CN104091858B - 一种选择性发射极太阳能电池的制造方法 - Google Patents

一种选择性发射极太阳能电池的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种选择性发射极太阳能电池的制造方法,该方法包括损伤层去除,两步重扩散,正面电极沟槽蚀刻,正面电极填充的烧结,反蚀形成高掺杂区和低掺杂区,该正面电极包括侧壁电极片、以折线方式延伸的嵌入电极片、主电极条。该方法制备的选择性发射极太阳能电池能够在整体上提高光吸收效率,光生载流子收集效率,避免表面死层现象,同时能够平衡短路电流和开路电压,提高电池填充率。

Description

一种选择性发射极太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池制造方法,尤其是涉及一种选择性发射极太阳能电池的制造方法。
背景技术
目前,世界各国都在竭力发展可替代的新能源,太阳能电池技术是最具潜力和现实意义的新能源产业,受到各国政府的高度重视;
对于常规生产用太阳能电池而言,想要获得较高的短路电流密度,则需要得到轻掺杂浓度和较浅的节深;而要获得较高的开路电压,则需要较高的表面掺杂浓度。同时,较高的掺杂浓度有利于获得较好的欧姆接触,减小电池的串联电阻。选择性发射极太阳能电池结构能够较好的平衡上述要求,通常制备选择性发射极太阳能电池的方法包括反蚀法,掩膜腐蚀法,埋栅法等,但是以往的传统方法存在光生载流子收集效率以及光吸收效率低的问题,甚至往往会出现由于表面浓度过高而出现“死层”的现象,导致串联电阻的增高,降低了电池的填充率。
发明内容
本发明提供一种选择性发射极太阳能电池的制造方法,该选择性发射极太阳能电池结构能够在整体上提高光吸收效率,光生载流子收集效率,避免表面死层现象,同时能够平衡短路电流和开路电压,提高电池填充率;
本发明的制备方法包括步骤:
(1)提供第一导电类型的单晶硅片, NaOH溶液对所述单晶硅片进行损伤层去除,随后对所述单晶硅片进行去离子水清洗和烘干处理;
(2)对所述单晶硅片的正面进行扩散工艺,形成第二导电类型掺杂区,所述掺杂区结深为0.5-1.5um;
(3)反蚀工艺,形成高掺杂区和低掺杂区;
(4)沉积抗反射膜;
进一步的在步骤和步骤之间还包括正面电极形成步骤,所述正面电极形成步骤包括:在所述单晶硅片掺杂区的正面蚀刻形成正面电极沟槽图案,所述正面电极沟槽的深度为所述结深的四分之一到二分之一;以及在该正面电极沟槽图案的沟槽内填充银浆料;
进一步的,所述扩散工艺包括:以氮气为携磷气体,三氯氧磷为磷源,在950-1050摄氏度温度范围内进行初扩散,扩散时间为20分钟;之后将温度以20摄氏度/分钟的速度降温,同时进行推进扩散;待温度降至750-850摄氏度后,停止通三氯氧磷;
进一步的,所述抗反射膜为双层结构,其中更靠近光照射的上层折射率大于下层;
进一步的,在正面电极沟槽图案的沟槽内填充银浆料之后进行烧结处理以形成正面电极;
进一步的,所述正面电极沟槽图案包括:相互平行的多个侧壁电极片沟槽对,每个侧壁电极片沟槽对具有两个相互平行的侧壁电极片沟槽,侧壁电极片沟槽由硅片正面的一侧延伸到另一侧,多个侧壁电极片沟槽对之间的距离大于侧壁电极片沟槽对中侧壁电极片沟槽之间的距离;
