CN103618027A - 利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，1）通过热生长、CVD、PVD、ALD方法或化学凝胶生长法在硅片基体一面形成一层一定厚度的半掩膜材料，作为后续离子注入工艺形成分区掺杂的半掩膜；半掩膜材料选择：SiOx、SiOxNy、SiNx或TiOx等；2）对晶硅电池的某一面或者某一面的特定区域进行图案化刻蚀处理，形成所需要的选择性掺杂图案：刻蚀处理后的图案区将会形成重掺杂区；3）根据电池结构的设计，在晶硅电池的某一面或者与某一面的特定区域进行与衬底相同掺杂类型或者相反掺杂类型的离子注入掺杂；4）退火：在退火的过程中，形成选择性的分区掺杂。掺杂，离子注入选择合适的工艺参数。

Description

利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效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,具体涉及到太阳能电池器件的形成方法。
背景技术
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。
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。在金属接触区的硅表面复合速率很高。如果金属接触区的硅表面形成重掺杂，浓度差形成的势垒有排斥少数载流子的作用，从而降低这里的复合。而非金属接触的采光发射区则希望通过轻掺杂来减少表面死层造成的损失。这样的要求就促成了金属接触区域重掺杂、其它发射区轻掺杂的选择性掺杂设计（又称选择性发射极技术）。而且这种设计的另一个优点是更浓掺杂的硅表面对金属的接触电阻更小。
传统的分区掺杂技术比如通过激光消融或化学刻蚀形成选择性分区掺杂图案通过两次扩散法配合（比如中电光伏采用化学刻蚀的方法）、或者如德国施密特公司通过一次热扩散配合化学反刻的方法，或者通过Suntech尚德电力公司的激光局部掺杂的方法，或者通过美国innovolight公司的硅墨水结合热扩散形成选择性掺杂的方法等等也都可以形成选择性分区掺杂。
但是这些技术方法应用于大多数是基于热扩散技术来形成选择性掺杂的。当应用于结构复杂些的高效晶体硅电池，比如N型电池、IBC电池、双面电池、PERL/PERT电池往往需要在电池的一面或者一些区域形成N+掺杂，而电池的另一面或者另一些区域也需要形成P+掺杂，在这种情况下利用上述这些现有的技术工艺步骤就会相对复杂些，不利于工业化生产。
采用离子注入制作的p-n结表面杂质浓度较低，避免了热扩散形成pn结表面的死层带来的表面复合的损失，还极大程度提高了结的均匀性。如果需要对电池前后表面都实施分区掺杂技术，而且离子注入是单面工艺，就排除了边缘刻蚀的需求，简化了工艺流程具有更大的优势。
采用离子注入技术实现选择性掺杂由于工艺步骤简单而更加适合于高效电池结构两面都需要选择性分区掺杂的设计。传统的通过离子注入实现选择性掺杂的方法主要是通过在离子注入工艺腔内的掩膜基板来实现分区掺杂，这种方法虽然工艺步骤简单，但是对于同一种掺杂元素（比如磷或者硼），需要实施两次的离子注入才能获得分区的掺杂图案，而且总会相当有一部分掺杂离子在离子注入工艺中被浪费在掩膜基板上，这使得晶硅太阳能电池的生产成本增加。
发明内容
本发明目的是，提出一种选择性发射极制备方法制造高效晶体硅太阳能电池，适用于制备结构复杂些的高效晶体硅电池，如N型电池、IBC电池、双面电池、PERL/PERT电池；克服离子注入制作选择性发射极的不足，尤其是通过离子注入掩蔽的掩膜（半掩膜）材料来完成。
本发明的技术方案是，一种利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，1）首先通过前面所述的热生长、CVD、PVD、ALD或化学凝胶等方法在硅基体的一面或前后表面形成一层一定厚度的半掩膜材料（比如氧化硅（SiOx）或者硅氮氧化物（SiOxNy）），作为后续离子注入工艺形成分区掺杂的半掩膜；半掩膜材料的选择：半掩膜材料选择：SiOx、SiOxNy、SiNx或TiOx等；2）对晶硅电池的某一面（既可以正面，也可以是背面）或者某一面的（既可以正面的，也可以是背面的）特定区域进行图案化刻蚀处理，形成所需要的选择性掺杂图案：刻蚀处理后的图案区将会形成重掺杂区；3）根据电池结构的设计，在晶硅电池的某一面（既可以正面的，也可以是背面的）或者与某一面的（既可以正面的，也可以是背面的）特定区域进行与衬底相同掺杂类型或者相反掺杂类型的离子注入掺杂；4）退火：放置到高温管式扩散炉或者RTP快速热退火炉中，通过选择合适的退火温度、时间、气氛，进行掺杂杂质的再分布退火，退火温度范围：600-1100℃，退火时间范围：1-500分钟，气氛:惰性气体（比如氮气）、氧气的单一或者混合气体，退火炉的选择：管式扩散炉或者RTP快速热退火炉；在退火的过程中，修复注入后的损失和进行杂质再分布，根据掺杂杂质在半掩膜层的扩散系数不同，形成选择性的分区掺杂。半掩膜层厚范围是10-100nm。
进一步的，所述步骤1）－2）中分别在硅片的双面进行相同工艺处理，再进行步骤3）晶硅电池的某一面（既可以正面的，也可以是背面的或者此面（既可以正面的，也可以是背面的）的特定区域进行一种掺杂类型的离子注入掺杂；在另一面或者此面的特定区域进行与第一面相反掺杂类型的离子注入掺杂。
此半掩膜材料的选择和最终所需要获得的选择性掺杂的轻掺杂的浓度有关系，要通过配合“半掩膜”材料膜层（掺杂元素在其内部的扩散系数以及和在硅中的扩散系数的比较），获得该材料膜层的工艺和厚度控制、离子注入掺杂中的工艺参数控制、高温退火再分布中的工艺参数控制来进行整体的协调性制备；“半掩膜”材料膜层的其它性质如折射率、厚度、致密性和均匀性、材料的高温热力学动力学稳定性、杂质在硅和该半掩膜材料中的扩散系数亦需要考虑；半掩膜材料制备工艺的选择需要依据上述；
半掩膜层的生长也可以在硅材料表面织构化处理工艺之后；2）对硅片的某一面（既可以正面，也可以是背面）或者某一面（既可以正面，也可以是背面）的特定区域进行图案化刻蚀处理，形成所需要的选择性掺杂图案：刻蚀处理后的图案区将会形成重掺杂区；刻蚀处理后的图案区域形成重掺杂区；可以利用激光消融刻蚀或者化学刻蚀或者等离子刻蚀的方法，但不限于此；这个图案根据实际的电池结构需要可以是以线条状为子单元的排布，梳子状嵌套排布或者以圆形或矩形为子单元的点阵排布等等，但不限于此。
