CN103603053A - 一种制备晶体硅太阳能电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制备晶体硅太阳能电池的方法，1）先实施P型掺杂即硼掺杂：采用离子注入在硅片的某个表面或某些区域实施硼掺杂；2）对硼掺杂进行高温退火，进行掺杂再分布并在降温过程中进行N型掺杂，经过一次退火工艺实现P型和N型的优化掺杂分布：硼掺杂后硅片放置到高温扩散炉中退火，以200-800℃之间的某个温度进炉，首先利用升温阶段和在950-1100℃之间的某个温度值的恒温退火进行硼掺杂的再分布，气氛是氮气；然后降温到900-800℃之间的某个温度值的时候进行N型掺杂即磷掺杂，利用本方法只需要通过一次高温热处理就能形成高质量的P型和N型的掺杂结，同时减少的高温热处理次数。

Description

一种制备晶体硅太阳能电池的方法

技术领域

本发明涉及光伏行业的太阳能电池领域,具体涉及到一种太阳能电池器件的制备方法。

背景技术

太阳电池是通过pn结的光生伏特效应是将太阳能直接转换成电能的器件。随着全球能源供给紧张和环境保护双重压力的不断增加，全世界都在大力发展可再生能源。太阳能电池发电是可再生能源中唯一不完全受地域、环境限制的技术，必然在未来能源发展中占主要地位。目前光伏产业虽然处于相对比较艰难的低谷期，但从总体长远的趋势看，光伏产业仍是处于稳定而健康的发展中，并开始逐渐步入成熟。

现有技术的局限是，为满足制备晶体硅高效太阳能电池的需求，需要能够实现在同一硅片（电池）上实现P型或N型掺杂发射结。目前现有的方法主要有基于管式扩散的方法：如CN201210238933.5公开了一种晶体硅片的磷扩散方法，(1)第一次恒定源扩散：升温至700～820℃，通入携磷源氮气、干氧和大氮进行恒定源扩散；(2)高温推进：以10～25℃/min的升温速率升温至860～1000℃，进行推进；(3)第二次恒定源扩散：降温至830～860℃，通入携磷源氮气、干氧和大氮进行恒定源扩散；(4)扩散结束，降温出舟。

此外，化学汽相淀积(CVD)可作为离子注入或扩散的掩蔽膜，以及将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源是常用的工艺，其中低温CVD氧化层：低于500℃中等温度淀积：500～800℃高温淀积：900℃左右。CVD掺杂实施P型或N型掺杂之后，需要继续在高温管式炉管中进行再分布以形成最终所需要的P型或N型掺杂结。

基于管式扩散的方法中，需要分别实现硼扩散和磷扩散，而且在实现磷和硼的扩散之间，必须要增加一步掩膜步骤用于防止两种扩散的交叉污染。同时的，由于在扩散之前还需要进行扩散前的预清洗，扩散之后还需要再清洗去除硼硅玻璃或磷硅玻璃。所以采用这类方法的工艺步骤非常复杂，不适合工业化生产；同时高温热处理的次数多和时间长，这也会降低硅衬底材料的寿命，不利于获得高的电池转换效率。

不论是采用基于CVD预沉积含有磷或硼的氧化物然后再管式扩散再分布的方法，还是采用离子注入技术来在同一个硅片内实施N型和P型掺杂的技术，可以在很大程度上简化工艺流程，从而非常适合于同一硅片（电池）上实现P型或N型掺杂发射结。但不论是采用CVD技术来预沉积含有磷或硼的氧化物还是采用离子注入技术掺杂，后续也都需要再放到管式扩散炉中进行退火才能最终形成电学性能激活的掺杂结。

但磷和硼在硅中扩散系数的不同使得其高温再分布的最佳温度区间范围是不同的：硼掺杂的再分布温度区间范围是950℃-1050℃，磷掺杂的再分布温度区间范围则是800-900℃；特别的如果是采用离子注入工艺的话，考虑到硼和磷的退火中需要实现的修复注入损失层、激活掺杂、杂质再分布这三个作用，各自的最佳温度区间范围就更加不同也更不能兼容，硼注入后的退火需要在950℃以上完成，磷注入退火则最佳在900℃以下完成。

这样一来为了最终获得硼和磷两种掺杂结的最佳掺杂分布，最佳方法是采用两次单独的退火工艺，这样的方法适合于实验研发。但是对于工业化生产，这势必造成工艺步骤复杂，工业化成本增加。

