CN103178157B - 一种选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：(1)清洗，制绒；(2)生长有源掺杂剂；(3)将硅片置于扩散炉中，降温至500~550℃；(4)待温度稳定后，通入N2和O2进行氧化；(5)以5~10℃/min的升温速度升温至850~870℃，待温度稳定后通入携磷源气体进行扩散；(6)保持上述温度，通入N2和O2进行恒温推进；(7)降温出舟；(8)清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结，即可得到选择性发射极多晶硅太阳电池。本发明开发了一种新的制备选择性发射极晶体硅太阳电池的方法，该方法的制备成本较低，制备时间较短，且可与现有标准电池工艺兼容，具有产业化前景。

Description

一种选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法
技术领域
本发明涉及一种选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法，属于太阳能技术领域。 
背景技术
自进入本世纪以来光伏产业成为了世界上增长最快的高新技术产业。在各类太阳能电池中，晶体硅（单晶、多晶）太阳能电池占有极其重要的地位，目前占据了光伏市场75%以上的份额。晶体硅太阳能电池利用p-n结的光生伏特效应实现光电转换，从发展的观点来看，晶体硅太阳能电池在未来很长的一段时间仍将占据主导地位。
现有的晶体硅太阳能电池的制造流程为：表面清洗及织构化、扩散、清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触、测试。这种商业化晶体硅电池制造技术相对简单、成本较低，适合工业化、自动化生产，因而得到了广泛应用。其中，扩散是核心工艺；传统的扩散工艺在发射极区域会出现较高的接触电阻和比较严重的死层问题，而仅仅通过调整一步扩散工艺的制程是无法同时解决接触电阻和死层的问题，所以传统的扩散工艺限制了短路电流、开路电压、填充因子和效率的提高。为了同时兼顾开路电压、短路电流和填充因子的需要，选择性发射极太阳电池是非常理想的选择，即在电极接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。这样的结构会增加短波响应和降低表面复合，同时减少前电极与发射区的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，最终提高转换效率。
另一方面，高效低成本一直以来都是业界追求的理念，多晶硅作为太阳电池的重要原材料，与单晶硅相比，其价格低廉，但具有较高密度的晶界，位错，微缺陷等结构缺陷，极大降低了器件的电学性能，从而降低了太阳电池的转换效率。现有的选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法主要包括如下步骤：(1) 清洗、制绒；(2) 在硅片上生长有源掺杂剂；(3) 将硅片置于扩散炉中，待炉内温度稳定后，通源磷扩散；(4) 无源推进；(5) 降温出舟完成扩散过程；(6) 清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结，即可得到选择性发射极多晶硅太阳电池。
然而，上述方法得到的选择性发射极多晶硅太阳电池的方阻均匀性较差，且电池效率较差。
发明内容
本发明目的是提供一种选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 清洗，制绒；
(2) 在硅片上生长有源掺杂剂；
(3) 将硅片置于扩散炉中，以3~5℃/min的降温速度降温至500~550℃，通入N2，所述N2流量为10~30 slm；
(4) 待温度稳定后，通入N2和O2进行氧化，氧化时间为30~60min；所述N2流量为5~15 slm，O2流量为4000~8000 sccm；
(5) 以5~10℃/min的升温速度升温至850~870℃，待温度稳定后通入携磷源气体进行扩散；磷源气体的流量为500~1100 sccm，O2流量为400~900 sccm，N2流量为10~30slm，扩散时间为5~15min；
(6) 保持上述步骤(5)的温度，通入N2和O2进行恒温推进，推进时间为10~20min；所述N2流量为10~30 slm，O2流量为400~900 sccm；
(7) 降温出舟；
(8) 清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结，即可得到选择性发射极多晶硅太阳电池。
上文中，所述步骤(2)中，在硅片上生长有源掺杂剂，这是现有技术，生长有源掺杂剂可以采用丝网印刷或喷墨等现有方法，其目的是为了增强多晶硅太阳电池的短波响应。
所述步骤(3)中，将硅片置于扩散炉中，所用的扩散炉采用现有设备，一般正常使用的扩散炉的初始炉温在800℃左右。
上述技术方案中，得到的选择性发射极多晶硅太阳电池的重掺方阻为35~45Ω∕□，浅掺方阻为60~85Ω∕□。