进一步的,所述侧壁电极片沟槽对之间的距离是所述侧壁电极片沟槽对中所述侧壁电极片沟槽之间距离的2倍;
进一步的,在所述多个侧壁电极片沟槽对中的所述侧壁电极片沟槽之间还具有沿折线方式延伸的嵌入电极片沟槽,该嵌入电极片沟槽在折角处与所述侧壁电极片沟槽连通,并且所述多条主电极条沟槽穿过该折角处;对应的,在所述烧结处理之后,所述侧壁电极片沟槽、主电极条沟槽和嵌入电极片沟槽内的银浆料分别形成正面电极中的侧壁电极片、主电极条和嵌入电极片;
进一步的,所述反蚀工艺包括:在硅片正面使用抗蚀刻掩膜图案覆盖电极区域,所述电极区域是指:多个侧壁电极片对中的侧壁电极片和侧壁电极对中的两个侧壁电极片之间的区域,以及主电极条区域;对未被抗蚀刻掩膜图案覆盖的掺杂的硅片正面区域进行干法蚀刻,蚀刻深度与正面电极的深度相同,即一直蚀刻到与正面电极底部平行的位置;清洗,去除抗抗蚀刻层,至此由所述掺杂区形成了重掺杂区和低掺杂区,完成了选择性发射极结构的制备;
其中所述侧壁电极片对是指由侧壁电极片沟槽对内形成的包括了两个侧壁电极片的组合;
附图说明
图1扩散掺杂后硅片示意图;
图2 硅片正面电极沟槽图案示意图;
图3 图2中沿A-B方向的剖面图;
图4 反蚀工艺后形成的选择性发射极结构(未显示抗反射层);
图5 图4中沿A-B方向的剖面图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的和有益效果及优点变得更加直观和清除,以下将结合实施例和附图,来对本发明做进一步详细的说明。应当理解,此处提供的具体实施例仅是用以理解本发明,并不能限定本发明;
说明书中使用的“A层在B层之上”应理解为在位置关系上B层位于A层的更上层,但不能排除在A层和B层之间还具有额外的层;
首先以一较复杂的实施方式为例,对本发明做一个详细的说明,但应该明确该实施例仅仅是本发明可实施的一个方面,其并不代表本发明的全部内容,不能用来限定本发明的实施范围;
请参考图1-5,首先,选用例如(111)面的硼掺杂P型单晶硅片(1)作为半导体基材,采用浓度为15%的NaOH溶液对该单晶硅片进行损伤层去除,随后对该单晶硅片(1)进行去离子水清洗和烘干处理,得到扩散前的单晶硅片(1);
接着将硅片(1)送入闭管高温扩散炉对硅片正面(S1)进行两步扩散工艺,以氮气为携磷气体,三氯氧磷为磷源,在950-1050摄氏度温度范围内进行初扩散,扩散时间为20分钟;之后将温度以20摄氏度/分钟的速度降温,同时进行推进扩散;待温度降至750-850摄氏度后,停止通三氯氧磷;保温,完成重掺杂,形成掺杂区(2),该掺杂区(2)的结深(d1)在0.5-1.5um范围内,掺杂浓度自然形成为由正面表面向硅片内部逐渐减小。在此,与传统的一步恒温扩散的重掺杂工艺相比,本两步扩散工艺能调节掺杂浓度从硅片表面向硅片内部的浓度梯度,这将对平衡短路电流和开路电压之间的平衡起到重要作用;
