CN103700726A - 一种高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法 - Google Patents

一种高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法，包括以下步骤：（1）将晶体硅片清洗并织构化，采用热扩散工艺对硅片进行初步杂质扩散，使得晶体硅片表面形成一预涂层；（2）将晶体硅片送至掩膜板正下方，使晶体硅片的几何中心与掩膜板的几何中心重合，掩膜板的漏光缝隙与晶体硅片上的电池片细栅重合，掩膜板和晶体硅片紧贴；（3）使用条形均匀激光束进行激光扫描掺杂。与现有技术相比，本发明更加充分的利用激光能量，既能避免蓝光响应降低，又可以避免PN结局部击穿，在提高激光掺杂效率的同时也提高了掺杂深度的均匀性，减少了因为局部掺杂导致的电池形变不均匀。

Description

一种高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法
技术领域
本发明涉及激光掺杂选择性发射极技术，特别涉及一种高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法。
背景技术
选择性发射极技术是晶体硅太阳电池生产商提高电池效率、降低每瓦成本的重要手段。由于激光掺杂工艺具有成本低、投入少并且可以和传统的太阳电池生产线相兼容等特点，而倍受重视。激光直接掺杂法，工艺流程简单、可控，可实现区域性重掺杂，激活率高，对光电转换效率提升的效果十分明显。但是由于激光束腰斑半径大，光束能量密度分布不均匀，中心能量密度大，外围能量密度小，导致激光直接掺杂法有一定的弊端。比如重掺杂区域表面分布较宽，降低了发射极区对短波长光子的吸收，即降低了电池的蓝光响应；中心区域掺杂深度大，容易致使电池N+区和P+区形成局部导通，即造成PN结局部击穿，从而导致电池失效。此外，传统的激光掺杂工艺采用高斯光束对正面电极区域逐一扫描，每一片电池需要2～3s的时间，效率偏低。本发明针对激光掺杂选择性发射结电池的需求，开发出了既能避免蓝光响应降低，又可以避免PN结局部击穿的高效激光掺杂工艺。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种既能避免蓝光响应降低，又可以避免PN结局部击穿的高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法。
本发明所采用的技术方案为：
本发明提供了一种高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法，包括以下步骤：
（1）将晶体硅片清洗并织构化，采用热扩散工艺对硅片进行初步杂质扩散，使得晶体硅片表面形成一预涂层；
（2）将晶体硅片送至掩膜板正下方，使晶体硅片的几何中心与掩膜板的几何中心重合，掩膜板的漏光缝隙与晶体硅片上的电极细栅重合；
所述掩膜板包括一框架，以及平行固定在框架内的若干个三棱柱体，所述三棱柱体的底面为等腰三角形，每个三棱柱体的侧表面均为聚光面，所述聚光面上镀有一层反射膜；
或者所述掩膜板包括一框架，以及平行固定在框架内的若干个类三棱柱体，所述类三棱柱体由一曲线三角形沿着垂直于其所在平面的直线运动而形成，所述曲线三角形是指两边为弧线、一边为直线的轴对称三边形；
每个类三棱柱体的侧表面均为聚光面，所述聚光面上镀有一层反射膜；
（3）使用条形均匀激光束进行激光扫描掺杂；具体包括：使用条形均匀激光束在掩膜板上方扫描，激光束入射到掩膜板的聚光面，经聚光面多次反射后作用于晶体硅片表面，使得预涂层的杂质原子扩散到硅基材表面；当激光束移开后，硅基材冷却并结晶，完成重掺杂，形成选择性发射极结构。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用了一种特殊设计的掩膜板覆盖在晶体硅片上，并采用条形均匀激光束进行激光扫描掺杂，这种掩膜板截面呈W字型，聚光面镀有高反射膜。上表面对光束的反射极少，光束一部分直接通过缝隙到达硅片表面，另外一部分通过斜面反射最终到达硅片，可以将激光几乎全部的能量聚集在电极区，与现有技术相比，做到了更加充分的利用激光能量。
2、本发明采用的掩膜板对532nm激光具有非常高的反射率，减少了透射导致的光束能量损失。
3、本发明采用条形均匀激光束一次性扫描完成掺杂，所以效率很高，而且可以减轻局部扫描导致的电池形变；又因为扫描光束的能量密度均匀，所以掺杂深度比较均匀。因此，本发明在提高激光掺杂效率的同时也提高了掺杂深度的均匀性，减少了因为局部掺杂导致的电池形变不均匀。
4、本发明所使用的掩膜板的聚光面还可以设置一定的弧度，以调整激光束作用在硅片表面时的能量密度，从而实现不同的掺杂深度。调整到一定的弧度，可以实现电极区均匀掺杂，这样可以降低高斯光束中心能量密度大导致掺杂深度很大从而PN结局部击穿的几率。调整掩膜板中三棱柱的密度，可以调整掺杂宽度，从而可以适当减小掺杂宽度，增大光收集区的面积。
5、本发明通过调整掩膜板的聚光面的倾斜角度，或者将聚光面变为弧面，能够调整到达硅片表面的光束能量密度，控制杂质磷原子的分布，实现特殊分布的局部重掺杂。
附图说明
图1为激光掺杂掩膜板的部分结构图；
图2为掩膜板的立体图；
图3为掩膜板的正面俯视图；
图4为实施例一中聚光示意图；
图5为实施例二中聚光面示意图；
图6为实施例二中类三棱柱立体示意图。
图7为本发明掺杂方法实现的重掺杂区域示意图；
图8为传统激光掺杂工艺实现的重掺杂区域示意图；
