CN102403398A - 制备太阳能电池的方法 - Google Patents
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Abstract
制备太阳能电池的方法，该方法包括通过在太阳能电池晶片的整个表面上注入等离子体来进行绒面化；通过在已绒面化的太阳能电池晶片上将固体源扩散来形成发射极层；在太阳能电池晶片上形成钝化层，所述太阳能电池晶片上已经形成了发射极层；以及形成电极。避免在太阳能电池晶片上形成PSG(磷硅玻璃)层。
Description
发明背景
发明领域
本发明涉及制备太阳能电池的方法，更特别是，涉及制备太阳能电池的方法，其中所述方法通过注入等离子体进行干法绒面化，采用固体源形成发射极层，以及使用薄氧化层形成钝化层。
相关领域描述
最近，考虑到高的燃料成本、环境污染、化石燃料能源的枯竭、原子能发电中废弃物的处理，和新型发电机的选址，新的且可持续的能源已引起公众注意。其中，太阳能作为无污染的能源资源，已经对其进行了积极的研究。
太阳能电池是采用光电效应将光转化成电能的装置。太阳能电池根据其组成材料可分为硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、干敏(dry-sensitized)太阳能电池、有机聚合物太阳能电池等。太阳能电池可用作电子表、无线电装置、无人灯塔、人造卫星、火箭等的主要电源，或用作与商用AC电源的分配系统连通后的辅助电源。
在这类太阳能电池中，提高转化效率是非常重要的，其中所述转化效率与入射太阳光转变为电能的比率有关。目前，已经进行了各种研究来提高转化效率。其中所使用的方法是通过在晶片表面进行绒面化来增加光吸收量。
图1是表示常规太阳能电池的制备方法的流程图。
参考图1，常规太能电池的制备方法包括初始清洁和SDR(切割损伤去除)步骤(S110)、湿法化学绒面化步骤(S120)、在已绒面化的太阳能电池晶片上形成发射极层的步骤(130)、除去PSG(磷硅玻璃)层的步骤(S140)、形成ARC(抗反射涂层)层的步骤(S150)、形成双面电极的步骤(S160)、烧制步骤(S170)和边缘隔离步骤(S180)。
在初始清洁和SDR步骤(S110)中，对太阳能电池的表面状态进行改进，即去除采用线状锯切割太阳电池晶片时，在太阳能电池晶片表面发生的损伤。因为初始清洁和SDR方法在本领域中是公知的，所以省略对其的详细描述。能够应用本领域公知的各种初步清洁和SDR方法，对于本领域技术人员而言是显而易见的。
在湿法化学绒面化步骤(S120)中，经过湿法化学蚀刻，太阳能电池晶片的表面形成褶皱，即在太阳能电池晶片的表面形成棱锥形状，其尺寸为4μm-10μm。进行湿法化学绒面化的原因是通过减少光反射量，从而对太阳能电池内部增加可用光的光吸收量。
在已绒面化的太阳能电池晶片上形成发射极层的步骤(S130)中，当太阳能电池晶片通常为P型时，将三氯氧磷(POCl3)等进行扩散来形成n+掺杂。在扩散过程中，氧(O2)形成被称为PSG层的扩散氧化层，而且PSG层生长在硅表面上。
在去除PSG的步骤(S140)中，去除在形成发射极层的步骤(S130)中形成的不期望的PSG层。这是因为PSG层吸收水分或其它杂质，并且降低光敏电阻PR的粘附性能。
在形成ARC层的步骤(S150)中，通过上层反射光与下层反射光之间的相消干涉，减少太阳能电池表面的光反射量，并且增加具体波长范围的选择性。由于当进行湿法化学绒面化时太阳能电池表面的高反射率，该步骤是为了提高太阳能电池的转化效率。
可以使用各种材料形成ARC层。通常，可以采用PECVD法进行调节ARC层的厚度，并且将具有高转化效率的氮化硅沉积。因为该层位于晶片的最上层表面，因此也被称为钝化层。
在形成双面电极的步骤(S160)和烧制步骤(S170)中，将前电极和背电极印在太阳能电池晶片的前表面和后表面上，并进行干燥，并且进行热处理过程用于接触。通常，前电极使用银(Ag)并且背电极使用铝(Al)金属层。能够应用本发明所属领域公知的各种电极形成方法对于本领域技术人员而言是显而易见的。
边缘隔离步骤(S180)是电极隔离的最后一步。即通过将三氯氧磷(POCl3)等扩散形成n+掺杂之后，对掺杂在晶片边缘等处的不必要的n+层要进行隔离。
然而，常规的太阳能电池制备方法具有以下问题：
当通过上述湿法化学蚀刻对太阳能电池晶片进行绒面化时，太阳能电池两表面都会被蚀刻。通常，当需要太阳能电池晶片厚度不少于200μm时，如果通过湿法化学蚀刻对超薄晶片(太阳能电池晶片的厚度不大于200μm)进行绒面化，晶片两表面被蚀刻可能引起晶片的破损。
