CN104332529B - 一种在铝硅熔池中液相外延制备n型晶体硅太阳电池发射极的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在铝硅熔池中液相外延制备n型晶体硅太阳电池发射极的方法，其特征是首先将含硅12～40％wt、含硼0～5ppmw的铝‑硅‑硼混合原料熔融，然后将n型硅片水平放置于熔体表面，在硅片与熔体接触面外延生长p型掺杂硅晶体层，生长完毕后取出硅片，最后清洗除去硅片表面粘附铝层。本发明可在n型单晶硅片表面外延生长形成连续均匀的p型晶体硅层，其厚度可在0.5～20μm范围调节；其电阻率可在0.5～10Ω·cm范围调节。
Description
技术领域
本发明属于光伏技术领域，涉及一种制备n型晶体硅太阳电池的方法，特别是制备其发射极的方法。
背景技术
n型晶体硅太阳电池指以n型硅片为衬底，在其一面制作p型层形成pn结而制得的太阳电池。该p型层一般被称为发射极。相比于p型硅太阳电池，n型硅太阳电池有弱光响应强、温升衰减小、无光致衰减（LID）、无电势诱导衰减（PID）和对材料纯度要求相对较低的显著优点，但因其发射极（p型层）制备相对于p型硅电池的发射极（n型层）制备更为困难，成本更高，因此多年来光伏产业以p型硅太阳电池为主流，未能发挥n型硅太阳电池的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本制备n型晶体硅太阳电池发射极的方法，其设备和工艺成本将低于现行p型太阳电池发射极制备方法。
为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：一种在铝硅熔池中向n型硅片表面液相外延生长p型硅晶体层的方法。其原理在于，铝在硅晶体中呈＋3价，是一种良好的p型掺杂组元。铝硅合金熔点可低至577℃，比硅的熔点（1420℃）低得多，将n型硅片置入铝硅合金熔体，并使之缓慢降温至其平衡液相线温度以下，熔体中的硅将在硅片底面凝结生长，即发生外延生长。生长中将会有微量铝进入外延硅晶体，其浓度由所在温度下的热力学平衡决定，处在适合于太阳电池p型掺杂浓度范围。因此外延生长的结果将在n型硅衬底表面自然形成p型掺杂硅晶体层，成为n型硅太阳电池的发射极。硼是一种更为有效的p型掺杂剂，在铝硅合金熔体中加入微量硼，则可实现铝、硼共掺杂p型硅晶体层的外延生长。
当前p型太阳电池以铝浆印刷烧结铝背场的制备也是基于同样的原理。但本方法与之有以下差异和优势：
1）使用铝锭而不需使用铝浆，成本要低得多；
2） 以铝硅合金熔池代替铝浆印刷、烧结设备，可进一步降低成本；
3） 外延生长保持在过量的铝硅合金熔体中，不依赖于局部铝硅合金的形成和熔融，更易于获得连续均匀外延层。
本方法适宜的铝硅熔体成份范围为：含硅 12～40％wt (1%wt = 重量百分之一)，含硼0～5 ppmw (1 ppmw = 重量百万分之一)，其余为铝以及不可避免的杂质，杂质总浓度低于10 ppmw；适宜的熔体温度范围为：570～940℃,具体与熔体硅含量相关。根据外延层结晶均匀性并结合工艺成本因素，优选的范围为：熔体含硅14～18％wt，含硼0.2～2 ppmw；熔体温度590～640℃，具体与熔体硅含量相关。
本发明可在n型单晶硅片表面外延生长形成连续均匀的p型晶体硅层，其厚度可在0.5～20 μm范围调节；其电阻率可在0.5～10 Ω·cm范围调节。这种外延层可作为n型硅片电池的发射极,满足较宽范围的各种发射极参数设计需要。表1列出采用本发明方法所得外延层厚度和电阻率数据。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。所采用的铝料均为纯度高于99.99％wt的铝锭；硅料均为纯度高于99.9999％wt的多晶硅块；铝硼合金料为含硼2.3％wt的预制中间合金，按各实施例所需熔体成份配料后置入刚玉坩埚，坩埚处于高纯氩气保护下，置于电阻炉内加热进行各实施例实验。
实施例1：
配制含硅12％wt的铝-硅混合原料，在660℃熔融后保温3小时后降温至580℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至570℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
实施例2：
配制含硅14％wt的铝-硅混合原料，在690℃熔融后保温3小时后降温至610℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至600℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
实施例3：
配制含硅16％wt的铝-硅混合原料，在730℃熔融后保温3小时后降温至650℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至640℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
实施例4：
配制含硅16％wt的铝-硅混合原料，在730℃熔融后保温3小时后降温至650℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至647℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
实施例5：
配制含硅16％wt的铝-硅混合原料，在730℃熔融后保温3小时后降温至650℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至630℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
实施例6：
配制含硅18％wt的铝-硅混合原料，在745℃熔融后保温3小时后降温至665℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至655℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
实施例7：
配制含硅30％wt的铝-硅混合原料，在900℃熔融后保温3小时后降温至815℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至805℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
实施例8：
配制含硅40％wt的铝-硅混合原料，在1025℃熔融后保温3小时后降温至945℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至935℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
实施例9：
配制含硅16％wt，含硼0.2ppmw的铝-硅-硼混合原料，在730℃熔融后保温3小时后降温至650℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至640℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
实施例10：
配制含硅16％wt，含硼2ppmw的铝-硅-硼混合原料，在730℃熔融后保温3小时后降温至650℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至640℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
实施例11：
配制含硅16％wt，含硼5ppmw的铝-硅-硼混合原料，在730℃熔融后保温3小时后降温至650℃后保温1小时，然后将0.2 mm厚的n型硅片样品置入熔体，随即开始以每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，降低至640℃时将样片取出，以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层，然后以光学显微镜观察其断面，测量硅外延层厚度，并以四探针测量仪测定其电阻率。结果列如表1。
表1 采用本发明方法在n型硅片外延生长形成的p型晶体硅层性能
。
Claims (2)
1.一种在铝硅熔池中液相外延制备n型晶体硅太阳电池发射极的方法，其特征是按如下步骤：首先将含硅 12～40％wt 、含硼0～5 ppmw的铝-硅-硼混合原料在660～1025℃熔融，保温3小时，然后将熔体温度降低至580～945℃保温1小时，然后将n型硅片置入熔体中，并按每分钟0.3℃的速率降低熔体温度，待熔体温度降至570～935℃时取出硅片，生长完毕后取出硅片，最后清洗除去硅片表面粘附铝层。
2.根据权利要求1所述的一种在铝硅熔池中液相外延制备n型晶体硅太阳电池发射极的方法，其特征是以30％浓度盐酸清洗除去样片表面粘附铝层。
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