CN104659159A - 一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：(1)表面清洗及织构化、表面氧化形成掩膜、腐蚀开口形成电极栅线窗口；(2)将上述电极栅线窗口进行抛光；(3)去除上述表面氧化形成的掩膜；(4)对硅片整面进行离子注入；(5)退火；(6)沉积减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触；即可得到选择性发射极晶体硅太阳电池。本发明通过将电极栅线窗口进行抛光，即在电极下面形成抛光面，而其他区域形成绒面，然后通过一次离子注入实现选择性发射极结构，大大简化了工艺、降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
自进入本世纪以来光伏产业成为了世界上增长最快的高新技术产业。在各类太阳能电池中，晶体硅（单晶、多晶）太阳能电池占有极其重要的地位，目前占据了光伏市场75%以上的份额。晶体硅太阳能电池利用p-n结的光生伏特效应实现光电转换，从发展的观点来看，晶体硅太阳能电池在未来很长的一段时间仍将占据主导地位。
现有的晶体硅太阳能电池的制造流程为：表面清洗及织构化、扩散、清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触、测试。这种商业化晶体硅电池制造技术相对简单、成本较低，适合工业化、自动化生产，因而得到了广泛应用。其中，扩散是核心工艺；传统的扩散工艺在发射极区域要么出现较高的接触电阻，要么会出现比较严重的死层问题，而仅仅通过调整一步扩散工艺的制程是无法同时解决接触电阻和死层的问题，所以传统的扩散工艺限制了短路电流、开路电压、填充因子和效率的提高。
为了同时兼顾开路电压、短路电流和填充因子的需要，选择性发射极（SE）太阳电池是非常理想的选择，即在电极接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。这样的结构会增加短波响应和降低表面复合，同时减少前电极与发射区的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，最终提高转换效率。
现有技术中，制备选择性发射极晶体硅太阳电池的一般流程为：表面清洗及织构化、热氧化成氧化硅膜形成掩膜、腐蚀开口形成电极栅线窗口、一次扩散形成栅线下重扩散、去氧化硅膜、二次扩散形成非栅线窗口区域浅扩散、清洗去磷硅玻璃、沉积减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触、测试。上述制备方法已经被人们广泛应用于制备高效太阳能电池中，也取得了非常好的太阳能电池效率，但其工艺较为复杂，成本高，不利于工业化生产。
针对上述问题，出现了采用离子注入来制备选择性发射极的方法，如中国发明专利申请CN103280489A公开了一种实现选择性发射极的方法，其主要步骤为：(a) 对硅片整面进行第一次离子注入；(b) 在硅片上方设置具有镂空图案的挡板，透过挡板对所述硅片进行第二次离子注入。然而，上述方法存在如下问题：(1) 需要进行2次离子注入作业，使得工艺步骤更加复杂，且增加了成本；(2) 对于不同电极结构的电池片，需要设计不同镂空图案的挡板，因此，使用也不方便，且成本较高。
因此，开发一种工艺简单、成本较低的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，具有积极的现实意义。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 表面清洗及织构化、表面氧化形成掩膜、腐蚀开口形成电极栅线窗口；
(2) 将上述电极栅线窗口进行抛光；
(3) 去除上述表面氧化形成的掩膜；
(4) 对硅片整面进行离子注入；
(5) 退火；
(6) 沉积减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触；即可得到选择性发射极晶体硅太阳电池。
本发明的离子注入形成磷（硼）掺杂的方阻通过控制注入剂量大小搭配合适的退火工艺来进行控制，以形成合适的结；离子注入剂量设置好之后是不变的。
本发明采用腐蚀开口形成电极栅线窗口，再对电极栅线窗口进行抛光，即在电极下面形成抛光面，而其他区域形成绒面，然后通过一次离子注入实现选择性发射极结构；由于同样的剂量注入到绒面表面和抛光的表面的量是相同的，但绒面的表面积大，单位表面的注入量小，退火后方阻高；抛光面的表面积小，单位表面的注入量大，退火后方阻低，在一次离子注入工艺下实现选择性结构。
上述技术方案中，所述步骤(1)中的表面氧化形成掩膜为热氧化成氧化硅膜形成掩膜。
上述技术方案中，所述步骤(2)中的抛光方法为：采用四甲基氢氧化铵溶液在80~90℃下进行抛光，时间为100~300秒。四甲基氢氧化铵溶液是TMAH溶液。优选在85℃下进行抛光。
上述技术方案中，当采用P型硅片时，所述步骤(4)中离子注入的磷剂量为1.5e15~3.4e15cm-2。优选的，所述步骤(4)中离子注入的磷剂量为2.0e15cm-2。
上述技术方案中，当采用N型硅片时，所述步骤(4)中离子注入的硼剂量为1.0e15~2.6e15cm-2。优选的，离子注入的硼剂量为2.2e15cm-2。
上述技术方案中，所述步骤(5)中退火的温度为850~900℃，时间为20~30min。优选的，温度为870℃，时间为25min。
