CN102097534A

CN102097534A - 同时形成晶体硅太阳能电池pn结和氮化硅减反射膜的方法

Info

Publication number: CN102097534A
Application number: CN2010105640966A
Authority: CN
Inventors: 万青; 黄晋; 龚骏; 李莉
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种在制造晶体硅太阳能电池的过程中，在硅片表面同时形成PN结和氮化硅减反射膜的方法，该方法中，硅片制绒清洗后用低压化学气相沉积方法在硅片表面沉积一层含0.1％～5％掺杂元素的氮化硅薄膜，在氮化硅薄膜沉积过程中掺杂元素扩散到硅片中形成PN结。与现有技术相比，本发明将扩散掺杂形成PN结与沉积氮化硅减反射膜两个工序合二为一，在同一设备中同时形成PN结和氮化硅减反射膜，简化了晶体硅太阳能电池的制造工艺与制造设备，缩短了制造时间，降低了制造成本，另外省去了多次装卸硅片的操作，能够防止硅片被污染或破碎，提高了产品质量和成品率，适于大规模工业化生产。

Description

同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池生产技术领域，特别是同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法。

背景技术

太阳能电池是将太阳辐射直接转换成电能的器件，其中晶体硅太阳能电池占据了光伏市场大部分份额，如何进一步降低生产成本是国内外晶体硅太阳能电池研究的一个基本目标。现有大规模商业化生产晶体硅太阳能电池的工艺流程依次为：硅片经制绒形成表面减反射结构；扩散掺杂形成PN结；刻蚀去除周边PN结；沉积减反射膜；丝网印刷电极后烧结形成金属化。

PN结是太阳能电池的核心结构，PN结的好坏直接决定太阳能电池的电性能，因此扩散掺杂形成PN结是太阳能电池生产的关键环节。对于P型硅材料，常用掺杂元素是磷或者砷；对于N型硅材料，常用掺杂元素是硼。现行电池生产厂家大多以P型硅片为原材料，采用POCl₃液态源扩散，在高温下POCl₃和氧气与硅反应生成磷硅玻璃，然后磷原子扩散进入硅形成掺磷的发射区。

氮化硅薄膜作为减反射膜广泛应用于晶体硅太阳能电池上，制备工艺可以是低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)或者反应磁控溅射，目前工业上PECVD使用最多。一般氮化硅的折射率为1.9～2.3，采用合适折射率和厚度的氮化硅薄膜，可以使太阳能电池对光的反射大为减少，从而提高电池效率。此外，氮化硅薄膜可以减少硅表面的悬挂键，从而减少太阳能电池的表面复合，进而改善电池性能。现有技术中，扩散掺杂和沉积氮化硅减反射膜是两个工艺步骤，需要用两种完全不同的昂贵设备来实现。对于目前工业上最常用POCl₃液态源扩散，扩散过程中会同时在硅片表面形成磷硅玻璃层，沉积氮化硅之前必须将其用氢氟酸洗去，这样整个工艺过程复杂，成本较高，而且硅片在转移过程中容易被污染或者破碎造成成品率下降。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法，该方法具有简化制造工艺、缩短制造时间、提高产品质量以及降低制造成本的优点。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法，将硅片制绒清洗后用低压化学气相沉积方法在硅片表面沉积一层含0.1％～5％掺杂元素的氮化硅薄膜，在所述的氮化硅薄膜沉积过程中掺杂元素扩散到硅片中形成PN结。

