CN102945892B - 一种太阳能电池制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池制造方法，巧妙的利用氢氟酸缓冲液对二氧化硅、氮化硅的刻蚀比，保留氮化硅掩蔽层作为电池的抗反射层，因此本发明烧制电极之前无需再单独制作抗反射层，简化了工艺，提高了生产效率。本发明利用氮化硅对杂质的阻挡性很好的解决了太阳能电池选择性掺杂的问题。提高了金属电极以下的区域的掺杂浓度，降低了串联电阻，减小了电极以外区域的掺杂浓度减少了光生载流子的复合，提高了短路电流。而非牺牲性的氮化硅掩蔽层的使用既可以防止其他杂质元素扩散进入硅片，又可以将工艺中的氮化硅刻蚀槽为主栅线的对准标记，使生产时的对准更加简单化。

Description

一种太阳能电池制造方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池制造方法。

背景技术

自上世纪的50年代开始，人们通过研发多种太阳能电池的结构和工艺制备方法，如激光刻槽埋栅电池，丝网印刷电池，高效背面点接触电极电池， 绒面电池等，来提高太阳能电池的效率。太阳能电池的效率从最初的数个百分点提高到目前的晶体硅电池18%以上。硅基太阳能电池已成为了世界清洁能源的主要来源。但是，太阳能电池的效率还不能满足人们的需要，为了能更好的推广太阳能电池的应用，必须研究新型的制备工艺和电池结构，以提高电池效率。而选择性掺杂太阳能电池（Selective emitter solar cell, SE solar cell）是人们实现高效率、低成本的太阳能电池制备的新方法之一。

现有的选择性掺杂工艺方法有很多如：两步扩散法、丝网印刷磷浆法、扩散掩膜法等等。两步扩散法就是先对电极区重扩散，再对整个发射区轻扩散。丝网磷浆法是用丝网在局部印刷高浓度磷浆，通过其扩散与挥发，一次扩散就能使电极区形成重掺杂，其他区域形成轻掺杂。扩散掩膜法就是先轻掺杂，再进行激光或者光刻掩膜，然后再对电极区进行二次重掺杂。这些工艺虽然能提高工作效率，但是由于工序流程繁琐，生产成本高，进行大规模工业生产难度大，这就有必要探索一种新的选择性掺杂的太阳能生产工艺。

目前，较为常用的两步扩散法是：首先对制绒后的p型硅衬底进行预掺杂，形成PN结；接着在硅片表面沉积一层掩蔽层，并通过激光刻蚀开设电极窗口；然后对电极窗口区域进行二次选择性参杂，并去除磷硅玻璃及掩蔽层；然后在硅片表面沉积氮化硅层，最后金属正负电极的浆料丝网印刷并进行烧制形成金属电极。

该方法工艺相对复杂，需要在硅片表面进行多次沉积，并且在去除磷硅玻璃及掩蔽层后；如无对准标记,无法肉眼识别电极窗口，因此对后续浆料丝网印刷的准度提出了更高的要求，导致产品的次品率及生产成本增加。

发明内容

本发明要解决技术问题是：克服现有技术的上述不足，提供一种太阳能电池制造方法，其能够以更简单的工艺完成电池制造，并且浆料丝网印刷对准比较简单，提高了产品质量。

为了解决以上技术问题，本发明提供的一种太阳能电池制造方法，包括以下步骤：

第一步、对制绒后的P型硅片衬底进行预掺杂，形成P-N结；

第二步、硅片表面沉积一层氮化硅层；

第三步、硅片表面开设电极窗口；

第四步、利用掺磷的二氧化硅对硅片表面进行二次沉积，在硅片表面形成磷硅玻璃层，同时完成对硅片电极窗口区域的选择性掺杂；

第五步、用氢氟酸缓冲液处理硅片，去除硅片表面的磷硅玻璃层，保留氮化硅层作为抗反射层；

第六步、对硅片的电极窗口进行浆料丝网印刷并烧制形成金属电极。

为了解决以上技术问题，本发明进一步的改进在于：

1、所述P型硅片衬底的电阻率为3Ω•m，第一步中预掺杂浓度为10¹⁶/cm3、预掺杂时间为60min、预掺杂温度为900℃。

2、第四步中，选择性掺杂的浓度为10¹⁹/cm³，选择性掺杂的时间为5min，选择性掺杂的温度为800℃。

3、第五步中，用氢氟酸缓冲液处理硅片约40分钟，氮化硅层既是二次扩散的掩蔽层，也是去除磷硅玻璃后的抗反射层。处理时间足够长可保证无二氧化硅残留，且去除氮化硅表面污染层。

