CN103560170B - Se太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种SE太阳能电池及其制作方法，所述方法包括以下步骤：S1：提供第一类型半导体衬底并进行酸制绒，形成蜂窝状绒面结构；S2：在所述蜂窝状绒面结构上形成一层掩模，所述掩模覆盖上电极印刷区域；S3：接着将所述第一类型半导体衬底进行碱制绒，在所述掩模未覆盖区域形成金字塔绒面结构；S4：去除所述掩模；S5：然后对所述第一类型半导体衬底进行整面第二类型轻掺杂；S6：再对所述第一类型半导体衬底的上电极印刷区域进行第二类型重掺杂；S7：最后依次进行边缘刻蚀、清洗、沉积减反射膜、形成上下电极及测试，完成SE太阳能电池的制作。本发明采用蜂窝状/金字塔复合绒面结构，能同时降低接触电阻并提高光吸收，电池效率更高。

Description

SE太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种SE太阳能电池及其制作方法。
背景技术
目前，发展高效电池技术是提高太阳能电池效率的关键。比较成熟的高效电池技术以选择性发射极(selectiveemitter，SE)电池为主。SE电池是选择性扩散电池，有两个特征：1)在栅线接触区域(栅线下及其附近)形成高掺杂深扩散区；2)在光照区域形成低掺杂浅扩散区。通过对发射区选择性掺杂，在栅线接触区域和其他区域实现不同扩散方阻的效果，降低了串联电阻。其中，金属化区域（栅线接触区）掺杂浓度高，结深大，烧结过程中金属等杂质不易进入耗尽区形成深能级，反向漏电小，并联电阻高；光照区域掺杂浓度低，短波响应好，短路电流高；横向扩散高低结前场作用明显，利于光生载流子收集等优点。
常规电池片制程(以P型硅片为例)包括以下工艺步骤：硅片-制绒-扩散-刻蚀-镀膜-印刷-烧结。现有的几种制作SE电池的方法如下:
(1)常规扩散（轻扩散，高阻值）后在硅片正面沿细栅线进行激光处理，使细栅线区域方阻低于其他区域，其他制程不变，以得到SE电池；
(2)常规制程制绒，扩散（轻扩散，高阻值），刻蚀，镀膜后，沿细栅线区域喷磷浆，再用激光处理进行二次扩散，然后丝网印刷，烧结得到SE电池。
(3)常规制程制绒，扩散，刻蚀，镀膜后，先沿细栅线印刷磷浆，再经过高温在细栅线区域进行二次扩散，然后丝网印刷，烧结得到SE电池。
目前单晶电池制绒采用的是碱制绒技术，形成金字塔结构；多晶电池制绒采用的是酸制绒技术，形成蜂窝状的绒面结构；这两种绒面结构对于印刷烧结时浆料和硅片的接触性来说，多晶的蜂窝状结构和正银浆料的欧姆接触较好，接触电阻（Rs）较低，而单晶金字塔绒面结构的光吸收更好，转换效率更高。二者性能不能兼顾。
因此，提供一种新的SE太阳能电池及其制作方法以同时提高光吸收率和降低接触电阻，综合提高电池性能实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SE太阳能电池及其制作方法，用于解决现有技术中的SE太阳能电池光吸收不好、电极接触电阻高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种SE太阳能电池的制作方法，至少包括以下步骤：
S1：提供第一类型半导体衬底并进行酸制绒，在所述第一类型半导体衬底表面形成蜂窝状绒面结构；
S2：在所述蜂窝状绒面结构上形成一层掩模，所述掩模覆盖上电极印刷区域；
S3：接着将所述第一类型半导体衬底进行碱制绒，在所述掩模未覆盖区域形成金字塔绒面结构；
S4：去除所述掩模；
S5：然后对所述第一类型半导体衬底进行整面第二类型轻掺杂；
S6：再对所述第一类型半导体衬底的上电极印刷区域进行第二类型重掺杂；
S7：最后依次进行边缘刻蚀、清洗、沉积减反射膜、形成上下电极及测试，完成SE太阳能电池的制作。
可选地，所述掩模为石蜡掩模。
可选地，于所述步骤S4中，在300～500℃的含氧气氛下去除所述石蜡掩模。