而如果为了降低成本而坚持采用一次共退火，即使能够通过调整磷&硼注入剂量、能量(或者通过调整掺磷或硼的氧化硅的掺磷的含量和厚度)，并同时配合优化调整厚度的高温退火工艺条件（温度、时间），也没法从根本上改变硼磷两种掺杂的修复损伤、激活杂质、再分布温度范围不同的这个瓶颈问题，只要减小这样的副作用，而且减小的十分有限。这就会导致磷掺杂的结深太深，俄歇复合增加，难以获得高质量的发射结（有效少子寿命和Joe降低），从而造成电池光电转换效率的降低。

发明内容

本发明目的是，提出一种制备晶体硅太阳能电池的方法，满足制备晶体硅高效太阳能电池的需求，能够实现在同一硅片（电池）上实现P型或N型掺杂发射结高质量的制备。并基本基于现有的方法：通过预沉积含有磷或硼的氧化物然后再管式扩散再分布的方法和离子注入技术，获得硼和磷两种掺杂结的最佳掺杂分布。

本发明的技术方案是，一种制备晶体硅太阳能电池的方法，同时形成N型和P型掺杂结，其特征是步骤如下：1）先实施P型掺杂即硼掺杂：采用离子注入在硅片的某个表面或某些区域实施硼掺杂、采用CVD、PVD或ALD在硅片的某一个表面预沉积含硼的氧化硅；或采用丝网印刷含硼的氧化硅的浆料；2）对硼掺杂进行高温退火，进行掺杂再分布并在降温过程中进行N型掺杂，经过一次退火工艺实现P型和N型的优化掺杂分布：硼掺杂后硅片放置到高温扩散炉中退火，以200-800℃之间的某个温度进炉，首先利用升温阶段和在950-1100℃之间的某个温度值的恒温退火进行硼掺杂的再分布，气氛是氮气；然后降温到900-800℃之间的某个温度值的时候进行N型掺杂即磷掺杂，磷掺杂时开始通入POCl3和氧气，进行磷硅玻璃的预沉积，随后再开始进行磷掺杂的再分布：保持在温度860±30℃，时间10－60分钟，至此完成N型掺杂的实现。

进一步，为得到硅太阳能电池选择性发射极结构，对步骤1）之后硼掺杂的沉积掩膜层进行图案化处理，2-a）如果步骤1）中是采用离子注入掺杂，在步骤1）之后采用CVD或PVD或ALD在实施P型掺杂的表面沉积一层SiOx或者SiOxNy或者SiNx掩膜材料；如果步骤1）中是采用CVD、PVD或ALD的硼掺杂，则再沉积一层SiOx；2-b）接着2-a），在硼掺杂上面的掩膜材料上进行图案化处理，图案化处理的方法采用激光消融刻蚀或等离子刻蚀或者化学刻蚀的方法。

进一步，硅片的表面织构化即正面绒面处理后再进行硼（B）掺杂。

进一步，利用管式高温扩散炉对P型掺杂的高温退火和在降温中实施N型掺杂的具体步骤：在管式扩散对硼掺杂进行高温再分布退火，以700℃进炉，升温至温度是950-1100℃的某个温度，升温速率是7-15℃/分钟，气氛是氮气气氛；然后在该温度下进行恒温的氮气退火，时间是30-60分钟，在此期间完成P型掺杂的高温退火再分布；随后以5-10℃/分钟的降温速率将温度降低到830-890℃，开始通POCl3引入磷掺杂：气体气氛是三氯氧磷（POCl3），氧气和氮气，温度是830-890℃，时间是10-60分钟；随后降温到800℃，结束热处理程序，随炉冷却后出炉。

所述的制备晶体硅太阳能电池的方法应用于制备背接触电池（IBC）、双面电池或PERT/PERL电池。

本发明的有益效果是：利用本发明中所涉及的方法来制备N型和P型掺杂结和高效电池，不利是采用CVD技术还是采用离子注入技术实施P型掺杂以后，可以只通过一次高温热处理就能形成两类导电类型的掺杂结，并且这个方法可以克服了现有的P型和N型掺杂结一次共退火工艺后的导致N型掺杂结结深推进过深，俄歇复合严重的问题。本发明同时减少的高温热处理次数也极大程度改善了高温热处理对于硅片体寿命的负面影响。在降温阶段引入POCl3扩散掺杂还可以通过吸杂作用来一定程度的改善硅衬底材料的体寿命。利用本发明适用于双面掺杂的太阳能电池，比如可以制备晶体硅高效电池比如背接触电池、双面电池，PERL/PERT电池等晶体硅高效电池结构，同样的也不仅适合单晶P型或N型衬底，同样在类单晶衬底或者多晶衬底上也比其他方法更适用。

使用本发明中的方法能通过一次热处理获得N型和P型都优化的掺杂曲线分布；同时只有一次高温热处理也极大程度改善了高温热处理对于硅片体寿命的负面影响。在降温阶段引入POCl3扩散掺杂还可以通过吸杂作用来一定程度的改善硅衬底材料的体寿命。因此这个方法既能有利于提升电池转换效率，还能降低成本提高产量，非常适合于工业化生产。