掺杂图案参数：子单元的排布形状设计：栅线式的线状排布，梳子状嵌套排布，矩阵或菱形的点阵排布；子单元的形状：栅线，圆形或矩形；子单元的线宽、子单元的间距（选择性分区掺杂面积百分比）：根据电池结构设计的实际需要和工艺技术能达到的精度来进行综合设计；
3）根据电池结构的设计需要，在硅片的另一面或者与该面的特定区域进行与衬底相同掺杂类型或者相反掺杂类型的离子注入掺杂；掺杂指相同掺杂类型或者相反掺杂类型的离子。
离子注入掺杂的参数：离子注入工艺参数（工作电流范围、能量范围、剂量范围）：根据电池结构需要，半掩膜材料和厚度、离子注入工艺参数来协调综合优化设计；离子注入杂质种类：施主掺杂（PH3,AsH3等），受主掺杂（BF3,B2H6等）；
4）退火：放置到高温管式扩散炉或者RTP快速热退火炉中，通过选择合适的退火温度、时间、气氛，进行掺杂杂质的再分布退火。退火温度范围：600-1100℃，退火时间范围：1-500分钟，气氛:惰性气体、氧气的之一或者混合气体，退火炉的选择：管式扩散炉或者RTP快速热退火炉，但不限于此；
在退火的过程中，修复注入后的损失和进行杂质再分布，根据掺杂杂质在半掩膜层的扩散系数不同，形成选择性的分区掺杂。
进一步，所述步骤1）－2）中分别在硅片的双面进行相同工艺处理，再进行步骤3）硅片的第一面或者此面的特定区域进行一种掺杂类型的离子注入掺杂；在另一面或者此面的特定区域进行与第一面相反掺杂类型的离子注入掺杂。
高温（扩散）退火工艺参数（气氛：温度：时间）：根据电池结构需要，半掩膜材料和厚度、离子注入工艺参数来协调综合优化设计；可在高温退火中生长成一定厚度的氧化硅作为表面钝化层。表面钝化层厚度根据工艺需要为2－25纳米。
以上1-4）步就是本发明所涉及的形成选择性分区掺杂的具体方法，后续则可以根据不同电池结构的需求，配合实施不同的工艺步骤，尤其是可以形成如背接触IBC电池、双面电池、PERL/PERT电池等高效电池结构。本发明所涉及的方法可以不仅仅适合于单晶硅衬底，也同样适合于类单晶，多晶衬底。
本发明“半掩膜”材料可以利用热生长、CVD、PVD，或者Spray on or spin on、以及化学生长法来获得，形成一定厚度的SiOx、SiOxNy、SiNx或TiOx作为分区掺杂的半掩膜，但不限于此。选择性掺杂前的图案化处理步骤用于获得所需要的选择性掺杂图案，可以利用激光消融刻蚀或者化学刻蚀或者等离子干法刻蚀的方法，但不限于此。半掩蔽材料膜层厚度为10-50nm。
半掩膜材料利用热生长、PVD、CVD、ALD或者Spray on or spin on（所有沉积半掩膜层的方法均可以使用）以及化学凝胶生长法来获得，形成一定厚度的SiOx、SiOxNy、SiNx或TiOx作为分区掺杂的半掩膜，半掩膜层厚10-50nm。
可用于制备背接触IBC电池、双面电池、PERL/PERT电池，硅片为单晶硅、类单晶或多晶硅材料。
利用激光消融技术实现这种分区掺杂的图案化处理，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。
或利用化学刻蚀技术：利用丝网印刷腐蚀性的浆料或Inkjet or Aerosol Jetprinting印刷腐蚀性浆料或墨水，进行化学刻蚀，在化学刻蚀之后，对硅片表面进行清洗以去除表面的残余化学浆料。
在已经经过图案化处理的区域经过离子注入和高温退火后会形成重掺杂，这些区域在后续作为金属化步骤的金属接触区；未经过图案化的区域，由于半掩膜材料类型&厚度、离子注入工艺参数、共退火的工艺参数整体设计，离子注入的掺杂在半掩膜的阻挡作用下，在后续高温退火中会形成轻掺杂区域；
值得强调的是，轻重掺杂的分区会在后续的生长或沉积钝化层时候会具有不同的表面生长速率，从而在不同的分区掺杂区域获得不同的钝化层厚度，这使得后续的金属化工艺采用并具有自对准的技术。
本发明中所选择的用于离子注入掩蔽的“半掩膜”材料，需要具有良好的高温热力学和动力学稳定性，优选的选用SiOx、SiOxNy、SiNx或TiOx等单层膜材料或者叠层膜材料或者复合膜材料来作为离子注入掺杂和高温退火的“半掩膜”材料，也可以化学组分渐变的材料。但不限于此。
本发明的方法的有益效果：本发明通过生长或沉积的方法获得一层一定厚度的均匀的“半掩膜”，预先对硅片表面进行图案化处理，在离子注入的掺杂经过高温退火再分布的过程中，利用掺杂元素在硅和“半掩膜”材料中的扩散系数不同，通过“半掩膜”的工艺和厚度控制、离子注入掺杂中的工艺参数控制、高温退火再分布中的工艺参数控制可以实现在金属接触区域形成重掺杂，非接触区域形成轻掺杂的选择性分区掺杂的结分布。这样可以对于形成某一种掺杂类型的发射结（比如硼或者磷）只需要一次离子注入，也极大程度的减小了离子注入中的掺杂剂的浪费，可以降低生产制造成本，提高生产产量。采用本发明的半掩膜法一次离子注入形成选择性掺杂的技术，就可以避免现有掺杂方法的浪费，降低了生产的成本。
此外直接在硅衬底上进行离子注入掺杂，还会产生沟道效应，这会对电池器件的性能有负面作用。采用本发明的方法中，对离子注入前对通过沉积一层非晶层的半掩膜材料来对硅片表面实现预非晶化处理的作用，从而能极大程度的减弱或防止沟道效应。通过半掩膜材料的厚度控制，在实现分区掺杂的同时也能极大程度的“缓冲、减弱”离子注入工艺对硅衬底造成的损伤。通过预非晶化表面半掩膜材料处理，可以极大程度减小或避免离子注入中产生的沟道效应。
特别的，通过半掩膜材料的厚度控制，在硼注入掺杂和退火中，利用了硼在硅/氧化硅界面的分凝系数不同（Si-SiO2界面，硼的分凝系数是3:10），可以极大程度的分凝硅表面的硼硅化合物（富硼层），从而进一步的减小非金属接触区的表面浓度，提高掺杂结的质量。
特别的，通过半掩膜材料的厚度控制，可以在硅基体的两面和四周都得到掩膜层材料，起到非常好的N、P掺杂区域隔离的作用，节省了后续的单独的N、P掺杂区域隔离的步骤。实现选择性的掺杂，可以实现自对准的金属化技术。
采用本发明方法可以根据不同电池结构的需求，配合实施不同的工艺步骤，可以形成如背接触IBC电池、双面电池、PERL/PERT电池等高效电池结构。本发明不仅适合于单晶硅衬底，也同样适合于类单晶，多晶衬底。