上述技术方案中，所述步骤(5)之后，p-n+结的n+区的方块电阻为60~100Ω∕□；p-n++结的n++区的方块电阻为30~50Ω∕□。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明开发了一种新的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，通过将电极栅线窗口进行抛光，即在电极下面形成抛光面，而其他区域形成绒面，然后通过一次离子注入实现选择性发射极结构，即通过一步工艺即可实现选择性发射极结构，且无需对离子注入设备进行改造，也不需要多次调整离子注入的参数，因此大大简化了工艺、降低了成本；具有积极的现实意义；
2、试验证明，与现有工艺相比，采用本发明的方法制得的太阳能电池的电性能大部分保持相同或近似，证明本发明的方法是切实可行的；
3、本发明的方法简单可行，成本较低，适于推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例一中离子注入示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例一：
一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 表面清洗及织构化、热氧化成氧化硅膜形成掩膜、腐蚀开口形成电极栅线窗口；
(2) 将上述电极栅线窗口进行抛光；采用四甲基氢氧化铵溶液在85℃下进行抛光，时间为200秒；
(3) 酸洗去除上述表面氧化形成的掩膜；
(4) 对硅片整面进行离子注入；参见图1所示；
所述离子注入的磷剂量为2.0e15cm-2；
(5) 退火；退火的温度为870℃，时间为25min；
(6) 沉积减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触；即可得到选择性发射极晶体硅太阳电池。
所述步骤(5)之后，p-n+结的n+区的方块电阻为80Ω∕□；p-n++结的n++区的方块电阻为40Ω∕□。
对比例一：
按照中国发明专利申请CN103280489A公开的一种实现选择性发射极的方法进行实施，其主要步骤为：(a) 对硅片整面进行第一次离子注入；(b) 在硅片上方设置具有镂空图案的挡板，透过挡板对所述硅片进行第二次离子注入。
对比例和实施例采用的原材料硅片、以及一些相同的工艺步骤都保持一致。
然后对对比例和实施例得到的选择性发射极晶体硅太阳电池进行电性能测试，结果如下：
| Voc（mv） | Isc（A） | FF | EFF | |
| 对比例一 | 641.5 | 9.252 | 79.81 | 19.69 |
| 实施例一 | 642.3 | 9.235 | 79.62 | 19.67 |
试验证明，与现有工艺相比，采用本发明的方法制得的太阳能电池的电性能大部分保持相同或近似，证明本发明的方法是切实可行的。
Claims (9)
1.一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 表面清洗及织构化、表面氧化形成掩膜、腐蚀开口形成电极栅线窗口；
(2) 将上述电极栅线窗口进行抛光；
(3) 去除上述表面氧化形成的掩膜；
(4) 对硅片整面进行离子注入；
(5) 退火；
(6) 沉积减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触；即可得到选择性发射极晶体硅太阳电池。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的表面氧化形成掩膜为热氧化成氧化硅膜形成掩膜。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的抛光方法为：采用四甲基氢氧化铵溶液在80~90℃下进行抛光，时间为100~300秒。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：当采用P型硅片时，所述步骤(4)中离子注入的磷剂量为1.5e15~3.4e15cm-2。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中离子注入的磷剂量为2.0e15 cm-2。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：当采用N型硅片时，所述步骤(4)中离子注入的硼剂量为1.0e15~2.6e15cm-2。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中离子注入的硼剂量为2.2e15cm-2。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中退火的温度为850~900℃，时间为20~30min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)之后，p-n+结的n+区的方块电阻为60~100Ω∕□；p-n++结的n++区的方块电阻为30~50Ω∕□。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150527 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |