CN105185850A - 选择性背场结构的制备工艺与n型太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种选择性背场结构的制备工艺与N型太阳能电池的制备方法。该选择性背场结构的制备工艺包括：步骤A1，采用扩散的方式在硅基底的第一表面形成N+层，N+层中的远离硅基底的表面层为磷硅玻璃层；步骤A2，采用激光按照预定图形扫描N+层，在N+层中形成N++层；以及步骤A3，湿法腐蚀N+层，去除磷硅玻璃层或者去除磷硅玻璃层及部分N++层，形成选择性背场结构。该制备工艺过程中，不需要更改扩散工艺，不需要增加掩膜，也不需要去除掩膜的步骤，就可以形成选择性背场结构。这样，简化了选择性背场结构的制备工艺，降低了制备成本，有利于选择性背场结构在太阳能电池中的推广。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种选择性背场结构的制备工艺与N型太阳能电池的制备方法。
背景技术
高效率和低成本一直是光伏电池领域面临的挑战，近来在N型硅材料上制作的太阳电池由于其高效率和双面发电特性越来越受到广泛关注。这主要得益于N型硅材料较高的少子寿命、对金属的污染的容忍度高于P型硅片。对于体寿命较高的N型电池，发射结可以在正面也可以在背面。对于发射结在正面，背面局部金属接触的太阳电池，背面需要通过重掺杂形成背场效应，这样做的好处的可以提高表面层的电导率从而获得低的接触电阻和较好的填充因子。
但是重掺杂的背表面场增加俄歇复合、降低电池的长波响应。而选择性背场结构是利用N型电池的背表面，将金属半导体接触区域和背面受光区域分离。对于金属接触区域，通过重掺杂降低欧姆接触；而背面受光区域掺杂浓度低复合小，提高电池的长波响应。
目前，国内外制备选择性发射极的方法很多，如扩散掩膜法，磷浆料扩散法、硅墨扩散法、掩膜回刻工艺等。而选择性背场工艺的原理和结构与选择性发射极一样。其中，掩膜回刻工艺制作选择性电极的工艺较常用。掩膜回刻工艺在扩散后的硅片表面印刷与栅线一样的掩膜图案作为腐蚀阻挡层，用腐蚀液中对硅片表面进行腐蚀。对于金属化接触区域，掩膜阻挡酸溶液对其进行腐蚀。对于非金属接触区域，酸溶液与硅片反应，从而实现具有不同高低掺杂浓度的区域。但是，掩膜回刻工艺中的掩膜成本高，并且需要后续进行掩膜清洗工艺。工艺过程复杂，成本高，不符合太阳电池低成本制造的要求，无法在工业大规模生产中应用。
因此，需要一种工艺简单，成本较低的选择性背场结构的制备工艺与N型太阳能电池的制备方法。
发明内容
本申请旨在提供一种选择性背场结构的制备工艺与N型太阳能电池的制备方法，以解决现有技术中N型太阳能电池的制备方法复杂，成本高的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种选择性背场结构的制备工艺，该制备工艺包括：步骤A1，采用扩散的方式在硅基底的第一表面形成N+层，上述N+层中的远离上述硅基底的表面层为磷硅玻璃层；步骤A2，采用激光按照预定图形扫描上述N+层，在上述N+层中形成N++层；以及步骤A3，湿法腐蚀上述N+层，去除上述磷硅玻璃层或者去除上述磷硅玻璃层及部分上述N++层，形成选择性背场结构。
进一步地，采用HF和HNO3的混合溶液实施上述湿法腐蚀。
为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，提供了一种N型太阳能电池的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，在硅基底的第一表面形成选择性背场结构，该选择性背场结构通过上述的选择性背场结构的制备工艺得到。
进一步地，在上述步骤S1之后，上述制备方法还包括：步骤S2，在上述硅基底的第二表面形成P型层；步骤S3，去除经过上述步骤S2之后形成的结构的周向边缘部分；步骤S4，在上述选择性背场结构的远离上述硅基底的表面上设置第一减反射层，在上述P型层的远离上述硅基底的表面上设置第二减反射层；步骤S5，在上述第一减反射层的远离上述选择性背场结构的表面设置第一金属层，在上述第二减反射层的远离上述P型层的表面上设置第二金属层；步骤S6，对上述第一金属层与上述第二金属层进行烧结，上述第一金属层形成第一电极，上述第二金属层形成第二电极。
进一步地，在形成上述第一减反射层与上述第二减反射层之前，上述制备方法还包括在上述选择性背场结构的远离上述硅基底的表面上设置第一钝化层，在上述P型层的远离上述硅基底的表面上设置第二钝化层。
进一步地，上述第一钝化层为SiOx和SiNx形成的叠层或SiOx层，第二钝化层为SiOx和SiNx形成的叠层、Al2O3和SiNx形成的叠层、SiOx层或Al2O3层。
进一步地，上述步骤S2中采用扩散的方式在上述硅基底的第二表面形成上述P型层，上述P型层的远离上述硅基底的表面层为P硅玻璃层。
