CN102881772B - 一种选择性发射极太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：提供P型掺杂的硅片，该硅片包括第一表面以及与该第一表面相对的第二表面；通过离子注入的方式在所述硅片的第一表面形成N型浅掺杂层；根据前电极图形形状，在所述N型浅掺杂层上印刷磷浆；对所述硅片进行退火操作，使所述浆料中的磷原子扩散至所述硅片的内部，在位于所述浆料下方及其附近的所述硅片内形成N型重掺杂层；去除剩余的磷浆；在所述硅片的第一表面形成前电极、以及在所述第二表面形成背电极。本发明利用磷浆印刷和离子注入相结合的方式形成选择性发射极，可以形成高质量高均匀性的PN结，且工艺过程简单易行，易于进行工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种选择性发射极太阳能电池的制备方法。
背景技术
在常规晶体硅太阳能电池中，为了减少电极和硅片之间的接触电阻，一般要求将硅片上和电极所接触的区域其表面的方块电阻控制在55Ω/□至70Ω/□之间，但是此时硅片表面的复合会比较大，从而造成了对太阳能电池转换效率的限制。而选择性发射极太阳能电池则能很好地解决这一问题。
与常规晶体硅太阳能电池的结构相比，选择性发射极太阳能电池在其前金属电极与硅片接触的区域为重掺杂区，而在其前金属电极之间的区域为轻掺杂区。这样的结构利于降低表面复合，由此可以提高光线的短波响应，同时减少前金属电极与硅片之间的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高太阳能电池的转换效率。
目前，在制备选择性发射极太阳能电池的过程中，存在多种实现选择性发射极的方法，主要包括二步扩散法、激光掺杂法以及常规磷浆扩散法。但是，这些方法均存在一定的不足之处。其中，二步扩散法需要经过两次高温退火过程，对硅片表面的损伤较大，扩散结也会有损伤；激光掺杂法会对硅片表面造成较大的损伤，以及对扩散结造成损伤，进而影响太阳能电池的转换效率；而常规磷浆扩散法是通过扩散形成PN结，会带来结的缺陷，使太阳能电池的转换效率进入到一个瓶颈，而且通过扩散所形成的浅结的均匀性不容易控制。
因此，希望可以提出一种可以克服上述不足之处的选择性发射极 太阳能电池的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，利用磷浆印刷和离子注入相结合的方式形成选择性发射极，可以形成高质量高均匀性的PN结，且工艺过程简单易行，易于进行工业化生产。
本发明提供了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
a)提供P型掺杂的硅片，该硅片包括第一表面以及与该第一表面相对的第二表面；
b)通过离子注入的方式在所述硅片的第一表面形成N型浅掺杂层；
c)根据前电极图形形状，在所述N型浅掺杂层上印刷磷浆；
d)对所述硅片进行退火操作，使所述浆料中的磷原子扩散至所述硅片的内部，在位于所述浆料下方的所述硅片内形成N型重掺杂层；
e)去除剩余的磷浆；
f)在所述硅片的第一表面形成前电极，以及在所述第二表面形成背电极。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)离子注入在硅片表面形成一层很浅的注入层（即N型浅掺杂层）以及一定的损伤，经过高温退火的作用，可以将硅片表面的非晶硅损伤层晶格化，同时将很浅的注入层通过扩散的作用重新分布，形成良好的PN结形貌。与现有的通过扩散法所形成的PN结相比，本发明利于形成具有高质量以及高均匀性的PN结。
(2)利用离子注入和磷浆扩散相结合的方式制备选择性发射极，易于对制备成本以及可行性进行管控。此外，在离子注入以及磷浆扩散之后，只需要一道高温退火工序就能形成良好的离子注入浅掺杂和磷浆扩散重掺杂，而无需像现有技术一样需要执行二道高温退火工艺，因此，工艺过程简单易行，易于工业化生产。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为根据本发明的选择性发射极太阳能电池的制备方法流程图；
图2至图9为根据本发明一个优选实施例的选择性发射极太阳能电池在制备过程中各个阶段的剖面示意图；
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
本发明提供了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法。下面，将结合图2至图9对请参考图1如图1所示，该制造方法包括以下 步骤：
在步骤S101中，提供P型掺杂的硅片100，该硅片100包括第一表面101以及与该第一表面101相对的第二表面102。
具体地，如图2所示，提供具有P型掺杂的硅片100，其中，该硅片100可以是多晶硅片、单晶硅片或者准单晶硅片。在本实施例中，硅片100的第一表面101在后续的步骤中将用作形成太阳能电池的进光面，而第二表面102将用作形成太阳能电池的背光面。
在步骤S102中，通过离子注入的方式在所述硅片100的第一表面101形成N型浅掺杂层110。
具体地，通常情况下，首先对硅片100进行常规的清洁操作，即，将硅片100置于例如NaOH、HF、HCL等化学溶液中，对硅片100的表面进行腐蚀处理，以消除吸附在硅片100表面的各类污染物；接着，对硅片100的表面进行制绒处理，使其表面织构化，从而在硅片100的表面形成起伏不平的绒面结构（未示出）。绒面结构的形成可以达到陷光效果，进而有效地提高太阳光的吸收率。
清洁制绒后，对硅片100的第一表面101进行离子注入操作，注入N型离子，例如磷离子、或者砷离子等。通过控制离子注入的能量以及离子注入的时间，在硅片100的第一表面101形成N型浅掺杂区110，从而在硅片100中形成PN结，如图3所示。离子注入的优点在于可以精确地控制注入深度，即在硅片100的第一表面101形成很浅的注入层，但其缺点在于会给硅片100的第一表面101造成非晶硅损伤层。
