CN102005508B

CN102005508B - 一种连续制备晶体硅太阳能电池pn结及减反膜的方法

Info

Publication number: CN102005508B
Application number: CN2010105178642A
Authority: CN
Inventors: 万青; 曾梦麟; 佘鹏; 张雪平
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: CN102005508A

Abstract

本发明公开了一种连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法，该方法采用等离子体增强化学气相沉积技术先在已清洗制绒的P型（或N型）硅片上沉积磷掺杂（或硼掺杂）的氮化硅减反膜，然后再进行常规高温退火处理，使得氮化硅层中的磷（或硼）部分扩散至P型（或N型）硅片中，在硅片表面形成PN结。该方法与产业化晶体硅太阳能电池生产工艺兼容，不需要复杂的POCl₃或BBr₃扩散和后续磷硅或硼硅玻璃的去除步骤，制作工艺更加简单，适合低成本批量化生产。

Description

一种连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的制作方法。

背景技术

晶体硅太阳能电池由于其原材料丰富，光电转换效率高，稳定性好，寿命长，技术成熟而占据了光伏市场80%以上的份额，如何进一步降低成本是国内外光伏行业竞相研究的重点。

目前成熟商业化生产的P型晶体硅太阳能电池生产工艺包括以下步骤：对硅片进行表面织构和化学清洗，在POCl₃气氛中形成PN结，去除硅片周边PN结，去磷硅玻璃（PSG），PECVD镀氮化硅减反射膜，丝网印刷正、背面电极及背表面场，烧结形成欧姆接触。

太阳能电池制造工艺中，扩散形成PN结是核心工艺。工业上一般采用三氯氧磷（POCl₃）液态源扩散，高温下（＞600℃）POCl₃分解生成五氯化磷（PCl₅）和五氧化二磷（P₂O₅），生成的P₂O₅在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅和磷原子，并在硅片表面形成一层磷硅（PSG）玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。

使用三氯氧磷（POCl₃）液态源进行扩散制结存在以下缺点：（1）形成了磷硅玻璃（PSG），需要增加后续清洗工序将其去除；（2）容易引起大量的偏磷酸，不仅堵塞管道，而且还会腐蚀扩散炉石英件，因此需要定期清理维护；（3）常规扩散、清洗、减反射膜沉积工艺需要多次装片、卸片，硅片碎片率高。

在电池表面沉积氮化硅减反射膜不仅能提高晶体硅太阳能电池的陷光效果，同时也能对硅片表面起到很好的钝化和保护作用，这对太阳能电池效率的提升具有非常大的贡献。因此在常规生产中，扩散制结和PECVD 镀氮化硅减反射膜两者都必不可少，而两者的制作过程都各自需要专门的设备，装片和卸片比较麻烦，容易造成碎片。如果能将扩散和镀氮化硅（SiN_x）减反射膜两者合二为一，无疑将大大简化晶体硅太阳能电池制作的工序，降低生产成本的同时提高产量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法，将扩散和镀氮化硅减反射膜两工艺过程合二为一，以大大简化晶体硅太阳能电池制作的工序，降低生产成本，提高产量。

本发明的技术方案之一是，所述连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法为：

采用低温等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺在经过表面织构化（制绒、清洗）的P型硅片上沉积一层磷掺杂的氮化硅减反膜，然后对该P型硅片进行退火处理而使得氮化硅层的磷扩散到P型硅片中，并在硅片表面获得一层N型层，最终形成PN结。

所述低温等离子体增强化学气相沉积工艺中的反应气体为硅烷（SiH₄），氨气（NH₃）和磷烷（PH₃），磷烷与硅烷的体积流量比为1:20—100，硅烷与氨气的体积流量比为1:5—12，反应室压强在40-400Pa；氮化硅薄膜厚度为50纳米—200纳米，氮化硅薄膜中磷原子质量百分比含量为1%-12%。

所述磷掺杂的氮化硅减反膜沉积后，进行后续600℃—1000℃高温退火，退火时间10分钟—60分钟。

本发明的技术方案之二是，所述连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法为：

采用低温等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺在经过表面织构化（制绒、清洗）的N型硅片上沉积一层硼掺杂的氮化硅减反膜，然后对该N型硅片进行退火处理而使得氮化硅层的硼扩散到N型硅片中，并在硅片表面获得一层P型层，最终形成PN结。

所述低温等离子体增强化学气相沉积工艺中的反应气体为硅烷（SiH₄），氨气（NH₃）和硼烷（B₂H₆），硼烷与硅烷的体积流量比为1:50—200，硅烷与氨气的体积流量比为1:5—12，反应室压强在40—300Pa；氮化硅薄膜厚度为50纳米—200纳米，氮化硅薄膜中硼原子质量百分比含量为1%—8%。

