CN102270703A - 选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，包括以下步骤：将晶体硅片进行绒面制作，清洗并甩干；表面覆盖掩膜板（1）并进行固定，放入磁控溅射镀膜机的磁控溅射腔室中，以锑作为靶材进行溅射，溅射完成后移去掩膜板（1）；放入扩散炉管中进行液态磷源扩散；再经过刻蚀、去磷硅玻璃、镀氮化硅膜、印刷、烧结，得到选择性发射极晶体硅太阳电池。该制备方法成本低、重复性好、适合工业化批量生产，且该方法制备的选择性发射极晶体硅太阳电池转换效率高。

Description

选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳电池制备领域，具体涉及一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法。
背景技术
目前常规晶体硅太阳电池的制备方法为：硅片损伤层去除并形成绒面结构；化学清洗并干燥；液态磷源扩散形成均匀掺杂的PN结；去除扩散过程中形成的周边PN结和表面磷硅玻璃；表面沉积减反射膜；制作电池的背面电极、背面电场和正面电极；共烧结使电极与电池形成良好的欧姆接触，完成整个电池的制备过程。
晶体硅太阳电池的发展方向是低成本、高效率。目前提高效率的做法是在液态磷源扩散制作PN结时，进行低浓度磷掺杂形成较浅的PN结，浅结电池能减少表面复合和发射层复合，提高太阳光中短波的光谱响应，提高电池开路电压和短路电流，从而提高晶体硅太阳电池性能。但同时存在的问题是，浅结电池的表面掺杂浓度低，正面栅线电极与电池的欧姆接触变差，接触电阻变大，导致晶体硅太阳电池的填充因子降低，电池整体性能降低。因此在提高电池效率的过程中，提高光谱响应与降低接触电阻是一对矛盾。
为了解决这一矛盾，在制作PN结时必须实现电极区域的重扩散从而形成深结，同时保证其它受光区域实现轻扩散从而形成浅结，即实现选择性扩散。选择性扩散方式制作的晶体硅太阳电池称为选择性发射极（selective emitter，SE）晶体硅太阳电池。选择性发射极晶体硅太阳电池的制备要求是在正面栅线电极区域，即硅片上与正面电极接触的区域形成高掺杂区，从而使正面电极与电池形成更好的欧姆接触；在其他区域，即受光区域形成低掺杂区，从而减少光生载流子的复合，提高晶体硅太阳电池的短波光谱响应，从而提高晶体硅太阳电池的开路电压和短路电流。由于选择性发射极晶体硅太阳电池既保证了良好的光谱响应，实现较高的开路电压和短路电流，又保证了正面栅线电极与电池良好的欧姆接触，实现了较高的填充因子，因此大大提高了电池转换效率。
目前现有技术的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法主要有以下几种：
 （1）均匀重扩散与选择性腐蚀。此工艺包括两个过程：1）在硅片表面均匀重扩散，PN结相对较深；2）丝网印刷正面栅线电极，形成良好的欧姆接触，然后用等离了体将非电极区腐蚀很薄的一层，这样非电极区域就形成了轻扩散，选择性发射极也就形成了。但此方法中等离子体腐蚀需要相对复杂和昂贵的设备，腐蚀过程中也会对电极的接触有影响。
 （2）二次扩散形成选择性发射极。先在硅片表面生长一层二氧化硅薄膜，然后印刷腐蚀性浆料，腐蚀出正电极栅线的形状，进行第一次扩散，非栅线区域由于二氧化硅薄膜的阻挡未进行扩散，后将二氧化硅薄膜洗掉，再进行整体扩散，这样栅线区域就得到两次扩散，为重扩散区域，非栅线区域为一次轻扩散区域，实现了选择性扩散。本方法工艺较为复杂，多次高温能耗较大，同时多次高温对硅片内部损失较大。
 （3）磷浆扩散形成选择性发射极。将磷浆印刷在正电极栅线区域，然后将硅片放入扩散炉中进行扩散。磷浆在扩散过程中从电极区挥发沉积到非电极区。由于这样挥发沉积得到磷浓度不如电极区的高，从而在电极区域形成重扩散，非电极区域形成轻扩散，得到选择性发射极结构，但是这种扩散方式得到的PN结是非常不均匀的，离磷浆近的地方扩散浓度高，远的地方浓度低，电池效率不高。