值得提出的是，在实际的研发中，本申请人利用现有的传统技术BBr3硼扩散+POCl3磷扩散技术形成P型、N型掺杂结，或者离子注入即结合管式炉退火形成的P型、N型掺杂结，来制备Cz单晶N型电池(双面电池结构或者PERT电池结构)或者Cz单晶P型双面电池结构已经超过了20%的转换效率，最高开路电压达到670mv。如果利用本发明包含的技术来实现上述电池结构，开路电压将还能增益5mv以上，电池效率将在20%的基准上再获得0.5%左右的增益，并且成本有所降低，产量有所增加。

附图说明

图1为背接触电池即高效交指式背接触(IBC)太阳电池结构图；

图2为双面电池结构图；

图3为PERL&PERT电池结构图；

图4为快速热氧化的温度-时间曲线（热处理的曲线图）。

具体实施方式

如图所示，背面金属电极1、氧化硅2、P型衬底3、氧化硅4、正面金属电极5、氮化硅6；背面反射11、点接触12、背面栅线13、N型衬底14、无栅线15；钝化发射区和背面局部扩散电池(PERL),钝化发射区和背面局部扩散电池(perl)在perc电池的背面接触点下增加一个富硼元素的扩散层,以减小金属接触电阻。图中钝化发射区和背面局部扩散电池(PERL),钝化发射区和背面局部扩散电池(perl)在perc电池的背面接触点下增加一个富硼元素的扩散层,以减小金属接触电阻。图4中左区间是P型硼掺杂的杂质再分布，右区间是N型（如三氯氧磷）掺杂的杂质再分布。图4中左区间是B（P型掺杂）的杂质再分布，右区间是降温中进行磷掺杂（引入N型掺杂）。

制备晶体硅太阳能电池的方法，同时形成N型和P型掺杂结的工艺步骤：

1）实施P型掺杂即掺硼，采用离子注入技术在硅片的某个表面的某些区域实施P型离子掺杂（BF3或B2H6等），或者采用CVD、PVD/ALD等技术在硅片的某一个表面预沉积含硼的氧化硅（也不仅仅局限于是氧化物），或采用丝网印刷inkjetprinting/Aerosol jet printing,spray on/spin on含硼的氧化硅的浆料，但不限于此；其中a.离子注入工艺参数需要根据电池结构设计需要来选择，b.含硼的氧化硅的含硼的量和厚度需要根据电池结构设计需要来选择；

2）为了得到硅太阳能电池选择性发射极结构，对步骤1）中的实施P型掺杂的面沉积掩膜层进行图案化处理，

2-a）如果步骤1）中是采用离子注入掺杂，在步骤1）之后采用CVD或PVD或ALD等技术在实施P型掺杂的表面可以沉积一层SiOx或者SiOxNy或者SiNx等掩膜材料，但不局限于此；（备注：如果步骤1）中是采用CVD、PVD/ALD等含硼氧化物的掺杂技术，则可以在CVD沉积含硼氧化硅之后，紧接着再沉积一层SiOx）；

2-b）接着2-a），在P型掺杂上面的掩膜材料上进行图案化处理（根据电池结构的需要，这步往往是针对需要选择性掺杂结构采用的，选择性发射极如不采用选择性掺杂则不需要选择此项），图案化处理的方法可以采用激光消融刻蚀或等离子刻蚀或者化学刻蚀的方法，但不局限于此；

需要考虑的参数：图案化处理的如激光刻蚀，化学刻蚀等的技术参数，详见实施实例；

3）对P型掺杂的高温退火进行杂质再分布和降温过程中的N型掺杂结的实施，经过一次退火工艺实现P型和N型的优化掺杂分布；

在1）、2）完成之后，P型掺杂后硅片放置到高温扩散炉中退火，以200-800℃之间的某个温度进炉，首先利用升温阶段和在950-1100℃之间的某个温度值的恒温退火进行硼掺杂的再分布（如果是离子注入技术，在这个阶段先也要完成损伤层的修复和注入杂质的激活），气氛是氮气。

然后降温，并在降到900-800℃之间的某个温度值的时候（比如850℃），开始通入POCl3和氧气，进行磷硅玻璃的预沉积，随后再开始进行磷掺杂的再分布（保持在温度860±30℃，时间10－60分钟），至此完成了N型掺杂的实现。需要注意的是，在这个阶段，第2步的在P型面沉积的掩膜材料可以作为磷扩散掺杂的掩膜层。

a.高温退火阶段的温度和时间：根据电池结构设计需要，也根据前面的离子注入或CVD含硼氧化硅的参数来综合协调设计。

b.开始通入POCl3的温度，和之后的磷扩散工艺：根据电池结构设计需要来选择。

通过以上1）、2）、3）完成了P型和N型掺杂的引入并获得了高质量的P型和N型掺杂结。根据不同电池结构的需求，可以分别制备背接触电池（IBC），双面电池，PERT/PERL电池等等。同样的方法不仅也适合单晶P型或N型衬底，同样在类单晶衬底或者多晶衬底上也比其他方法更适用。