进一步地，在上述步骤S4与上述步骤S5之间还包括：去除上述P硅玻璃层的步骤。
进一步地，上述步骤S3中采用干法刻蚀去除上述周向边缘部分。
进一步地，在上述步骤S1之前，上述N型太阳能电池的制备方法还包括：清洗硅片表面的损伤层，并将上述表面织构化。
应用本申请的技术方案，在选择性背场结构的制备工艺过程中，不需要更改扩散工艺，不需要增加掩膜，也不需要去除掩膜的步骤，就可以形成选择性背场结构。这样，简化了选择性背场结构的制备工艺，降低了制备成本，有利于选择性背场结构在太阳能电池中的推广。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请一种典型实施方式提出的选择性背场结构的制备工艺的流程示意图；
图2示出了本申请一种优选实施例提供的在硅基底的第一表面形成N+层后的剖面结构示意图；
图3示出了采用激光扫描图2所示的结构后形成的结构的剖面示意图；
图4示出了腐蚀图3所示的N+层后形成的结构的剖面示意图；以及
图5示出了一种优选实施例提供的太阳能电池的剖面结构示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，利用现有技术制备选择性背场结构的工艺比较复杂，成本较低，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种选择性背场结构的制备工艺与N型太阳能电池的制备方法。
本申请一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种选择性背场结构的制备工艺，该工艺包括：
步骤A1，采用扩散的方式在硅基底10的第一表面形成N+层30，上述N+层30的远离上述硅基底的表面层为磷硅玻璃层31，如图2所示。
步骤A2，采用激光按照预定图形扫描图2中的磷硅玻璃层31，激光照射区域的磷向局部聚集并向硅基底10扩散，在N+层中形成N++层32，如图3所示，其中，预订图形为金属化电极图形。
以及步骤A3，湿法腐蚀部分上述N+层30，去除上述磷硅玻璃层31或者去除上述磷硅玻璃层31及部分上述N++层32，形成图4中具有预沉积金属电极区域与背面受光区域的选择性背场结构35。
该制备工艺中，将硅片置于扩散炉中进行磷扩散，在其表面形成N+层30，同时在表面生成50～100nm的磷硅玻璃层31，磷硅玻璃层31中的磷含量可以通过扩散过程中通入的磷源含量进行调节，磷硅玻璃层31的厚度可以通过扩散过程中通入的氧气量调节。利用激光按照金属化电极图形扫描加热磷硅玻璃层31，通过局部熔融使激光扫描部位的磷硅玻璃层31中的磷元素进一步扩散到中，在N+层30中形较重的扩散区域即N++层32，N++层32中包括N++区域320与和N++区域320相邻的非N++区域，在后期的腐蚀过程中，对上述N+层30进行腐蚀，至少将上述的磷硅玻璃层31腐蚀去除，进而形成重掺杂的预沉积金属电极区域与相对轻掺杂背面受光区域，进而形成选择性背场结构35。本领域技术人员可以通过控制腐蚀液的浓度以及腐蚀的时间来控制腐蚀N+层30
上述的选择性背场结构35的制备工艺过程中，不需要更改扩散工艺，不需要增加掩膜，也不需要去除掩膜的步骤，就可以形成选择性背场结构。这样，简化了选择性背场结构35的制备工艺，降低了制备成本，有利于选择性背场结构35在太阳能电池中的推广。
为了获得较好的刻蚀效果，本申请优选采用采用HF和HNO3的混合溶液实施上述湿法腐蚀。腐蚀后，利用碱溶液去除激光损伤层和多孔硅。
本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种N型太阳能电池的制备方法，该方法包括步骤S1，在硅基底的第一表面形成选择性背场结构，该选择性背场结构采用上述的选择性背场结构的制备工艺制备得到。
上述的太阳能电池的选择性背场结构35采用上述的制备工艺，在选择性背场结构35的制备工艺过程中，不需要印刷掩膜和后续的去除掩膜的步骤，简化了N型太阳能电池的制备工艺，降低了制备成本，有利于选择性背场结构35在太阳能电池中的推广。
本申请又一种优选的实施例中，上述制备方法还包括：步骤S2，在上述硅基底10的第二表面形成P型层20；步骤S3，去除经过上述步骤S2之后形成的结构的周向边缘部分；步骤S4，在上述选择性背场结构35的远离上述硅基底10的表面上设置第一减反射层70，在上述P型层20的远离上述硅基底10的表面上设置第二减反射层60；步骤S5，在上述第一减反射层70的远离上述选择性背场结构35的表面设置第一金属层，在上述第二减反射层60的远离上述P型层20的表面上设置第二金属层；步骤S6，对上述第一金属层与上述第二金属层进行烧结，形成图5所示的第一电极91与第二电极81。
为了减少硅片表面的表面复合中心，提高有效少子的寿命，提高太阳能电池的效率，本申请优选上述步骤S4中在设置上述第一减反射层70与上述第二减反射层60之前，还包括在上述选择性背场结构35的远离上述硅基底10的表面上设置第一钝化层50，在上述P型层20的远离上述硅基底10的表面上设置第二钝化层40。