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4－1至图4－5为生长或沉积半掩膜材料掺杂并制备成电池的实施流程示意图；正面选择性掺杂生长，
其中：图4－1生长或沉积半掩膜材料；
图4－2半掩膜材料图案化处理；
图4－3半掩膜离子注入选择性掺杂，如掺磷；
图4－4高温退火形成N+和N++的选择性掺杂；
图4－5化学腐蚀后（去掉掩膜后）的最终图形；背面选择性掺杂生长完全同图4。
图5－1双面电池的工艺流程，经半掩膜材料图案化处理后；双面半掩膜离子注入选择性，分别掺杂磷和硼；为生长或沉积半掩膜材料掺杂的实施例；正面选择性掺杂图示/背面选择性掺杂图示/双面选择性
图5－2双面电池的一种成品示意图。
图6－1背接触电池N－Si的先进行磷注入，51是离子注入的掩膜基板；
图6－2背接触电池N－Si的同一面再进行硼注入，51是离子注入的掩膜基板；
图6－3本发明背接触电池成品的示意图，具有选择性掺杂。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：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、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。
i.利用该方法实现选择性掺杂的具体实施：根据发明内容可以有更详细的描述：
实施例1：1－1）晶体硅片为n型单晶衬底或n型多晶硅衬底，其厚度为100～250μm；
1－2）直接利用热生长或者PVD获得单面或双面的“半掩蔽”的材料膜层厚度为10-50nm，包括：氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。
热生长是热氧化技术，氧化的温度选择875-950℃之间，氧化的时间选择10-40分钟。在硅片的单面或正背面同时获得一层10-50nm的氧化层。
CVD方法生长包括PECVD/APCVD/LPCVD等方法沉积SiOxNy、SiNx或TiOx，PVD基本方法包括真空蒸发、溅射、离子镀等：如磁控溅射在真空环境下，通过电压和磁场的共同作用，以被离化的惰性气体离子对靶材进行轰击，致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出并沉积在基件上形成薄膜；靶材采用氮SiOxNy、SiNx或TiOx，在硅片的单面或正背面同时获得一层10-50nm的靶材材料“半掩蔽”薄膜；用其它方法亦可生长上述“半掩蔽”薄膜；“半掩蔽”的材料膜层的生长也可以在硅材料表面织构化处理工艺之后；
1－3）利用激光消融技术或者化学刻蚀技术或者等离子刻蚀技术，硅片的一面或正面和背面的分区掺杂前均进行图案化处理。
激光消融技术实现这种分区掺杂的图案化处理，比如采用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。
典型的硅片的重掺杂区采用栅线的线状分布，栅线的宽度范围是50-300um，子单元之间的间距是1000um-2000um范围；激光消融技术之后可以利用1-2%的碱溶液对损伤层进行处理。
化学刻蚀技术：利用丝网印刷腐蚀性的浆料，或Inkjet or Aerosol Jet printing印刷腐蚀性浆料或墨水，来进行化学刻蚀，这种浆料或者墨水一般含有腐蚀性的酸性离子（比如氟离子或者磷酸根等，但不限于此）和有机物的混合物。在化学刻蚀方法之后，需要对硅片表面进行清洗以去除表面的残余化学浆料，这种清洗溶液一般可以采用SC1/SC2清洗液，在70-75度左右的条件下清洗1-5分钟左右。
1－4）离子注入进行掺杂
采用BF3或者B2H6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；在预先沉积的掩膜材料上，已经进行图案化的区域，离子注入直接掺杂在硅衬底表面，未进行图案化区域的离子注入掺杂在了半掩膜材料上。其它离子注入的方法（如N型掺杂，PH3 or AsH3）类同上述，亦可以双面注入离子掺杂。
1－5）将经过掺杂的硅片，放置到高温管式扩散炉中在惰性气体、氧气的单一或者混合气氛下进行高温退火，经过高温退火过程，完成掺杂杂质离子注入损伤层修复、掺杂杂质的激活。经过这步高温退火，硅片一面或双面形成选择性的分区掺杂。可选的，可在高温退火中生长成一定厚度的氧化硅作为表面钝化层。表面钝化层厚度根据工艺需要为3－15纳米。
ii.下面例举利用该方法制备几种晶体硅高效电池的实例。
实施例2.背接触（IBC）电池的制作工艺流程
2－1）硅基体的选择
典型的晶体硅基体为n型单晶衬底，其电阻率0.5～5Ω·cm，其厚度为100～200μm，但不限于此；亦可用多晶硅基体。
2－2）表面织构化，包括正面绒面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。再如对于多晶硅基体，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℃的条件下进行各向同性的表面织构化。
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。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。
2－3）利用CVD法沉积一定厚度的在硅片背表面的“半掩蔽”的材料膜层即半掩膜，比如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。
具体的，此处采用APCVD技术沉积SiO2，反应气体是硅烷和氧气，温度是300-500度,折射率1.46,本例控制在厚度30-50nm。半掩膜氮氧化硅等也可以厚至50-100nm。
2－4）利用激光消融技术或者化学刻蚀技术或者等离子刻蚀技术，对电池背面实施分区掺杂前的图案化处理，也即交叠分布的背面N、P掺杂图形。
选择性分区掺杂的图案：子单元的排布形状设计采用栅线的线状排布，P区掺杂和N区掺杂采用像梳子那样相互嵌套的方式。
P区的子单元栅线的宽度范围是250um-500um（其中重掺杂的分区宽度是50-75um），子单元之间的间距是500-1500um之间；N区的子单元栅线的宽度范围是75um-200um（其中重掺杂的分区是50um左右），子单元之间的间距是500um-1500um之间。