双面电池的制备（N型或P型）

1.硅基体的选择

晶体硅基体为n型或p型单晶衬底，其电阻率为0.5～5Ω·cm，其厚度为100～200μm，但不限于此；

2.硅片的表面织构化，包括正面绒面（必要）和背面抛光光学形貌的形成;

硅片前表面织构化可采用湿法化学腐蚀，如使用各类酸性溶液、碱性溶液和有机溶剂等来实现；或通过干法刻蚀，如反应离子刻蚀（RIE）、激光刻蚀等方法，但不局限于此。

常用的碱性溶液例如：氢氧化钠，氢氧化钾和乙二胺等。

对于单晶硅基体，可以采用氢氧化钠溶液，一般为浓度约重量百分含量约为0.5-5%，腐蚀温度为70-90℃来进行各向异性的表面织构化。优选的，为获得均匀的绒面金字塔，还可以在溶液中酌量添加醇类（例如乙醇和异丙醇）等作为络合剂。

硅片背表面的抛光处理采用湿法化学或者机械方法，但不局限于此。

对于单晶硅或多晶硅基体，既可以采用氢氧化钠溶液的一般为浓度约重量百分含量约为0.5-5%，腐蚀温度为85--100℃来进行抛光腐蚀。或可以采用在硝酸、氢氟酸和去离子水的体积比为1～2：0.5～1：1的混合溶液中，在0～15℃的条件下进行抛光腐蚀。

3.实施P型掺杂

选择1:利用离子注入技术在硅片的背面实施P型掺杂

采用BF3（三氟化硼）或者B2H6（乙硼烷）作为离子源，经过离子源经过离化，加速，质量分析、聚焦等步骤，以偏离靶片垂直方向0°～7°进行P型注入掺杂，离子注入能量为1-50KeV，注入剂量为1E14～8E15cm-2。

根据电池结构的需求，或在硅片背面实施整面均匀的掺杂；也可以是选择性的分区掺杂。如果是选择性的掺杂，则需要在离子注入工艺腔内使用掩膜基板，通过掩膜基板的图案来获得选择性的分区掺杂，轻重掺杂的剂量和能量要作出调整，此处略。

选择2:利用CVD技术在硅片背面实施P型掺杂

采用APCVD或者PECVD在硅片背表面预沉积含有硼的氧化物，工艺中是通过硅烷（SiH4）,乙硼烷（B2H6）和氧气为反应气体，反应温度在300-500℃，通过B2H6的气体流量（分压）来控制氧化物中含硼的量（硼在氧化物中的含量则根据最终所需要的P型掺杂浓度需求来设计。随后再继续在硅片背表面沉积一层不含掺杂的氧化硅，厚度约150-300nm左右（这层氧化硅作为后续高温退火中的，实施磷掺杂的掩膜层）。

4.P型掺杂面的掩膜

利用APCVD或者PECVD技术在硅片的背面（也即P型掺杂面）沉积一定厚度的氧化硅（对于步骤3中如果是采用CVD掺杂，那么这个步骤就不需要了，即上述选择2），这层氧化硅的厚度在150-300nm，折射率在1.45-2.1，作为后续高温退火中的，实施磷掺杂的掩膜层。

5.利用管式高温扩散炉对P型掺杂的高温退火和在降温中实施N型掺杂

在管式扩散对P型掺杂进行高温再分布退火，以700℃进炉，升温至温度是950-1100℃的某个温度，升温速率是7-15℃/分钟，气氛是氮气气氛。然后在该温度下进行恒温的氮气退火，时间是30-60分钟，在此期间完成P型掺杂的高温退火再分布（如果是离子注入技术，在这个阶段先也要完成损伤层的修复和注入杂质的激活）。

随后，以5-10℃/分钟的降温速率将温度降低到840-880℃，开始通POCl3引入磷掺杂。气体气氛是三氯氧磷（POCl3），氧气和氮气，温度是840-880℃，时间是10-60分钟。随后降温到800℃，结束热处理程序（出炉）。（磷扩散的温度和时间选择，需要根据电池结构设计所需要的磷扩散浓度来确定）。

