CN105185864B - 一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池制备方法，包含如下步骤：硅片正面制作倒金字塔结构、硅片背面局部区域硼扩散、硅片正面栅指电极浓磷扩散、硅片正面淡磷扩散、硅片正面氧化硅(SiO2)减反射钝化层沉积、硅片背面氧化硅(SiO2)钝化层沉积、硅片背面光刻电极接触孔、硅片正面光刻栅指电极引线孔、硅片正面蒸镀栅指电极、硅片背面蒸镀铝电极、硅片正面电镀银和退火,形成太阳能电池。本发明通过在电池正面采用”倒金字塔”结构，使受光效果优于普通绒面结构，具有很低的反射率，从而提高了电池的Jsc。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种有效地吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P-N结(P-N Junction)上，形成新的空穴-电子对(V-E pair)，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。由于是利用各种势垒的光生伏特效应将太阳光能转换成电能的固体半导体器件，故又称太阳能电池或光伏电池，是太阳能电池阵电源系统的重要组件。太阳能电池主要有晶硅(Si)电池，三五族半导体电池(GaAs,Cds/Cu2S,Cds/CdTe,Cds/InP,CdTe/Cu2Te)，无机电池，有机电池等，其中晶硅太阳能电池居市场主流主导地位。晶硅太阳能电池的基本材料为纯度达99.9999％、电阻率在10Ω-cm以上的P型单晶硅，包括正面绒面、正面p-n结、正面减反射膜、正背面电极等部分。在组件封装为正面受光照面加透光盖片(如高透玻璃及EVA)保护，防止电池受外层空间范爱伦带内高能电子和质子的辐射损伤。
传统晶硅太阳能电池的制造工艺有6道工序，分别为制绒，扩散，去磷硅玻璃和背结，镀膜，丝网印刷，烧结。电池结构设计较简单，导致存在技术问题而无法大幅提升电池的光电转换效率，例如太阳光的能量不能得到很好的利用，形成所谓的“死层”。前表面的金属电极不能做得很窄，否则遮挡了光在硅片内的有效吸收、单一扩散技术无法有效解决电极接触电阻、横向电阻功耗及短波响应问题、单面钝化无法使得反向饱和电流密度下降等技术难点，为了有效改善上述问题，本发明设计出一种新型电池结构，电池正面采用”倒金字塔”结构，受光效果优于普通绒面结构，具有很低的反射率，从而提高了电池的Jsc。淡磷、浓磷分区扩散，栅指电极下浓磷扩散可以减少栅指电极接触电阻；而受光区域淡磷扩散能满足横向电阻功耗小且短波响应好的要求。背面进行定域、小面积的硼扩散P+区，可减少背电极的接触电阻，又增加了硼背场，蒸镀铝的背电极本身又是很好的背反射器，进而提高了电池的转换效率。采用双面钝化，发射极表面钝化降低表面态，同时减少了前表面的少子复合，而背面钝化使反向饱和电流密度下降，同时光谱响应也得到改善。
本发明一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池相较于传统太阳能电池具有高光电转换效率、结构设计新颖等优点。
发明内容
本实用新型需要解决的技术问题是通过在电池正面采用“倒金字塔”结构，使受光效果优于普通绒面结构，具有很低的反射率，从而提高了电池的Jsc；提供了一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池制备方法。
本发明提供了一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池制备方法，包含如下步骤：
S1:硅片正面制作倒金字塔结构；
S2:硅片背面局部区域硼(BBr3)扩散；
S3:硅片正面栅指电极浓磷(POCl3)扩散；
S4:硅片正面淡磷(POCl3)扩散；
S5:硅片正面氧化硅(SiO2)减反射钝化层沉积；
S6:硅片背面氧化硅(SiO2)钝化层沉积；
S7:硅片背面光刻电极接触孔；
S8:硅片正面光刻栅指电极引线孔；
S9:硅片正面蒸镀栅指电极；
S10:硅片背面蒸镀铝电极；