另外还有光刻、激光开槽等技术制作选择性发射极晶体硅太阳电池，但这些制作方法都存在成本太高、工艺复杂等问题，不符合制备高效率和低成本晶体硅太阳电池的双重要求，重复性差，无法在工业化大规模生产中应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上现有技术问题的不足，提供一种成本低、重复性好、适合工业化批量生产的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，用该方法制备的选择性发射极晶体硅太阳电池转换效率高。
本发明所采用的技术方案为：
一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
①晶体硅片进行绒面制作，然后清洗并甩干。
②在步骤①得到的晶体硅片表面覆盖掩膜板并进行固定，然后放入磁控溅射镀膜机的磁控溅射腔室中，对磁控溅射腔室进行抽真空处理，以锑（预先固定于磁控溅射腔室中）作为靶材进行溅射，设置溅射压强为0.6～0.9Pa，氩气流量为10～30sccm，衬底温度200～300℃，溅射时间为20～40s，在高速氩气离子的轰击下，锑原子被打下来，沉积到晶体硅片表面进行镀膜，镀膜完成后移去掩膜板。
所述掩膜板由钼薄板制成，掩膜板的长宽尺寸与晶体硅片的长宽尺寸相同，掩膜板上设置有与晶体硅太阳电池细栅线数量和位置匹配的长条形通孔，这样经过上述锑溅射后便在晶体硅片的细栅线区域即正电极栅线区域形成一层锑膜。
所述掩膜板的长条形通孔宽度为150～200μm。这样掩膜板长条形通孔宽度大于细栅线的宽度，则在后续印刷工序中，即使存在微小的印刷偏移，也能保证金属栅线电极印刷在重掺杂区域，从而形成良好的欧姆接触。
③将步骤②得到的晶体硅片放入扩散炉管中进行液态磷源扩散，设置扩散炉管内温度为820～840℃，小氮流量为1600～1800cm3/min，大氮流量为19200～19500 cm3/min，氧气流量为1800～1950 cm3/min。由行业内知，这里的大氮指的是纯氮气，是为了在扩散炉管内形成正压从而避免外界气体进入，同时也使磷扩散的均匀性更好；小氮指的是携带POCl3的氮气，具体操作为使氮气从液态POCl3穿过从而使氮气携带POCl3气体分子，所以氮气的流量大小直接决定了进入扩散炉管内POCl3量的多少，从而进一步影响扩散时进入晶体硅片内部磷原子的多少；氧气参与化学反应，同时避免扩散过程对晶体硅片表面的损伤。因为锑元素与磷元素是同一族元素，所以在高温下栅线区域的锑元素也会扩散进硅片中，起到与磷元素相同的掺杂效果，则栅线区域是锑磷同时扩散，实现重扩散，而非栅线区域仅有磷的轻扩散，这样就实现了选择性扩散。
④将步骤③得到的晶体硅片经过刻蚀，去磷硅玻璃，镀氮化硅膜，印刷，烧结，得到选择性发射极晶体硅太阳电池。
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和有益效果：本发明通过锑、磷两种元素的扩散，只经过一次高温扩散过程便实现了选择性发射极的制作，实现了栅线区域的重掺杂扩散和非栅线区域的轻掺杂扩散，对晶体硅片损伤小，且形成的PN结均匀，所以该方法制备的选择性发射极晶体硅太阳电池，其电池转换效率高。该方法只经过一次高温扩散过程，避免了对晶体硅片的多次高温损伤，且由于制备过程工艺步骤简单，可控性好，实施程度高，所以该制备方法重复性好，适合工业化批量生产。整个制备方法中所用到的仪器均为行业内普通设备，所以该方法避免了增加昂贵的设备成本，成本低。
附图说明
附图所示的是本发明选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法中掩膜板的结构示意图。
其中：1、掩膜板；2、长条形通孔。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
实施例1
选择性发射极P型单晶硅太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
①将P型单晶硅片进行绒面制作，然后清洗并甩干。绒面制作及清洗采用现有技术。
