CN105405924A - 一种晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法。其基本工艺步骤为采用低温化学气相沉积法沉积一层重掺杂硅基薄膜作为扩散源，然后采用连续式扩散炉进行气氛保护热处理，去除表面多余物质后获得所需高方阻晶硅层。通过本技术路线的实施，可获得均匀性±5%，重复性±2%以内的，方阻在98Ω/□以上的适合p型和n型晶体硅基太阳电池作为发射极或背场使用的p型或n型晶硅层。相比现行工艺，可提高晶体硅太阳电池转换效率0.5%以上。
Description
技术领域
本发明为一种晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，属于太阳电池领域。涉及太阳电池的结构及制备方法，要求2014年11月28日提交的在先申请201410699079.1的优先权。
背景技术
太阳能光伏发电是人类最重要的可再生清洁能源的利用方式之一。其中晶体硅太阳电池以其丰富的原材料来源及相对成熟的制备技术受到人们的广泛关注，是太阳电池的主流产品类别。
目前主流晶体硅太阳电池，包括单晶硅片和多晶硅片的，均需要在基体硅片的前表面和后表面形成一层电学性能差异于基体硅片的晶硅薄膜层，形成名为“发射极”和“背场”的结构。目的是与基体硅片所代表的“基极”形成完整的且性能尽可能优化的pn结，以提高晶体硅基太阳电池的光电转换效率。
目前对于以p型硅片为基础形成的太阳电池，制备前表面发射极的技术主要为POCl3扩散的方法，该方法随着制备高方阻发射极需要的提高，其技术潜力已渐趋瓶颈，以当前现状看，其很难制备方阻在100Ω/□以上的发射极晶硅层。而另一种离子注入技术虽然可达到这一性能指标的要求，但设备成本太贵，并不适宜于大规模推广应用。在背场方面，现行采用印刷铝浆然后烧结的方法形成的重掺杂的晶硅层作为背场结构已是现有晶硅太阳电池性能继续提高的软肋，现在为了光电转换效率的进一步提升，急需新的优良工艺方法替代现有技术。
而对于业内人士普遍看好的以n型硅片为基础形成的太阳电池，其发射极与背场所需的掺杂晶硅层的制备一直是业内的技术难题，至今未得突破。只能转而采用IBC、HIT等另类器件结构以避开现有技术障碍。但采用新型器件结构后所需的制备技术仍有很高的技术难度和成本，难以推广。
随着要求的提高，晶体硅基太阳电池发射极和背场均将要求是性能更加均匀，方阻更高的晶硅层。发明一种新的适用于p型和n型晶硅太阳电池的发射极和背场的掺杂晶硅层且制备成本低廉的技术路线，对晶体硅基太阳电池性能的进一步提升，促使太阳能发电的加速普及是意义重大的。
发明内容
本发明提供了一种晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，通过新的掺杂晶硅层制备技术的引入，突破现有晶体硅基太阳电池制备发射极及背场制备技术对器件转换效率的提升，进一步降低制造的技术难度和成本，最终获得更高转换效率的太阳电池并降低太阳电池发电的成本。
本发明是通过下述技术方案来实现的。一种晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，该方法是由以下步骤构成的：第一步，扩散源的沉积。在晶体硅片需要形成掺杂晶硅层的一面，采用低温化学气相沉积的方法沉积重掺杂的硅基薄膜作为扩散源。第二步，扩散。采用连续扩散炉设定控温曲线，对完成扩散源沉积的硅片进行加热扩散处理。第三步，后处理，根据最终器件结构和配套工艺的需要对热处理过的硅片进行处理。
所述高方阻掺杂晶体硅层是指方阻大于98Ω/□，厚度在20-300纳米范围内的晶体硅层。
所述低温化学气相沉积方法是指等离子体辅助化学气相沉积或热丝化学气相沉积。沉积的重掺杂硅基薄膜为非晶硅薄膜、微晶硅薄膜或纳米硅薄膜，薄膜的厚度为20~500nm，薄膜中作为掺杂剂的磷或者硼原子的浓度大于1*1018cm-3,优选范围为1*1019~1*1020cm-3。
所述第二步中的所用的连续扩散炉是指链条式连续扩散炉或者陶瓷辊式连续扩散炉，扩散时根据所制备太阳电池结构的需要选择通入含氧气氛或者惰性气氛，保温扩散阶段的温度范围为800-1000℃，保温时间为1-60min。
所述第三步包括对扩散后的硅片表面氧化层及可能存在的残留的原始沉积层及扩散死层的去除。去除方法为溶液刻蚀。
本发明的工艺方法可获得156mm*156mm面积范围内均匀性±5%，重复性±2%以内的，方阻在98Ω/□以上的适合p型和n型晶体硅基太阳电池作为发射极或背场使用的p型或n型晶硅层。相比现行工艺，可提高晶体硅太阳电池转换效率0.5%以上。且本方法可用于制备需要超高方阻晶硅层的新型晶硅太阳电池。
具体实施方式
实施例1：
以p型多晶硅片基体为例，结合本发明的内容表述具体实施案例，对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
156mm*156mm的p型多晶硅片在进行常规的制绒清洗后，按照以下工艺路线进行制备太阳电池：