具体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SiOx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。
或可以利用丝网印刷腐蚀性的浆料，或Inkjet or Aerosol Jet printing印刷腐蚀性浆料或墨水，来进行化学刻蚀，这种浆料或者墨水一般含有腐蚀性的酸性离子（比如氟离子或者磷酸根等）和有机物的混合物。在化学刻蚀方法之后，需要对硅片表面进行清洗以去除表面的残余化学浆料，这种清洗溶液一般可以采用SC1/SC2清洗液，在70-75度左右的条件下清洗1-5分钟左右。
2－5）利用离子注入技术对电池背面进行P型掺杂，其中在背面待进行的N型掺杂区域用离子注入的工艺掩膜版进行掩蔽处理。
采用BF3或者B2H6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；
在预先沉积的半掩膜材料上，已经进行图案化的区域，离子注入直接掺杂在硅衬底表面，未进行图案化区域的离子注入掺杂在了半掩膜材料上。
利用离子注入技术对电池背面进行N型掺杂，其中在背面已经进行的P型掺杂区域用离子注入的工艺掩膜版进行掩蔽处理。
采用PH3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N型注入掺杂，离子注入能量为1-50KeV，注入剂量为1E14～8E15cm-2；
在预先沉积的半掩膜材料上，已经进行图案化的区域，离子注入直接掺杂在硅衬底表面，未进行图案化区域的离子注入掺杂在了半掩膜材料上。
2－6）利用离子注入技术对电池正面实施N型掺杂；
采用PH3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N型注入掺杂，离子注入能量为1-50KeV，注入剂量为1E14～8E15cm-2；
2－7）将经过两种导电类型掺杂的硅片，放置到高温管式扩散炉中在氮气和氧气的气氛下进行高温退火，经过高温退火过程，同时完成两种掺杂杂质的离子注入损伤层修复、掺杂杂质的激活。可选的，可以在高温退火中生长成一定厚度的氧化硅作为表面钝化层。经过这步高温退火，电池的正面和背面都形成了选择性的分区掺杂。
放到高温管式扩散炉中在氮气和氧气的环境下，通过选择合适的退火温度、时间、气氛，进行掺杂杂质的再分布退火，在已经经过图案化处理的区域经过离子注入和高温退火后会形成重掺杂，这些区域在后续作为金属化步骤的金属接触区；未经过图案化的区域，由于半掩膜SiOx&厚度、离子注入工艺参数、共退火的工艺参数整体设计，离子注入的掺杂在半掩膜的阻挡作用下，在后续高温退火中会形成轻掺杂区域；值得强调的是，轻重掺杂的分区会在后续的生长或沉积钝化层时候具有不同的表面生长速率，从而在不同的分区掺杂区域获得不同的钝化层厚度，这使得后续的金属化工艺具有自对准的技术。
具体实施的工艺参数如下：进炉的温度采用600度，升温到950度-1100度之间的某一个温度值，升温速率是7-15度/分钟，通氮气进行退火，在这个期间可以对离子注入的损失层进行修复和杂质的再分布（尤其是N型掺杂）；随后在950-1100度的某一个温度值进行恒温退火，通氮气，时间是10-30分钟，期间可以继续进行离子注入损失层的修复和杂质的再分布；然后，可选的气体切换至氧气或者氧气&氮气混合气体，进行高温氧化，时间是2-10分钟，可以在硅片的正背表面获得一层5-20nm的氧化层，这层氧化层可以作为正面和背面的掺杂结的钝化层；随后以氮气为气氛进行降温退火至700-800度左右，降温速率是5-10度/分钟，出炉结束高温热处理。
经过这步高温共退火，形成了背面的选择性的分区P型和N型掺杂以及正面的均匀的N区掺杂。
其中背面P区的重掺杂的方块电阻在范围为20-50Ω/□，结深在0.75-1.5um之间范围，P区轻掺杂的方块电阻范围在60-120Ω/□，结深在0.3-0.6um之间。
背面N区重掺杂的方块电阻在范围为20-50Ω/□，结深在0.75-1.5um之间范围，N区轻掺杂的方块电阻范围在60-120Ω/□，结深在0.3-0.6um之间。
正面N区均匀掺杂的方块电阻在范围为50-100Ω/□，结深在0.3-0.75um之间。
2－8）在电池的正面沉积减反射膜层，可以是CVD或者PVD的SiNx、SiOxNy或者TiOx,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度条件下，沉积氮化硅（SiNx:H）,折射率2.0-2.1，厚度在60-70nm。
也可以采用APCVD或者PVD技术沉积TiO2，折射率2.3-2.35，厚度在50-60nm。
2－9）在电池的背面沉积钝化层
正面钝化层的选择,可以是现有常用的各种单层膜材料、叠层膜材料或者复合膜材料。单层材料如:SiNx或SiOx等；叠层材料如:SiNx/SiO2,SiNx/SiOx等；复合膜材料如SiOxNy，AlxTiyOzSiCxNy等。背面钝化层的选择同上。
需要指出,很多介质层往往兼起着钝化和减反射的作用,钝化膜的选择和减反射膜的选择是相关联的密不可分的.背面钝化层材料的选择也要兼顾获得背面的高反射率，达到“陷光效果”。
具体采用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度条件下，沉积氮化硅（SiNx:H），折射率2.0-2.1，厚度在70-90nm；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度条件。折射率在1.6-1.7，厚度在,5-20nm，然后再继续沉积一层PECVD SiNx,折射率2.0-2.1，厚度在70-90nm。
2－10）背面金属化技术
a.利用PVD或者电镀技术的后端金属化.
(1).金属化步骤前的介质开槽
在背面金属化步骤前,需要对钝化层进行开槽,获得设计所需图案,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,但不局限与此。