上述第一钝化层50可以是SiOx层，也可以是SiOx和SiNx形成的叠层，第二钝化层40也可以是SiOx层，可以是Al2O3层，也可以是SiOx层和SiNx形成的叠层，也可以是Al2O3和SiNx形成的叠层。本领域技术人员可以根据实际情况选择对应的钝化层的材料。
本申请的另一种实施例中，上述步骤S2中采用扩散的方式在上述硅基底10的第二表面形成P型层20，上述P型层20的远离上述硅基底10的表面为P硅玻璃层。P硅玻璃层的形成过程与磷硅玻璃层31的形成过程相似，这里就不再赘述。一般是采用管式扩散炉进行P型元素的扩散，P型元素一般为硼元素，对应地，P硅玻璃层为硼硅玻璃层。
为了避免P硅玻璃层对后续的工艺造成影响，在上述步骤S4与上述步骤S5之间还包括：去除上述P硅玻璃层的步骤。
本申请的另一种实施例中，在制备N型太阳能电池之前还包括：清洗硅片表面的损伤层，并将表面织构化。这样能够更好地保证太阳能电池的性能。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将以N型太阳能电池的制备方法为例详细说明本申请的技术方案。
N型太阳能电池的制备方法具体制备的步骤如下：
步骤S1，在硅基底10的第一表面(背面)形成选择性背场结构35。
首先，清洗硅片表面的损伤层，并将表面织构化；主要采用氢氧化钾碱性溶液进行金字塔制绒。
其次，利用管式扩散炉进行磷扩散形成背场，即形成图2所示的N+层30，其中，N+层30中的远离上述硅基底10的表面层为磷硅玻璃层31。
最后，制作选择性背场结构35。
利用激光按照金属化图形扫描磷硅玻璃层31，通过局部熔融磷硅玻璃层31，使激光扫描部位磷硅玻璃层31中的磷元素进一步扩散到N+层30中，如图3所示，在N+层30中形较深的扩散区域即N++层32，该N++层32包括N++区域320及和N++区域320相邻设置的非N++区域，用HF与HNO3的混合水溶液腐蚀N+层30，刻蚀深度在0.3um。形成图4所示的选择性背场结构35，剩余的N++区域320作为金属接触区域，方阻变化较小；而剩余的非N++区域作为受光区域，其表面扩散方阻为60～65Ω/□。
步骤S2，在上述硅基底10的第二表面(正面)形成P型层20。
将采用三溴化硼利用管式扩散炉在硅基底10的第二表面扩散制结，形成P型层20，其扩散方阻为58Ω/□。并且，采用HF溶液将扩散过程在形成的硼硅玻璃层去除。
步骤S3，干法刻蚀去除上述步骤S2形成的结构的周向边缘部分。
步骤S4，在上述选择性背场结构35的表面上设置第一减反射层70，在上述P型层20的远离上述硅基底10的表面上设置第二减反射层60。
首先，在上述的远离上述硅基底10的表面上设置第一钝化层50，其厚度为2nm，在上述P型层20的远离上述硅基底10的表面上设置第二钝化层40，其厚度为5nm。第一钝化层50与第二钝化层40均为SiOx层。
然后，在第一钝化层50的远离选择性背场结构35的表面上设置第一减反射层70，其厚度为40nm。在第二钝化层40的远离P型层20的表面上设置第二减反射层60，其厚度为80nm，第一减反射层70与第二减反射层60均为Si3N4层。
步骤S5，设置第一金属层与第二金属层。
通过丝网印刷的方式在上述第二减反射层60的远离所P型层20的表面上印刷银铝浆料，形成第二金属层，而上述第一减反射层70的远离上述选择性背场结构35的表面需要在激光扫描的区域印刷银浆，形成第一金属层，对第一金属层与第二金属层进行刻蚀，形成图形化的第一金属层和第二金属层。
步骤S6，形成第一电极与第二电极。
采用链式烧结炉对第一金属层与第二金属层进行一次烧结，形成第一电极91与第二电极81。最高烧结温度为700～900℃。最后，形成如图5所示的单晶N型双面受光电池。
该电池中，采用了N型基底，不存在P型电池中硼氧复合对引起的光致衰减；该电池可以双面受光，背面采用局部接触，不存在全铝背场因为硅和铝热膨胀系数不一样带来的电池弯曲现象。利用激光制作掩膜图案与湿法腐蚀技术结合的工艺将电池背面的金属接触区域和背面受光区域分离。金属电极由于下方掺杂浓度高形成良好的欧姆接触，背面受光区域形成轻掺杂减小复合。湿法腐蚀技术可以有效去除扩散形成的表面死层；该电池的制备工艺无需要掩膜印刷和去掩膜步骤，工艺流程简单。
表1示出了采用本申请的方法形成的N型单晶电池与其他两种方法形成的N型单晶电池的性能测试结果数据。其中，G1表示无选择性背场技术工艺的N型单晶硅电池，G2为采用湿法回刻工艺制作的N型单晶电池，G3为激光与湿法腐蚀结合的工艺制作的选择性背场的N型单晶电池。Uoc表示太阳能电池的开路电压，Isc表示太阳能电池的短路电流，Rs表示太阳能电池的内电阻，FF表示太阳能电池的填充因子，Eff表示太阳能电池的效率。
