CN104282799A - 采用掩膜反刻蚀制作ibc电池交错结构的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，对经过表面处理过的硅片的背面进行掺杂处理，并形成保护层；在硅片背面喷涂掩模层；利用化学液将未被保护区域进行腐蚀并去除掩膜层；在腐蚀过的区域进行掺杂处理，形成交错背接触IBC晶体硅太阳能电池所需要的交错掺杂区域结构。与现有技术相比，本发明采用掩膜反刻蚀的方法代替了常规工艺中的掩膜保护和光刻等复杂高成本的工艺过程，同时也简化了IBC电池制备的工艺，降低IBC电池制作的成本，实现工业化量产的可行性。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作太阳能电池的方法，尤其是涉及采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺
背景技术
目前，高效率、低成本是晶体硅太阳电池发展的主流方向。交错背接触IBC电池以其独特的器件结构、较高的电池效率，备受人们的关注。交错背接触IBC电池是将原本在正面的金属栅线电极全部转移到电池的背面，并且与原本背面基极的电极交错排列，在这些交错排列的电极下面对应的是交错排列的n+掺杂区域、p+掺杂区域，这就是交错背接触IBC电池的核心交错结构。
IBC电池早在1977年就有研究者开始研究，直到现在任然是太阳电池行业研究的热点。相对于常规的硅电池，IBC电池的优势很明显，主要可以表现在以下几个方面：(1)IBC电池的基体材料为n型晶体硅，少子寿命高，适用于制备高效电池，特别是对于IBC电池这种p-n结在背表面的电池结构，因为产生于前表面的光生载流子必须要迁移到电池背表面的p-n结才能被利用，较高的少子寿命是减少光生载流子在太阳电池表面和体内复合的保证；(2)n型基体的硼含量极低，因此由硼氧对造成的光致衰减没有p型基体材料明显，对封装后组件的效率提升更为明显(3)IBC电池的正面没有电极，减少了遮光面积，增加了光生电流，电池的正负电极呈交指状的分布在电池的背面；(4)IBC电池易于封装，和常规电池相比，无需把前一片的负极交叉接到后一片的正极，易于操作。同时美观均一，满足消费者审美要求。
常规的制备p型发射极的方法是使用高温扩散硼源，具体就是通过采用高纯N2携带BBr3的方法。和POCl3类似，BBr3会反应生成B2O3，在高温的情况下扩散进入硅片内部形成p型发射极。但是，这种方法存在几个问题：(1)和气态的P2O5不同，B2O3的沸点较高，在高温下还是液态，难以均匀地覆盖在硅片表面，因此扩散的均匀性难以控制。(2)由于硼扩散的温度比磷扩散还要高，不仅浪费资源，而且对硅片影响很大，导致硅片少子寿命下降严重。
当前常规的制作IBC电池背交错结构是使用光刻技术，在电池背面分别进行磷、硼局部扩散，形成叉指状交叉排列的p区、n区，以及位于其上方的p+区、n+区。但是这种方法可控性较差，无法精确对工艺进行控制；另外光刻技术成本较高，工艺步骤较多，操作过程较难，导致生产过程难于控制，难以大规模生产。
最近也有相关文献报道直接使用离子注入方法在硅片背面形成交叉的n+掺杂区域、p+掺杂区域，但是其需要通过激光技术对其两个区域进行绝缘隔离，然而激光技术容易造成晶硅损伤。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用掩膜反刻蚀法制作交错背接触IBC太阳能电池中的交错结构的工艺，该工艺是采用掩膜反刻蚀的方法代替了常规工艺中的掩膜保护和光刻等复杂高成本的工艺过程，同时也简化了IBC电池制备的工艺。从而降低IBC电池制作的成本，实现工业化量产的可行性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，包括以下步骤：
(1)对经过表面处理过的硅片的背面进行掺杂处理，并通过退火或氧化形成一层保护层；
(2)使用喷墨打印设备在硅片背面喷涂掩模层，避免掩膜层下方的表面被腐蚀；
(3)通过化学液腐蚀的方式将未被保护区域腐蚀一定的厚度，同时将掩膜层去除；
(4)在腐蚀过的区域进行掺杂处理，形成交错背接触IBC晶体硅太阳能电池所需要的交错掺杂区域结构。
步骤(1)中所述的硅片选择但不限于P型单晶硅片、N型单晶硅片或多晶硅片，硅片厚度40um-300um，电阻率0.3-100Ω·cm。