S11:硅片正面电镀银；
S12:退火,形成太阳能电池。
上述方法中所述的步骤S1采用化学溶液湿法刻蚀技术来实现，其中包含以下步骤：1.去损伤层：反应温度：80-90℃,反应时间：2-4min，NaOH：H20＝10-15％wt；2.制绒：反应温度：70-80℃，反应时间：20-35min，NaOH：H2O＝1-3％wt，C2H5OH：H2O＝4-6％vol，Na2SiO3：H2O＝1-2％wt；3.喷淋：水流速：10-15L/min，反应时间：1-3min；4.鼓泡漂洗：反应温度：65-75℃，反应时间：3-6min，使用HCl及HF。
作为上述方案的改进，所述去损伤层的最优方案为反应温度为85℃,反应时间为3min，NaOH：H20＝12％wt；所述制绒的最优方案为反应温度：75℃，反应时间：30min，NaOH：H2O＝2％wt，C2H5OH：H2O＝5％vol，Na2SiO3：H2O＝1.5％wt；所述喷淋的最优方案为水流速为12L/min，反应时间为2min；所述鼓泡漂洗的最优方案为反应温度：70℃，反应时间：5min。
上述方法中所述的步骤S2、步骤S3和步骤S4是分别采用高温三溴化硼(BBr3)、高温三氯氧磷(POCl3)和次高温三氯氧磷(POCl3)扩散技术来实现，所述的扩散技术包含以下步骤：1、进炉预热；2、稳定稳流；3、氧化反应；4、三溴化硼(BBr3)(步骤S2)或三氯氧磷(POCl3)(步骤S3和步骤S4)扩散；5、稳态趋入；6出炉降温。
上述方法中所述的步骤S2中进炉预热：反应温度800-850℃，反应时间4-7min，大N2：6-9slm；稳定稳流：反应温度900-1000℃，反应时间10-15min，大N2：6-9slm；氧化反应：反应温度900-1000℃，反应时间10-15min，大N2：6-9slm，O2：400-600sccm；三溴化硼扩散：反应温度900-1000℃，反应时间10-15min，大N2：6-9slm，O2：400-600sccm，BBr3：500-1000sccm，小N2：50-150sccm；5稳态趋入：反应温度900-1000℃，反应时间2-5min，大N2：5-10slm，O2：2500-3000sccm；出炉降温：反应温度650-750℃，反应时间15-20min，大N2：5-10L/min。
作为上述方案的改进，所述步骤S2的最优方案为进炉预热：反应温度850℃，反应时间7min，大N2：9slm；稳定稳流：反应温度950℃，反应时间10min，大N2：9slm；氧化反应：反应温度950℃，反应时间12min，大N2：6slm，O2：500sccm；三溴化硼扩散：反应温度950℃，反应时间15min，大N2：6slm，O2：525sccm，BBr3：650sccm，小N2：100sccm；稳态趋入：反应温度980℃，反应时间2min，大N2：5slm，O2：2800sccm；出炉降温：反应温度650℃，反应时间15min，大N2：10L/min。
上述方法中所述的步骤S3中进炉预热：反应温度750-800℃，反应时间5-8min，大N2：5-10slm；稳定稳流：反应温度800-900℃，反应时间10-15min，大N2：5-10slm；氧化反应：反应温度800-900℃，反应时间10-15min，大N2：5-10slm，O2：400-600sccm；三氯氧磷浓扩散：反应温度800-900℃，反应时间10-15min，大N2：6-8slm，O2：400-600sccm，POCL3：500-1000sccm，小N2：50-150sccm；稳态趋入：反应温度800-900℃，反应时间2-5min，大N2：5-10slm，O2：2000-3000sccm；出炉降温：反应温度650-750℃，反应时间10-15min，大N2：5-10L/min。