上述技术方案中，所述步骤(5)中的磷源气体为三氯氧磷。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1．本发明开发了一种新的制备选择性发射极多晶硅太阳电池的方法，该方法的制备成本较低，制备时间较短，且可与现有标准电池工艺兼容，具有产业化前景。
2．本发明采用500~550℃的低温氧化，氧化燃烧去掉掺杂剂中的有机物，不仅方便了后续清洗，保证电池外观质量，而且去除有机物作为扩散阻挡层的影响，提高了扩散均匀性。
3．本发明采用恒温扩散和推进的方法，实现了重浅掺发射极结构，本发明的扩散方法在对多晶硅材料没有任何损伤的前提下，既实现了选择性发射极的重掺和浅掺，改善了扩散的均匀性，提高了电池效率，同时又可以降低后续清洗成本，缩短工艺时间。
4．本发明的制备方法简单易行，操作简单，不增加任何其它设备、工序和附加成本，因而具有良好的可行性和适应性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 清洗，制绒；
(2) 在硅片上生长有源掺杂剂；
(3) 将硅片置于扩散炉中，以3~5℃/min的降温速度降温至530℃，通入N2，所述N2流量为15 slm；
(4) 待温度稳定后，通入N2和O2进行氧化，氧化时间为40 min；所述N2流量为5 slm，O2流量为5000 sccm；
(5) 以8℃/min的升温速度升温至865℃，待温度稳定后通入携磷源气体进行扩散；磷源气体为三氯氧磷，其流量为1000 sccm，O2流量为600 sccm，N2流量为20 slm，扩散时间为10 min；
(6) 保持上述步骤(5)的温度，停止通入磷源，通入N2和O2进行恒温推进，推进时间为15 min；所述N2流量为20 slm，O2流量为500 sccm；
(7) 降温出舟；
(8) 清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结，即可得到选择性发射极多晶硅太阳电池。
对比例一
一种选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 清洗，制绒；
(2) 在硅片上生长有源掺杂剂；
(3) 将生长掺杂剂的硅片置于扩散炉中，使炉内各温区的温度均升至880℃，通入N2，所述N2流量为15 slm，时间为45min；
(4) 以4℃/min的降温速率使炉内各温区降温到845℃，待炉内温度稳定后，均匀的通入携磷源气体和氧气，所述POCl3流量为1000 sccm，O2流量为1500 sccm，扩散时间为25 min；
(5) 停止通入携磷源气体，只通入1500 sccm的O2，并以4℃/min的降温速率使炉内各温区降温到810℃，时间15 min；
(6) 降温出舟，完成扩散过程；
(7) 清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结，即可得到选择性发射极多晶硅太阳电池。
将实施例一和对比例一得到的电池片进行方阻和电性能的检测，结果如下：
由上述2个表格可见，从200片批量数据来看，实施例一的方阻均匀性比对比例一更好，电性能也比对比例好，短路电流和填充因子都得到较好的改善，最终的转换效率也提高了0.16%。

Claims (3)

1.一种选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 清洗，制绒；
(2) 在硅片上生长有源掺杂剂；
(3) 将硅片置于扩散炉中，以3~5℃/min的降温速度降温至500~550℃，通入N2，所述N2流量为10~30 slm；
(4) 待温度稳定后，通入N2和O2进行氧化，氧化时间为30~60min；所述N2流量为5~15 slm，O2流量为4000~8000 sccm；
(5) 以5~10℃/min的升温速度升温至850~870℃，待温度稳定后通入携磷源气体进行扩散；磷源气体的流量为500~1100 sccm，O2流量为400~900 sccm，N2流量为10~30slm，扩散时间为5~15min；
(6) 保持上述步骤(5)的温度，通入N2和O2进行恒温推进，推进时间为10~20min；所述N2流量为10~30 slm，O2流量为400~900 sccm；
(7) 降温出舟；
(8) 清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结，即可得到选择性发射极多晶硅太阳电池。
2.根据权利要求1所述的选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法，其特征在于：得到的选择性发射极多晶硅太阳电池的重掺方阻为35~45Ω∕□，浅掺方阻为60~85Ω∕□。
3.根据权利要求1所述的选择性发射极多晶硅太阳电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中的磷源气体为三氯氧磷。
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