金属化前图案化处理中，图案的子单元的轴心线必须要和背面P型、N区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细栅线的形状或点阵状，但不限于此。这里具体的选择细栅线作为子单元，其中P区金属化的线宽是30-70um，N区金属化的线宽是25-50um；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，线宽10-50um。激光消融处理之后可以利用1-2%的碱溶液对损伤层进行处理。
(2).金属化，首先，利用PVD技术沉积第一层金属,优先选铝,但不局限于铝.其主要作用是形成金属半导体欧姆接触,同时兼起到背反射器作用。金属Al的功函数既适合作为p型掺杂也适合作为N型掺杂的金属-半导体欧姆接触,同时铝也有良好的电导率。
然后沉积第二层TiW或TiN作为金属和杂质的扩散阻挡层,对于这层扩散阻挡层需要对金属和杂质有很好的扩散阻特性,具有低的欧姆接触电阻和良好的电导率,在半导体和金属间或金属与金属间具有良好的附着性能,还要具有高温稳定性。作为可选的材料包括但不局限于,TiW、TiN、WN或者Ti、W、Ta、Mo、Pt等金属,综合来讲TiW和TiN更合适些.
(3).紧接着,作为电镀的基底层,这层金属的可选方案是铜或银,但不局限于此.相比较与银,铜具有更好的电导率,并且成本上更具有优势,但铜在硅中的扩散系数更大,在空气中更容易被氧化。由于种子层中设计了第二层的扩散阻挡层,因此综合而言,铜成为电镀基底层的首选。
(4).PVD沉积欧姆接触金属种子层/扩散阻挡层/导电性能改善层之后，需要对其图案化处理以去除掉不需要金属化区域被沉积的金属，或者最终的金属化图案：利用丝网印刷技术印刷一层保护浆料,保护金属化区域.然后利用化学溶液刻蚀去除掉未保护的金属种子层。这层保护性浆料应能抵抗住化学刻蚀溶液的作用,所选的刻蚀溶液也要对金属种子层下面的钝化层刻蚀能力很小(即对金属种子层和其下方的钝化层有良好的选择比)。然后,清洗掉保护性浆料,所选溶液也应该不和钝化层反应.防止破坏钝化效果。
(5).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度-500度左右，气氛是FGA退火或氮气退火，时间是10-60分钟。也可以是平面传送带式的RTP快速热退火设备，显示的峰值温度700-730度（真实的峰值温度要确保小于577度），时间2-4秒钟，气氛是压缩空气。
(6).最后,利用电镀技术在种子层金属上进行电镀铜+锡或银,可以采用化学镀，也可以采用光致诱导电镀。电镀层应获得足够的厚度（比如10-30um的铜+5-10um的锡）以改善电导,从而降低串联电阻。
b.丝网印刷技术的金属化和共烧结
背面金属化步骤,采用较低成本的丝网印刷方法。N区BSF的电极接触浆料采用银浆,印刷线宽在40-75um之间,P区Emitter的电极接触浆料采用银铝浆,印刷线宽在40-75um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度左右时间20-30分钟,烧结炉烘干条件是峰值温度300-350度,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)，典型的工艺条件是共烧结温度范围峰值温度850-900度（真实的峰值温度在700-750度之间),时间是2-4秒，气氛是压缩空气。
需要指出,由于本发明中在背面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。至此形成背接触（IBC）电池结构。
实施例3.双面电池的制作流程（N型或P型）
3－1）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，也可以用多晶硅基体；
3－2）表面织构化，包括正面绒面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。常用的碱性溶液采用：氢氧化钠，氢氧化钾和乙二胺等。
对于单晶硅基体，采用氢氧化钠溶液时，浓度的重量百分含量约为0.5-5%，腐蚀温度为70-90℃，来进行各向异性的表面织构化。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。
对于多晶硅基体，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℃的条件下进行各向同性的表面织构化。
硅片背表面的抛光处理采用湿法化学或者机械方法：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。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。
3－3）利用热生长或者沉积或者PVD获得双面的“半掩蔽”的材料膜层，包括：氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。
采用热氧化技术，氧化的温度可以选择875-950度之间，氧化的时间选择10-40分钟。经过高温氧化，可以在电池的正背面同时获得一层10-50nm的氧化层。
3－4）利用激光消融技术或者化学刻蚀技术或者等离子刻蚀技术，或者电池正面和背面的分区掺杂前的图案化处理。
选择性分区掺杂的图案：电池背面的重掺杂的P区的子单元采用栅线的线状分布，栅线的宽度范围是100-300um，子单元之间的间距是1000um-2000um范围；电池正面的N区的的子单元采用栅线形状设计，栅线的宽度范围是100-300um，子单元之间的间距是1000um-2000um范围。可选的，激光技术之后可以利用1-2%的碱溶液对损伤层进行处理。
采用激光消融技术同实施例1。采用化学刻蚀技术亦同实施例1。
3－5）离子注入对正面背面实施掺杂
对硅片的背表面实施P型掺杂，在半掩膜的作用下形成分区掺杂。
采用BF3或者B2H6作为离子源，同实施例1。
对硅片的前表面实施N型掺杂，在半掩膜的作用下形成分区掺杂。
采用PH3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N型注入掺杂，离子注入能量为1-50KeV，注入剂量为1E14～8E15cm-2；在预先沉积的掩膜材料上，已经进行图案化的区域，离子注入直接掺杂在硅衬底表面，未进行图案化区域的离子注入掺杂在了半掩膜材料上。
