CN102332492A - 一种选择性发射极太阳能电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种太阳能电池的制备方法，尤其涉及一种在正电极栅线下及其附近重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂的选择性发射极太阳能电池的制备方法。经过：印刷电极时在电极浆料中掺入高浓度磷浆→电极栅线状丝网印刷高浓度磷浆后在三氯氧磷气氛中进行扩散→快速扩散与常规扩散的结合。提高了晶体硅太阳能电池的转化效率，这主要得益于选择性发射极技术对开路电压、短路电流和填充因子的改善；降低了电池的内阻，减少了发电过程中的内损耗和发热，也一定程度提高了电池片的使用寿命；降低了反向电流；弱光下性能极佳；这也得益于低的扩散浓度提高了电池的光量子响应，电池一致性好，工艺稳定。

Description

一种选择性发射极太阳能电池的制备方法

技术领域

  本发明专利涉及一种太阳能电池的制备方法，尤其涉及一种在正电极栅线下及其附近重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂的选择性发射极太阳能电池的制备方法。

背景技术

目前传统的制约太阳电池光电转换率提高的环节，主要是扩散和金属电极制作这两道工序之间相互制约的关系。过高的扩散浓度会有利于丝网印刷电极与电池正面的发射区之间形成良好的电极接触特性，但却带来更低的光子吸收效率，更高的缺陷密度，从而导致电池开路电压和短路电流的降低。然而过低的扩散浓度，虽然会提高电池的光量子响应，提高短路电池密度，但会造成一半接触电阻的提高，造成填充因子的下降。

 发明内容

   本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种优化太阳能电池片的性能，得到单片转化效率为18.5%左右，Rs<1mΩ，反向漏电流低于100mA的太阳能电池的选择性发射极太阳能电池的制备方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 

  一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，按以下步骤进行：

    (1)、印刷电极时在电极浆料中掺入高浓度磷浆：

      首先在硅片表面用5%的磷酸水溶液进行均匀涂源，磷酸水溶液的厚度为40～50μm，磷酸水溶液在硅片表面进行扩散，然后在丝网印刷电极时往电极浆料中以质量比10:1掺入含磷30%的磷浆，在烧结电极后在电极接触区获得高掺杂区方块，高掺杂区方块的电阻为15～25Ω，形成欧姆接触；

    (2)、电极栅线状丝网印刷高浓度磷浆后在三氯氧磷气氛中进行扩散：

      ①、扩散开始时通入携POCl₃气体：

     将磷浆印刷到电极栅线状硅片的表面，磷浆的厚度为20～25μm，然后将硅片放入扩散炉中进行扩散，磷浆在扩散过程中从印刷区挥发沉积到非印刷区，在扩散开始时通入氮气携POCl₃ 的气体，氮气和POCl₃二者的含量比为20:1，通入的时间为2～3分钟，在这段时间内POCl₃会分解出P₂O₅，其反应方程式是：5POCl₃=3PCl₅+P₂O₅和4PCl₅+5O₂=2P₂O₅+10Cl₂，P₂O₅沉积到硅片表面与硅反应，而在硅片表面得到一层大约0.5μm厚的磷原子，P₂O₅与硅的反应方程式是：2 P₂O₅+5Si=5SiO₂+4P，当关掉气源后，磷原子会进一步往硅片深处扩散，而降低其在硅片表面的浓度，扩散结束后会在非印刷区域得到相对低的表面杂质浓度和相对浅的扩散结，而在印刷区得到高掺杂深扩散区，形成选择性发射极结构；

    ②、扩散结束前通入携POCl₃气体：

     在扩散炉中的扩散过程中，往扩散炉中加入充足的氧气，对硅片表面进行氧化，氧化时间为80～120s，在非印刷区得到0.2μm的氧化层，然后持续通入携POCl₃ 气体，时间为750～850s，通入的POCl₃会分解出P₂O₅，P₂O₅沉积到这一氧化层表面得到一层厚度为10～20μm的磷硅玻璃，氧化层对磷硅玻璃中的磷原子往硅片深处的扩散有消弱的作用，继续扩散300s～400s后，得到比印刷区域低的表面杂质区方块，表面杂质区方块的电阻为80～90Ω，扩散结束后用质量浓度为9%～11%的氢氟酸漂洗150s～180s，去除磷硅玻璃和氧化层形成轻掺杂浅扩散区，在扩散结束后便得到选择性发射极结构；

