CN102487106A - 晶体硅太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶体硅太阳能电池及其制造方法，属于太阳能电池技术领域，其可解决现有的晶体硅太阳能电池制造方法导致的PN结有效面积减小的问题。本发明的制造晶体硅太阳能电池的方法包括：在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成掩膜；用扩散法在所述晶体硅基底中制造PN结，所述扩散过程中在所述掩膜内形成的扩散层的厚度小于掩膜的厚度。本发明的晶体硅太阳能电池是采用上述方法制造的。本发明可用于单晶硅或多晶硅太阳能电池。

Description

晶体硅太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池及其制造方法。
背景技术
作为一种清洁能源，太阳能电池的应用越来越广泛。在现有的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池(包括单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池)由于转换效率高、成本低而处于统治地位。
晶体硅太阳能电池的制备方法通常包括：准备P型的晶体硅基底(当然也可采用N型晶体硅基底)-清洗制绒-用氮气携带三氯氧磷(POCl3)通过扩散法在晶体硅基底受光面制造N型的扩散层(如果用N型晶体硅基底则用三溴化硼扩散等方法制造P型扩散层)以形成PN结；用HF溶液(氢氟酸溶液)腐蚀去除在扩散步骤中形成的磷硅玻璃层(主要为含磷的二氧化硅)；用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)工艺在晶体硅基底受光面制造氮化硅(SiNx)减反射层；在晶体硅基底受光面和背光面分别印刷前电极和背电极；高温烧结。
显然，如图1所示，在扩散制PN结的步骤中，即使采用背靠背扩散(即两个晶体硅基底1的背光面12相对设置的进行扩散)，晶体硅基底1的侧面13和背光面12边缘部也会形成扩散层2，该扩散层2会将晶体硅基底1的受光面11和背光面12导通，造成短路。
为了消除上述短路现象，可用等离子体刻蚀将晶体硅基底1侧面13的扩散层2去除(通常在扩散步骤之后进行)，从而得到如图2所示的结构；或者也可用激光划线在晶体硅基底1受光面11边缘的扩散层2中划出一圈“隔绝槽21”(通常在高温烧结步骤后进行)，从而得到如图3所示的结构。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：如图2、图3所示，上述的各种消除短路的方法都会不可避免的对晶体硅基底1受光面11的扩散层2造成一定损伤，从而减少PN结的有效面积。
发明内容
本发明的实施例提供一种制造晶体硅太阳能电池的方法，其所制的硅基太阳能电池的PN结的有效面积大。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种制造晶体硅太阳能电池的方法，包括：
在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成掩膜；
用扩散法在所述晶体硅基底中制造PN结，所述扩散过程中在所述掩膜内形成的扩散层的厚度小于掩膜的厚度。
其中，所述晶体硅基底为半导体(该半导体可为单晶硅或多晶硅)，其还包括用于连接前电极的受光面，所述背光面用于连接背电极，所述侧面连接在所述背光面和受光面之间；而“用扩散法在所述晶体硅基底中制造PN结”是指通过常规的扩散工艺在晶体硅基底的表面区域中形成半导体扩散层，该扩散层的半导体类型与晶体硅基底其余部分(即未被扩散的部分)的半导体类型相对(即若晶体硅基底为N型则扩散层为P型，若晶体硅基底为P型则扩散层为N型)，从而在晶体硅基底中形成PN结。
由于本发明的实施例的制造晶体硅太阳能电池的方法包括在晶体硅基底的侧面(或侧面和背光面)形成掩膜的步骤，故扩散制PN结时不会在晶体硅基底的侧面形成扩散层，晶体硅基底的背光面和受光面也就不会被导通，故不必进行等离子体刻蚀、激光划线等操作，因此其所制的硅基太阳能电池的PN结的有效面积大。
作为本发明的实施例的一种优选方案，在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成氮化硅掩膜。
作为本发明的实施例的一种优选方案，通过等离子体增强化学气相沉积工艺在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成氮化硅掩膜。
作为本发明的实施例的一种优选方案，所述等离子体增强化学气相沉积工艺采用硅烷和氨气作为工艺气体，或采用硅烷、氨气和氮气作为工艺气体。
作为本发明的实施例的一种优选方案，所述等离子体增强化学气相沉积工艺为射频等离子体增强化学气相沉积工艺，其中，硅烷和氨气的流量比在1∶3至1∶6之间，硅烷流量在500sccm(标准状态毫升每分钟)至1000sccm之间，气体压力在60Pa至100Pa之间，射频功率在1500瓦至3000瓦之间，沉积温度在350摄氏度至500摄氏度之间，沉积时间在150秒至300秒之间。
作为本发明的实施例的一种优选方案，所述氮化硅掩膜的厚度在70纳米至100纳米之间，折射率在2.0至2.3之间。
作为本发明的实施例的一种优选方案，在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成二氧化硅掩膜。
作为本发明的实施例的一种优选方案，通过等离子体增强化学气相沉积工艺在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成二氧化硅掩膜。
作为本发明的实施例的一种优选方案，所述等离子体增强化学气相沉积工艺采用硅烷和一氧化二氮作为工艺气体。
作为本发明的实施例的一种优选方案，所述等离子体增强化学气相沉积工艺为射频等离子体增强化学气相沉积工艺，其中，硅烷和一氧化二氮的流量比在1∶8至1∶12之间，硅烷流量在500sccm至800sccm之间，气体压力在50Pa至80Pa之间，射频功率在1500瓦至2000瓦之间，沉积温度在300摄氏度至400摄氏度之间，沉积时间在100秒至200秒之间。
作为本发明的实施例的一种优选方案，所述二氧化硅掩膜的厚度在100纳米至500纳米之间。
作为本发明的实施例的一种优选方案，在所述用扩散法在所述晶体硅基底中制造PN结之后，还包括：去除所述掩膜；在所述晶体硅基底的受光面上制造前电极，在所述晶体硅基底的背光面上制造背电极。
作为本发明的实施例的一种优选方案，用浓度在5％至10％之间的氢氟酸溶液腐蚀去除所述掩膜。
作为本发明的实施例的一种优选方案，所述晶体硅基底为单晶硅基底或多晶硅基底。
本发明的实施例提供一种晶体硅太阳能电池，其PN结的有效面积大。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种晶体硅太阳能电池，其是通过上述的制造晶体硅太阳能电池的方法制造的。
由于本发明的实施例的晶体硅太阳能电池是通过上述方法制造的，因此其PN结的有效面积大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有的晶体硅太阳能电池在结束扩散制PN结步骤后的剖面结构图；
图2为现有的晶体硅太阳能电池在结束等离子体刻蚀步骤后的剖面结构图；
图3为现有的晶体硅太阳能电池在激光划线步骤后的剖面结构图；
图4为本发明实施例一的制造晶体硅太阳能电池的方法流程图；
图5为本发明实施例一的制造晶体硅太阳能电池的方法完成制造掩膜步骤后的晶体硅太阳能电池的剖面结构图；
图6为本发明实施例一的制造晶体硅太阳能电池的方法完成扩散制PN结步骤后的晶体硅太阳能电池的剖面结构图；
图7为本发明实施例四的晶体硅太阳能电池的剖面结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种制造晶体硅太阳能电池的方法，包括：
在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成掩膜；
用扩散法在所述晶体硅基底中制造PN结，所述扩散过程中在所述掩膜内形成的扩散层的厚度小于掩膜的厚度。
由于本发明的实施例的制造晶体硅太阳能电池的方法包括在晶体硅基底的侧面(或侧面和背光面)形成掩膜的步骤，故扩散制PN结时不会在晶体硅基底的侧面形成扩散层，晶体硅基底的背光面和受光面也就不会被导通，故不必进行等离子体刻蚀、激光划线等操作，因此其所制的硅基太阳能电池的PN结的有效面积大、效率高、性能好；而且，其也就不再需要使用等离子体刻蚀、激光划线等的设备，故还可以降低电池的生产成本；另外，原有的等离子体刻蚀、激光划线等操作还可能引起晶体硅基底的额外损伤(如因刻蚀功率或激光功率过大对晶体硅基底造成损伤等)，本发明的实施例的制造晶体硅太阳能电池的方法则可避免这些问题，提高成品率。