3－6）高温退火：将经过两种导电类型掺杂的硅片，放置到高温管式扩散炉中在氮气和氧气的气氛下进行高温退火，经过高温退火过程，同时完成两种掺杂杂质的离子注入损伤层修复、掺杂杂质的激活。可以在高温退火中生长成一定厚度的氧化硅作为表面钝化层。表面钝化层厚度根据工艺需要为2－25纳米。经过这步高温退火，电池的正面和背面都形成了选择性的分区掺杂。
放到高温管式扩散炉中在氮气和氧气的环境下，通过选择合适的退火温度、时间、气氛，进行掺杂杂质的再分布退火，在已经经过图案化处理的区域经过离子注入和高温退火后会形成重掺杂，这些区域在后续作为金属化步骤的金属接触区；未经过图案化的区域，由于半掩膜SiOx&厚度、离子注入工艺参数、共退火的工艺参数整体设计，离子注入的掺杂在半掩膜的阻挡作用下，在后续高温退火中会形成轻掺杂区域；值得强调的是，轻重掺杂的分区会在后续的生长或沉积钝化层时候具有不同的表面生长速率，从而在不同的分区掺杂区域获得不同的钝化层厚度，这使得后续的金属化工艺具有自对准的技术。
高温退火具体同实施例2，其中：正面N区重掺杂的方块电阻在范围为20-50Ω/□，结深在0.75-1.5um之间范围，N区轻掺杂的方块电阻范围在60-120Ω/□，结深在0.3-0.6um之间。
3－7）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，但不局限于此。
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度条件下，沉积氮化硅（SiNx:H）,折射率2.0-2.1，厚度在60-70nm。
又如采用APCVD或者PVD技术沉积TiO2，折射率2.3-2.35，厚度在50-60nm。
3－8）在电池的背面沉积钝化层
具体方案举例：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度条件下，折射率2.0-2.1，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度条件，折射率在1.6-1.7，厚度在5-20nm，然后再继续沉积一层PECVD SiNx,折射率2.0-2.1，厚度在70-90nm。
3－9）正面和背面的金属化
丝网印刷：电池正面的N型发射结的接触浆料采用银浆,印刷线宽在40-75um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40-75um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度左右时间20-30分钟,烧结炉烘干条件是峰值温度300-350度，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)，典型的工艺条件是共烧结温度范围峰值温度850-900度（真实的峰值温度在700-750度之间)，时间是2-4秒。
需要指出,由于本发明中在背面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。
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。
实施例4、PERL或者PERT电池结构流程，这里以P型的PERL电池结构为例
4－1）硅基体的选择
晶体硅基体为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；多晶硅基体亦可。
4－2）表面织构化，包括正面绒面和背面抛光光学形貌的形成，同实施例3。
4－3）利用CVD法沉积一定厚度的在硅片背表面的“半掩蔽”的材料膜层，比如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。
具体的采用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度条件下，折射率1.45-2.1之间,厚度90-130nm.，这里选择的厚度比较厚，是需要在后续的离子注入+高温退火后完全挡住掺杂的扩散，以使得仅仅在金属接触处获得重掺杂。
4－4）利用激光消融技术或者化学刻蚀技术或者等离子刻蚀技术，或者电池背面的分区掺杂前的图案，这里可以采用点阵图案。
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。
采用激光消融技术同实施例1。采用化学刻蚀技术亦同实施例1。
4－5）离子注入掺杂
对硅片的前表面实施正面均匀的N型掺杂，采用PH3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N型注入掺杂，离子注入能量为1-50KeV，注入剂量为1E14～5E15cm-2；
对硅片的背面实施P型掺杂：采用BF3或者B2H6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；在预先沉积的掩膜材料上，已经进行图案化的区域，离子注入直接掺杂在硅衬底表面，未进行图案化区域的离子注入的掺杂注入在了半掩膜材料上。
4－6）高温退火：将经过两种导电类型掺杂的硅片，放置到高温管式扩散炉中在氮气和氧气的气氛下进行高温退火，经过高温退火过程，同时完成两种掺杂杂质的离子注入损伤层修复、掺杂杂质的激活。可以在高温退火中生长成一定厚度的氧化硅作为表面钝化层。表面钝化层厚度2－25纳米。经过这步高温退火，电池的正面形成均匀的掺杂，背面都形成了选择性的分区掺杂（在本实例中，只有金属接触区会形成重掺杂，非接触区被掩膜材料完全挡住未形成掺杂）。
放到高温管式扩散炉中在氮气和氧气的环境下，通过选择合适的退火温度、时间、气氛，进行掺杂杂质的再分布退火，在已经经过图案化处理的区域经过离子注入和高温退火后会形成重掺杂，这些区域在后续作为金属化步骤的金属接触区；未经过图案化的区域，由于半掩膜SiOxNy厚度、离子注入工艺参数、共退火的工艺参数整体设计，离子注入的掺杂在半掩膜的阻挡作用下，在后续高温退火中会形成轻掺杂区域；值得强调的是，轻重掺杂的分区会在后续的生长或沉积钝化层时候具有不同的表面生长速率，从而在不同的分区掺杂区域获得不同的钝化层厚度，这使得后续的金属化工艺具有自对准的技术。
具体实施的工艺参数同实施例2。