降温出炉,使用常规的光刻-蚀刻工艺,在硅片掺杂区(2)的正面(S1)蚀刻形成正面电极沟槽图案,该正面电极沟槽图案与最终形成的电极全部位置是一致的;参考图2,该电极沟槽图案具有相互平行的多个侧壁电极片沟槽对(41),每个侧壁电极片沟槽对(41)具有两个相互平行的侧壁电极片沟槽(411),侧壁电极片沟槽(411)由硅片正面(S1)的一侧延伸到另一侧,多个侧壁电极片沟槽对(41)之间的距离(d21)大于侧壁电极片沟槽对(41)中侧壁电极片沟槽(411)之间的距离(d22),优选为侧壁电极片沟槽对(41)之间的距离是侧壁电极片沟槽对(41)中侧壁电极片沟槽(411)之间距离的2倍;多个主电极条沟槽(5),沿着与侧壁电极片沟槽(411)相交叉的方向延伸,优选为与侧壁电极片沟槽(411)垂直;在该多个侧壁电极片沟槽对(41)中的侧壁电极片沟槽(411)之间还具有沿折线方式延伸的嵌入电极片沟槽(42),该嵌入电极片沟槽(42)在折角处与侧壁电极片沟槽(411)连通,并且该多条主电极条沟槽(5)穿过该折角处,主电极条沟槽(5)与侧壁电极片沟槽(411)在主电极条沟槽(5)与侧壁电极片沟槽(411)相交叉的地方连通;该侧壁电极片沟槽(411)、主电极条沟槽(5)和嵌入电极沟槽(42)的深度为结深的四分之一到二分之一之间;
正面电极填充,向侧壁电极片沟槽(411),主电极条沟槽(5)和嵌入电极片沟槽(42)内填充银浆料,并在硅片背面通过丝网印刷工艺形成背电极,经烧结形成正面电极和背面电极(6);对应的,侧壁电极片沟槽(411)、主电极条沟槽(5)和嵌入电极片沟槽(42)内的银浆料分别形成正面电极中的侧壁电极片(411E)、主电极条(5E)和嵌入电极片(42E)。因此,主电极条(5E)与侧壁电极片(411E)在其交叉的地方接触连接,嵌入电极片(42E)与侧壁电极片(411E)在嵌入电极片(42E)折角处接触连接,主电极条(5)穿过该嵌入电极片(42E)折角处;
反蚀工艺,在硅片正面抗蚀刻掩膜图案覆盖电极区域,该抗蚀刻层图案可由熟知的光刻-掩膜工艺实现,该电极区域是指:多个侧壁电极片对(41E)(此处的侧壁电极片对是指由侧壁电极片沟槽对内形成的包括了两个侧壁电极片的组合)中的侧壁电极片(411E)和侧壁电极对中的两个侧壁电极片(411E)之间的区域,以及主电极条(5E)区域,即图2中的非C区域;对未被抗蚀刻掩膜图案覆盖的掺杂的硅片正面区域C进行干法蚀刻,蚀刻深度与正面电极的深度(d3)相同,即一直蚀刻到与正面电极(包括侧壁电极片(411E),主电极条(5E)和嵌入电极片(42E))底部平行的位置;清洗,去除抗抗蚀刻层,至此由掺杂区(2)形成了重掺杂区(21)和低掺杂区(22),完成了选择性发射极结构的制备;
需要说明的是,该沿折线延伸的嵌入电极片(42E)不仅可以收集重掺杂区中沿侧壁电极片(411E)垂直方向迁徙移动的光生载流子也可以收集沿侧壁电极片(411E)平行方向迁徙移动的光生载流子;
另外,参考图4,在形成的低掺杂区(21)和重掺杂区(22)以及正面电极的侧壁电极片(411E)和嵌入电极片(42)上表面沉积抗反射膜(7),侧壁电极片(411E)的侧壁没有沉积抗反射膜(7),这是因为覆盖在重掺杂区(22)侧壁上的侧壁电极层(411E)的侧壁有利于反射以一定角度照射到电极层上的阳光从而照射到电池的活性区以提高光吸收效率;抗反射层的材料可以为氮化硅,氧化硅,二氧化钛,并且可以被设置为双层结构,其中更靠近光照射的上层(71)折射率大于下层(72),这样做的好处是能够有效的利用以很大角度(例如60度以上)入射到太阳能电极光照面的光线,并且能够将已经入射到第一表面的光线锁定在高折射率层中不易反射出来。例如可以使用相同的材料但具有不同折射率的双层结构作为抗反射膜,也可以使用不同的材料作为双层结构的抗反射膜;