由此完成了P型掺杂面的高温退火再分布和N型掺杂的引入，硼结和磷结全部形成。随后用体积比0.5-1%的HF清洗掉硅片正面的磷硅玻璃和背面的氧化掩膜层，典型的时间大约是30-90秒。

硼结的参数如下（仅以均匀掺杂为例）：方块电阻60-120ohm/□,表，结深在0.5-1.5um之间。（P型面也可以是选择性掺杂的情况，具体参数此处从略）。磷结的参数如下：方块电阻60-120ohm/□，结深在0.5-1.5um之间。

6.在电池的正面沉积减反射膜层

例如采用PECVD技术（可以是直接法或间接法等离子体），以氨气（NH3）和硅烷（SiH4）为反应气体，工作温度在300-500℃条件下，沉积氮化硅（SiNx:H），折射率2.0-2.1，厚度在60-70nm。

例如采用APCVD或者PVD技术沉积TiO2，折射率2.3-2.35，厚度在50-60nm。

7.在电池的背面沉积钝化层

钝化层材料的选择原则:

正面钝化层的选择,可以是单层膜材料也可以是叠层膜材料或者复合膜材料。

单层材料:SiNx或SiOx,AlOx，TiOx等.

叠层材料如:SiNx/SiO2,SiNx/SiOx,SiOx/SiNx,SiNx/SiNySiOxNy，a-Si/SiNxAlOx/TiOx,SiOx/TiOx。复合膜材料：SiOxNy，AlxTiyOzSiCxNy等等。

背面钝化层的选择,可以是单层膜材料也可以是叠层膜材料或者复合膜材料。

单层材料:SiNx或SiOx,AlOx，TiOx等。

叠层材料:SiNx/SiO2,SiNx/SiOx,SiOx/SiNx,SiNx/SiNy，SiOxNy，SiNx/非晶硅AlOx/TiOx,SiOx/TiOx等等。复合膜材料：SiOxNy，AlxTiyOzSiCxNy等等。

需要指出,很多介质层往往兼起着钝化和光学减反射的作用,钝化膜的选择和减反射膜的选择是相关联的密不可分的。背面钝化膜的选择也要兼顾考虑尽可能具有高的反射率以实现“陷光效应”。

具体的优选的方案举例：

可以采用PECVD技术在电池背面沉积SiOxNy材料（可以是直接法或间接法等离子体），以氨气（NH3）和硅烷（SiH4）为反应气体，工作温度在300-500℃条件下，折射率1.45-2.1，厚度在70-100nm；或者，也可以采用原子层沉积技术或PECVD技术的在电池背面沉积a-Al2O3材料，原子层沉积技术的反应源是三甲基铝和水（或臭氧）[如果是PECVD技术，则反应源是三甲基铝和笑气（N2O）],温度是200-400℃条件，折射率在1.6-1.7，厚度在5-20nm范围，然后再继续沉积一层PECVD SiNx,折射率2.0-2.1，厚度在70-90nm。

8.电池正面和背面的金属化，这里以丝网印刷技术为例：

电池正面的N型发射结的接触浆料采用银浆，印刷线宽在40-70um之间,电池背面的P型发射结的极接触浆料采用银铝浆，印刷线宽在40-70um之间，印刷的高宽比要尽可能大以提高电导能力.丝网印刷电极后需要对电极烘干，可用烧结炉或烘箱来完成。烘箱的烘干条件是温度150℃左右时间20-30分钟,烧结炉烘干条件是峰值温度300-350℃，2-3分钟。最后，根据N区和P区的浆料性质,选择合适的烧结温度进行共烧结,获得尽可能小的接触电阻和尽可能高的并联电阻(尽可能低的结分流).其中典型的共烧结工艺条件是：烧结炉显示峰值温度850-900℃（真实的峰值温度在700-750℃之间)，时间是2-4秒。

需要指出,如果在本发明中在背面N、P区形成的是选择性分区掺杂，接触区的重掺杂会使得其具有更小的欧姆接触。在利用丝网印刷技术进行金属化的时候，由于不同的分区掺杂区域，介质层的沉积或生长速率不同从而导致分区掺杂的厚度不同，因而在外观上有所差别，可以形成自对准的金属化技术的应用。

至此N型或P型双面电池的制备全部完成，需要指出的是对于N型双面电池，也同样可以将硼结设置在硅衬底材料的正表面，磷结设置在背表面，此处不再详述。

以上工艺也可以制备背接触电池，结合选择性分区掺杂工艺，利用光刻或精密丝网印刷技术，实现电池背面PN结的形成，具体的技术实施细节此处从略。该电池背面金属电极呈手指形状，焊接位置位于边缘的6个接触点上。离子注入本身的工艺参数亦可以参考现有技术。