实施例一
本发明实施例提供一种制造晶体硅太阳能电池的方法，如图4所示，其包括：
S01、硅片来料：准备常规的晶体硅基底，其包括用于连接背电极的背光面、用于连接前电极的受光面，以及连接在背光面和受光面间的侧面。晶体硅基底中掺杂有硼或镓从而形成P型半导体，该半导体为<100>取向的单晶硅(也可为多晶硅)。其中，单晶硅的厚度优选在100±20μm，电阻率为0.5～3Ω·cm，少子寿命不低于10μs。
S02、清洗制绒：按常规工艺将晶体硅基底放入75～80℃、浓度1％的NaOH或KOH溶液中(溶液中还可添加少量异丙醇)腐蚀10～40min，从而在晶体硅基底表面形成尺寸在3～6μm的金字塔绒面，以降低表面反射损失；之后再依次用浓度5～10％的HCl和HF清洗，以去除表面的金属离子及氧化层等。
S03、制造掩膜：如图5所示，用PECVD工艺在晶体硅基底1的侧面13形成氮化硅掩膜9。其中，可将多片晶体硅基底1叠放在一起、并在两端的晶体硅基底1外设置阻挡片，之后再进行沉积，从而保证掩膜9只沉积在侧面13上，这种沉积方式可以同时处理多片晶体硅基底1，效率高、成本低。而PECVD工艺优选为射频PECVD工艺，其具体工艺参数可选择如下：用硅烷(CH4)和氨气(NH3)作为工艺气体，或用硅烷、氨气和氮气作为工艺气体，其中，硅烷和氨气的流量比在1∶3～1∶6，硅烷流量在500～000sccm，在使用氮气时，氮气主要起到控制压力等辅助作用(当然也有少量的氮气反应)，因此本领域技术人员可按常识选择氮气的流量(通常在2000～3000sccm)，沉积腔室内气体压力在60～100Pa，射频功率在1500～3000W，沉积温度在350～500℃，沉积时间在150～300s。所沉积的氮化硅掩膜9的厚度优选控制在70～100nm，折射率控制在2.0～2.3。
S04、扩散制PN结：如图6所示，按常规工艺用N2携带POCl3气体在炉管中进行扩散，扩散温度在840～870℃，扩散时间在30～50min，从而在晶体硅基底1受光面11处形成0.2～0.3μm厚的N型扩散层2，以在晶体硅基底1中形成PN结，该N型扩散层2表面的方阻在40～70Ω/□(方阻单位，欧姆每方块)。扩散过程中，N型杂质也要向氮化硅掩膜9中扩散，因此在氮化硅掩膜9内也会形成一个扩散层92，该扩散层92的厚度应小于掩膜9本身的厚度(当然，如图6所示，由于N型杂质在氮化硅中的扩散速率远低于在硅中的扩散速率，因此在掩膜9内形成的扩散层92的厚度通常远小于在晶体硅基底1内形成的N型扩散层2的厚度)，也就是应保证N型杂质不能通过掩膜9，因此晶体硅基底1的侧面13处实际不会形成N型扩散层，这样在不进行等离子体刻蚀或激光划线的情况下也不会产生短路问题。其中若采用“背靠背”的单面扩散方式，则如图6所示，晶体硅基底1只有受光面11上形成N型扩散层2；若采用双面扩散(图中未示出这种情况)，则晶体硅基底的背光面和受光面处都会形成N型扩散层，但根据公知技术，由于背光面的N型扩散层会与铝背电极接触(三价元素铝为P型杂质)，而高温烧结等步骤中背电极中的铝原子会渗入背光面的N型扩散层中，从而使该N型扩散层被补偿为P型半导体层(例如P+型半导体层，其中“+”表示重掺杂)，故此处不必考虑该背光面的N型扩散层的影响。
S05、掩膜去除：用5～10％的HF溶液浸泡晶体硅基底1～10min，以腐蚀去除氮化硅掩膜，其中，在扩散制PN结步骤中形成的磷硅玻璃层也被同时去除；由于本腐蚀步骤是现有的晶体硅太阳能电池制造方法中的一个常规步骤，只是其在本实施例中同时起到了去除掩膜的作用，因此本实施例不用为去除掩膜而增加单独的处理，操作简单；继续用清水清洗晶体硅基底。
S06、沉积氮化硅减反射层：用常规PECVD工艺在晶体硅基底的受光面沉积氮化硅减反射层(同时也会在侧面产生沉积)，其中选用的PECVD工艺参数可与沉积氮化硅掩膜的工艺参数相同，不过本氮化硅减反射层的厚度优选控制在70～100nm，折射率控制在2.0～2.1。
S07、印刷电极：按照常规方法，通过丝印工艺用银浆在晶体硅基底受光面制造宽80～120μm的栅线状前电极，并在背光面用铝浆制造背电极。