经过这步高温共退火，形成了背面的选择性的分区N型和P型掺杂以及正面的均匀的N区掺杂。其中背面P区的重掺杂的方块电阻在范围为20-50Ω/□，结深在0.75-1.5um之间范围，除了点阵排布的接触区之外，其他区域在比较厚的SiOxNy的掩蔽下，掺杂无法穿透SiOxNy。
经过这步高温共退火，形成了背面的选择性的分区P型和N型掺杂以及正面的均匀的N区掺杂。
其中背面P区的重掺杂的方块电阻在范围为20-50Ω/□，结深在0.75-1.5um之间范围，P区轻掺杂的方块电阻范围在60-120Ω/□，结深在0.3-0.6um之间。
正面N区均匀掺杂的方块电阻在范围为50-100Ω/□，结深在0.3-0.75um之间。
4－7）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。具体实施的工艺参数同实施例3。
4－8）在电池的背面沉积钝化层，具体的方案同实施例3。
4－9）正面和背面的金属化，先进行正面金属化（具体同实施例3），再进行背面金属化，详细如下：
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,需要对钝化层进行开槽,获得设计所需图案。金属化前的图案化的子单元的轴心线必须要要背面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。具体的在这里，可以选择正方形作为子单元，其边长100-200um。实现的方法可以是激光开槽,也可以是丝网印刷或Inkjet/Aerosol Jetprinting腐蚀性浆料开槽,但不局限与此；
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。金属化图案处区域的铝用来形成欧姆接触，未金属化的区域铝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度-500度左右，气氛是FGA退火或氮气退火，时间是10-60分钟。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度（真实的峰值温度要确保小于577度），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 (9)

1.一种利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，其特征是1）首先通过热生长、CVD、PVD、ALD方法或化学凝胶生长法在硅片基体一面形成一层一定厚度的半掩膜材料，作为后续离子注入工艺形成分区掺杂的半掩膜；半掩膜材料选择：SiOx、SiOxNy、SiNx或TiOx等；2）对晶硅电池的某一面或者某一面的特定区域进行图案化刻蚀处理，形成所需要的选择性掺杂图案：刻蚀处理后的图案区将会形成重掺杂区；3）根据电池结构的设计，在晶硅电池的某一面或者与某一面的特定区域进行与衬底相同掺杂类型或者相反掺杂类型的离子注入掺杂；4）退火：放置到高温管式扩散炉或者RTP快速热退火炉中，通过选择合适的退火温度、时间、气氛，进行掺杂杂质的再分布退火，退火温度范围：600-1100℃，退火时间范围：1-500分钟，气氛:惰性气体（比如氮气）、氧气的单一或者混合气体，退火炉的选择：管式扩散炉或者RTP快速热退火炉；在退火的过程中，修复注入后的损失和进行杂质再分布，根据掺杂杂质在半掩膜层的扩散系数不同，形成选择性的分区掺杂。
2.根据权利要求1所述的利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，其特征是所述步骤1）－2）中分别在硅片的双面进行相同工艺处理，再进行步骤3）晶硅电池的某一面或者此面的特定区域进行一种掺杂类型的离子注入掺杂；在另一面或者此面的特定区域进行与第一面相反掺杂类型的离子注入掺杂。
3.根据权利要求1或2所述的利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，其特征是半掩膜层的生长在硅材料表面织构化处理工艺之后。
4.根据权利要求1或2所述的利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，其特征是半掩膜材料SiOx、SiOxNy、SiNx或TiOx作为分区掺杂的半掩膜，半掩膜层厚范围是10-100nm。
5.根据权利要求1或2所述的利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，其特征是轻重掺杂的分区会在后续的生长或沉积钝化层时候会具有不同的表面生长或沉积速率，从而在不同的分区掺杂区域获得不同的钝化层厚度，这使得后续的金属化工艺采用自对准的方法进行。
6.根据权利要求1或2所述的利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，其特征是利用激光消融技术实现这种分区掺杂的图案化处理；或利用化学刻蚀技术：利用丝网印刷腐蚀性的浆料或Inkjet or Aerosol Jet printing印刷腐蚀性浆料或墨水，进行化学刻蚀，在化学刻蚀之后，对硅片表面进行清洗以去除表面的残余化学浆料。
7.根据权利要求1或2所述的利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，其特征是在退火中生长成一层氧化硅作为表面钝化层；表面钝化层厚度为2－25纳米。
8.根据权利要求2－7之一所述的利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法制备背接触IBC电池、双面电池、PERL/PERT电池，硅片为单晶硅、类单晶或多晶硅材料。
9.根据权利要求6所述的利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，其特征是利用激光消融技术实现分区掺杂的图案化处理。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104218123A (zh) * 2014-09-05 2014-12-17 奥特斯维能源（太仓）有限公司 基于离子注入工艺的n型IBC硅太阳能电池制作方法