  (3)、快速扩散与常规扩散的结合：

   步骤(1)后，在硅片表面电极栅线状印刷磷浆，将硅片放入快速扩散炉中进行扩散1000～1300s，快速扩散结束后，硅片表面出现浓度不一致，再进行步骤(2)。

   本发明的有益效果：

1、提高了晶体硅太阳能电池的转化效率，这主要得益于选择性发射极技术对开路电压、短路电流和填充因子的改善。

2、降低了电池的内阻，减少了发电过程中的内损耗和发热，也一定程度提高了电池片的使用寿命。

3、降低了反向电流。

4、弱光下性能极佳。这也得益于低的扩散浓度提高了电池的光量子响应，

5、电池一致性好，工艺稳定。这是因为对重的掺杂很好控制，而轻掺杂区的方阻高于一定值后对太阳能电池转化效率影响很小。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，按以下步骤进行：

    (1)、印刷电极时在电极浆料中掺入高浓度磷浆：

      首先在硅片表面用5%的磷酸水溶液进行均匀涂源，磷酸水溶液的厚度为40μm，磷酸水溶液在硅片表面进行扩散，然后在丝网印刷电极时往电极浆料中以质量比10:1掺入含磷30%的磷浆，在烧结电极后在电极接触区获得高掺杂区方块，高掺杂区方块的电阻为15Ω，形成欧姆接触；

    (2)、电极栅线状丝网印刷高浓度磷浆后在三氯氧磷气氛中进行扩散：

      ①、扩散开始时通入携POCl₃气体：

     将磷浆印刷到电极栅线状硅片的表面，磷浆的厚度为20μm，然后将硅片放入扩散炉中进行扩散，磷浆在扩散过程中从印刷区挥发沉积到非印刷区，在扩散开始时通入氮气携POCl₃ 的气体，氮气和POCl₃二者的含量比为20:1，通入的时间为2分钟，在这段时间内POCl₃会分解出P₂O₅，其反应方程式是：5POCl₃=3PCl₅+P₂O₅和4PCl₅+5O₂=2P₂O₅+10Cl₂，P₂O₅沉积到硅片表面与硅反应，而在硅片表面得到一层大约0.5μm厚的磷原子，P₂O₅与硅的反应方程式是：2 P₂O₅+5Si=5SiO₂+4P，当关掉气源后，磷原子会进一步往硅片深处扩散，而降低其在硅片表面的浓度，扩散结束后会在非印刷区域得到相对低的表面杂质浓度和相对浅的扩散结，而在印刷区得到高掺杂深扩散区，形成选择性发射极结构；

    ②、扩散结束前通入携POCl₃气体：

     在扩散炉中的扩散过程中，往扩散炉中加入充足的氧气，对硅片表面进行氧化，氧化时间为80s，在非印刷区得到0.2μm的氧化层，然后持续通入携POCl₃ 气体，时间为750s，通入的POCl₃会分解出P₂O₅，P₂O₅沉积到这一氧化层表面得到一层厚度为10μm的磷硅玻璃，氧化层对磷硅玻璃中的磷原子往硅片深处的扩散有消弱的作用，继续扩散300s后，得到比印刷区域低的表面杂质区方块，表面杂质区方块的电阻为80Ω，扩散结束后用质量浓度为9%的氢氟酸漂洗150s，去除磷硅玻璃和氧化层形成轻掺杂浅扩散区，在扩散结束后便得到选择性发射极结构；

  (3)、快速扩散与常规扩散的结合：

   步骤(1)后，在硅片表面电极栅线状印刷磷浆，将硅片放入快速扩散炉中进行扩散1000s，快速扩散结束后，硅片表面出现浓度不一致，再进行步骤(2)。

实施例2：

  一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，按以下步骤进行：

    (1)、印刷电极时在电极浆料中掺入高浓度磷浆：

      首先在硅片表面用5%的磷酸水溶液进行均匀涂源，磷酸水溶液的厚度为45μm，磷酸水溶液在硅片表面进行扩散，然后在丝网印刷电极时往电极浆料中以质量比10:1掺入含磷30%的磷浆，在烧结电极后在电极接触区获得高掺杂区方块，高掺杂区方块的电阻为20Ω，形成欧姆接触；