S08、高温烧结：按照常规工艺将晶体硅基底放入链式烧结炉中进行高温烧结，以使前电极和背电极固化并与晶体硅基底形成欧姆接触(前电极还要穿过氮化硅减反射层)；其中烧结炉一般包含多个温区(如9温区)，温度在200～870℃间从低到高排布，烧结总时间为1～5min。当上述的扩散制PN结步骤中采用双面扩散方式时，本高温烧结步骤还可使背电极中的铝扩散到晶体硅基底的背光面的N型扩散层中，从而补偿该N型扩散层。
实施例二
本发明实施例提供一种制造晶体硅太阳能电池的方法，其与实施例一的制造晶体硅太阳能电池的方法类似，区别在于：
在制造掩膜的步骤(S03)中，本实施例的方法是在晶体硅基底的侧面和背光面都形成氮化硅掩膜。由于掩膜中通常含有一定量的H原子，而H原子会在之后的扩散制PN结工艺中向晶体硅基底中扩散，钝化其中的杂质和缺陷，因此本实施例的方法还可以降低载流子在晶体硅基底背光面的复合速率，提高电池的性能。
实施例三
本发明实施例提供一种制造晶体硅太阳能电池的方法，其与实施例一或实施例二的制造晶体硅太阳能电池的方法类似，区别在于：
在制造掩膜的步骤(S03)中，本实施例的方法是用PECVD工艺制造二氧化硅掩膜，其中PECVD工艺优选为射频PECVD工艺，其所采用的具体工艺参数优选如下：用硅烷和一氧化二氮(N2O)作为工艺气体，其中硅烷和一氧化二氮的流量比在1∶8～1∶12，硅烷流量在500～800sccm，腔室内气体压力在50～80Pa，射频功率在1500～2000W，沉积温度在300～400℃，沉积时间在100～200s。其所沉积的二氧化硅掩膜的厚度优选控制在100～500nm(因为N型杂质在二氧化硅中的扩散速率大于在氮化硅中的扩散速率，因此二氧化硅掩膜优选比氮化硅掩膜厚)。
显然，虽然上述各实施例分别以PECVD工艺制造氮化硅掩膜和二氧化硅掩膜作为形成掩膜的例子，并分别以用HF溶液腐蚀作为去除掩膜的例子。但是，应当理解，本发明的掩膜还可选用其它不同的材质，并可用其它不同的工艺制造及除去。例如，掩膜也可为氧化铝膜、氮化铝膜、氧化锆膜、金属膜(如铝膜)等，只要其能在扩散制PN结的工艺中阻止扩散杂质穿过即可。再如，掩膜也可通过磁控溅射、真空蒸镀、低压化学气相沉积(LPCVD)、化学液相沉积、氧化、电镀等其它的常规制膜工艺形成。再如，去除掩膜用的腐蚀剂也可为盐酸等；或掩膜也可通过研磨、电解等其它的常规工艺被去除；甚至，只要不影响太阳能电池的功能，掩膜也可不被去除，例如，若掩膜为绝缘的且只位于晶体硅基底的侧面(背光面没有)时，其可不必被去除(因为这样的掩膜对太阳能电池中的PN结结构及导电路径没有实际的影响)，或者，如果掩膜是导电的且位于晶体硅基底的侧面和背光面时，则只需将晶体硅基底侧面的掩膜去除即可，其背光面的掩膜不用被去除(甚至可作为背电极使用)。
显然，上述各实施例还可进行许多公知的变化。例如：晶体硅基底可为N型，而扩散制PN结步骤制造的为P型扩散层；清洗、制绒、制造减反射层、制电极、烧结等步骤的顺序、具体工艺类型、具体工艺参数等都可变化；可增加一些公知的工艺步骤(例如可在丝印前电极和背电极之间增加低温预烘干步骤)。总之，不论其它步骤如何变化，只要在制造晶体硅太阳能电池的方法中包括在晶体硅基底侧面(或侧面和背光面)上形成掩膜的步骤，且在扩散制PN结的步骤中该掩膜内形成的扩散层的厚度小于掩膜的厚度，其即属于本发明的保护范围。
实施例四
本发明实施例提供一种晶体硅太阳能电池，其是通过上述的制造晶体硅太阳能电池的方法制造的。
由于本发明的实施例晶体硅太阳能电池是通过上述方法制造的，因此其PN结的有效面积大、效率高、性能好、生产成本低、成品率高。
如图7所示，该晶体硅太阳能电池优选具有与常规的晶体硅太阳能电池类似的结构(只是没有等离子体刻蚀或者激光划线留下的痕迹)，其包括晶体硅基底1，晶体硅基底1为P型或N型的半导体，并具有受光面11、背光面12、侧面13。
晶体硅基底1的受光面11处形成有扩散层2，该扩散层2的半导体类型与晶体硅基底1其余部分的半导体类型相对，从而在晶体硅基底1中形成PN结。晶体硅基底1的受光面11和侧面13之外还有氮化硅减反射层3，栅线状的前电极41穿过减反射层3与晶体硅基底1的受光面11相接触(实际为与在受光面11处形成的扩散层2相接触)。晶体硅基底1的背光面12则连接有背电极42。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，包括：
在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成掩膜；