另外,在进行扩散工艺之后,进行等离子体蚀刻工艺以去除边缘PN结;
另外,由于侧壁电极片(411E)的侧壁结构,侧壁电极片(411E)与主电极条(5E)的接触面积跟主电极条(5E)的宽度(即平行于硅片正面且垂直于主电极条延伸方向上的距离)没有关系。因此在不降低载流子收集效率的情况下,主电极条(5E)的宽度可以做的比常规的更窄,例如主电极条(5E)的高度可以大于主电极条的宽度,优选的主电极条的宽度为主电极条高度的四分之一至八分之一。如此做的优点在于减小电池受光面的电极覆盖面积,增加光照面积;
对以上记载的本发明的理解应当站在本领域技术人员的角度,对以上发明的明显变形和要素替代而形成的技术方案都在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种太阳能电池制备方法,包括以下步骤:
(1)提供第一导电类型的单晶硅片, NaOH溶液对所述单晶硅片进行损伤层去除,随后对所述单晶硅片进行去离子水清洗和烘干处理;
(2)对所述单晶硅片的正面进行扩散工艺,形成第二导电类型掺杂区,所述掺杂区结深为0.5-1.5um;
(3)反蚀工艺,形成高掺杂区和低掺杂区;
(4)沉积抗反射膜;在步骤(2)和步骤(3)之间还包括正面电极形成步骤,所述正面电极形成步骤包括:在所述单晶硅片掺杂区的正面蚀刻形成正面电极沟槽图案,所述正面电极沟槽的深度为所述结深的四分之一到二分之一;以及在该正面电极沟槽图案的沟槽内填充银浆料;所述扩散工艺包括:以氮气为携磷气体,三氯氧磷为磷源,在950-1050摄氏度温度范围内进行初扩散,扩散时间为20分钟;之后将温度以20摄氏度/分钟的速度降温,同时进行推进扩散;待温度降至750-850摄氏度后,停止通三氯氧磷;所述抗反射膜为双层结构,其中更靠近光照射的上层折射率大于下层;在正面电极沟槽图案的沟槽内填充银浆料之后进行烧结处理以形成正面电极;所述正面电极沟槽图案包括:相互平行的多个侧壁电极片沟槽对,每个侧壁电极片沟槽对具有两个相互平行的侧壁电极片沟槽,侧壁电极片沟槽由硅片正面的一侧延伸到另一侧,多个侧壁电极片沟槽对之间的距离大于侧壁电极片沟槽对中侧壁电极片沟槽之间的距离;所述侧壁电极片沟槽对之间的距离是所述侧壁电极片沟槽对中所述侧壁电极片沟槽之间距离的2倍;在所述多个侧壁电极片沟槽对中的所述侧壁电极片沟槽之间还具有沿折线方式延伸的嵌入电极片沟槽,该嵌入电极片沟槽在折角处与所述侧壁电极片沟槽连通,并且多条主电极条沟槽穿过该折角处;对应的,在所述烧结处理之后,所述侧壁电极片沟槽、主电极条沟槽和嵌入电极片沟槽内的银浆料分别形成正面电极中的侧壁电极片、主电极条和嵌入电极片;所述反蚀工艺包括:在硅片正面使用抗蚀刻掩膜图案覆盖电极区域,所述电极区域是指:多个侧壁电极片对中的侧壁电极片和侧壁电极对中的两个侧壁电极片之间的区域,以及主电极条区域;对未被抗蚀刻掩膜图案覆盖的掺杂的硅片正面区域进行干法蚀刻,蚀刻深度与正面电极的深度相同,即一直蚀刻到与正面电极底部平行的位置;清洗,去除抗抗蚀刻层,至此由所述掺杂区形成了重掺杂区和低掺杂区,完成了选择性发射极结构的制备;其中所述侧壁电极片对是指由侧壁电极片沟槽对内形成的包括了两个侧壁电极片的组合。
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