在步骤S103中，根据前电极图形形状，在所述N型浅掺杂层110上印刷磷浆200。
具体地，首先，根据太阳能电池前电极图形形状对丝网进行构图，保留与太阳能电池前电极区域相对应的网孔，封住与非前电极区域相对应的网孔，从而形成丝网印版；接着，将该丝网印版放置在硅片100的第一表面101上，将前电极区域暴露出来；然后，透过丝网印版未被封住的网孔将磷浆200印刷在硅片100的第一表面101上（也就是 N型浅掺杂层110上）。如图4所示，在本实施例中，磷浆200被按照一定间隔印刷在硅片100的第一表面101上。其中，磷浆200中磷原子的比例范围为1%-30%。
在步骤S104中，对所述硅片100进行退火操作，使所述浆料200中的磷原子扩散至所述硅片100的内部，在位于所述浆料200下方的所述硅片100内形成N型重掺杂层210。
具体地，在硅片100的第一表面101上印刷磷浆200后，将硅片100放入扩散炉中对硅片100进行高温退火（例如在600℃-900℃的高温下对硅片100进行一个热过程或者在高于1100℃的温度下对硅片100进行快速热过程）。在高温退火的作用下，磷浆200中的磷原子扩散至硅片100的内部，在位于磷浆200下方（及其附近）的硅片100内形成N型重掺杂层210，如图5所示。此外，高温退火还可以将前述步骤中离子注入对硅片表面所造成的非晶硅损伤层晶格化，同时使N型浅掺杂层110中的N型离子通过扩散的作用重新分布，从而形成良好的PN结形貌。
高温退火操作后，经磷原子扩散后的硅片100表面的方块电阻约为40Ω/□至70Ω/□，经离子注入后的硅片100表面的方块电阻约为70Ω/□至140Ω/□。
在步骤S105中，去除剩余的磷浆200。
具体地，在后续所形成的太阳能电池前电极的位置下方（及其附近）形成N型重掺杂层210之后，将硅片100放入至例如HF溶液中进行清洗，以去除硅片100第一表面101上剩余的磷浆200，如图6所示。
在步骤S106中，在所述硅片100的第一表面101形成前电极401、以及在所述第二表面102形成背电极402。
具体地，如图7所示，在形成前电极之前，通常情况下，通过例如PECVD等方式首先在所述硅片100的第一表面101（即作为太阳能电池进光面的表面）上形成减反射膜300，其中，该减反射膜300的材料包括ARC、Si3N4中的一种或其组合。通过控制减反射膜300 的厚度以及折射率，以达到良好的减反射效果，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
接着，如图8所示，通过丝网印刷的方式，按照前电极图形形状在硅片100的减反射膜300上印刷Ag浆310（即在印刷前述磷浆200的位置上印刷Ag浆），以及按照背电极图形形状在硅片100的第二表面102上印刷Al浆320，并将硅片100进行烘干。烘干后，对硅片100进行高温烧结，使Ag浆310烧穿减反射膜300与硅片100的第一表面101形成良好的欧姆接触，以及使Al浆320与硅片100的第二表面102形成良好的欧姆接触，从而形成前电极401和背电极402，如图9所示。
与现有技术相比，本发明所提供的选择性发射极太阳能电池的制备方法具有以下优点：
(1)离子注入在硅片表面形成一层很浅的注入层（即N型浅掺杂层）以及一定的损伤，经过高温退火的作用，可以将硅片表面的非晶硅损伤层晶格化，同时将很浅的注入层通过扩散的作用重新分布，形成良好的PN结形貌。与现有的通过扩散法所形成的PN结相比，本发明利于形成具有高质量以及高均匀性的PN结。
(2)利用离子注入和磷浆扩散相结合的方式制备选择性发射极，易于对制备成本以及可行性进行管控（如果单纯使用离子注入的方式形成选择性发射极则要进行多次注入或者额外增加消耗性掩膜，成本和可行性不易进行管控）。此外，在离子注入以及磷浆扩散之后，只需要一道高温退火工序就能形成良好的离子注入浅掺杂和磷浆扩散重掺杂，而无需像现有技术一样需要执行二道高温退火工艺，因此，工艺过程简单易行，易于工业化生产。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
Claims (5)
1.一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，包括：
a)提供P型掺杂的硅片（100），该硅片（100）包括第一表面（101）以及与该第一表面（101）相对的第二表面（102）；
b)通过离子注入的方式在所述硅片（100）的第一表面（101）形成N型浅掺杂层（110）；
c)根据前电极图形形状，在所述N型浅掺杂层（110）上印刷磷浆（200）；
d)对所述硅片（100）进行退火操作，使所述浆料（200）中的磷原子扩散至所述硅片（100）的内部，在位于所述浆料（200）下方的所述硅片（100）内形成N型重掺杂层（210）；
e)去除剩余的磷浆（200）；
f)在所述硅片（100）的第一表面（101）形成前电极（401），以及在所述第二表面（102）形成背电极（402）。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述硅片（100）包括多晶硅片、单晶硅片或准单晶硅片。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述磷浆（200）中的磷原子的比例范围为1%-30%。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中：
对所述硅片（100）进行退火操作后，经磷原子扩散后的硅片（100）表面的方块电阻的范围为40Ω/□-70Ω/□，经离子注入后的硅片（100）表面的方块电阻的范围为70Ω/□-140Ω/□。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，在所述步骤(f)之前还包括：
在所述硅片（100）的第一表面（101）上形成减反射膜（300）。
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