步骤(1)中所述的硅片的表面处理选择但不限于RC1、RC2、RC3半导体清洗方式。
步骤(1)中所述的硅片进行掺杂选择但不限于B、P原子。
步骤(1)中所述的退火的温度为500-1000℃，时间为5-200min，退火氛围为惰性气体或惰性气体与氧气混合气体；
步骤(1)中所述的氧化的温度为500-1000℃，时间为5-200min，氧化氛围为氧气或惰性气体与氧气混合气体或氧气和水蒸汽混合气体。
退火或氧化后在硅片背面形成2nm-5um的保护层，保护层为PSG、BSG或SiOx。
步骤(1)中的掺杂、退火、氧化采用的方法包括但不限于离子注入法、管式扩散、快速退火法或APCVD法。
步骤(2)中所述的掩模层为5-50um厚度的石蜡掩膜层，该掩膜层的图形根据设计要求变化，掩膜区域与非掩膜区域宽度比0.01-10。
步骤(3)中采用HF、HNO3、DIH2O或KOH对无掩膜区域进行腐蚀处理，腐蚀除去的厚度为0.1μm-10μm。
步骤(3)中所述的掺杂处理与步骤(1)类似，在腐蚀过的区域掺杂选择但不限于B、P原子。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、成本低：发明中掩膜层使用的是环保型石蜡，相对于光刻胶，其成本较低；在反刻蚀使用的化学液也是普通的化学液；
二、工艺可控性强：掩膜层的精度较高，且掩膜层在化学液中容易去除，对硅片无污染及其他负面影响；反刻蚀过程中厚度可控，可通过改变化学液浓度、滚轮速度、温度等来试验不同的腐蚀深度需求；
三、掩膜图形变化性强：掩膜的图形可根据需要灵活多变，图形样式、宽度、周期性等可根据实际需要进行修改，而且不影响工艺过程；
四、对硅片损伤小：本发明为化学腐蚀，对晶硅本身基本无损伤。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明是采用掩膜反刻蚀法制作交错背接触IBC太阳能电池中的交错结构的工艺，在已掺杂B的N型硅片上，使用喷墨打印的方式在喷上掩膜层，掩膜区域宽度1000um，未覆盖区域为600um，形成有无掩膜层交错周期性变化的掩膜；然后在化学液中腐蚀1um左右将未覆盖掩膜层区域的掺杂层腐蚀掉，同时将掩膜层去除；接下来在被腐蚀的区域掺杂P，最终形成交错结构。
实施例2
采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，包括以下步骤：
(1)对经过表面处理过的P型单晶硅片(硅片厚度40um，电阻率0.3Ω·cm)的背面进行B掺杂处理，然后进行退火处理，退火的温度为500℃，时间为200min，退火氛围采用惰性气体氛围，在硅片背面形成2nm的PSG保护层；
(2)使用喷墨打印设备在背面喷涂20um厚度的石蜡掩膜层，避免掩膜层下方的表面被腐蚀，掩膜区域与非掩膜区域宽度比0.01；
(3)通过化学液腐蚀的方式采用HF对无掩膜区域进行腐蚀处理，腐蚀除去的厚度为0.1μm，同时将掩膜层去除；
(4)在腐蚀过的区域进行掺杂P处理，形成交错背接触IBC晶体硅太阳能电池所需要的交错掺杂区域结构。
实施例3
采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，包括以下步骤：
(1)对经过表面处理过的N型单晶硅片(硅片厚度80um，电阻率10Ω·cm)的背面进行B掺杂处理，然后进行退火处理，退火的温度为1000℃，时间为5min，退火氛围采用惰性气体氛围，在硅片背面形成5nm的BSG保护层；
(2)使用喷墨打印设备在背面喷涂20um厚度的石蜡掩膜层，避免掩膜层下方的表面被腐蚀，掩膜区域与非掩膜区域宽度比0.1；
(3)通过化学液腐蚀的方式采用HNO3对无掩膜区域进行腐蚀处理，腐蚀除去的厚度为1μm，同时将掩膜层去除；
(4)在腐蚀过的区域进行掺杂P处理，形成交错背接触IBC晶体硅太阳能电池所需要的交错掺杂区域结构。
实施例4
采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，包括以下步骤：
(1)对经过表面处理过的P型多晶硅片(硅片厚度100um，电阻率50Ω·cm)的背面进行B掺杂处理，然后进行氧化处理，温度为500℃，时间为200min，氧化氛围采用与氧气混合气体氛围，在硅片背面形成5nm的SiOx保护层；
(2)使用喷墨打印设备在背面喷涂20um厚度的石蜡掩膜层，避免掩膜层下方的表面被腐蚀，掩膜区域与非掩膜区域宽度比2；