图中各标号的含义为：1-三棱柱体，2-聚光面，3-框架，4-激光束，类三棱柱体5。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一
一种高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法，包括以下步骤：
（1）采用156mm×156mm规格的P型多晶硅片，清洗并织构化，将晶体硅片清洗并织构化，采用热扩散工艺对硅片进行初步杂质扩散，并控制杂质源浓度以及扩散时间使晶体硅方块电阻值达到所需大小（比如70-90Ω），使得晶体硅片表面形成一预涂层；
（2）将P型多晶硅片送至掩膜板正下方，使P型多晶硅片的几何中心与掩膜板的几何中心重合，掩膜板的漏光缝隙与P型多晶硅片上的电池片细栅重合，掩膜板和P型多晶硅片紧贴；
所述掩膜板包括一框架3，以及平行固定在框架3内的若干个三棱柱体1，每个三棱柱体1的底面均为一等腰三角形，每个三棱柱体1的侧表面均为聚光面2，所述聚光面2上镀有一层反射膜；
所述三棱柱体1的制备方法为：
如图1-3所示，将一块157mm*157mm*10mm表面平滑的钢板按照切割成多个三棱柱体1，长为157mm，三棱柱体1的截面为等腰三角形，底边为2.4mm，高为10mm；之后在三棱柱体1侧表面的聚光面2（如图4所示）镀一层532nm的高反射膜，最后制备框架3来固定三棱柱，形成掩膜板，并将掩膜板固定。
（3）使用条形均匀激光束4进行激光扫描掺杂；具体包括：使用条形均匀激光束4在掩膜板上方扫描，激光束4入射到掩膜板的聚光面，经聚光面2多次反射后作用于晶体硅片表面，使得预涂层的掺杂原子扩散到硅基材表面；当激光束移开后，硅基材冷却并结晶，完成重掺杂，形成选择性发射极结构。掺杂后重掺杂区域截面图如图6所示。
实施例二
一种高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法，包括以下步骤：
（1）采用156mm×156mm规格的P型多晶硅片，清洗并织构化，将晶体硅片清洗并织构化，采用热扩散工艺对硅片进行初步杂质扩散，并控制杂质源浓度以及扩散时间使晶体硅方块电阻在70-90Ω，使得晶体硅片表面形成一预涂层；
（2）将P型多晶硅片送至掩膜板正下方，使P型多晶硅片的几何中心与掩膜板的几何中心重合，掩膜板的漏光缝隙与P型多晶硅片上的电池片细栅重合，掩膜板和P型多晶硅片紧贴；
所述掩膜板包括一框架3，以及平行固定在框架3内的若干个类三棱柱体5，所述类三棱柱体5由一曲线三角形沿着垂直于其所在平面的直线运动而形成，所述曲线三角形是指两边为弧线、一边为直线的轴对称三边形；
每个类三棱柱体5的侧表面均为聚光面2，所述聚光面2上镀有一层反射膜；
所述掩膜板的制备方法为：
如图1-3所示，将一块157mm*157mm*10mm表面平滑的钢板切割成多个三棱柱体1，长为157mm，三棱柱截面为等腰三角形，底边为2.3mm，高为10mm；
之后采用激光刻蚀方法将三棱柱体1加工成类三棱柱体5，实现图5所示的聚光面2，在聚光面2（如图5所示）上镀一层532nm的高反射膜；
最后制备框架3来固定三棱柱，形成掩膜板，并将掩膜板固定。
（3）使用条形均匀激光束4进行激光扫描掺杂；具体包括：使用条形均匀激光束4在掩膜板上方扫描，激光束4入射到掩膜板的聚光面，经聚光面2多次反射后作用于晶体硅片表面，使得预涂层的掺杂原子扩散到硅基材表面；当激光束移开后，硅基材冷却并结晶，完成重掺杂，形成选择性发射极结构。掺杂后重掺杂区域截面图如图6所示。
与图7中传统激光掺杂工艺实现的重掺杂区域示意图相比，本发明实现的重掺杂区域宽度可调，可实现较窄区域重掺杂，能够增加短波长光子的吸收区域，提高电池的蓝光响应，进而提高电池效率；并且实现的重掺杂区域深度均匀，能够避免中心区域掺杂深度过大导致电池N+区和P+区形成局部导通，即PN结局部击穿，电池失效。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，比如设计的掩膜板包括主栅掺杂，或者设计两个掩膜板将主栅掺杂和细栅掺杂分两步进行等，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将晶体硅片清洗并织构化，采用热扩散工艺对硅片进行初步杂质扩散，使得晶体硅片表面形成一预涂层；
（2）将晶体硅片送至掩膜板正下方，使晶体硅片的几何中心与掩膜板的几何中心重合，掩膜板的漏光缝隙与晶体硅片上的电极细栅重合；
所述掩膜板包括一框架，以及平行固定在框架内的若干个三棱柱体，所述三棱柱体的底面为等腰三角形，每个三棱柱体的侧表面均为聚光面，所述聚光面上镀有一层反射膜；
或者所述掩膜板包括一框架，以及平行固定在框架内的若干个类三棱柱体，所述类三棱柱体由一曲线三角形沿着垂直于其所在平面的直线运动而形成，所述曲线三角形是指两边为弧线、一边为直线的轴对称三边形；每个类三棱柱体的侧表面均为聚光面，所述聚光面上镀有一层反射膜；
（3）使用条形均匀激光束进行激光扫描掺杂。
2.根据权利要求1所述的高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法，其特征在于，步骤（3）具体包括：使用条形均匀激光束在掩膜板上方扫描，激光束入射到掩膜板的聚光面，经聚光面多次反射后作用于晶体硅片表面，使得预涂层的杂质原子扩散到硅基材表面；当激光束移开后，硅基材冷却并结晶，完成重掺杂，形成选择性发射极结构。
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