CN103227244A - N型太阳能电池及其选择性背场制备方法 - Google Patents

N型太阳能电池及其选择性背场制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种N型太阳能电池及其选择性背场制备方法。该N型太阳能电池的选择性背场制备方法包括以下步骤：在N型衬底的预定位置印刷磷浆料；将印刷有磷浆料的所述N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场。N型衬底上印有磷浆料的位置形成高掺杂区，没有印刷磷浆料的位置通过三氯氧磷气体的扩散形成低掺杂区，这样就在N型衬底上形成掺杂浓度不同的选择性背场，通过此方法仅通过一次高温过程即可实现选择性背场的制备，避免了多次高温对N型衬底的损伤。

Description

N型太阳能电池及其选择性背场制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，具体而言，涉及一种N型太阳能电池及其选择性背场制备方法。
背景技术
目前大多数太阳能光伏企业都使用P型硅材料生产太阳电池。P型硅电池的缺点是电池的效率会随光照时间的增加而逐渐衰减，这主要是由于掺入P型硅衬底中的硼原子与衬底中的氧原子相结合产生硼氧对的结果，硼氧对起载流子陷阱的作用，使少数载流子寿命降低，从而导致了电池效率的衰减。而N型硅衬底具有高的少数载流子寿命和对某些金属杂质的不敏感性，所以N型硅电池具有高的效率和好的稳定性。
目前选择性背场结构一般都应用在P型硅电池的制作过程中，通常的制造方法有三种：（1）氧化物掩膜一次扩散法，在制绒后，通过热生长方法生长一层较薄的氧化层，然后根据丝网印刷正面电极的团在氧化层上开槽，再用弱碱清洗激光损伤层。在磷扩散时，没有开槽区域由于有氧化层的阻挡作用形成低掺杂区，开槽的区域形成高掺杂区。此种方法硅片经历氧化和扩散两次高温过程，高温损伤比常规工艺要大，对硅片质量要求较高。
（2）返刻工艺，在重扩散之后，在金属区域用喷墨打印的方法打印与正面栅线图案相同的石蜡作为掩膜，然后利用HF/HNO3的混合溶液将掩膜以外的重掺杂层表面刻蚀掉即使纳米的薄层形成低掺杂区，然后将石蜡洗掉。这种方法的缺点是返刻工艺难于控制，喷墨打印掩膜成本高，设备维护麻烦。
（3）离子注入方法，该方法是利用离子注入方法将高能的磷离子注入到硅片体内，然后通过退火激活。该方法的缺点是单片式工艺，产能受到限制，成本较高。
发明内容
本发明旨在提供一种N型太阳能电池及其选择性背场制备方法，以解决现有技术中在N型太阳能电池上制造选择性背场的工艺复杂、设备维护成本高的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种N型太阳能电池的选择性背场制备方法包括以下步骤：在N型衬底的预定位置印刷磷浆料；将印刷有磷浆料的N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场。
进一步地，在N型衬底的预定位置印刷磷浆料的步骤中，预定位置为N型衬底上与背面栅线相对应的位置。
进一步地，在N型衬底的预定位置印刷磷浆料的步骤与将印刷有磷浆料的N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场的步骤之间，还包括：将印刷有磷浆料的N型衬底烘干。
进一步地，将印刷有磷浆料的N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场的步骤中，三氯氧磷气体由氮气携带通入高温扩散炉内进行高温扩散。
进一步地，将印刷有磷浆料的N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场的步骤之后，还包括：去除N型衬底中的磷硅玻璃及浆料残留。
进一步地，去除N型衬底中的磷硅玻璃及浆料残留的步骤中，通过氢氟酸溶液清洗N型衬底以去除N型衬底中的磷硅玻璃及浆料残留。
进一步地，在N型衬底的预定位置印刷磷浆料的步骤之前，还包括：在N型衬底上制绒。
根据本发明的另一方面，提供一种N型太阳能电池。该N型太阳能电池具有选择性背场，选择性背场由上述的方法制备。
应用本发明的技术方案，N型太阳能电池的选择性背场制备方法包括以下步骤：在N型衬底的预定位置印刷磷浆料；将印刷有磷浆料的N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场。通过此方法仅需一次高温过程就可以在N型衬底的背面形成掺杂浓度不同的选择性背场，避免了多次高温过程造成的损伤，也无需另外添加其它设备和工艺，降低生产成本，提高了生产效率高，能耗低，适用于大规模生产。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的实施例的N型太阳能电池的结构示意图；以及
图2示出了本发明的实施例的N型太阳能电池的选择性背场制备方法流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
术语解释：
扩散：扩散是由于物体内部的杂质浓度或温度不均匀（物体中两相的化学势不相等）而产生的一种使浓度或温度趋于均匀的定向运动。杂质在半导体中的扩散是由杂质浓度梯度引起的一种使杂质浓度趋于均匀的杂质定向运动。
PN结：采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是P型半导体，另一部分掺有施主杂质是N型半导体时，P型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称为PN结。
选择性背场：选择性背场结构是PN结晶体硅太阳电池生产工艺中实现高效率的方法之一。选择性背场结构有两个特征：（1）在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区；（2）在其他区域形成低掺杂浅扩散区。
如图1和2所示，根据本发明的实施例，N型太阳能电池的选择性背场制备方法包括以下步骤：在N型衬底的预定位置印刷磷浆料；将印刷有磷浆料的N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场。通过此方法仅需一次高温过程就可以在N型衬底的背面形成掺杂浓度不同的选择性背场，避免了多次高温过程造成的损伤，也无需另外添加其它设备和工艺，降低生产成本，提高了生产效率高，能耗低，适用于大规模生产。