PERT电池的制备（N型或P型）

PERT电池结构既可以采用P型单晶衬底也可以采用N型单晶衬底。

下面以离子注入实施P型掺杂结为例，制备N型或P型PERT电池结构为例，具体如下：

N型或P型PERT电池结构的制备，第1-7步：衬底选择N型或P型单晶硅材料，其他的与双面电池制备示例中的第1-第7步骤完全相同，但在电池正面实施均匀的或者选择性的N型掺杂；同样的，在电池背面也可以实施均匀的或者选择性的P型掺杂结。以后的步骤如下：

8.正面和背面的金属化

正面金属化

电池正面的N型发射结的接触浆料采用银浆，印刷线宽在40-70um之间，印刷的高宽比要尽可能大以提高电导能力。丝网印刷电极后需要对电极烘干，可用烧结炉或烘箱来完成.烘箱的烘干条件是温度150℃左右时间20-30分钟,烧结炉烘干条件是峰值温度300-350℃2-3分钟。最后，,根据N区和P区的浆料性质,选择合适的烧结温度进行共烧结,获得尽可能小的接触电阻和尽可能高的并联电阻(尽可能低的结分流)。典型的烧结工艺参数是，烧结炉显示的峰值温度850-900℃（真实的峰值温度在700-750℃之间)，时间是2-4秒。

背面金属化

(1).金属化步骤前的介质开槽

在背面金属化步骤前，需要对钝化层进行图案化处理以获得所需的金属化图案。金属化的子单元的图案可以栅线，也可选择正方形或圆形，但不限于此。子单元排布的形式可以是栅极线状排布，也可以是以正方形或圆形的点阵排布。具体的，这里可以采用正方形作为子单元，其边长50-100um，间距是1000-2000um，子单元的排布可以是正方形阵列排布。

实现的方法可以是激光开槽,也可以是丝网印刷或Inkjet/Aerosol Jet printing腐蚀性浆料开槽（丝网印刷一层含有磷酸、或者含F的有机物浆料），用来腐蚀背面的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氧化铝等钝化膜材料，但不局限与此。

比如，我们可以采用激光消融技术来实现这种分区掺杂的图案化处理，典型的，可以采用532nm的皮秒激光器(Nd:YVO4，,脉冲小于<15ps，最大平均功率15W，脉冲重复频率200-1000kHz)，对SiO2进行刻蚀图案化。优选的，激光技术之后可以利用1-2%的碱溶液对损伤层进行处理。

(2).然后，利用PVD技术（蒸发或溅射）来沉积一层金属铝，厚度在1-2um。金属化图案处的区域的铝用来形成欧姆接触，而在未图案化区域上，铝会直接沉积在背面钝化层材料上，用来作为电导增强层和背反射器。随后，需要进行退火来形成金属半导体的欧姆接触。然后利用快速热退火在硅片的真实峰值温度低于577度的条件下，时间2-4秒，气氛是压缩空气，以形成背面铝硅欧姆接触。可选的，也可以采用管式炉在氮气的气氛下，温度300-550℃之间（时间要根据温度的选择来确定），进行退火形成铝硅欧姆接触，气氛是氢退火（Forming gas）或氮气退火，时间是10-60分钟（时间要根据温度的选择来确定）。

至此形成N型或者P型PERT电池结构。

PERL电池

PERL电池结构一般是采用P型单晶衬底，在硅片的背面金属接触处采用局部硼掺杂来降低接触电阻，非接触处根据硅片原始材料的体电阻率而定，可以不实施P型掺杂（适合于低阻片，范围是0.1-1.5ohm.cm）,也可以实施轻的P型掺杂（适合于体电阻1.5ohm.cm以上的硅衬底材料）。

1.硅基体的选择

晶体硅基体为n型或p型单晶衬底，其电阻率为0.5～5Ω·cm，其厚度为100～200μm，但不限于此；

2.硅片的表面织构化，包括正面绒面（必要）和背面抛光光学形貌的形成（可选择步骤）

硅片前表面织构化可采用湿法化学腐蚀，如使用各类酸性溶液、碱性溶液和有机溶剂等来实现；或通过干法刻蚀，如反应离子刻蚀（RIE）、激光刻蚀等方法，但不限于此。

常用的碱性溶液例如：氢氧化钠，氢氧化钾和乙二胺等。

例如对于单晶硅基体，可以采用氢氧化钠溶液的一般为浓度约重量百分含量约为0.5-5%，腐蚀温度为70-90℃来进行各向异性的表面织构化。优选的，为获得均匀的绒面金字塔，还可以在溶液中酌量添加醇类（例如乙醇和异丙醇）等作为络合剂。

硅片背表面的抛光处理采用湿法化学或者机械方法，但不限于此。

例如对于单晶硅基体，既可以采用氢氧化钠溶液，一般为浓度约重量百分含量约为0.5-5%，腐蚀温度为85--100℃来进行抛光腐蚀。也可以采用在硝酸、氢氟酸和去离子水的体积比为1～2：0.5～1：1的混合溶液中，在0～15℃的条件下进行抛光腐蚀.