此外，对于为了形成发射极层而采用三氯氧磷(POCl3)等的情况下，因为对太阳能电池晶片整个表面进行n+掺杂，所以需要边缘隔离和去除PSG层的单独步骤，导致制备方法的复杂化。
另外，由于要使用独立装置来将用于ARC层的氮化硅(Si3N4)沉积，不可避免地增加了太阳能电池的生产成本。
发明概述
因此，本发明已经努力解决了在相关领域中所发生的问题，并且本发明的目的是提供制备太阳能电池的方法，其中该方法进行等离子体绒面化，使用固体源形成发射极层，以及在单独装置中进行钝化处理，从而简化制备方法并改进光电转化效率。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了制备太阳能电池的方法，该方法包括：通过在太阳能电池晶片的整个表面上注入等离子体进行绒面化；通过在已绒面化的太阳能电池晶片上进行固体源扩散形成发射极层；在太阳能电池晶片上形成钝化层，所述太阳能电池晶片上已经形成了发射极层；以及形成电极，其中避免在太阳能电池晶片上形成PSG(磷硅玻璃)层。
附图简述
结合附图阅读下述详细说明后，本发明的上述目的、其它特点和优势会更加显而易见：
图1为显示常规的太阳能电池制备方法的流程图；
图2为显示依照本发明实施方案制备太阳能电池的方法的流程图；
图3A为显示依照本发明实施方案制备太阳能电池的方法的截面图，该图表示立式晶片；
图3B为显示依照本发明实施方案制备太阳能电池的方法的截面图，该图表示卧式晶片；
图4为显示根据本发明实施方案中制备太阳能电池的方法制备的含有钝化层的太阳能电池的放大截面图；以及
图5A和5B为显示常规的太阳能电池制备工艺流程与按照本发明实施方案的太阳能电池制备工艺流程对比的截面图。
优选实施方案的详述
对本发明优选实施方案进行更详细的说明，在附图中显示了优选实施方案的实例。
图2为显示依照本发明实施方案制备太阳能电池的方法的流程图。
参考图2，按照本发明优选实施方案的制备太阳能电池的方法包括：初始清洁和SDR步骤(S210)；通过在太阳能电池晶片的整个表面上注入等离子体进行绒面化的步骤(S220)；通过在已绒面化的太阳能电池晶片上进行固体源扩散形成发射极层的步骤(S230)；在太阳能电池晶片上形成钝化层的步骤(S240)，所述太阳能电池上已经形成了发射极层；在晶片的两表面上形成电极的步骤(S250)；以及烧制步骤(S260)。
在按照本发明实施方案制备太阳能电池的方法中，由于初始清洁和SDR步骤(S210)，在晶片的两表面形成电极的步骤(S250)，和烧制步骤(S260)与常规的太阳能电池制备方法中的步骤相同，为了避免冗长因而省略其详细描述。
通过在太阳能电池晶片的整个表面上注入等离子体进行绒面化的步骤(S220)中，通过等离子体的离子反应对太阳能晶片进行处理。如果使用干法蚀刻对太阳能电池晶片进行绒面化，因为只蚀刻晶片的一个表面，所以当表面绒面化应用于超薄晶片(厚度不超过200μm的太阳能电池晶片)时，能够防止晶片被破坏。由于干法蚀刻相比于湿法化学蚀刻在反射方面具有优势，因此形成ARC层的方法就不是特别重要。
太阳能电池晶片可以使用(100)晶片、(111)晶片、(110)晶片和多晶晶片中的一种。
然而，对超薄晶片(厚度不超过200μm的太阳能电池晶片)而言，通过等离子体的离子反应，随着温度的升高可能发生晶片的热变形等。
依照本发明的实施方案，使用夹具压紧并支撑太阳能电池晶片的厚度约1mm的边缘，以便在干法蚀刻过程中避免太阳能晶片发生热变形。
通过在已绒面化的太阳能电池晶片上将固体源扩散来形成发射极层的步骤(S230)中，通过将固体源扩散而形成发射极层，从而对P型太阳能电池晶片进行n+掺杂，以及对N型太阳能电池晶片进行p+掺杂。
优选的，对于n+掺杂而言，固体源可以使用含磷的PxOy(P，V族元素)，而且对于p+掺杂而言，固体材料可以采用含硼的BxOy(B，III族元素)。
在常规技术中，由于使用诸如POCl3(n+掺杂)或BBr3(p+掺杂)的源材料来形成发射极层，因此在硅表面上形成了不必要的PSG层，以致于需要单独的除去PSG层的工序。
然而，按照本发明的实施方案，由于通过将固体源扩散来形成发射极层，因此不会形成不必要的PSG层，不需要单独的去除PSG层的工序。
在太阳能电池晶片上已经形成发射极层后，在太阳能电池晶片上形成钝化层的步骤(S240)中，采用氧化层形成钝化层，从而防止晶片表面上的水分扩散或载流子复合。