    (2)、电极栅线状丝网印刷高浓度磷浆后在三氯氧磷气氛中进行扩散：

      ①、扩散开始时通入携POCl₃气体：

     将磷浆印刷到电极栅线状硅片的表面，磷浆的厚度为22μm，然后将硅片放入扩散炉中进行扩散，磷浆在扩散过程中从印刷区挥发沉积到非印刷区，在扩散开始时通入氮气携POCl₃ 的气体，氮气和POCl₃二者的含量比为20:1，通入的时间为2.5分钟，在这段时间内POCl₃会分解出P₂O₅，其反应方程式是：5POCl₃=3PCl₅+P₂O₅和4PCl₅+5O₂=2P₂O₅+10Cl₂，P₂O₅沉积到硅片表面与硅反应，而在硅片表面得到一层大约0.5μm厚的磷原子，P₂O₅与硅的反应方程式是：2 P₂O₅+5Si=5SiO₂+4P，当关掉气源后，磷原子会进一步往硅片深处扩散，而降低其在硅片表面的浓度，扩散结束后会在非印刷区域得到相对低的表面杂质浓度和相对浅的扩散结，而在印刷区得到高掺杂深扩散区，形成选择性发射极结构；

    ②、扩散结束前通入携POCl₃气体：

     在扩散炉中的扩散过程中，往扩散炉中加入充足的氧气，对硅片表面进行氧化，氧化时间为100s，在非印刷区得到0.2μm的氧化层，然后持续通入携POCl₃ 气体，时间为800s，通入的POCl₃会分解出P₂O₅，P₂O₅沉积到这一氧化层表面得到一层厚度为15μm的磷硅玻璃，氧化层对磷硅玻璃中的磷原子往硅片深处的扩散有消弱的作用，继续扩散350s后，得到比印刷区域低的表面杂质区方块，表面杂质区方块的电阻为85Ω，扩散结束后用质量浓度为10%的氢氟酸漂洗160s，去除磷硅玻璃和氧化层形成轻掺杂浅扩散区，在扩散结束后便得到选择性发射极结构；

  (3)、快速扩散与常规扩散的结合：

   步骤(1)后，在硅片表面电极栅线状印刷磷浆，将硅片放入快速扩散炉中进行扩散1200s，快速扩散结束后，硅片表面出现浓度不一致，再进行步骤(2)。

实施例3：

  一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，按以下步骤进行：

    (1)、印刷电极时在电极浆料中掺入高浓度磷浆：

      首先在硅片表面用5%的磷酸水溶液进行均匀涂源，磷酸水溶液的厚度为50μm，磷酸水溶液在硅片表面进行扩散，然后在丝网印刷电极时往电极浆料中以质量比10:1掺入含磷30%的磷浆，在烧结电极后在电极接触区获得高掺杂区方块，高掺杂区方块的电阻为25Ω，形成欧姆接触；

    (2)、电极栅线状丝网印刷高浓度磷浆后在三氯氧磷气氛中进行扩散：

      ①、扩散开始时通入携POCl₃气体：

     将磷浆印刷到电极栅线状硅片的表面，磷浆的厚度为25μm，然后将硅片放入扩散炉中进行扩散，磷浆在扩散过程中从印刷区挥发沉积到非印刷区，在扩散开始时通入氮气携POCl₃ 的气体，氮气和POCl₃二者的含量比为20:1，通入的时间为3分钟，在这段时间内POCl₃会分解出P₂O₅，其反应方程式是：5POCl₃=3PCl₅+P₂O₅和4PCl₅+5O₂=2P₂O₅+10Cl₂，P₂O₅沉积到硅片表面与硅反应，而在硅片表面得到一层大约0.5μm厚的磷原子，P₂O₅与硅的反应方程式是：2 P₂O₅+5Si=5SiO₂+4P，当关掉气源后，磷原子会进一步往硅片深处扩散，而降低其在硅片表面的浓度，扩散结束后会在非印刷区域得到相对低的表面杂质浓度和相对浅的扩散结，而在印刷区得到高掺杂深扩散区，形成选择性发射极结构；