对开设有电极窗口的硅片表面进行掺磷的二氧化硅沉积，完成电极区的重掺杂；并且利用氢氟酸缓冲液对氮化硅及二氧化硅的刻蚀速度差异明显的原理（在常温下15:1的氢氟酸缓冲液对氧化硅的刻蚀速率约为200Å/min，对氮化硅的刻蚀速率不到10 Å/min），使用氢氟酸缓冲液处理硅片一定时间，去除硅片表面的磷硅玻璃，而氮化硅基本未受到侵蚀，因此硅片表面蓝色的氮化硅层（抗反射层）被完好保存下来，且电极窗口清晰可见，为丝网印刷主栅线的确定带来方便，使工业上的对准更加简单化，提高了产品质量。

进一步的，本发明申请人对硅片衬底的选型、预掺杂浓度、预掺杂时间、预掺杂温度、以及选择性掺杂浓度、选择性掺杂时间、选择性掺杂温度等工艺参数进行了大量的实验，并不断总结，为此付出了艰辛的劳动，最终获得最佳的工艺参数。按照本发明提供的工艺参数制造出的太阳能电池，具有最好的光谱响应。

可见，本发明利用两步扩散与掩膜相结合的工艺方法旨在改善生产工艺，避免常规太阳能电池制备的技术问题，较简单且低成本地制备太阳能电池。选择性掺杂很好的解决了减小串联电阻与减小光生电流复合率之间的矛盾.本发明提高了金属电极以下区域的掺杂浓度,减少了串联电阻，降低了电极以外区域掺杂浓度,减少了光生载流子的复合，提高了短路电流。而掩蔽层（氮化硅层）的使用可以防止其他杂质元素扩散进入硅片，同时可以将此工艺中的氮化硅刻蚀槽（电极窗口）为主栅线的对准标记，使工业上的对准更加简单化。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明太阳能电池制造方法工艺流程示意图。

图2为采用选择性掺杂和非选择性参杂工艺制造的太阳能电池的电流与波长关系曲线对比图。

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

如图1所示，本实施例太阳能电池制造方法，包括以下步骤：

a1、对制绒后的电阻率为3Ω•m的P型硅片衬底进行预掺杂，形成P-N结；预掺杂浓度为10¹⁶/cm³、预掺杂时间为60min、预掺杂温度为900℃。

a2、硅片表面沉积一层氮化硅层1，该氮化硅层1作为选择性掺杂的掩蔽层，同时作为太阳能电池的抗反射层。

a3、通过激光刻蚀法在硅片表面开设电极窗口2。

a4、利用掺磷的二氧化硅对硅片表面进行二次沉积，同时完成对硅片电极窗口区域的选择性掺杂，从图中可见，此时完成了二次掺杂，并且在硅片外层沉积有磷硅玻璃层3；本步骤中，选择性掺杂的浓度为10¹⁹/cm³、选择性掺杂的时间为5min、选择性掺杂的温度为800℃。

a5、用氢氟酸缓冲液处理硅片40分钟，去除硅片表面的磷硅玻璃；由于氢氟酸缓冲液对二氧化硅的刻蚀速度明显大于氮化硅，因此只要处理时间恰当，就彻底去除磷硅玻璃层3，并完好保留氮化硅层1。

本发明巧妙的利用了氢氟酸对二氧化硅、氮化硅的刻蚀比，留下氮化硅层作为电池的抗反射层，这样相对于传统工艺而言，本发明烧制电极之前无需再单独制作抗反射层，简化了工艺，提高了生产效率。

a6、对硅片的电极窗口进行浆料丝网印刷并烧制形成金属电极4。

由于完好保留了（蓝色）氮化硅层上的电极窗口，因此丝网印刷的对准在工业上更容易被掌握，该方法生产的太阳能电池质量更好。

利用本发明选择性掺杂工艺与传统非选择性掺杂工艺相比，前者获得的太阳能电池具有更好的光谱响应，见图2，图中，nonse代表非选择性掺杂，se代表选择性掺杂。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (1)

1. 一种太阳能电池制造方法，包括以下步骤：

第一步、对制绒后的P型硅片衬底进行预掺杂，形成P-N结；

第二步、硅片表面沉积一层氮化硅层；

第三步、硅片表面开设电极窗口；

第四步、利用掺磷的二氧化硅对硅片表面进行二次沉积，在硅片表面形成磷硅玻璃层，同时完成对硅片电极窗口区域的选择性掺杂；

第五步、用氢氟酸缓冲液处理硅片，去除硅片表面的磷硅玻璃层，保留氮化硅层作为抗反射层；

第六步、对硅片的电极窗口进行浆料丝网印刷并烧制形成金属电极；

第四步中，选择性掺杂的浓度为1019/cm3、选择性掺杂的时间为5min、选择性掺杂的温度为800℃；

第五步中，用氢氟酸缓冲液处理硅片40分钟。