可选地，所述第一类型半导体衬底为单晶硅衬底。
可选地，于所述步骤S1中，将所述第一类型半导体衬底置于酸溶液中并保持100～1000秒。
可选地，所述酸溶液为氢氟酸与硝酸的混合溶液。
可选地，于所述步骤S3中，将所述第一类型半导体衬底置于碱溶液中并保持500～3000秒。
可选地，所述碱溶液包括KOH或NaOH。
可选地，于所述步骤S6中，利用激光照射进行所述第二类型重掺杂。
本发明还提供一种SE太阳能电池，包括：
第一类型半导体衬底；
第二类型轻掺杂层，形成于所述第一类型半导体衬底表面；
第二类型重掺杂层，包括若干分立排列的第二类型重掺杂区；所述第二类型重掺杂区形成于所述第二类型轻掺杂层中并深入所述第二类型轻掺杂层下方的第一类型半导体衬底内；
若干上电极，形成于所述重掺杂层表面；
减反射膜，形成于所述上电极之间的第二类型轻掺杂层表面；
下电极，形成于所述第一类型半导体衬底背面；
所述上电极与所述第二类型重掺杂层的接触面为蜂窝状绒面结构；所述上电极之间的第二类型轻掺杂层及减反射膜表面为金字塔绒面结构。
如上所述，本发明的SE太阳能电池及其制作方法，具有以下有益效果：本发明通过改善SE太阳能电池的绒面结构，形成蜂窝状/金字塔复合绒面结构，从而提高SE太阳能电池的效率。本发明的SE太阳能电池中，上电极与半导体衬底的接触面为蜂窝状绒面结构，接触更加良好，接触电阻低，而光照区域表面为金字塔绒面结构，光吸收更好，从整体上提升电池光电转换效率。
附图说明
图1显示为本发明的SE太阳能电池的制作方法中在第一类型半导体衬底表面形成蜂窝状绒面结构示意图。
图2显示为本发明的SE太阳能电池的制作方法中在所述蜂窝状绒面结构上形成一层掩模的示意图。
图3显示为本发明的SE太阳能电池的制作方法中在所述掩模未覆盖区域形成金字塔绒面结构的示意图。
图4显示为本发明的SE太阳能电池的制作方法中去除所述掩模的示意图。
图5显示为本发明的SE太阳能电池的制作方法中进行正面第二类型轻掺杂的示意图。
图6显示为本发明的SE太阳能电池的制作方法中对上电极印刷区域进行第二类型重掺杂的示意图。
图7显示为本发明的SE太阳能电池的结构示意图。
元件标号说明
1第一类型半导体衬底
2蜂窝状绒面结构
3掩模
4金字塔绒面结构
5第二类型轻掺杂层
6第二类型重掺杂层
7减反射膜
8上电极
9下电极
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种SE太阳能电池的制作方法，至少包括以下步骤：
S1：提供第一类型半导体衬底并进行酸制绒，在所述第一类型半导体衬底表面形成蜂窝状绒面结构；
S2：在所述蜂窝状绒面结构上形成一层掩模，所述掩模覆盖上电极印刷区域；
S3：接着将所述第一类型半导体衬底进行碱制绒，在所述掩模未覆盖区域形成金字塔绒面结构；
S4：去除所述掩模；
S5：然后对所述第一类型半导体衬底进行整面第二类型轻掺杂；
S6：再对所述第一类型半导体衬底的上电极印刷区域进行第二类型重掺杂；
S7：最后依次进行边缘刻蚀、清洗、沉积减反射膜、形成上下电极及测试，完成SE太阳能电池的制作。
请参阅图1，执行步骤S1：提供第一类型半导体衬底1并进行酸制绒，在所述第一类型半导体衬底1表面形成蜂窝状绒面结构2。
具体的，所述半导体衬底1优选为单晶硅衬底。所述第一类型指的是掺杂类型，若第一类型定义为P型，则第二类型为N型，若第一类型定义为N型，则第二类型为P型。本实施例中，所述半导体衬底1以P型单晶硅衬底为例进行说明。
具体的，制绒是指利用陷光原理减少光的反射，形成对光的二次吸收或多次吸收，在制绒过程中，还可以去除硅片表面的机械损伤层，多孔硅和硅片上残留的金属杂质。本实施例中，将所述第一类型半导体衬底1置于氢氟酸与硝酸的混合溶液中并保持100～1000秒，在所述第一类型半导体衬底1表面制作出蜂窝状绒面结构2。
通常，在SE太阳能电池的制作中，上电极采用丝网印刷制作。本发明中蜂窝状绒面结构与金属浆料的欧姆接触较好，有利于降低硅片与后续印刷形成的上电极之间的接触电阻。