用扩散法在所述晶体硅基底中制造PN结，所述扩散过程中在所述掩膜内形成的扩散层的厚度小于所述掩膜的厚度。
2.根据权利要求1所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成掩膜具体为：
在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成氮化硅掩膜。
3.根据权利要求2所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成氮化硅掩膜具体为：
通过等离子体增强化学气相沉积工艺在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成氮化硅掩膜。
4.根据权利要求3所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积工艺采用硅烷和氨气作为工艺气体，或采用硅烷、氨气和氮气作为工艺气体。
5.根据权利要求4所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积工艺为射频等离子体增强化学气相沉积工艺，其中，硅烷和氨气的流量比在1∶3至1∶6之间，硅烷流量在500sccm至1000sccm之间，气体压力在60Pa至100Pa之间，射频功率在1500瓦至3000瓦之间，沉积温度在350摄氏度至500摄氏度之间，沉积时间在150秒至300秒之间。
6.根据权利要求2所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述氮化硅掩膜的厚度在70纳米至100纳米之间，折射率在2.0至2.3之间。
7.根据权利要求1所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成掩膜具体为：
在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成二氧化硅掩膜。
8.根据权利要求7所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成二氧化硅掩膜具体为：
通过等离子体增强化学气相沉积工艺在晶体硅基底的侧面或晶体硅基底的侧面和背光面上形成二氧化硅掩膜。
9.根据权利要求8所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积工艺采用硅烷和一氧化二氮作为工艺气体。
10.根据权利要求9所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积工艺为射频等离子体增强化学气相沉积工艺，其中，硅烷和一氧化二氮的流量比在1∶8至1∶12之间，硅烷流量在500sccm至800sccm之间，气体压力在50Pa至80Pa之间，射频功率在1500瓦至2000瓦之间，沉积温度在300摄氏度至400摄氏度之间，沉积时间在100秒至200秒之间。
11.根据权利要求7所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述二氧化硅掩膜的厚度在100纳米至500纳米之间。
12.根据权利要求1所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，在用扩散法在所述晶体硅基底中制造PN结之后，还包括：
去除所述掩膜；
在所述晶体硅基底的受光面上制造前电极，在所述晶体硅基底的背光面上制造背电极。
13.根据权利要求12所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述去除所述掩膜具体为：
用浓度在5％至10％之间的氢氟酸溶液腐蚀去除所述掩膜。
14.根据权利要求1所述的制造晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述晶体硅基底为单晶硅基底或多晶硅基底。
15.一种晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅太阳能电池是通过如上述权利要求1至14中任意一项所述的制造晶体硅太阳能电池的方法制造的。
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