②将步骤①得到的P型单晶硅片放在直线型磁控溅射镀膜机的载片台上，覆盖上掩膜板1，固定硅片和掩膜板1，然后放入磁控溅射镀膜机的磁控溅射腔室中，以预先固定在磁控溅射腔室内的锑为靶材进行溅射。合上磁控溅射腔室门，对磁控溅射腔室抽真空，设置溅射压强为0.7Pa，氩气流量为15sccm，衬底温度240℃，溅射时间为25s，溅射完成后移去掩膜板，实现P型单晶硅片正电极栅线区域的锑膜沉积。掩膜板1由钼薄板制成，掩膜板1的长宽尺寸与晶体硅片的长宽尺寸相同。因为已确定P型单晶硅太阳电池的细栅线条数为30，所以该掩膜板1的长条形通孔2的数量为30，长条形通孔2的位置与晶体硅太阳电池细栅线位置匹配，长条形通孔2的宽度为160μm。
③将沉积好锑膜的P型单晶硅片插在石英舟中，放入管式扩散炉管中进行液态磷源扩散。具体参数设置为：扩散炉管内温度825℃，小氮流量为1650cm3/min，大氮流量为19500 cm3/min，氧气流量为1850 cm3/min。
④将步骤③得到的P型单晶硅片经过刻蚀，去磷硅玻璃，镀氮化硅膜，印刷，烧结，得到选择性发射极P型单晶硅太阳电池。上述刻蚀、去磷硅玻璃、镀氮化硅膜、印刷及烧结采用现有技术。
实施例2
选择性发射极P型多晶硅太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
①将P型多晶硅片进行绒面制作，然后清洗并甩干。绒面制作及清洗采用现有技术。
②将步骤①得到的P型多晶硅片放在直线型磁控溅射镀膜机的载片台上，覆盖上掩膜板1，固定硅片和掩膜板1，然后放入磁控溅射镀膜机的磁控溅射腔室中，以预先固定在磁控溅射腔室内的锑为靶材进行溅射。合上磁控溅射腔室门，对磁控溅射腔室抽真空，设置溅射压强为0.9Pa，氩气流量为18sccm，衬底温度240℃，溅射时间为30s，溅射完成后移去掩膜板，完成P型多晶硅片正电极栅线区域的锑膜沉积。掩膜板1由钼薄板制成，掩膜板1的长宽尺寸与晶体硅片的长宽尺寸相同。因为已确定P型多晶硅太阳电池的细栅线条数为30，所以该掩膜板1的长条形通孔2的数量为30，长条形通孔2的位置与晶体硅太阳电池细栅线位置匹配，长条形通孔2的宽度为160μm。
③将沉积好锑膜的P型多晶硅片插在石英舟中，放入管式扩散炉管中进行液态磷源扩散。具体参数设置为：扩散炉管内温度830℃，小氮流量为1700cm3/min，大氮流量为19500 cm3/min，氧气流量为1900 cm3/min。
④将步骤③得到的P型多晶硅片经过刻蚀，去磷硅玻璃，镀氮化硅膜，印刷，烧结，得到选择性发射极P型多晶硅太阳电池。上述刻蚀、去磷硅玻璃、镀氮化硅膜、印刷及烧结采用现有技术。
实施例所用设备和原料，除另有说明的以外，均为普通市售工业品。
本发明的上述实施例是对本发明的说明而不能用于限制本发明，与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (3)

1.一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
①将晶体硅片进行绒面制作，然后清洗并甩干；
②在步骤①得到的晶体硅片表面覆盖掩膜板（1）并进行固定，然后放入磁控溅射镀膜机的磁控溅射腔室中，以锑作为靶材进行溅射，设置溅射压强为0.6～0.9Pa，氩气流量为10～30sccm，衬底温度200～300℃，溅射时间为20～40s，溅射完成后移去掩膜板；
③将步骤②得到的晶体硅片放入扩散炉管中进行液态磷源扩散，设置扩散炉管内温度为820～840℃，小氮流量为1600～1800cm3/min，大氮流量为19200～19500 cm3/min，氧气流量为1800～1950 cm3/min；
④将步骤③得到的晶体硅片经过刻蚀，去磷硅玻璃，镀氮化硅膜，印刷，烧结，得到选择性发射极晶体硅太阳电池。
2.根据权利要求1所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于：所述步骤②中掩膜板（1）由钼薄板制成，掩膜板（1）的长宽尺寸与晶体硅片的长宽尺寸相同，掩膜板（1）上设置有与晶体硅太阳电池细栅线数量和位置匹配的长条形通孔（2）。
3.根据权利要求1所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于：所述步骤②中掩膜板（1）的长条形通孔（2）宽度为150～200μm。
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