作为上述方案的改进，所述步骤S3的最优方案为进炉预热：反应温度800℃，反应时间6min，大N2：10slm；稳定稳流：反应温度850℃，反应时间12min，大N2：10slm；氧化反应：反应温度850℃，反应时间12min，大N2：5slm，O2：500sccm；三氯氧磷浓扩散：反应温度855℃，反应时间15min，大N2：6slm，O2：515sccm，POCL3：600sccm，小N2：100sccm；稳态趋入：反应温度900℃，反应时间3min，大N2：5slm，O2：2500sccm；出炉降温：反应温度700℃，反应时间15min，大N2：10L/min。
上述方法中所述的步骤S4中进炉预热：反应温度750-800℃，反应时间5-8min，大N2：5-10slm；稳定稳流：反应温度800-850℃，反应时间10-15min，大N2：5-10slm；氧化反应：反应温度800-850℃，反应时间10-15min，大N2：5-10slm，O2：400-600sccm；三氯氧磷淡扩散：反应温度800-850℃，反应时间5-10min，大N2：6-8slm，O2：400-600sccm，POCL3：500-1000sccm，小N2：50-150sccm；稳态趋入：反应温度800-850℃，反应时间2-5min，大N2：5-10slm，O2：2000-3000sccm；出炉降温：反应温度650-750℃，反应时间10-15min，大N2：5-10L/min。
作为上述方案的改进，所述步骤S4的最优方案为进炉预热：反应温度780℃，反应时间5min，大N2：10slm；稳定稳流：反应温度815℃，反应时间10min，大N2：10slm；氧化反应：反应温度815℃，反应时间12min，大N2：6slm，O2：555sccm；三氯氧磷淡扩散：反应温度825℃，反应时间7min，大N2：6slm，O2：500sccm，POCL3：600sccm，小N2：100sccm；稳态趋入：反应温度850℃，反应时间2min，大N2：5slm，O2：2000sccm；出炉降温：反应温度650℃，反应时间13min，大N2：10L/min。
上述方法中所述的步骤S5和步骤S6采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术来实现，其的反应温度为300-450℃、沉积压强为150-250Pa、沉积功率为2000-3000Watt、通入反应气体SiH4的体积流量为500-800sccm、N2O的流量为6.0-9.5slm，反应时间为900-1080s。
作为上述方案的改进，所述的最优方案为反应温度：425℃、沉积压强：200Pa、沉积功率：2800Watt、通入反应气体SiH4的体积流量：625sccm、N2O的流量：7.5slm，反应时间：960s。
本发明通过电池正面采用化学溶液湿法刻蚀技术来实现倒金字塔结构，采用高温三氯氧磷(POCl3)扩散技术来实现栅指电极下浓磷扩散，采用次高温三氯氧磷(POCl3)扩散技术来实现受光区域淡磷扩散，采用高温三溴化硼(BBr3)扩散技术来实现电池背面使用定域、小面积硼扩散P+区，采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术来实现电池正面氧化硅减反射钝化层及背面氧化硅钝化层。电池正面采用”倒金字塔”结构，受光效果优于普通绒面结构，具有很低的反射率，从而提高了电池的Jsc。淡磷、浓磷分区扩散，栅指电极下浓磷扩散可以减少栅指电极接触电阻；而受光区域淡磷扩散能满足横向电阻功耗小且短波响应好的要求。背面进行定域、小面积的硼扩散P+区，可减少背电极的接触电阻，又增加了硼背场，蒸镀铝的背电极本身又是很好的背反射器，进而提高了电池的转换效率。采用双面钝化，发射极表面钝化降低表面态，同时减少了前表面的少子复合，而背面钝化使反向饱和电流密度下降，同时光谱响应也得到改善，进而大幅提高太阳能电池转换效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池制备流程图。
具体实施方式
如图1所示的一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池制备方法，包含如下步骤：步骤S1:硅片正面制作倒金字塔结构；步骤S2:硅片背面局部区域硼扩散；步骤S3:硅片正面电极浓磷扩散；步骤S4:硅片正面淡磷扩散；步骤S5:硅片正面氧化硅减反射钝化层沉积；步骤S6:硅片背面氧化硅钝化层沉积；步骤S7:硅片背面光刻电极接触孔；步骤S8：硅片正面光刻栅指电极引线孔；步骤S9：硅片正面蒸镀栅指电极；步骤S10：硅片背面蒸镀铝电极；步骤S11：硅片正面电镀银；步骤S12：退火,形成太阳能电池。
