CN101997058A - 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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朱冉庆
张凤
吴坚
王栩生
章灵军
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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，包括如下步骤：(a)制备氧化硅阻挡层；(b)采用二次扩散工艺制备得到选择性发射极结构；步骤(a)包括如下步骤：(1)将硅片推入PECVD设备的反应腔中，腔内温度为300～600℃，保持温度恒定；(2)将上述反应腔抽真空；(3)在上述反应腔内通入反应气体并电离反应气体，形成等离子体；(4)保持步骤(3)的气体流量和功率稳定，在硅片表面沉积成膜；(5)将沉积完成的硅片退出反应腔。本发明在硅片的非重掺区域生成一层起阻挡作用的氧化硅，从而在重扩散的时候能有效阻挡磷扩散，然后结合浅扩散，使用对应的刻蚀等手段，形成选择性发射电极。

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选择性发射极结构的制备方法，属于太阳能技术领域。
背景技术
目前，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。
现有的晶体硅太阳能电池的制造流程为：表面清洗及织构化、扩散、清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触、测试。这种商业化晶体硅电池制造技术相对简单、成本较低，适合工业化、自动化生产，因而得到了广泛应用。其中，扩散是核心工艺；传统的扩散工艺在发射极区域会出现较高的接触电阻和比较严重的死层问题，而仅仅通过调整一步扩散工艺的制程是无法同时解决接触电阻和死层的问题，所以传统的扩散工艺限制了短路电流、开路电压、填充因子和效率的提高。
针对上述问题，出现了晶体硅太阳能电池选择性发射极结构(SelectiveEmitter)，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。
目前，实际应用于工业生产的晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法都需要进行两次扩散工艺(重扩散和浅扩散)，以分别形成重掺杂和浅掺杂区。而为了只在电极处形成高浓度掺杂区，则需要在进行扩散工艺前先在电极区域的表面通过氧化生成一层氧化硅阻挡层。
现有的氧化硅阻挡层的制备方法主要有干氧氧化、湿氧氧化、TCA氧化等。然而，这三者均需要较高的反应温度，一般在800℃以上，因而容易激发硅片的体内缺陷，从而提高硅片的体复合速率，降低硅片的有效少子寿命；此外，干氧氧化和TCA氧化均需要较长的反应时间，同样也会导致有效少子寿命的降低。因此，开发一种新的制备氧化硅阻挡层的方法，在保证阻挡层效果的同时，又能保证硅片的少子寿命不受影响，具有现实的积极意义。
发明内容
本发明目的是提供一种晶体硅太阳能电池选择性发射极结构的制备方法，以制备得到具有较高转换效率的太阳能电池。
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，包括如下步骤：
(a)制备氧化硅阻挡层；
(b)采用重扩散和浅扩散的二次扩散工艺制备得到所述选择性发射极结构；
所述步骤(a)包括如下步骤：
(1)将硅片推入PECVD设备的反应腔中，腔内温度控制在300～600℃，并保持温度恒定；
(2)将上述反应腔抽真空，直至其内的绝对真空度为0～1帕斯卡；
(3)在上述反应腔内通入反应气体并电离反应气体，形成等离子体，所述反应气体为N2O和SiH4，其流量分别为3～7.5L/min和50～300mL/min，恒定功率为2～3千瓦；
(4)保持步骤(3)的气体流量和功率稳定，在硅片表面沉积成膜，沉积时间为30s～10min；
(5)将沉积完成的硅片退出反应腔。
上文中，所述步骤(b)的二次扩散工艺是现有技术。所述步骤(1)中的PECVD设备是现有设备。
所述步骤(2)中将反应腔抽真空，优选分为粗抽和细抽两个过程，依次采用机械泵、分子泵或其他现有设备，将反应腔内的真空度降低到所需标准。
优选的技术方案，所述步骤(1)中的反应腔内温度控制在350℃。
优选的技术方案，所述步骤(2)中的反应腔内的绝对真空度为0.1帕斯卡。
优选的技术方案，所述步骤(3)中N2O和SiH4的流量分别为7.5L/min和200mL/min，恒定功率为2.5千瓦。
优选的技术方案，所述步骤(4)中的沉积时间为5min。
优选的技术方案，所述步骤(5)中的恒温温度为350℃。
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PECVD设备制备氧化硅阻挡层，反应温度控制在300～600℃，沉积时间为30s～10min，相比现有的干氧氧化、湿氧氧化、TCA氧化等方法，反应温度和时间都大大降低了，因而能避免激发硅片的体内缺陷，从而降低硅片的体复合速率，从而保障了硅片的有效少子寿命的提高；实验证明，按照本发明的制备方法得到的晶体硅片的有效少子寿命相比现有工艺可提高20％左右，具有显著的效果。