作为优选，沉积气体中氮源气体优选为氨气(NH₃)，硅源气体优选为硅烷(SiH₄)或者二氯氢硅(SiH₂Cl₂)。

作为优选，沉积温度优选为600℃～1100℃。

作为优选，当硅片为P型硅片时，掺杂元素为磷元素或砷元素，当硅片为N型硅片时，掺杂元素为硼元素。

作为优选，所述的氮化硅薄膜沉积过程完成后，通过退火工艺调节扩散层电阻和扩散深度。所述的硅片扩散层的方块电阻为40Ω/□～200Ω/□。

与现有技术相比，本发明的方法将现有技术中的扩散掺杂形成PN结与沉积氮化硅减反射膜两个工序合二为一，在同一设备中同时形成PN结和氮化硅减反射膜，因此，该方法简化了晶体硅太阳能电池的制造工艺与制造设备，缩短了制造时间，降低了制造成本；另外，该方法中不需要清洗扩散过程中在硅片表面形成的磷硅玻璃等，省去了多次装卸硅片的操作，能够防止硅片被污染或破碎，提高了产品质量和成品率，适于大规模工业化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述。

晶体硅太阳能电池的制备过程包括以下步骤：

步骤1：对硅片进行制绒和制绒后清洗；

步骤2：用LPCVD在硅片表面沉积含0.1％～5％掺杂元素的氮化硅薄膜；由于薄膜沉积是在高温下进行的，硅片表面氮化硅薄膜中的掺杂元素会扩散到硅中，形成PN结；

步骤3：氮化硅薄膜沉积完成后，优选在LPCVD炉管中通过退火工艺调节扩散层电阻和扩散深度；

步骤4：对硅片进行刻蚀和清洗，然后经金属化制备电极完成电池制作。

以上步骤中，步骤1和步骤4为现有技术。

实施例1：

1.对P型单晶硅片进行碱制绒和清洗；

2.将清洗后的硅片放入LPCVD炉管中，本底真空为1Pa，炉温为850℃，按照一定配比量通入硅烷、氨气和磷烷(PH₃)，沉积厚度为90nm的磷掺杂氮化硅薄膜，调节磷烷的流量和后续原位退火时间使扩散层的方块电阻值为40Ω/□；

3.对硅片进行湿法刻蚀，去除背面及周边的氮化硅薄膜和PN结；

4.丝网印刷正背面电极浆料，经烧结后完成电池制作。

实施例2：

1.对P型多晶硅片进行酸制绒和清洗；

2.将清洗后的硅片放入LPCVD炉管中，本底真空为1Pa，炉温为850℃，按照一定配比量通入硅烷、氨气和磷烷，沉积厚度为85nm的磷掺杂氮化硅薄膜，调节磷烷流量和后续原位退火时间使得扩散层的方块电阻值为60Ω/□；

4.丝网印刷正背面电极浆料，经烧结后完成电池制作。

实施例3：

1.对N型单晶硅片进行碱制绒和清洗；

2.将清洗后的硅片放入LPCVD炉管中，本底真空为1Pa，炉温为1000℃，按照一定配比量通入二氯氢硅、氨气和乙硼烷(P₂H₆)，沉积厚度为80nm的硼掺杂氮化硅薄膜，调节硼烷的流量和后续原位退火时间使得扩散层的方块电阻值为100Ω/□；

4.丝网印刷正背面电极浆料，经烧结后完成电池制作。

Claims

1.同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法，其特征是：硅片制绒清洗后用低压化学气相沉积方法在硅片表面沉积一层含0.1％～5％掺杂元素的氮化硅薄膜，在所述的氮化硅薄膜沉积过程中掺杂元素扩散到硅片中形成PN结。

2.根据权利要求1所述的同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法，其特征是：所述的沉积气体中氮源气体为氨气，硅源气体为硅烷或者二氯氢硅。

3.根据权利要求1所述的同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法，其特征是：所述的沉积温度为600℃～1100℃。

4.根据权利要求1所述的同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法，其特征是：所述的硅片为P型硅片，所述的掺杂元素为磷元素或砷元素。

5.根据权利要求1所述的同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法，其特征是：所述的硅片为N型硅片，所述的掺杂元素为硼元素。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法，其特征是：所述的氮化硅薄膜沉积过程完成后，通过退火工艺调节扩散层电阻和扩散深度。

7.根据权利要求6所述的同时形成晶体硅太阳能电池PN结和氮化硅减反射膜的方法，其特征是：所述的硅片扩散层的方块电阻为40Ω/□～200Ω/□。