CN103165721B - 一种并联双结太阳能电池的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联双结太阳能电池，包括硅片，硅片的上表面一侧由内向外依次制有一个深结和一个浅结，形成P-N-P型或N-P-N型双结电池，电池的掺杂元素扩散在深结和浅结之间的第一晶硅层内，第一晶硅层从内向外延伸至顶电极区，并且顶电极区为重掺杂区，浅结上方为与掺杂元素电性相反的第二晶硅层，第二晶硅层位于硅片上表面的顶电极区域以外，顶电极与第一晶硅层欧姆接触，非顶电极区制有与第二晶硅层欧姆接触的反型电极，反型电极与背电极连接。本发明在同一个单晶硅电池内形成了两个PN结，并共用一个p区，减少了串联叠层电池中载流子需要穿越隧穿结的困难；浅结有利于短波的吸收，深结有效保证长波的吸收，因此电池的性能更好。

Description

一种并联双结太阳能电池的制造工艺

技术领域

本发明涉及一种并联双结太阳能电池的制造工艺，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

目前，太阳能电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池，其中单晶硅电池的量产转换效率最高，可以达到18-19%。但是，太阳能电池的转换效率还不能满足人们对于太阳能电池转换效率的需求。因此，人们在电池上进行了相应的结构设计来进一步提高电池的转换效率。针对单一材料对太阳能的吸收集中在某一小段波长内的特点，人们提出了叠层电池的概念，即将多种材料构成的电池串联叠加起来，让不同的材料对应的电池吸收不同的光波，达到充分利用太阳能的目的。但是，串联叠层电池由于所用的材料的差异较大，制备困难，且光生载流子的输运在跨越隧穿结时会遇到诸多困难。人们又提出了并联式叠层太阳能电池，其结构特点在于整个电池是一个PN结，但各相邻子层的掺杂浓度逐渐降低至本征，过了本征层后导电类型反向，掺杂浓度逐渐增高。这种并联叠层电池由于需要逐层的改变掺杂浓度，使得电池的制备工艺非常复杂，同时，整个电池只有一个PN结，并不是完全意义上的多结并联的太阳能电池。因此，需要对以上的电池结构进行改进，通过新型工艺方法克服以上困难实现太阳能电池性能的提高。

发明内容

本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种并联双结太阳能电池，工艺实现简单，生产成本低，获得的太阳能电池性能良好。

为了达到上述目的，本发明提出的一种并联双结太阳能电池，包括硅片、设于硅片上表面的顶电极、设于硅片下表面的背电极，其特征在于所述硅片的上表面一侧由内向外依次制有一个深结和一个浅结，形成P-N-P型或N-P-N型双结电池，电池的掺杂元素扩散在深结和浅结之间的第一晶硅层内，所述第一晶硅层从内向外延伸至顶电极区，并且顶电极区为重掺杂区，所述浅结上方为与掺杂元素电性相反的第二晶硅层，所述第二晶硅层位于硅片上表面的顶电极区域以外，顶电极与第一晶硅层欧姆接触，非顶电极区制有与第二晶硅层欧姆接触的反型电极，所述反型电极与背电极连接。

本发明并联双结太阳能电池，进一步的改进在于：

1、硅片上表面制有抗反射薄膜。

2、所述硅片为N型单晶硅，掺杂元素为硼元素，形成的电池为N-P-N型电池，所述第二晶硅层内不含有硼元素。

3、所述浅结通过逆向扩散工艺制得，所述逆向扩散工艺步骤包括：在具有PN结的硅片上表面淀积本征非晶硅层，并在湿氧环境下高温扩散，使硅片上表面顶电极区以外区域的掺杂元素被完全逆向扩散入非晶硅层，电池上表面形成浅结，同时非晶硅层被氧化，除去该氧化层。

此外，本发明还提供了一种并联双结太阳能电池的制造工艺，其特征是包括如下步骤：

第1步、使用磁控溅射的方法在制绒后的硅片上表面淀积一层厚度约为0.05微米的含有掺杂元素的二氧化硅薄膜；

第2步、将淀积后的硅片进行高温扩散，使二氧化硅薄膜中的掺杂元素扩散入硅片，形成PN深结；

第3步、除去硅片上表面顶电极区以外的氧化层；

第4步、在硅片上表面淀积本征非晶硅层；

第5步、将硅片置于湿氧环境中进行高温扩散，使硅片上表面顶电极区以外区域的掺杂元素被完全扩散入非晶硅层，形成PN浅结，所述浅结上方的晶硅层与掺杂元素的电性相反，顶电极区二氧化硅薄膜中的掺杂元素进一步向顶电极区扩散，同时非晶硅层被氧化；

第6步、采用氢氟酸缓冲溶液去除硅片上表面的氧化层;