从表1可以看出，G3的效率稍高于G2大约0.04％，即不需要印刷掩膜和后续的掩膜清洗工艺，只需要激光与湿法腐蚀结合可以达到同样的目的，同时，由于激光加热形成扩散深度较深在湿法腐蚀过程中对方阻变化影响较小，Rs有所下降，FF有所提升。
表1
| Uoc(V) | Isc(A) | Rs(Ω) | FF(％) | Eff(％) | |
| G1 | 0.6479 | 9.2015 | 0.0009 | 78.94 | 19.69 |
| G2 | 0.6568 | 9.3563 | 0.0013 | 77.81 | 20.01 |
| G3 | 0.6571 | 9.3592 | 0.0012 | 77.93 | 20.05 |
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
1)、本申请中选择性背场结构的制备工艺中，利用激光按照金属化图案加热N+层，使激光扫描部位的磷元素进一步扩散到N+层中，形较重的扩散区域即N++层。这样在种选择性背场结构的制备工艺过程中，不需要再额外设置掩膜，也不需要去除掩膜的步骤，简化了选择性背场结构的制备工艺，降低了制备成本，有利于选择性背场结构在太阳能电池中的推广。
2)、本申请的N型太阳能电池的制备方法中，其选择性背场结构采用上述的制备工艺，不需要再额外设置掩膜，也不需要去除掩膜的步骤，简化了N型太阳能电池的制备工艺，降低了制备成本，有利于选择性背场结构在太阳能电池中的推广。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种选择性背场结构的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括：
步骤A1，采用扩散的方式在硅基底的第一表面形成N+层，所述N+层中的远离所述硅基底的表面层为磷硅玻璃层；
步骤A2，采用激光按照预定图形扫描所述N+层，在所述N+层中形成N++层；以及
步骤A3，湿法腐蚀所述N+层，去除所述磷硅玻璃层或者去除所述磷硅玻璃层及部分所述N++层，形成选择性背场结构。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，采用HF和HNO3的混合溶液实施所述湿法腐蚀。
3.一种N型太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：
步骤S1，在硅基底的第一表面形成选择性背场结构，
其特征在于，所述选择性背场结构通过权利要求1或2中所述的选择性背场结构的制备工艺得到。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1之后，所述制备方法还包括：
步骤S2，在所述硅基底的第二表面形成P型层；
步骤S3，去除经过所述步骤S2之后形成的结构的周向边缘部分；
步骤S4，在所述选择性背场结构的远离所述硅基底的表面上设置第一减反射层，在所述P型层的远离所述硅基底的表面上设置第二减反射层；
步骤S5，在所述第一减反射层的远离所述选择性背场结构的表面设置第一金属层，在所述第二减反射层的远离所述P型层的表面上设置第二金属层；以及
步骤S6，对所述第一金属层与所述第二金属层进行烧结，所述第一金属层形成第一电极，所述第二金属层形成第二电极。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在形成所述第一减反射层与所述第二减反射层之前，所述制备方法还包括在所述选择性背场结构的远离所述硅基底的表面上设置第一钝化层，在所述P型层的远离所述硅基底的表面上设置第二钝化层。
6.根据权利要求5中所述的制备方法，其特征在于，所述第一钝化层为SiOx和SiNx形成的叠层或SiOx层，第二钝化层为SiOx和SiNx形成的叠层、Al2O3和SiNx形成的叠层、SiOx层或Al2O3层。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中采用扩散的方式在所述硅基底的第二表面形成所述P型层，所述P型层的远离所述硅基底的表面层为P硅玻璃层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4与所述步骤S5之间还包括：去除所述P硅玻璃层的步骤。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中采用干法刻蚀去除所述周向边缘部分。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1之前，所述N型太阳能电池的制备方法还包括：清洗硅片表面的损伤层，并将所述表面织构化。
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