浅掺杂区，以获得较好的表面钝化效果，提高短波响应和载流子收集率，从而提高短路电流。
现有的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的实现方法主要包括如下3种：(1)激光刻槽法：即先在硅片表面生长一层薄膜，然后用激光将栅线的地方刻槽，通过扩散工艺实现选择性发射极结构；(2)印刷磷浆：直接在栅线的地方印刷磷浆，通过高温炉实现选择性发射极结构；(3)银浆掺杂磷：在正电极银浆中掺杂含磷的化合物，通过高温实现选择性发射极结构。
然而，激光刻槽法成本较高，产能小，且激光易对硅片造成损伤；印刷磷浆法不容易控制栅线扩散的宽度，且磷的挥发严重，不能形成完美的选择性发射极结构；而对于银浆掺杂磷法，银的烧结温度和磷的扩散温度难以匹配。因此上述方法均不适合规模化生产应用。
针对上述问题，又出现了用薄膜制备选择性发射极结构的方法，先是采用氧化硅作为掩膜，但由于氧化硅的生成方式多为热氧化，长时间高温会显著降低硅片(尤其是多晶硅片)的少子寿命，从而影响转化效率。后来又出现了其他材料的掩膜，如中国发明专利申请CN101587919A公开了一种晶体硅太阳能电池选择性发射结的制备方法，其在硅片表面镀氮化硅薄膜，在通过腐蚀性浆料在氮化硅薄膜上腐蚀出掩膜窗口，通过氮化硅掩膜制作选择性发射结的重扩散区域和浅扩散区域。然而，该方法存在如下问题：由于制备得到的氮化硅薄膜通常不满足Si∶N＝3∶4的化学计量比，因而其化学性质不可能十分均一，对酸性溶液的敏感程度不太一致，因而，目前单纯用氢氟酸或磷酸等溶液比较难于彻底清除，存在去除不尽、易残留的缺点，造成硅片污染，也不适合规模化生产。
发明内容
本发明目的是提供一种适于工业应用的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，在晶体硅片绒面上均匀沉积氧化锌薄膜，再通过化学腐蚀方法在氧化锌薄膜上腐蚀形成电极窗口，然后通过电极窗口制作选择性发射极结构的重掺杂区域和浅掺杂区域。
上文中，所述晶体硅可以是单晶硅或多晶硅。
优选的技术方案，一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，包括如下步骤：a)将硅片表面清洗制绒；b)在硅片绒面上沉积氧化锌薄膜；c)用化学腐蚀方法将氧化锌薄膜腐蚀形成电极窗口；d)清洗化学反应物及生成物；e)进行重掺杂扩散；f)用酸性溶液去除氧化锌掩膜；g)进行浅掺杂扩散。所述酸性溶液为盐酸或稀硫酸。
与之相应的另一种技术方案，一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，包括如下步骤：a)将硅片表面清洗制绒；b)进行浅掺杂扩散；c)在硅片绒面上沉积氧化锌薄膜；d)用化学腐蚀方法将氧化锌薄膜腐蚀形成电极窗口；e)清洗化学反应物及生成物；f)进行重掺杂扩散。
与之相应的另一种技术方案，一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，包括如下步骤：a)将硅片表面清洗制绒；b)在硅片绒面上沉积氧化锌薄膜；c)用化学腐蚀方法将氧化锌薄膜腐蚀形成电极窗口；d)清洗化学反应物及生成物；e)一次扩散，得到重掺杂区域和浅掺杂区域。
上述技术方案中，所述氧化锌薄膜厚度为5～500nm。
上述技术方案中，所述氧化锌薄膜的沉积方法为金属化学有机气相沉积法、磁控溅射法或旋涂溶胶凝胶法，沉积温度为室温。
上述技术方案中，所述氧化锌薄膜的沉积方法为金属化学有机气相沉积法、磁控溅射法或旋涂溶胶凝胶法，沉积温度为100～400℃。
上述技术方案中，所述化学腐蚀方法为丝网印刷酸性浆料，或喷涂打印酸性溶液；化学腐蚀的温度为100～300℃，时间为20～300秒。所述酸性浆料或酸性溶液的主要成分为盐酸、硫酸等。
上述技术方案中，所述清洗化学反应物及生成物步骤中的清洗液为纯水或质量百分浓度为0.1～2％的氢氧化钾，清洗温度为20～80℃，清洗采用超声、喷淋、或两者结合的方式。
上述硅片后续可以采用常规制备方法制备得到选择性发射极结构晶体硅太阳电池。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明采用氧化锌薄膜替代现有的氮化硅薄膜来制备晶体硅太阳能电池选择性发射极结构，与氮化硅薄膜相比，本发明具有制备温度低、生长速度快、清洗方法简单且去除干净等优点，适合选择性发射极晶体硅太阳能电池的规模化生产。
2.由于本发明的氧化锌薄膜为满足化学计量比的多晶薄膜，化学性质单一，易溶于盐酸、硫酸等酸性溶液，且反应迅速无残留，因而不会出现清洗去除不尽和残留的问题，更适合规模化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，包括如下步骤：