第7步、硅片上表面淀积氮化硅抗反射薄膜；

第8步、硅片上表面的顶电极区制备顶电极，硅片上表面的顶电极区以外区域制备反型电极；硅片下表面制备背电极，将背电极与反型电极连接。

本发明并联双结太阳能电池的制造工艺的进一步改进在于：

1、所述硅片为N型单晶硅，掺杂元素为硼元素，第1步中，二氧化硅薄膜中的硼元素的浓度为1e19/cm³。

2、第2步中，高温扩散的温度为900℃，高温扩散的时间为5分钟。

3、第4步中，淀积的本征非晶硅层厚度约为40-50nm。

4、第5步中，湿氧环境下的高温扩散工艺温度为900℃-1100℃，持续时间为30-2分钟。

本发明提出了一种共P区的并联双结太阳能电池结构及其工艺制备工艺方法。通过淀积非晶硅薄膜吸收非顶电极区的杂质，使非顶电极区的掺杂完全吸出，形成反型层，同时顶电极区进行了二次掺杂，形成联通P型区域的选择性掺杂顶电极区。选择性掺杂顶电极区域的存在保证了在表面N型区和体内N型区之间的P型区的顶电极引出，达到了双结并联的效果；由于表层的N型区很薄，所形成的PN结较接近表面，有利于电池对于短波的吸收，而体内的N型区较深，可以有效的保证电池对长波的吸收。本发明所述电池不同与其它叠层电池在于，其为在同一个单晶硅电池内形成了两个PN结，没有利用其他材料；其共用一个P区，减少了串联叠层电池中载流子需要穿越隧穿结的困难；所形成的并联结构由两个PN结构成，不同于一般的并联叠层结构的一个PN结；由于采用的是逆向扩散的制备工艺方法，电池的选择性重掺杂区域与表层PN结同步形成，减少了电池的制备工艺步骤，且电池的表面和背面都为N型，可以减少电池的刻边工艺。该结构电池的制备工艺与现有的太阳能电池制备工艺相兼容，实用性更强。

本发明该工艺方法的特点在于：

1、不同于传统的选择性掺杂工艺，采用的是先全片重掺杂，后扩散出受光面非选择性顶电极区杂质，至受光面非选择性顶电极区表层的杂质完全吸出的方法。

2、应用本征非晶硅薄膜吸收电池表面已掺杂区域的杂质，使得电池表面不会被其他不同元素污染。

3、保留顶电极区的硼硅玻璃作为高温杂质逆向扩散工艺的选择性掺杂顶电极杂质保护层，保证了顶电极区的重掺杂。

4、在杂质逆向扩散过程中采用湿氧环境，应用氢氟酸缓冲液去除氧化层。

5、由于电池的两面均为N型，无需进行刻边工艺。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明并联双结太阳能电池结构示意图。

图2是本发明并联双结电池与普通单结电池的光谱响应比较曲线图。

图3是本发明并联双结太阳能电池的制造工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

产品实施例

如图1所示为本发明并联双结太阳能电池结构示意图，包括硅片9（N型单晶硅）、设于硅片9上表面（受光面）的顶电极4、设于硅片9下表面（背光面）的背电极6，硅片9的上表面一侧由内向外依次制有一个深结A和一个浅结B，形成N-P-N型双结电池，硅片9上表面制有氮化硅抗反射薄膜3，电池的掺杂元素（硼）扩散在深结A和浅结B之间的第一晶硅层7内，第一晶硅层7从内向外延伸至顶电极区C，并且顶电极区C为重掺杂区，浅结B上方为含有衬底掺杂元素但不含有硼元素的第二晶硅层8，故第二晶硅层8与掺杂元素的电性相反，第二晶硅层8位于硅片9上表面的顶电极区C以外，顶电极4与第一晶硅层7欧姆接触，非顶电极区制有与第二晶硅层8欧姆接触的反型电极5，反型电极5与背电极6连接。

本实施例中，本并联双结太阳能电池的浅结B通过逆向扩散工艺制得，其中，逆向扩散工艺步骤包括：在具有PN结的硅片上表面淀积本征非晶硅层，并在湿氧环境下高温扩散，使硅片上表面顶电极区以外区域的掺杂元素被完全扩散入非晶硅层，电池上表面形成浅结，同时非晶硅层被氧化，除去该氧化层。

如图2所示为本实施例并联双结电池与普通单结电池的光谱响应比较曲线图。图中，深色曲线为本实施例电池的光谱响应曲线，浅色曲线为普通单结电池的光谱响应曲线。从图2中可以看出，并联双结电池的光谱响应优于普通电池，其短波波响应更佳，这是因为图1所示双结电池的PN结1较浅，增强了电池的短波响应。其PN结2的深度与普通电池相当，因此，长波响应并未降低。由于图1中的PN结1和选择性掺杂顶电极区是同步形成的，未增加电池的生产步骤，因此基于逆扩散工艺的并联双结太阳能电池生产工艺是一种高效低成本生产工艺。下面对本发明工艺实施例进行说明。

