CN102820382A - 一种制备p+掺杂层与n+前表面场的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场的制备方法，属于太阳能电池技术领域。该方法包括在n型晶硅衬底上沉积掺硼非晶硅层，形成第I中间产物；在所述第I中间产物的非晶硅层上沉积氮化硅保护层，形成第II中间产物；在所述第II中间产物的n型晶硅衬底前表面形成n+层，即前表面场形成第III中间产物；对所述第III中间产物进行高温退火，使n型晶硅衬底上形成p+发射结，形成第Ⅳ中间产物；将所述第Ⅳ中间产物氮化硅保护层和所述掺硼非晶硅除去，得到n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场。该方法成本低，并且p+型掺杂的均匀性较好。

Description

一种制备p+掺杂层与n+前表面场的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场的制备方法。
背景技术
现有技术中，光伏电池主要是p型晶硅太阳能电池，只有Sunpower、Sanyo、英利绿色能源控股有限公司和宁波杉杉尤利卡太阳能科技发展有限公司制造n型晶硅太阳能电池。其中，Sunpower制造的叉指背接触太阳能电池IBC和Sanyo制造的带有本征薄层的异质结太阳能电池HIT都是n型晶硅太阳能电池，它们是目前效率最高的两款太阳能电池，它们的转换效率都在20%以上，实验室转换效率更是高达24.2%，这充分表明了n型晶硅太阳能电池在低成本高效率太阳能电池方面良好的发展潜力。
相对于p型Si材料，n型Si材料更适合于制作IBC太阳能电池。原因如下：
1）1997年J.Schmidt等证实硼掺杂CZ硅出现的光致衰减是由硼氧对导致的。由于n型磷掺杂CZ硅中硼含量极低，所以由硼氧对所导致的光致衰减并不明显。
2）相对于n型衬底而言，p型衬底对金属离子的污染较为敏感，例如，Fe、Cr、Co、W、Cu、Ni等金属对p型硅片的影响均比对n型硅片的影响大。
3）在太阳能级硅材料中，n型晶体硅比p型晶体硅具有更长的少子寿命。
n型晶体硅太阳能电池的研究重点是p+发射极的形成。现有技术中，p+发射极的形成方法包括硼扩散法和铝合金掺杂法。其中，硼扩散法的优点在于可以获得良好的性能，其缺点在于需要很高的温度，并需要出去表面的硼硅玻璃，这就增加了成本；铝合金掺杂法的优点在于成本较低，其缺点在于该方法形成的发射极均匀性差，浓度和深度较难控制，因此，限制了太阳能电池的效率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种效率高、成本低，并能够加快n型晶硅太阳能电池产业化进程的n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场的制备方法。
本发明提供的n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场的制备方法包括以下步骤：
在n型晶硅衬底上沉积掺硼非晶硅层，形成第I中间产物；
在所述第I中间产物的非晶硅层上沉积氮化硅保护层，形成第II中间产物；
在所述第II中间产物的n型晶硅衬底前表面形成n+层，即前表面场形成第III中间产物；
对所述第III中间产物进行高温退火，使n型晶硅衬底上形成p+发射结，形成第Ⅳ中间产物；
将所述第Ⅳ中间产物氮化硅保护层和所述掺硼非晶硅除去，得到n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场。
作为优选，所述n型晶硅衬底是n型125单晶硅片或者n型156多晶硅片，所述n型晶硅衬底的电阻率为0.1Ω·cm和100Ω·cm，厚度为180μm～250μm。
作为优选，所述在n型晶硅衬底上沉积掺硼非晶硅层时，将n型晶硅基板放置于平板式等离子增强化学气相沉积系统中，沉积掺硼非晶硅薄膜，所述掺硼非晶硅薄膜的厚度为1nm～1000nm。
作为优选，在所述平板式等离子体增强化学气相沉积系统中，等离子体分布均匀。
作为优选，在所述非晶硅层上沉积氮化硅保护层时，所述沉积有掺硼非晶硅薄膜的n型衬底继续利用所述平板式等离子增强化学气相沉积系统，沉积氮化硅保护层，所述氮化硅保护层的厚度为20nm～1000nm。
作为优选，在所述n型晶硅衬底前表面形成n+层，即前表面场是通过扩散法或者离子注入法实现的，所述n+层的深度为10nm～1000nm，浓度为1×1016～1×1021。
作为优选，所述退火是在900℃条件下持续10s实现的。
作为优选，所述退火方式选自包括RTP快速热退火、管式炉退火和平板式烧结炉退火中的一种。
作为优选，将所述氮化硅保护层除去是将所述第Ⅳ中间产物放入HF溶液中腐蚀实现的，将所述掺硼非晶硅除去的方法为干法刻蚀或者湿法腐蚀，所述干法刻蚀包括RIE刻蚀和ICP刻蚀，所述湿法腐蚀的溶液选自HF溶液、HNO3溶液和KOH溶液中的一种。
本发明提供的n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场的制备方法的有益效果在于：
1）本发明提供的n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场的制备方法采用等离子体增强化学气相沉积技术，与目前产业界相兼容，无需新增设备，生产成本低。
2）本发明提供的n型晶硅太阳能电池p+型掺杂的均匀性较好，有利于太阳能电池，特别是开路电压的提升。
3）本发明提供的n型晶硅太阳能电池p+掺杂层的方法于硼扩散法相比，具有低温生长的特性，能够降低生产成本。
具体实施方式
为了深入了解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供的n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场的制备方法包括以下步骤：
步骤1：在n型晶硅衬底上沉积掺硼非晶硅层，形成第I中间产物。
其中，n型晶硅衬底是n型125单晶硅片或者n型156多晶硅片，n型晶硅衬底的电阻率为0.1Ω·cm和100Ω·cm，厚度为180μm～250μm。本实施例中，n型晶硅衬底选用的是<100>晶向电阻率为5Ω·cm的FZ单晶衬底。