本发明采用化学溶液湿法刻蚀技术来实现倒金字塔结构，采用高温三溴化硼(BBr3)扩散技术来实现硅片背面局部区域扩散，采用高温三氯氧磷(POCl3)扩散技术来实现栅指电极下浓磷扩散，采用次高温三氯氧磷(POCl3)扩散技术来实现受光区域淡磷扩散，采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术来实现硅片正面氧化硅减反射钝化层沉积和硅片背面氧化硅钝化层沉积。电池正面采用”倒金字塔”结构，受光效果优于普通绒面结构，具有很低的反射率，从而提高了电池的Jsc(Jsc为短路光电流密度,即短路光电流Isc除以电池面积，可得短路光电流密度Jsc)。淡磷、浓磷分区扩散，栅指电极下浓磷扩散可以减少栅指电极接触电阻；而受光区域淡磷扩散能满足横向电阻功耗小且短波响应好的要求。背面进行定域、小面积的硼扩散P+区，可减少背电极的接触电阻，又增加了硼背场，蒸镀铝的背电极本身又是很好的背反射器，进而提高了电池的转换效率。采用双面钝化，发射极表面钝化降低表面态，同时减少了前表面的少子复合，而背面钝化使反向饱和电流密度下降，同时光谱响应也得到改善，进而大幅提高太阳能电池转换效率。
需要说明的是，所述的步骤S1采用采用化学溶液湿法刻蚀技术，其中包含以下步骤：1.去损伤层：反应温度：80-90℃,反应时间：2-4min，NaOH：H20＝10-15％wt；2.制绒：反应温度：70-80℃，反应时间：20-35min，NaOH：H2O＝1-3％wt，C2H5OH：H2O＝4-6％vol，Na2SiO3：H2O＝1-2％wt；3.喷淋：DI water：10-15L/min，反应时间1-3min；4.鼓泡漂洗：反应温度65-75℃，反应时间3-6min，使用HCl及HF。
作为上述方案的改进，所述去损伤层的最优方案为反应温度为85℃,反应时间为3min，NaOH：H20＝12％wt；所述制绒的最优方案为反应温度：75℃，反应时间：30min，NaOH：H2O＝2％wt，C2H5OH：H2O＝5％vol，Na2SiO3：H2O＝1.5％wt；所述喷淋的最优方案为水流速为12L/min，反应时间为2min；所述鼓泡漂洗的最优方案为反应温度：70℃，反应时间：5min。
需要说明的是，所述的步骤S2采用高温三溴化硼(BBr3)扩散技术，其中包含以下步骤：1.进炉预热：反应温度800-850℃，反应时间4-7min，大N2：6-9slm；2.稳定稳流：反应温度900-1000℃，反应时间10-15min，大N2：6-9slm；3.氧化反应：反应温度900-1000℃，反应时间10-15min，大N2：6-9slm，O2：400-600sccm；4.三溴化硼扩散：反应温度900-1000℃，反应时间10-15min，大N2：6-9slm，O2：400-600sccm，BBr3：500-1000sccm，小N2：50-150sccm；5.稳态趋入：反应温度900-1000℃，反应时间2-5min，大N2：5-10slm，O2：2500-3000sccm；6.出炉降温：反应温度650-750℃，反应时间15-20min，大N2：5-10L/min。
作为上述方案的改进，所述步骤S2的最优方案为进炉预热：反应温度为850℃，反应时间为7min，大N2的流量为9slm；稳定稳流：反应温度为950℃，反应时间为10min，大N2的流量为9slm；氧化反应：反应温度为950℃，反应时间为12min，大N2的流量为6slm，O2的体积流量为500sccm；三溴化硼扩散：反应温度为950℃，反应时间为15min，大N2的流量为6slm，O2的体积流量为525sccm，BBr3的体积流量为650sccm，小N2的体积流量为100sccm；稳态趋入：反应温度为980℃，反应时间为2min，大N2的流量为5slm，O2的体积流量为2800sccm；出炉降温：反应温度为650℃，反应时间为15min，大N2的流速为10L/min。