工艺实施例一

如图3所示，为本发明并联双结太阳能电池的制造工艺流程示意图，工艺具体步骤如下：

1a、使用磁控溅射的方法在制绒后的硅片9上表面淀积一层厚度约为0.05微米的含有掺杂元素的二氧化硅薄膜1，二氧化硅薄膜中的硼元素的浓度为1e19/cm³；

2a、将淀积后的硅片进行高温扩散，使二氧化硅薄膜1中的掺杂元素（硼）扩散入硅片，形成PN深结A；

3a、除去硅片9上表面顶电极区以外的氧化层（二氧化硅薄膜1）；

4a、在硅片上表面淀积本征非晶硅层2，淀积的本征非晶硅层厚度约为40nm；

5a、将硅片置于湿氧环境中进行高温扩散，使硅片上表面顶电极区C以外区域的掺杂元素（硼）被完全吸入非晶硅层，形成PN浅结B，所述浅结B上方的晶硅层与掺杂元素的电性相反，顶电极区二氧化硅薄膜1中的掺杂元素（硼）进一步向顶电极区扩散形成重掺杂，同时非晶硅层被氧化形成二氧化硅；本步骤中，湿氧环境下的高温扩散工艺温度为900℃，持续时间为30分钟；

6a、采用氢氟酸缓冲溶液去除硅片9上表面的氧化层;

7a、硅片9上表面淀积氮化硅抗反射薄膜3；

8a、硅片9上表面的顶电极区C制备顶电极4，硅片9上表面的顶电极区C以外区域制备反型电极5；硅片9下表面制备背电极6，将背电极6与反型电极5连接。

工艺实施例二

本实施例的步骤与工艺实施例一相同，区别在于步骤5a（第五步）中干氧环境下高温扩散的工艺参数，本实施例中，高温扩散的工艺温度为1000℃，持续时间为5分钟。

工艺实施例三

本实施例的步骤与工艺实施例一相同，区别在于步骤5a（第五步）中干氧环境下高温扩散的工艺参数，本实施例中，高温扩散的工艺温度为1100℃，持续时间为2分钟。

对上述三个工艺实施例进行仿真后，经比较发现，随着逆向扩散工艺的高温扩散温度的升高，电池的PN结不断的加深。电池的表面的杂质浓度先增加后减小，但顶电极区的杂质浓度随着温度的增加而逐步增加。顶电极区的重掺杂杂质主要向电池体内进行扩散，横向扩散较小，这与在电池表面淀积本征非晶硅层有关，过多的横向扩散杂质被非晶硅层吸收。这说明应用非晶硅层作为电池的逆扩散层，可以起到限制重掺杂区杂质横向扩散作用。

本发明实施例部分以N型单晶硅为例对本发明工艺进行了详细说明，利用对P型单晶硅制造P-N-P型并联双结太阳能电池的工艺及条件与之类似，区别仅在于掺杂元素由硼换成了磷，本领域技术人员完全可以通过了解本实施例部分，举一反三来制造出对P型P-N-P型并联双结太阳能电池。因此本文不再赘述。

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 (4)

1.一种并联双结太阳能电池的制造工艺，其特征是包括如下步骤：

第1步、使用磁控溅射的方法在制绒后的硅片上表面淀积一层厚度约为0.05微米的含有掺杂元素的二氧化硅薄膜；

第2步、将淀积后的硅片进行高温扩散，使二氧化硅薄膜中的掺杂元素扩散入硅片，形成PN深结；

第3步、除去硅片上表面顶电极区以外的二氧化硅薄膜；

第4步、在硅片上表面淀积本征非晶硅层；

第5步、将硅片置于湿氧环境中进行高温扩散，使硅片上表面顶电极区以外区域的掺杂元素被完全扩散入非晶硅层，形成PN浅结，所述浅结上方的非晶硅层与掺杂元素的电性相反，顶电极区二氧化硅薄膜中的掺杂元素进一步向顶电极区扩散，同时非晶硅层被氧化；

第6步、采用氢氟酸缓冲溶液去除硅片上表面所有的氧化层;

第7步、硅片上表面淀积氮化硅抗反射薄膜；

第8步、硅片上表面的顶电极区制备顶电极，硅片上表面的顶电极区以外区域制备反型电极；硅片下表面制备背电极，将背电极与反型电极连接。

2.根据权利要求1所述的并联双结太阳能电池的制造工艺，其特征在于：所述硅片为N型单晶硅，掺杂元素为硼元素，第1步中，二氧化硅薄膜中的硼元素的浓度为1e19/cm³。

3.根据权利要求2所述的并联双结太阳能电池的制造工艺，其特征在于：第2步中，高温扩散的温度为900℃，高温扩散的时间为5分钟。

4.根据权利要求3所述的并联双结太阳能电池的制造工艺，其特征在于：第4步中，淀积的本征非晶硅层厚度为40-50nm。