    ②、扩散结束前通入携POCl₃气体：

     在扩散炉中的扩散过程中，往扩散炉中加入充足的氧气，对硅片表面进行氧化，氧化时间为120s，在非印刷区得到0.2μm的氧化层，然后持续通入携POCl₃ 气体，时间为850s，通入的POCl₃会分解出P₂O₅，P₂O₅沉积到这一氧化层表面得到一层厚度为20μm的磷硅玻璃，氧化层对磷硅玻璃中的磷原子往硅片深处的扩散有消弱的作用，继续扩散400s后，得到比印刷区域低的表面杂质区方块，表面杂质区方块的电阻为90Ω，扩散结束后用质量浓度为11%的氢氟酸漂洗180s，去除磷硅玻璃和氧化层形成轻掺杂浅扩散区，在扩散结束后便得到选择性发射极结构；

  (3)、快速扩散与常规扩散的结合：

   步骤(1)后，在硅片表面电极栅线状印刷磷浆，将硅片放入快速扩散炉中进行扩散1300s，快速扩散结束后，硅片表面出现浓度不一致，再进行步骤(2)。

上表中技术参数 从上到下依次是Uoc开路电压，单位 V ；Isc短路电流，单位 A；FF填充因子，单位 % ；Rs串联电阻，单位 mohm； Eff光电转化效率，单位 %。

    由表可知，采用选择性发射极技术，电池片效率比常规技术要高0.6-0.7%，且降低串联电阻，同时提高填充因子。

Claims (1)

1.一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

    (1)、印刷电极时在电极浆料中掺入高浓度磷浆：

      首先在硅片表面用5%的磷酸水溶液进行均匀涂源，磷酸水溶液的厚度为40～50μm，磷酸水溶液在硅片表面进行扩散，然后在丝网印刷电极时往电极浆料中以质量比10:1掺入含磷30%的磷浆，在烧结电极后在电极接触区获得高掺杂区方块，高掺杂区方块的电阻为15～25Ω，形成欧姆接触；

    (2)、电极栅线状丝网印刷高浓度磷浆后在三氯氧磷气氛中进行扩散：

      ①、扩散开始时通入携POCl₃气体：

     将磷浆印刷到电极栅线状硅片的表面，磷浆的厚度为20～25μm，然后将硅片放入扩散炉中进行扩散，磷浆在扩散过程中从印刷区挥发沉积到非印刷区，在扩散开始时通入氮气携POCl₃ 的气体，氮气和POCl₃二者的含量比为20:1，通入的时间为2～3分钟，在这段时间内POCl₃会分解出P₂O₅，其反应方程式是：5POCl₃=3PCl₅+P₂O₅和4PCl₅+5O₂=2P₂O₅+10Cl₂，P₂O₅沉积到硅片表面与硅反应，而在硅片表面得到一层大约0.5μm厚的磷原子，P₂O₅与硅的反应方程式是：2 P₂O₅+5Si=5SiO₂+4P，当关掉气源后，磷原子会进一步往硅片深处扩散，而降低其在硅片表面的浓度，扩散结束后会在非印刷区域得到相对低的表面杂质浓度和相对浅的扩散结，而在印刷区得到高掺杂深扩散区，形成选择性发射极结构；

    ②、扩散结束前通入携POCl₃气体：

     在扩散炉中的扩散过程中，往扩散炉中加入充足的氧气，对硅片表面进行氧化，氧化时间为80～120s，在非印刷区得到0.2μm的氧化层，然后持续通入携POCl₃ 气体，时间为750～850s，通入的POCl₃会分解出P₂O₅，P₂O₅沉积到这一氧化层表面得到一层厚度为10～20μm的磷硅玻璃，氧化层对磷硅玻璃中的磷原子往硅片深处的扩散有消弱的作用，继续扩散300s～400s后，得到比印刷区域低的表面杂质区方块，表面杂质区方块的电阻为80～90Ω，扩散结束后用质量浓度为9%～11%的氢氟酸漂洗150s～180s，去除磷硅玻璃和氧化层形成轻掺杂浅扩散区，在扩散结束后便得到选择性发射极结构；

  (3)、快速扩散与常规扩散的结合：

   步骤(1)后，在硅片表面电极栅线状印刷磷浆，将硅片放入快速扩散炉中进行扩散1000～1300s，快速扩散结束后，硅片表面出现浓度不一致，再进行步骤(2)。