需要说明的是，所述的步骤S3采用高温三氯氧磷(POCl3)扩散技术，其中包含以下步骤：1.进炉预热：反应温度750-800℃，反应时间5-8min，大N2：5-10slm；2.稳定稳流：反应温度800-900℃，反应时间10-15min，大N2：5-10slm；3.氧化反应：反应温度800-900℃，反应时间10-15min，大N2：5-10slm，O2：400-600sccm；4.三氯氧磷浓扩散：反应温度800-900℃，反应时间10-15min，大N2：6-8slm，O2：400-600sccm，POCL3：500-1000sccm，小N2：50-150sccm；5.稳态趋入：反应温度800-900℃，反应时间2-5min，大N2：5-10slm，O2：2000-3000sccm；6.出炉降温：反应温度650-750℃，反应时间10-15min，大N2：5-10L/min。
作为上述方案的改进，所述步骤S3的最优方案为进炉预热：反应温度为800℃，反应时间为6min，大N2的流量为10slm；稳定稳流：反应温度为850℃，反应时间为12min，大N2的流量为10slm；氧化反应：反应温度为850℃，反应时间为12min，大N2的流量为5slm，O2的体积流量为500sccm；三氯氧磷浓扩散：反应温度为855℃，反应时间为15min，大N2的流量为6slm，O2的体积流量为515sccm，POCL3体积流量为600sccm，小N2体积流量为100sccm；稳态趋入：反应温度为900℃，反应时间为3min，大N2：的流量为5slm，O2的体积流量为2500sccm；出炉降温：反应温度为700℃，反应时间为15min，大N2的流速为10L/min。
需要说明的是，所述的步骤S4采用次高温三氯氧磷(POCl3)扩散技术，其中包含以下步骤：1.进炉预热：反应温度750-800℃，反应时间5-8min，大N2：5-10slm；2.稳定稳流：反应温度800-850℃，反应时间10-15min，大N2：5-10slm；3.氧化反应：反应温度800-850℃，反应时间10-15min，大N2：5-10slm，O2：400-600sccm；4.三氯氧磷淡扩散：反应温度800-850℃，反应时间5-10min，大N2：6-8slm，O2：400-600sccm，POCL3：500-1000sccm，小N2：50-150sccm；5.稳态趋入：反应温度800-850℃，反应时间2-5min，大N2：5-10slm，O2：2000-3000sccm；6.出炉降温：反应温度650-750℃，反应时间10-15min，大N2：5-10L/min。
作为上述方案的改进，所述步骤S4的最优方案为进炉预热：反应温度为780℃，反应时间为5min，大N2的流量为10slm；稳定稳流：反应温度为815℃，反应时间为10min，大N2的流量为10slm；氧化反应：反应温度为815℃，反应时间为12min，大N2的流量为6slm，O2的体积流量为555sccm；三氯氧磷淡扩散：反应温度为825℃，反应时间为7min，大N2的流量为6slm，O2体积流量为500sccm，POCL3体积流量为600sccm，小N2体积流量为100sccm；稳态趋入：反应温度为850℃，反应时间为2min，大N2流量为5slm，O2体积流量为2000sccm；出炉降温：反应温度为650℃，反应时间为13min，大N2的流速为10L/min。
上述方法中所述的步骤S5和步骤S6采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术来实现，其的反应温度为300-450℃、沉积压强为150-250Pa、沉积功率为2000-3000Watt、通入反应气体SiH4的体积流量为500-800sccm、N2O的流量为6.0-9.5slm，反应时间为900-1080s。