3.实施P型掺杂

利用离子注入技术在硅片的背面实施P型掺杂，采用BF3（三氟化硼）或者B2H6（乙硼烷）作为离子源，经过离子源经过离化，加速，质量分析、聚焦等步骤，以偏离靶片垂直方向0°～7°进行P型注入掺杂，离子注入能量为1-50KeV，注入剂量为1E14～8E15cm-2。

利用离子注入工艺腔内使用掩膜基板实现选择性的分区P型掺杂，掩膜版的图案也即选择性分区掺杂的图案：电池背面的重掺杂的P区的子单元采用正方形的格子，正方形的边长是200-400um，子单元之间的间距是1000-2000um；可以采用正方形的阵列排布，也可以采用菱形的阵列排布。

重掺杂区域采用1E15-8E15的剂量，能量1-50kev;轻掺杂区域采用1E14-5E15的剂量，能量1-50kev，（或者如果对于低体电阻的p型单晶衬底，也可以只实施p型硼的重掺杂，不实施p型硼的轻掺杂，具体技术细节此处不再详述）。

4.P型掺杂面的掩膜

利用APCVD或者PECVD技术在硅片的背面（也即P型掺杂面）沉积一定厚度的氧化硅，这层氧化硅的厚度在150-300nm，折射率在1.45左右，作为后续高温退火中的，实施磷掺杂的扩散掩蔽层。

5.利用管式高温扩散炉对P型掺杂的高温退火和在降温中实施N型掺杂

在管式扩散对P型掺杂进行高温再分布退火，，以700℃进炉，升温至温度是950-1100℃的某个温度，升温速率是7-15℃/分钟，气氛是氮气气氛。然后在该温度下进行恒温的氮气退火，时间是30-60分钟，在此期间完成P型掺杂的高温退火再分布。

随后，以5-10℃/分钟的降温速率将温度降低到830-890℃，开始通POCl3引入磷掺杂。气体气氛是三氯氧磷（POCl3），氧气和氮气，温度是830-890℃，时间是10-60分钟（磷扩散的温度和时间选择，需要根据电池结构设计所需要的磷扩散浓度来确定）。

硼结的参数如下：

重掺杂区域-方块电阻20-50ohm/□，结深在0.75-1.5um之间。

轻掺杂区域-方块电阻60-120ohm/□,结深在0.3-0.7um之间。

磷结的参数如下：

方块电阻60-120ohm/□,结深在0.3-0.7um之间.

7.在电池的正面沉积减反射膜层，可以是CVD或者PVD的SiNxSiOxNy或者TiOx等，但不限于此。

例如采用PECVD技术（可以是直接法或间接法等离子体），以氨气（NH3）和硅烷（SiH4）为反应气体，工作温度在300-500℃条件下，沉积氮化硅（SiNx:H），折射率2.0-2.1，厚度在60-70nm。

例如采用APCVD或者PVD技术沉积TiO2，折射率2.3-2.35，厚度在50-60nm。

8.在电池的背面沉积钝化层

具体的优选的方案举例：

可以采用PECVD技术在电池背面沉积SiOxNy材料（可以是直接法或间接法等离子体），以氨气（NH3）、笑气（N2O）和硅烷（SiH4）为反应气体，工作温度在300-500℃条件下，折射率1.45-2.1，厚度在70-100nm；

或者，也可以采用原子层沉积技术或PECVD技术的在电池背面沉积a-Al2O3材料，原子层沉积技术的反应源是三甲基铝和水（或臭氧）[如果是PECVD技术，则反应源是三甲基铝和笑气（N2O）],温度是200-400℃条件，折射率在1.6-1.7，厚度在5-20nm范围，然后再继续沉积一层PECVD SiNx,折射率2.0-2.1，厚度在70-90nm。

9.正面和背面的金属化，先进行正面金属化，再进行背面金属化。

正面金属化

电池正面的N型发射结的接触浆料采用银浆，印刷线宽在40-70um之间,印刷的高宽比要尽可能大以提高电导能力.丝网印刷电极后需要对电极烘干,可用烧结炉或烘箱来完成。烘箱的烘干条件是温度150℃左右时间20-30分钟,烧结炉烘干条件是峰值温度300-350℃，2-3分钟。最后，根据N区和P区的浆料性质,选择合适的烧结温度进行共烧结，获得尽可能小的接触电阻和尽可能高的并联电阻(尽可能低的结分流).典型的烧结工艺参数是，峰值温度（真实温度）在700-750℃之间，时间是2-4秒。