所述硼掺杂的氮化硅减反膜沉积后，进行后续700℃—1100℃高温退火，退火时间15分钟—70分钟。

本发明的上述方法，使得晶体硅太阳能电池的生产顺序简化为以下步骤：对硅片进行表面织构并化学清洗，在硅片正表面用PECVD设备沉积磷或者硼掺杂的氮化硅减反膜，接着在氮气氛围中退火处理形成PN结，丝网印刷正、背面电极及背表面场，烧结形成欧姆接触。

由以上可知，本发明为一种连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法，它与现有技术相比的优点有：

1）通过在沉积氮化硅减反射薄膜的过程中，对氮化硅薄膜原位实施磷或者硼元素掺杂，然后经过高温退火处理，驱使氮化硅层中的磷或者硼进入硅片，形成PN结；同传统工艺对比，不会生成磷硅或硼硅玻璃，省去了这些玻璃层的去除和后续硅片甩干过程；

2）本发明与产业化晶体硅太阳能电池生产工艺兼容，用简单的高温退火工艺取代了复杂的POCl₃扩散，使得晶体硅电池生产工艺更加简单，节约了生产成本，适合于批量化生产。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详细描述。

实施例1：将面积为125×125mm²、厚度约为200微米的P型单晶硅片制绒、清洗，采用PECVD设备沉积一层厚度为50 nm的磷掺杂的氮化硅薄膜，氮化硅薄膜中磷原子质量百分比为3%，其中沉积温度为300℃，PH₃ 与SiH₄的体积流量比为1:100，SiH₄ 与NH₃的体积流量比为1:5，反应室压强在100Pa；然后在氮气氛围中，900℃下退火处理10分钟，实现磷的表面扩散和N型发射极的形成，最终形成覆盖有氮化硅层的PN结。

实施例2：将面积为156×156mm²、厚度约为180微米的P型多晶硅片制绒、清洗，采用常规PECVD设备沉积200 nm厚的磷掺杂氮化硅薄膜，氮化硅薄膜中磷原子质量百分比为5%，其中衬底温度为400℃，PH₃ 与SiH₄的体积流量比为5:100，SiH₄ 与NH₃的体积流量比为1:5，反应室压强在80Pa；然后在氮气氛围中，850℃下退火处理20分钟，实现磷的扩散和N型发射极的形成，最终形成覆盖有氮化硅层的PN结。

实施例3：将面积为125×125mm²、厚度约为200微米的N型单晶硅片制绒、清洗，用PECVD技术先沉积100 nm厚的硼掺杂氮化硅薄膜，氮化硅薄膜中硼原子质量百分比为4%，其中衬底温度为400℃，B₂H₆ 与SiH₄的体积流量比为1:100，SiH₄ 与NH₃的体积流量比为1:5，反应室压强在100Pa；然后在氮气氛围，1000℃下退火处理30分钟，实现B的扩散和P型发射极的形成，最终形成覆盖有氮化硅层的PN结。

Claims

1.一种连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法，其特征是，该方法为：

采用低温等离子体增强化学气相沉积工艺在经过表面织构化的P型硅片上沉积一层磷掺杂的氮化硅减反膜，然后对该P型硅片进行退火处理而使得氮化硅减反膜的磷扩散到P型硅片中，并在硅片表面获得一层N型层，最终形成PN结。

2.根据权利要求1所述连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法，其特征是，所述低温等离子体增强化学气相沉积工艺中的反应气体为硅烷，氨气和磷烷，磷烷与硅烷的体积流量比为1:20—100，硅烷与氨气的体积流量比为1:5—12，反应室压强在40Pa—400Pa；氮化硅减反膜厚度为50纳米—200纳米，氮化硅减反膜中磷原子质量百分比含量为1%—12%。

3.根据权利要求1所述连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法，其特征是，所述退火温度600℃—1000℃，退火时间10分钟—60分钟。

4.一种连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法，其特征是，该方法为：

采用低温等离子体增强化学气相沉积工艺在经过表面织构化的N型硅片上沉积一层硼掺杂的氮化硅减反膜，然后对该N型硅片进行退火处理而使得氮化硅减反膜的硼扩散到N型硅片中，并在硅片表面获得一层P型层，最终形成PN结。

5.根据权利要求4所述连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法，其特征是，所述低温等离子体增强化学气相沉积工艺中的反应气体为硅烷，氨气和硼烷，硼烷与硅烷的体积流量比为1:50—200，硅烷与氨气的体积流量比为1:5—12，反应室压强在40Pa—300Pa；氮化硅减反膜厚度为50纳米—200纳米，氮化硅减反膜中硼原子质量百分比含量为1%—8%。

6.根据权利要求4所述连续制备晶体硅太阳能电池PN结及减反膜的方法，其特征是，所述退火温度700℃—1100℃，退火时间15分钟—70分钟。