作为上述方案的改进，所述的最优方案为反应温度：425℃、沉积压强：200Pa、沉积功率：2800Watt、通入反应气体SiH4的体积流量：625sccm、N2O的流量：7.5slm，反应时间：960s。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (1)
1.一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池制备方法，其特征在于：包含如下步骤：
(a)硅片正面制作倒金字塔结构；
(b)硅片背面局部区域硼扩散；
(c)硅片背面栅指电级浓磷扩散；
(d)硅片正面淡磷扩散；
(e)硅片正面氧化硅减反射钝化层沉积；
(f)硅片背面氧化硅钝化层沉积；
(g)硅片背面光刻电级接触孔；
(h)硅片正面光刻栅指电级引线孔；
(i)硅片正面蒸镀栅指电级；
(j)硅片背面蒸镀铝电级；
(k)硅片正面电镀银；
(l)退火,形成太阳能电池；
所述的步骤(a)采用化学溶液湿法刻蚀技术来实现，其中包含以下步骤：1.去损伤层：反应温度：80-90℃，反应时间：2-4min，NaOH：H20＝10-15％wt；2.制绒：反应温度：70-80℃，反应时间：20-35min，NaOH：H2O＝1-3％wt，C2H5OH：H2O＝4-6％vol，Na2SiO3：H2O＝1-2％wt；3.喷淋：水流速：10-15L/min，反应时间：1-3min；4.鼓泡漂洗：反应温度：65-75℃，反应时间：3-6min，使用HCl及HF；
所述的步骤(b)、步骤(c)和步骤(d)是分别采用高温三溴化硼、高温三氯氧磷和次高温三氯氧磷扩散技术来实现，所述的扩散技术包含以下步骤：1、进炉预热；2、稳定稳流；3、氧化反应；4、三溴化硼或三氯氧磷扩散；5、稳态趋入；6出炉降温；
所述的步骤(b)中进炉预热：反反应温度850℃，反应时间7min，大N2：9slm；稳定稳流：反应温度950℃，反应时间10min，大N2：9slm；氧化反应：反应温度950℃，反应时间12min，大N2：6slm，O2：500sccm；三溴化硼扩散：反应温度950℃，反应时间15min，大N2：6slm，O2：525sccm，BBr3：650sccm，小N2：100sccm；稳态趋入：反应温度980℃，反应时间2min，大N2：5slm，O2：2800sccm；出炉降温：反应温度650℃，反应时间15min，大N2：10L/min；
所述的步骤(c)中进炉预热：反应温度800℃，反应时间6min，大N2：10slm；稳定稳流：反应温度850℃，反应时间12min，大N2：10slm；氧化反应：反应温度850℃，反应时间12min，大N2：5slm，O2：500sccm；三氯氧磷浓扩散：反应温度855℃，反应时间15min，大N2：6slm，O2：515sccm，POCL3：600sccm，小N2：100sccm；稳态趋入：反应温度900℃，反应时间3min，大N2：5slm，O2：2500sccm；出炉降温：反应温度700℃，反应时间15min，大N2：10L/min；
所述的步骤(d)中进炉预热：反应温度780℃，反应时间5min，大N2：10slm；稳定稳流：反应温度815℃，反应时间10min，大N2：10slm；氧化反应：反应温度815℃，反应时间12min，大N2：6slm，O2：555sccm；三氯氧磷淡扩散：反应温度825℃，反应时间7min，大N2：6slm，O2：500sccm，POCL3：600sccm，小N2：100sccm；稳态趋入：反应温度850℃，反应时间2min，大N2：5slm，O2：2000sccm；出炉降温：反应温度650℃，反应时间13min，大N2：10L/min；
所述的步骤(e)和步骤(f)采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术来实现，其的反应温度：425℃、沉积压强：200Pa、沉积功率：2800Watt、通入反应气体SiH4的体积流量：625sccm、N2O的流量：7.5slm，反应时间：960s。
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