(1)化学清洗去除硅片表面损伤层，并形成减反射表面织构；
(2)金属化学有机气相沉积法(MOCVD)在400℃下沉积ZnO薄膜，厚度为120nm；
(3)丝网印刷酸性浆料，在140℃下烘烤2分钟，腐蚀形成电极窗口区域；
(4)纯水超声清洗并甩干；
(5)在POCl3气氛中进行高浓度扩散，在电极窗口区域形成重掺杂N+区；
(6)用盐酸和氢氟酸混酸进行清洗，去除氧化锌薄膜及磷硅玻璃层；
(7)在POCl3气氛中进行低浓度扩散，形成浅掺杂N区；即得到所述选择性发射极结构。
实施例二
一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，包括如下步骤：
(1)化学清洗去除硅片表面损伤层，并形成减反射表面织构；
(2)在POCl3气氛中进行低浓度扩散，形成浅掺杂N区；
(3)在室温下磁控溅射生长ZnO薄膜，厚度为150nm；
(4)丝网印刷酸性浆料，在150℃下烘烤3分钟，腐蚀形成电极窗口区域；
(5)纯水超声加喷淋清洗并甩干；
(6)在POCl3气氛中进行高浓度扩散，在电极窗口区形成重掺杂N+区；
(7)用盐酸和氢氟酸混酸进行清洗，去除氧化锌薄膜及磷硅玻璃层；即得到所述选择性发射极结构。
实施例三
一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，包括如下步骤：
(1)化学清洗去除硅片表面损伤层，并形成减反射表面织构；
(2)多次溶胶凝胶旋涂，并在200℃下烘烤分解制得ZnO薄膜，厚度为80nm；
(3)喷涂打印(Inkjet printing)酸性溶液，在120℃下烘烤2分钟，腐蚀形成电极窗口区域；
(4)纯水超声加喷淋清洗并甩干；
(5)在POCl3气氛中进行高浓度扩散，在电极窗口区形成重掺杂N+区，同时在非电极区形成浅掺杂N区；
(6)盐酸和氢氟酸混酸清洗，去除氧化锌薄膜及磷硅玻璃层，即得到所述选择性发射极结构。

Claims (9)

1.一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，其特征在于：在晶体硅片绒面上均匀沉积氧化锌薄膜，再通过化学腐蚀方法在氧化锌薄膜上腐蚀形成电极窗口，然后通过电极窗口制作选择性发射极结构的重掺杂区域和浅掺杂区域。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将硅片表面清洗制绒；b)在硅片绒面上沉积氧化锌薄膜；c)用化学腐蚀方法将氧化锌薄膜腐蚀形成电极窗口；d)清洗化学反应物及生成物；e)进行重掺杂扩散；f)用酸性溶液去除氧化锌掩膜；g)进行浅掺杂扩散。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将硅片表面清洗制绒；b)进行浅掺杂扩散；c)在硅片绒面上沉积氧化锌薄膜；d)用化学腐蚀方法将氧化锌薄膜腐蚀形成电极窗口；e)清洗化学反应物及生成物；f)进行重掺杂扩散。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将硅片表面清洗制绒；b)在硅片绒面上沉积氧化锌薄膜；c)用化学腐蚀方法将氧化锌薄膜腐蚀形成电极窗口；d)清洗化学反应物及生成物；e)一次扩散，得到重掺杂区域和浅掺杂区域。
5.根据权利要求2或3或4所述的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，其特征在于：所述氧化锌薄膜厚度为5～500nm。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，其特征在于：所述氧化锌薄膜的沉积方法为金属化学有机气相沉积法、磁控溅射法或旋涂溶胶凝胶法，沉积温度为室温。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，其特征在于：所述氧化锌薄膜的沉积方法为金属化学有机气相沉积法、磁控溅射法或旋涂溶胶凝胶法，沉积温度为100～400℃。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，其特征在于：所述化学腐蚀方法为丝网印刷酸性浆料，或喷涂打印酸性溶液；化学腐蚀的温度为100～300℃，时间为20～300秒。
9.根据权利要求2或3或4所述的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，其特征在于：所述清洗化学反应物及生成物步骤中的清洗液为纯水或质量百分浓度为0.1～2％的氢氧化钾，清洗温度为20～80℃，清洗采用超声、喷淋、或两者结合的方式。
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