请参阅图2，执行步骤S2，在所述蜂窝状绒面结构2上形成一层掩模3，所述掩3模覆盖上电极印刷区域。
需要指出的是，此处上电极印刷区域指的是后续将要在硅片上的该区域形成上电极的区域。本发明的制作方法中，所述掩模3覆盖上电极印刷区域，将上电极印刷区域保护住。
具体的，所述掩模3优选为石蜡掩模。石蜡是石油加工产品的一种，固体烷烃的混合物。无臭无味、白色或淡黄色固体，由天然石油和人造的含蜡馏分用冷榨或溶剂脱蜡、发汗等方法制得。石蜡不与常见的化学试剂反应，但可以燃烧。
请参阅图3，执行步骤S3：接着将所述第一类型半导体衬底1进行碱制绒，在所述掩模未覆盖区域形成金字塔绒面结构4。
具体的，将所述第一类型半导体衬底1置于碱溶液中并保持500～3000秒，所述第一类型半导体衬底1表面未被所述掩模3保护的区域与碱溶液直接接触，从而被腐蚀得到金字塔绒面结构4，而所述掩模3下方的蜂窝状绒面结构2仍被保留，从而形成蜂窝状/金字塔复合绒面结构。
具体的，所述碱溶液包括KOH或NaOH。
请参阅图4，执行步骤S4：去除所述掩模3。
具体的，对于石蜡掩模，本发明优选在300～500℃的含氧气氛下去除所述石蜡掩模，在该条件下，石蜡与氧气反应生成二氧化碳和水被去除，且产物无污染，不会对绒面结构产生伤害。
请参阅图5，执行步骤S5：然后对所述第一类型半导体衬底1进行整面第二类型轻掺杂。
具体的，进行整面掺杂后，在所述衬底1表面形成了第二类型轻掺杂层5。本实施例中利用三氯氧磷液态源扩散方法掺入磷，所述第二类型轻掺杂层5为N型掺杂，从而生成均匀的PN结。所述第二类型轻掺杂层5表面仍然保持蜂窝状/金字塔复合绒面结构。
请参阅图6，执行步骤S6：再对所述第一类型半导体衬底1的上电极印刷区域进行第二类型重掺杂。
具体的，在上电极印刷区域进行第二类型重掺杂后，电极印刷区域的PN结结深加深，有利于降低反向漏电电流，并降低与金属的接触电阻。
本实施例中，上述步骤S4中采用磷进行整面第二类型轻掺杂，该过程会在硅片表面形成含有磷元素的二氧化硅，称之为磷硅玻璃。本步骤中，以该磷硅玻璃层为杂质源，并利用激光照射进行所述第二类型重掺杂。在激光照射下，磷元素被驱入上电极印刷区域实现重掺杂。激光技术制作SE电池在工序上比常规SE电池工序要简单，可实现低成本投入制造高效率电池。
请参阅图7，执行步骤S7：最后依次进行边缘刻蚀、清洗、沉积减反射膜、形成上下电极及测试，完成SE太阳能电池的制作。
具体的，完成第二类型重掺杂后，将所述第一类型半导体硅片1的边缘进行刻蚀，使硅片表面上下绝缘；然后进行清洗以去除因扩散形成的磷硅玻璃层；再沉积减反射膜7，在绒面消光的基础上再次减少光的反射；然后再在电极印刷区域形成上电极8、在所述第一类型半导体衬底1背面形成下电极9，并进行测试分档，完成SE太阳能电池的制作。
具体的，本实施例中采用丝网印刷在电极印刷区域形成上电极8并进行烧结。本发明制作的SE太阳能电池中，电极印刷区域为蜂窝状绒面结构，与印刷浆料的欧姆接触较好，形成的上电极8与硅片的接触电阻较低。本发明制作出了蜂窝状/金字塔复合绒面结构，不仅可以保证电极区域具有较低的接触电阻，还可以保证光照区域具有良好的光吸收能力，从而在整体上提升SE太阳能电池的效率。
本发明还提供一种SE太阳能电池，请参阅图7，显示为所述SE太阳能电池的结构示意图，包括：
第一类型半导体衬底1；
第二类型轻掺杂层5，形成于所述第一类型半导体衬底1表面；
第二类型重掺杂层6，包括若干分立排列的第二类型重掺杂区；所述第二类型重掺杂区形成于所述第二类型轻掺杂层5中并深入所述第二类型轻掺杂层5下方的第一类型半导体衬底1内；
若干上电极8，形成于所述第二类型重掺杂层6表面；
减反射膜7，形成于所述上电极8之间的第二类型轻掺杂层5表面；
下电极9，形成于所述第一类型半导体衬底背面；