上述的N型太阳能电池的选择性背场制备方法中，在N型衬底的预定位置印刷磷浆料可以通过丝网印刷的方式，这样可以进一步地与现有的加工工艺相结合，将工艺过程减少，提高生产效率。
其中预定位置为N型衬底的背面，背面栅线的下方。通过上述方式可以在N型衬底的背面，背面栅线的下方形成具有较高的磷掺杂浓度的高掺杂区，在其它的区域，通过高温作用使三氯氧磷气体在N型衬底上扩散，从而形成磷掺杂浓度较低的低掺杂区。高掺杂区的磷浓度高于低掺杂区的磷浓度。
在电极栅线底下及其附近形成高掺杂区，在做电极时容易形成欧姆接触，且此区域的体电阻较小，能够降低N型太阳能电池的串联电阻，提高太阳能电池的填充因子F.F.。同时，在低掺杂区和高掺杂区交界处形成的横向n+/n高低结，可以提高光生载流子的收集率，从而提高电池的短路电流Isc。
通过上述方法形成的选择性背场结构可以提高太阳能电池的开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子F.F.，从而使太阳能电池获得高的光电转换效率。
在活性区形成低掺杂区，低掺杂可以降低少数载流子的体复合几率，且可以进行较好的表面钝化，降低少数载流子的表面复合几率，从而减小太阳能电池的反向饱和电流，提高电池的开路电压Voc和短路电流Isc。
优选地，在高温扩散炉内通入的三氯氧磷气体由氮气携带，氮气携带的三氯氧磷气体通入高温扩散炉的炉管内。氮气作为携带气体可以保证不与其他物质反应，具有很好的稳定性，且避免了杂质的产生。在其他实施例中，也可以使用惰性气体携带三氯氧磷气体。
N型太阳能电池的选择性背场的制备方法如下：
在N型衬底上制绒，在N型衬底表面制绒，能够形成减反结构，降低N型衬底表面的反射率。
在制绒后的N型衬底的背面栅线的底下，通过丝网印刷的方式印刷磷浆料。在N型衬底的背面栅线的下方印刷磷浆料可以保证与背面栅线的对应位置形成高掺杂区。
将印刷有磷浆料的N型衬底烘干。
将烘干后的N型衬底放入石英舟上送入扩散炉内，进行高温扩散，在扩散的同时通入由氮气携带的三氯氧磷气体，这样可以在没有印刷磷浆料的区域形成低掺杂浓度的低掺杂区。由此可以在N型衬底的背面形成磷掺杂浓度高低不同的选择性背场。
将扩散后的N型衬底放入槽式或链式设备中清洗，去除磷硅玻璃及浆料残留，以便后续工艺的加工。清洗去除磷硅玻璃及浆料残留的清洗剂为氢氟酸溶液。
如图1所示，为具有选择性背场的N型太阳能电池的结构示意图，N型太阳能电池在N型衬底1的正面设置有正面电极6，N型衬底1的背面与正面电极6对应的位置处设置有背面电极7。N型衬底1上正面电极6和背面电极7的下面均设置有氮化硅（SiNx）制成的减反膜5，减反膜5可以减少光在N型太阳能电池上的发射率，提高光能利用率。N型衬底1的正面减反膜5下扩散有发射极2。N型衬底1的背面减反膜5下设置有选择性背场，其中，与背面电极7对应的位置设置有高掺杂区3，其它位置设置有低掺杂区4。
根据本发明的另一实施例，提供了一种N型太阳能电池，该N型太阳能电池具有选择性背场，该N型太阳能电池根据上述的方法，通过上述的步骤制备。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：N型太阳能电池制备方法包括以下步骤：在N型衬底的预定位置印刷磷浆料；将印刷有磷浆料的N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场。通过此方法仅需一次高温过程就可以在N型衬底的背面形成掺杂浓度不同的选择性背场，避免了多次高温过程造成的损伤，也无需另外添加其它设备和工艺，降低生产成本，提高了生产效率高，能耗低，适用于大规模生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种N型太阳能电池的选择性背场制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在N型衬底的预定位置印刷磷浆料；
将印刷有所述磷浆料的所述N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场。
2.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性背场制备方法，其特征在于，所述在N型衬底的预定位置印刷磷浆料的步骤中，所述预定位置为所述N型衬底上与背面栅线相对应的位置。
3.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性背场制备方法，其特征在于，所述在N型衬底的预定位置印刷磷浆料的步骤与所述将印刷有所述磷浆料的所述N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场的步骤之间，还包括：将印刷有所述磷浆料的所述N型衬底烘干。
4.根据权利要求3中所述的N型太阳能电池的选择性背场制备方法，其特征在于，所述将印刷有所述磷浆料的所述N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场的步骤中，所述三氯氧磷气体由氮气携带通入高温扩散炉内进行高温扩散。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的N型太阳能电池的选择性背场制备方法，其特征在于，所述将印刷有所述磷浆料的所述N型衬底进行高温扩散，并通入三氯氧磷气体，形成选择性背场的步骤之后，还包括：去除所述N型衬底中的磷硅玻璃及浆料残留。
6.根据权利要求5所述的N型太阳能电池的选择性背场制备方法，其特征在于，所述去除所述N型衬底中的磷硅玻璃及浆料残留的步骤中，通过氢氟酸溶液清洗所述N型衬底以去除所述N型衬底中的磷硅玻璃及浆料残留。
7.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性背场制备方法，其特征在于，所述在N型衬底的预定位置印刷磷浆料的步骤之前，还包括：在所述N型衬底上制绒。
8.一种N型太阳能电池，其特征在于，所述N型太阳能电池具有选择性背场，所述选择性背场由权利要求1至7中任一项所述的方法制备。
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