背面金属化

(1).金属化步骤前的介质开槽

在背面金属化步骤前,需要对钝化层进行图案化处理以获得所需的金属化图案。金属化图案的子单元的轴心线要背面P型重掺杂图形的子单元的轴心线重合，子单元的图案可以选择正方形但不限于此。这里具体的选择正方形作为子单元，其边长50-100um，间距是1000-2000um；

实现方法图案化的方法可以是激光消融介质层技术,也可以是丝网印刷或Inkjet/Aerosol Jet printing腐蚀性浆料开槽,但不局限与此。

比如，我们采用激光消融技术来实现这种分区掺杂的图案化处理，典型的，可以采用532nm的皮秒激光器(Nd:YVO4，,脉冲小于<15ps，最大平均功率15W，脉冲重复频率200-1000kHz)，对背面钝化层进行刻蚀图案化。优选的，激光技术之后可以利用1-2%的碱溶液对损伤层进行处理。

(2).然后，利用PVD技术（蒸发或溅射）来沉积一层金属铝，厚度在1-2um。金属化图案处的区域的铝用来形成欧姆接触，未图案化处理的区域，铝背直接沉积在背面钝化层材料上，用来作为电导增强层和背反射器。随后，需要进行退火来形成金属半导体的欧姆接触。可以采用管式炉退火，300℃-500℃左右，气氛是氢退火（Forming gas）或氮气退火，时间是10-60分钟。可选的，也可以是平面传送带式的RTP快速热退火设备，峰值温度700-730℃，时间2-4秒钟，气氛是压缩空气。至此形成P型PERL电池结构。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，实施例并不能穷尽所有的参数，未详尽表达之处均可依现有技术推导，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种制备晶体硅太阳能电池的方法，同时形成N型和P型掺杂结，其特征是步骤如下：1）先实施P型掺杂即硼掺杂：采用离子注入在硅片的某个表面或某些区域实施硼掺杂、采用CVD、PVD或ALD在硅片的某一个表面预沉积含硼的氧化硅；或采用丝网印刷含硼的氧化硅的浆料；2）对硼掺杂进行高温退火，进行掺杂再分布并在降温过程中进行N型掺杂，经过一次退火工艺实现P型和N型的优化掺杂分布：硼掺杂后硅片放置到高温扩散炉中退火，以200-800℃之间的某个温度进炉，首先利用升温阶段和在950-1100℃之间的某个温度值的恒温退火进行硼掺杂的再分布，气氛是氮气；然后降温到900-800℃之间的某个温度值的时候进行N型掺杂即磷掺杂，磷掺杂时开始通入POCl3和氧气，进行磷硅玻璃的预沉积，随后再开始进行磷掺杂的再分布：保持在温度860±30℃，时间10－60分钟，至此完成N型掺杂的实现。

2.根据权利要求1所述的制备晶体硅太阳能电池的方法，其特征是为得到硅太阳能电池选择性发射极结构，对步骤1）之后硼掺杂的沉积掩膜层进行图案化处理，2-a）如果步骤1）中是采用离子注入掺杂，在步骤1）之后采用CVD或PVD或ALD在实施P型掺杂的表面沉积一层SiOx或者SiOxNy或者SiNx掩膜材料；如果步骤1）中是采用CVD、PVD或ALD的硼掺杂，则紧接着再沉积一层SiOx；2-b），在硼掺杂上面的掩膜材料上进行图案化处理，图案化处理的方法采用激光消融刻蚀、等离子刻蚀或者化学刻蚀的方法。

3.根据权利要求1所述的制备晶体硅太阳能电池的方法，其特征是，经硅片的表面织构化即正面绒面处理后再实施P型掺杂即硼掺杂。

4.根据权利要求1所述的制备晶体硅太阳能电池的方法，其特征是，利用管式高温扩散炉对P型掺杂高温退火和在降温中实施N型掺杂的具体步骤：在管式扩散对硼掺杂进行高温再分布退火，以700℃进炉，升温至温度是950-1100℃的某个温度，升温速率是7-15℃/分钟，气氛是氮气气氛；然后在该温度下进行恒温的氮气退火，时间是30-60分钟，在此期间完成P型掺杂的高温退火再分布；随后以5-10℃/分钟的降温速率将温度降低到830-890℃，开始通POCl3引入磷掺杂：气体气氛是三氯氧磷（POCl3），氧气和氮气，温度是830-890℃，时间是10-60分钟；随后降温到800℃，结束热处理程序，随炉冷却后出炉。

5.根据权利要求1－4之一所述的制备晶体硅太阳能电池的方法应用于制备背接触电池（IBC）、双面电池或PERT/PERL电池。

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