所述上电极8与所述第二类型重掺杂层6的接触面为蜂窝状绒面结构2；所述上电极8之间的第二类型轻掺杂层5及减反射膜7表面为金字塔绒面结构4。
本发明的SE太阳能电池中采用蜂窝状/金字塔复合绒面结构，其中上电极与半导体衬底的接触面为蜂窝状绒面结构，接触更加良好，接触电阻低，而光照区域表面为金字塔绒面结构，光吸收更好，电池光电转换效率高。
综上所述，本发明的SE太阳能电池及其制作方法，通过改善SE太阳能电池的绒面结构，形成蜂窝状/金字塔复合绒面结构，从而从整体上提高SE太阳能电池的效率。本发明的SE太阳能电池中，上电极与半导体衬底的接触面为蜂窝状绒面结构，接触更加良好，接触电阻低，而光照区域表面为金字塔绒面结构，光吸收更好，电池光电转换效率高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种SE太阳能电池的制作方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
S1：提供第一类型半导体衬底并进行酸制绒，在所述第一类型半导体衬底表面形成蜂窝状绒面结构；
S2：在所述蜂窝状绒面结构上形成一层掩模，所述掩模覆盖上电极印刷区域；所述掩模为石蜡掩模；
S3：接着将所述第一类型半导体衬底进行碱制绒，在所述掩模未覆盖区域形成金字塔绒面结构；
S4：在300～500℃的含氧气氛下去除所述掩模；
S5：然后利用三氯氧磷液态源扩散方法掺入磷，对所述第一类型半导体衬底进行整面第二类型轻掺杂，该过程在所述第一类型半导体衬底表面形成磷硅玻璃层；
S6：再以所述磷硅玻璃层为杂质源，并利用激光照射对所述第一类型半导体衬底的上电极印刷区域进行第二类型重掺杂；
S7：最后依次进行边缘刻蚀、清洗、沉积减反射膜、形成上下电极及测试，完成SE太阳能电池的制作。
2.根据权利要求1所述的SE太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述第一类型半导体衬底为单晶硅衬底。
3.根据权利要求1所述的SE太阳能电池的制作方法，其特征在于：于所述步骤S1中，将所述第一类型半导体衬底置于酸溶液中并保持100～1000秒。
4.根据权利要求3所述的SE太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述酸溶液为氢氟酸与硝酸的混合溶液。
5.根据权利要求1所述的SE太阳能电池的制作方法，其特征在于：于所述步骤S3中，将所述第一类型半导体衬底置于碱溶液中并保持500～3000秒。
6.根据权利要求5所述的SE太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述碱溶液包括KOH或NaOH。
7.一种SE太阳能电池，包括：
第一类型半导体衬底；
第二类型轻掺杂层，形成于所述第一类型半导体衬底表面；
第二类型重掺杂层，包括若干分立排列的第二类型重掺杂区；所述第二类型重掺杂区形成于所述第二类型轻掺杂层中并深入所述第二类型轻掺杂层下方的第一类型半导体衬底内；
若干上电极，形成于所述重掺杂层表面；
减反射膜，形成于所述上电极之间的第二类型轻掺杂层表面；
下电极，形成于所述第一类型半导体衬底背面；
其特征在于：
所述上电极与所述第二类型重掺杂层的接触面为蜂窝状绒面结构；所述上电极之间的第二类型轻掺杂层及减反射膜表面为金字塔绒面结构；所述金字塔绒面结构的形成过程中，上电极印刷区域被石蜡掩模所保护，且形成金字塔绒面结构之后，所述石蜡掩模在300～500℃的含氧气氛下被去除；所述第二类型轻掺杂层是利用三氯氧磷液态源扩散方法掺入磷，对所述第一类型半导体衬底进行整面第二类型轻掺杂的方法得到，该过程在所述第一类型半导体衬底表面形成磷硅玻璃层；所述第二类型重掺杂层是以所述磷硅玻璃层为杂质源，并利用激光照射所述第一类型半导体衬底的上电极印刷区域的方法得到。
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