最后阶段，在半导体元件上形成钝化层来作为保护层，而且将电路元件密封从而通过与外界阻隔来保护它们。按照本发明的实施方案，可将等离子体氮化层和氧化硅用作保护层。优选使用氧化硅。
作为用于形成发射极层和钝化层的扩散装置，还可以使用带式传送系统以及炉子。
按照本发明的实施方案，如果通过传送带来移动已绒面化的太阳能电池晶片，将固体源放置在太阳能电池晶片上，随着温度的升高形成发射极层，然后使用氧形成钝化层。如上所述，通过采用带式传送系统原位形成钝化层，从而能够简化制备方法。
在形成双面电极的步骤(S250)中，通过用铝粉浆来将背电极印在太阳能电池晶片的后表面上并干燥，并将前电极印在太阳能电池晶片的前表面上并干燥。能够应用本发明所属领域公知的各种电极形成方法，对于本领域技术人员而言是显而易见的。
如上所述，在按照本发明实施方案制备太阳能电池的方法中，由于不需要去除PSG层的步骤，因此与其中使用诸如POCl3(n+掺杂)或BBr3(p+掺杂)的源材料的常规技术相比，能够简化制备方法。具体而言，因为不需要形成ARC层的工序，所以能够减少加工时间。另外，与常规的太阳能电池制备方法相比，由于不需要边缘隔离工序，因此能够减少两个或三个制备步骤。
图3A和3B是显示依照本发明实施方案制备太阳能电池的方法的截面图，其中图3A表示立式晶片，并且图3B表示卧式晶片。
参考图3A和3B，对按照本发明实施方案制备太阳能电池的方法进行描述。
按照本发明实施方案制备太阳能电池的方法，其特征在于通过等离子体反应使用干法蚀刻，在p型太阳能电池晶片310上进行绒面化。使用固体源330将V族元素进行掺杂以形成n+型发射极层320，并且在单独装置中原位形成钝化层。
具体而言，对于如图3B所示的卧式晶片，通过传送带来移动太阳能电池晶片310，固体源330放置在太阳能电池晶片310上，并且通过升高温度来形成发射极层320。然后，使用氧气形成钝化层。
图4为表示含钝化层的太阳能电池的放大截面图，其是按照本发明实施方案制备太阳能电池的方法进行制备的。
如图4所示，按照本发明实施方案制备的太阳能电池的特征在于绒面化p型晶片的整个表面上形成n+发射极层，然后在p型晶片的发射极层和后表面上形成氧化物钝化层。
图5A和5B为显示常规的太阳能电池制备工艺流程与按照本发明实施方案的太阳能电池制备工艺流程对比的截面图。
如图5A所示，在常规太阳能电池的制备方法中，因为湿法绒面化便于按照硅的晶向以棱锥形的形式进行蚀刻，所以使用p型晶片。然后，进行磷(P)掺杂以形成发射极层。这时，在扩散过程中形成了意料不到的PSG氧化层。然后，进行去除PSG氧化层的过程，并且形成ARC层和电极。
然而，如图5B所示，按照本发明实施方案的太阳能电池的制备方法，其特征在于不考虑晶片类型都可以进行干法绒面化。使用固体源来形成发射极层，并通过带式传送系统原位形成氧化物钝化层，从而简化制备方法。由于没有采用常规的高温扩散方案来形成发射极层，因此不需要将边缘隔离的最后边缘隔离过程。
根据本发明实施方案，简化了制备方法，同时保持了太阳能电池的高光电转化效率，从而降低了制备成本。
尽管为了说明目的而对本发明优选实施方案进行了描述，但本领域的技术人员应该认识到进行各种修改、增加和替换是可能的，没有背离本发明权利要求所公开的范围和精神。
Claims (7)
1.用于制备太阳能电池的方法，其包括以下步骤：
通过在太阳能电池晶片的整个表面上注入等离子体来进行绒面化；
通过在所述已绒面化的太阳能电池晶片上将固体源扩散来形成发射极层；
在所述太阳能电池晶片上形成钝化层，所述太阳能电池晶片上已经形成了所述发射极层；以及
形成电极；
其中避免在所述太阳能电池晶片上形成PSG(磷硅玻璃)层。
2.根据权利要求1所述方法，其中在单独装置中，原位进行所述发射极层的形成和所述钝化层的形成。
3.根据权利要求2所述方法，其中所述单独装置是带式传送装置，并且将所述已绒面化的太阳能电池晶片的后表面放置在带式传送装置上。
4.根据权利要求1所述方法，其中在进行绒面化的过程中，所述太阳能电池晶片是(100)晶片、(111)晶片、(110)晶片和多晶晶片中的一种。
5.根据权利要求1所述方法，其中在进行绒面化的过程中，绒面化的深度为约1μm至约4μm。
6.根据权利要求1所述方法，其中形成所述发射极层的温度是约700℃至约1000℃。
7.根据权利要求1所述方法，其中在形成所述发射极层的过程中，固体源是含有磷(P)的PxOy或含有硼(B)的BxOy。
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