(3)通过化学液腐蚀的方式采用HNO3对无掩膜区域进行腐蚀处理，腐蚀除去的厚度为5μm，同时将掩膜层去除；
(4)在腐蚀过的区域进行掺杂P处理，形成交错背接触IBC晶体硅太阳能电池所需要的交错掺杂区域结构。
实施例5
采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，包括以下步骤：
(1)对经过表面处理过的P型多晶硅片(硅片厚度300um，电阻率100Ω·cm)的背面进行B掺杂处理，然后进行氧化处理，温度为1000℃，时间为5min，氧化氛围采用与氧气和水蒸汽混合气体氛围，在硅片背面形成5nm的SiOx保护层；
(2)使用喷墨打印设备在背面喷涂20um厚度的石蜡掩膜层，避免掩膜层下方的表面被腐蚀，掩膜区域与非掩膜区域宽度比10；
(3)通过化学液腐蚀的方式采用HNO3对无掩膜区域进行腐蚀处理，腐蚀除去的厚度为10μm，同时将掩膜层去除；
(4)在腐蚀过的区域进行掺杂P处理，形成交错背接触IBC晶体硅太阳能电池所需要的交错掺杂区域结构。
Claims (10)
1.采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
(1)对经过表面处理过的硅片的背面进行掺杂处理，并通过退火或氧化形成一层保护层；
(2)使用喷墨打印设备在硅片背面喷涂掩模层，避免掩膜层下方的表面被腐蚀；
(3)通过化学液腐蚀的方式将未被保护区域腐蚀一定的厚度，同时将掩膜层去除；
(4)在腐蚀过的区域进行掺杂处理，形成交错背接触IBC晶体硅太阳能电池所需要的交错掺杂区域结构。
2.根据权利要求1所述的采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的硅片选择但不限于P型单晶硅片、N型单晶硅片或多晶硅片，硅片厚度40um-300um，电阻率0.3-100Ω·cm。
3.根据权利要求1所述的采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的硅片的表面处理选择但不限于RC1、RC2、RC3半导体清洗方式。
4.根据权利要求1所述的采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的硅片进行掺杂选择但不限于B、P原子。
5.根据权利要求1所述的采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，其特征在于，
步骤(1)中所述的退火的温度为500-1000℃，时间为5-200min，退火氛围为惰性气体或惰性气体与氧气混合气体；
步骤(1)中所述的氧化的温度为500-1000℃，时间为5-200min，氧化氛围为氧气或惰性气体与氧气混合气体或氧气和水蒸汽混合气体。
6.根据权利要求1或5所述的采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，其特征在于，退火或氧化后在硅片背面形成2nm-5um的保护层，保护层为PSG、BSG、SiNx或SiOx。
7.根据权利要求I所述的采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，其特征在于，步骤(1)中的掺杂、退火、氧化采用的方法包括但不限于离子注入法、管式扩散、快速退火法或APCVD法。
8.根据权利要求1所述的采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的掩模层为5-50um厚度的石蜡掩膜层，该掩膜层的图形根据设计要求变化，掩膜区域与非掩膜区域宽度比0.01-10。
9.根据权利要求1所述的采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，其特征在于，步骤(3)中采用HF、HNO3、DIH2O或KOH对无掩膜区域进行腐蚀处理，腐蚀除去的厚度为0.1μm-10μm。
10.根据权利要求1所述的采用掩膜反刻蚀制作IBC电池交错结构的工艺，其特征在于，步骤(3)中所述的掺杂处理与步骤(1)类似，在腐蚀过的区域掺杂但不限于B、P原子。
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