其中，在n型晶硅衬底上沉积掺硼非晶硅层时，将n型晶硅基板放置于平板式等离子增强化学气相沉积系统中，沉积掺硼非晶硅薄膜，掺硼非晶硅薄膜的厚度为1nm～1000nm。本实施例中，加热衬底温度到300℃，以SiH4和B2H6为反应气体，反应气体流量比1∶5，其中B2H6为H2稀释气含量为0.2%，总气体流量60sccm，生长时间30min。此条件下生长的掺硼非晶硅薄膜层厚度为500nm。
其中，在平板式等离子体增强化学气相沉积系统中，等离子体分布均匀。
步骤2：在第I中间产物的非晶硅层上沉积氮化硅保护层，形成第II中间产物。
其中，在非晶硅层上沉积氮化硅保护层时，沉积有掺硼非晶硅薄膜的n型衬底继续利用平板式等离子增强化学气相沉积系统，沉积氮化硅保护层，氮化硅保护层的厚度为20nm～1000nm。本实施例中，氮化硅保护层的厚度为200nm。
步骤3：在第II中间产物的n型晶硅衬底前表面形成n+层，即前表面场形成第III中间产物。
其中，在n型晶硅衬底前表面形成n+层，即前表面场是通过扩散法或者离子注入法实现的，n+层的深度为10nm～1000nm，浓度为1×1016～1×1021。本实施例通过气态磷扩散，温度830℃，磷烷流量为3L/min，扩散1200s。随后在氮气条件下推进600s。在前表面形成一层厚度为200nm，峰值掺杂浓度为1×1019的n+前表面场。
步骤4：对第III中间产物进行高温退火，使n型晶硅衬底上形成p+发射结，形成第Ⅳ中间产物；
其中，退火是在900℃条件下持续10s实现的。
其中，退火方式选自包括RTP快速热退火、管式炉退火和平板式烧结炉退火中的一种。本实施例是将沉积完掺硼非晶硅的衬底通过RTP快速热退火，温度1000℃，时间10s。此过程通过高温进行将硼推进到n型单晶硅衬底中，并形成了厚度200nm的均匀p+发射极。此时前表面场n+被推进到250nm。
步骤5：将第Ⅳ中间产物氮化硅保护层和掺硼非晶硅除去，得到n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场。
其中，将氮化硅保护层除去是将第Ⅳ中间产物放入HF溶液中腐蚀实现的，形成第V中间产物，将掺硼非晶硅除去的方法为干法刻蚀或者湿法腐蚀，干法刻蚀包括RIE刻蚀和ICP刻蚀，湿法腐蚀的溶液选自HF溶液、HNO3溶液和KOH溶液中的一种。本实施例通过HF/H2O=1∶30比例的酸溶液腐蚀表面的氮化硅层，时间300s。通过RIE干法刻蚀背面的掺硼非晶硅层。
1）本发明提供的n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场的制备方法采用等离子体增强化学气相沉积技术，与目前产业界相兼容，无需新增设备，生产成本低。
2）本发明提供的n型晶硅太阳能电池p+型掺杂的均匀性较好，有利于太阳能电池，特别是开路电压的提升。
3）本发明提供的n型晶硅太阳能电池p+掺杂层的方法于硼扩散法相比，具有低温生长的特性，能够降低生产成本。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种p+掺杂层与n+前表面场的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在n型晶硅衬底上沉积掺硼非晶硅层，形成第I中间产物；
在所述第I中间产物的非晶硅层上沉积氮化硅保护层，形成第II中间产物；
在所述第II中间产物的n型晶硅衬底前表面形成n+层，即前表面场形成第III中间产物；
对所述第III中间产物进行高温退火，使n型晶硅衬底上形成p+发射结，形成第Ⅳ中间产物；
将所述第Ⅳ中间产物氮化硅保护层和所述掺硼非晶硅除去，得到n型晶硅太阳能电池p+掺杂层与n+前表面场。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述n型晶硅衬底是n型125单晶硅片或者n型156多晶硅片，所述n型晶硅衬底的电阻率为0.1Ω·cm～100Ω·cm，厚度为180μm～250μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在n型晶硅衬底上沉积掺硼非晶硅层时，将n型晶硅基板放置于平板式等离子增强化学气相沉积系统中，沉积掺硼非晶硅薄膜，所述掺硼非晶硅薄膜的厚度为1nm～1000nm。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述平板式等离子体增强化学气相沉积系统中，等离子体分布均匀。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述非晶硅层上沉积氮化硅保护层时，所述沉积有掺硼非晶硅薄膜的n型衬底继续利用所述平板式等离子增强化学气相沉积系统，沉积氮化硅保护层，所述氮化硅保护层的厚度为20nm～1000nm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述n型晶硅衬底前表面形成n+层，即前表面场是通过扩散法或者离子注入法实现的，所述n+层的深度为10nm～1000nm，浓度为1×1016～1×1021。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火是在900℃条件下持续10s实现的。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述退火方式选自包括RTP快速热退火、管式炉退火和平板式烧结炉退火中的一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述氮化硅保护层除去是将所述第Ⅳ中间产物放入HF溶液中腐蚀实现的，将所述掺硼非晶硅除去的方法为干法刻蚀或者湿法腐蚀，所述干法刻蚀包括RIE刻蚀和ICP刻蚀，所述湿法腐蚀的溶液选自HF溶液、HNO3溶液和KOH溶液中的一种。
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