2.本发明在硅片的非重掺区域生成一层起阻挡作用的氧化硅，从而在重扩散的时候能有效阻挡磷扩散，然后结合浅扩散，使用对应的刻蚀等手段，形成选择性发射电极；本发明的制备工艺简单，操作方便，适合推广应用。
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：
(a)制备氧化硅阻挡层；
(b)采用重扩散和浅扩散的二次扩散工艺制备得到所述选择性发射极结构；
所述步骤(a)包括如下步骤：
(1)进硅片恒温：将硅片推进到反应腔中，保持反应腔内温度稳定为350℃；
(2)抽真空：通过3次抽真空，将反应腔内的压强降低到0.1帕斯卡；
(3)等离子体产生：通入SiH4和N2O到反应腔，功率设定为2.5kw，SiH4流量为250mL/min，N2O流量为3L/min，形成等离子体；
(4)沉积：保持功率、气流和压强均稳定，沉积5min，在硅片表面沉积生产氧化硅；
(5)退出硅片：将沉积完成的硅片退出反应腔，结束反应。
然后使用WT-2000少子寿命测定仪来测定上述硅片的有效少子寿命，其有效少子寿命为5μs。
对比例一
(1)氧化硅阻挡层采用干氧氧化制备，反应温度为800℃，反应时间为20分钟；
(2)采用重扩散和浅扩散的二次扩散工艺制备得到选择性发射极结构。
然后测定其有效少子寿命大约为4μs左右。
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：
(a)制备氧化硅阻挡层；
(b)采用重扩散和浅扩散的二次扩散工艺制备得到所述选择性发射极结构；
所述步骤(a)包括如下步骤：
(1)进硅片恒温：将硅片推进到反应腔中，保持反应腔内温度稳定为400℃；
(2)抽真空：通过3次抽真空，将反应腔内的压强降低到0.5帕斯卡；
(3)等离子体产生：通入SiH4和N2O到反应腔，功率设定为3kw，SiH4流量为350mL/min，N2O流量为5L/min，形成等离子体；
(4)沉积：保持功率、气流和压强均稳定，沉积3min，在硅片表面沉积生产氧化硅；
(5)退出硅片：将沉积完成的硅片退出反应腔，结束反应。
测定上述硅片的有效少子寿命为5μs左右。
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：
(a)制备氧化硅阻挡层；
(b)采用重扩散和浅扩散的二次扩散工艺制备得到所述选择性发射极结构；
所述步骤(a)包括如下步骤：
(1)进硅片恒温：将硅片推进到反应腔中，保持反应腔内温度稳定为300℃；
(2)抽真空：通过3次抽真空，将反应腔内的压强降低到0.2帕斯卡；
(3)等离子体产生：通入SiH4和N2O到反应腔，功率设定为2kw，SiH4流量为300mL/min，N2O流量为4L/min；
(4)沉积：保持功率、气流和压强均稳定，沉积7min，在硅片表面沉积生产氧化硅；
(5)退出硅片：将沉积完成的硅片退出反应腔，结束反应。
测定上述硅片的有效少子寿命为4.5μs左右。
由实施例一至三可见，与对比例一相比，按照本发明的制备方法得到的晶体硅片的有效少子寿命相比现有工艺可提高12.5～25％左右，具有显著的效果，降低了硅片的体复合速率，从而保障了硅片的有效少子寿命的提高。

Claims (6)

1.一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)制备氧化硅阻挡层；
(b)采用重扩散和浅扩散的二次扩散工艺制备得到所述选择性发射极结构；
其特征在于：所述步骤(a)包括如下步骤：
(1)将硅片推入PECVD设备的反应腔中，腔内温度控制在300～600℃，并保持温度恒定；
(2)将上述反应腔抽真空，直至其内的绝对真空度为0～1帕斯卡；
(3)在上述反应腔内通入反应气体并电离反应气体，形成等离子体，所述反应气体为N2O和SiH4，其流量分别为3～7.5L/min和50～300mL/min，恒定功率为2～3千瓦；
(4)保持步骤(3)的气体流量和功率稳定，在硅片表面沉积成膜，沉积时间为30s～10min；
(5)将沉积完成的硅片退出反应腔。
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：所述步骤(1)中的反应腔内温度控制在350℃。
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：所述步骤(2)中的反应腔内的绝对真空度为0.1帕斯卡。
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：所述步骤(3)中N2O和SiH4的流量分别为7.5L/min和200mL/min，恒定功率为2.5千瓦。
5.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：所述步骤(4)中的沉积时间为5min。
6.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：所述步骤(5)中的恒温温度为350℃。
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