CN106252449A (zh) * 2016-08-26 2016-12-21 泰州中来光电科技有限公司 局部掺杂前表面场背接触电池及其制备方法和组件、系统
CN107256828A (zh) * 2017-05-16 2017-10-17 扬州晶新微电子有限公司 一种提高三极管k值的磷硅玻璃退火工艺
CN108538952A (zh) * 2018-05-18 2018-09-14 东方环晟光伏（江苏）有限公司 晶体硅高效太阳能电池结构及其制作方法
CN109786507A (zh) * 2019-01-09 2019-05-21 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 一种太阳能电池的选择性电极结构制备方法
CN110634973A (zh) * 2019-09-26 2019-12-31 苏州腾晖光伏技术有限公司 一种新型晶硅太阳电池及其制备方法
CN110896119A (zh) * 2018-09-13 2020-03-20 Imec 非营利协会 用于太阳能电池中交指状图案的选择性沉积
CN111739982A (zh) * 2020-06-30 2020-10-02 浙江晶科能源有限公司 一种选择性发射极的制备方法和太阳能电池
CN113488377A (zh) * 2021-07-02 2021-10-08 马鞍山市槟城电子有限公司 一种半导体器件的制作方法
CN113984275A (zh) * 2021-12-24 2022-01-28 北京凯世通半导体有限公司 一种通过测量真空度进行超低温离子注入设备监测的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090142875A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Applied Materials, Inc. Method of making an improved selective emitter for silicon solar cells
CN101764173A (zh) * 2008-12-26 2010-06-30 和舰科技(苏州)有限公司 二段式太阳能电池的制造方法
CN101878519A (zh) * 2007-11-16 2010-11-03 应用材料股份有限公司 形成硅太阳能电池的背面点接触结构的方法
CN102468365A (zh) * 2010-11-18 2012-05-23 台湾茂矽电子股份有限公司 双面太阳能电池的制造方法
CN102820343A (zh) * 2012-08-16 2012-12-12 常州天合光能有限公司 具有无发射极区的太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101878519A (zh) * 2007-11-16 2010-11-03 应用材料股份有限公司 形成硅太阳能电池的背面点接触结构的方法
US20090142875A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Applied Materials, Inc. Method of making an improved selective emitter for silicon solar cells
CN101764173A (zh) * 2008-12-26 2010-06-30 和舰科技(苏州)有限公司 二段式太阳能电池的制造方法
CN102468365A (zh) * 2010-11-18 2012-05-23 台湾茂矽电子股份有限公司 双面太阳能电池的制造方法
CN102820343A (zh) * 2012-08-16 2012-12-12 常州天合光能有限公司 具有无发射极区的太阳能电池及其制备方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104218123A (zh) * 2014-09-05 2014-12-17 奥特斯维能源（太仓）有限公司 基于离子注入工艺的n型IBC硅太阳能电池制作方法
CN106252449A (zh) * 2016-08-26 2016-12-21 泰州中来光电科技有限公司 局部掺杂前表面场背接触电池及其制备方法和组件、系统
CN106252449B (zh) * 2016-08-26 2017-09-26 泰州中来光电科技有限公司 局部掺杂前表面场背接触电池及其制备方法和组件、系统
CN107256828A (zh) * 2017-05-16 2017-10-17 扬州晶新微电子有限公司 一种提高三极管k值的磷硅玻璃退火工艺
CN108538952A (zh) * 2018-05-18 2018-09-14 东方环晟光伏（江苏）有限公司 晶体硅高效太阳能电池结构及其制作方法
CN110896119A (zh) * 2018-09-13 2020-03-20 Imec 非营利协会 用于太阳能电池中交指状图案的选择性沉积
CN110896119B (zh) * 2018-09-13 2024-05-03 Imec非营利协会 用于太阳能电池中交指状图案的选择性沉积
CN109786507A (zh) * 2019-01-09 2019-05-21 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 一种太阳能电池的选择性电极结构制备方法
CN110634973A (zh) * 2019-09-26 2019-12-31 苏州腾晖光伏技术有限公司 一种新型晶硅太阳电池及其制备方法
CN111739982A (zh) * 2020-06-30 2020-10-02 浙江晶科能源有限公司 一种选择性发射极的制备方法和太阳能电池
CN113488377A (zh) * 2021-07-02 2021-10-08 马鞍山市槟城电子有限公司 一种半导体器件的制作方法
CN113984275A (zh) * 2021-12-24 2022-01-28 北京凯世通半导体有限公司 一种通过测量真空度进行超低温离子注入设备监测的方法

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