1)PECVD法沉积一层厚度为100nm，掺杂浓度为5*1018cm-3的掺磷非晶硅薄膜
2)将沉积扩散源后的硅片在辊式连续扩散炉中进行含氧量为20%的Ar/O2混合气保护气氛热处理，设置T-t关系为，2min升到850℃，保温30min，然后5min降到100℃取出。
3)HF去除硅片表面氧化层。
通过本实施例工艺路线所制备的发射极层的方阻为102Ω/□，不均性为±4%；再继续进行氮化硅沉积、正面Ag栅线，背面铝背场等常规工艺流程，直至完成整个电池。所制备太阳电池相比于常规扩散制结工艺制备的，采用相同多晶硅片的太阳电池转换效率提高了0.2%。
实施例2：
以p型单晶硅片基体为例，结合本发明的内容表述具体实施案例，对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
156mm*156mm的p型单晶硅片在进行常规的制绒清洗后，按照以下工艺路线进行制备太阳电池：
1)PECVD法沉积一层厚度为100nm，掺杂浓度为2*1019cm-3的掺磷非晶硅薄膜；然后再在背面采用PECVD法沉积一层厚度为100nm，掺杂浓度为5*1019cm-3的掺硼非晶硅薄膜
2)将沉积扩散源后的硅片在辊式连续扩散炉中进行洁净空气气氛热处理，设置T-t关系为，2min升到880℃，保温20min，然后5min降到100℃取出。
3)HF去除硅片表面氧化层。
通过本实施例工艺路线所制备的发射极层的方阻为110Ω/□，不均性为±5%；背场的方阻为100Ω/□，不均性为±5%；再继续进行氮化硅沉积、采用根据方阻大小优化过的正面Ag栅线的制备，背面铝背场的制备等常规工艺流程，直至完成整个电池。所制备太阳电池相比于常规扩散制结工艺及常规铝背场工艺制备的，采用相同单晶硅片的太阳电池转换效率提高了1.0%。
实施例3：
以n型单晶硅片基体为例，结合本发明的内容表述具体实施案例，对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
125mm*125mm的n型单晶硅片在进行常规的制绒清洗后，按照以下工艺路线进行制备太阳电池：
1)PECVD法沉积一层厚度为150nm，掺杂浓度为1*1020cm-3的掺硼非晶硅薄膜；然后再在背面采用PECVD法沉积一层厚度为100nm，掺杂浓度为5*1019cm-3的掺磷非晶硅薄膜
2)将沉积扩散源后的硅片在辊式连续扩散炉中进行洁净空气气氛热处理，设置T-t关系为，2min升到900℃，保温15min，然后5min降到100℃取出。
3)HF去除硅片表面氧化层。
通过本实施例工艺路线所制备的发射极层的方阻为105Ω/□，不均性为±5%；背场的方阻为98Ω/□，不均性为±3%；再继续进行正反两面氮化硅沉积、正反两面Ag栅线印刷烧结，直至完成整个电池。所制备太阳电池转换效率达到了21.1%。
实施例4：
以n型单晶硅片基体为例，结合本发明的内容表述具体实施案例，对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
125mm*125mm的n型单晶硅片在进行常规的制绒清洗后，按照以下工艺路线进行制备太阳电池；
1)PECVD法沉积一层厚度为20nm，掺杂浓度为1*1020cm-3的掺硼非晶硅薄膜；然后再在背面采用PECVD法沉积一层厚度为50nm，掺杂浓度为5*1019cm-3的掺磷非晶硅薄膜
2)将沉积扩散源后的硅片在辊式连续扩散炉中进行洁净空气气氛热处理，设置T-t关系为，2min升到1000℃，保温1min，然后5min降到100℃取出。
3)HF去除硅片表面氧化层。
通过本实施例工艺路线所制备的发射极层的方阻为900Ω/□，不均性为±5%；背场的方阻为800Ω/□，不均性为±3%；在p型晶硅层上沉积重掺杂p型a-Si:H膜；在n型晶硅层上沉积重掺杂n型a-Si:H，然后两面均沉积ITO，正反两面印刷低温Ag浆料，低温烧结形成Ag栅线，完成整个电池。所制备太阳电池转换效率达到了22.0%。
实施例5：
以p型多晶硅片基体为例，结合本发明的内容表述具体实施案例，对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
156mm*156mm的p型多晶硅片在进行常规的制绒清洗后，按照以下工艺路线进行制备太阳电池：
1)PECVD法沉积一层厚度为500nm，掺杂浓度为1*1018cm-3的掺磷非晶硅薄膜
2)将沉积扩散源后的硅片在辊式连续扩散炉中进行含氧量为20%的Ar/O2混合气保护气氛热处理，设置T-t关系为，2min升到800℃，保温60min，然后5min降到100℃取出。
3)HF去除硅片表面氧化层。
通过本实施例工艺路线所制备的发射极层的方阻为100Ω/□，不均性为±4%；再继续进行氮化硅沉积、正面Ag栅线，背面铝背场等常规工艺流程，直至完成整个电池。所制备太阳电池相比于常规扩散制结工艺制备的，采用相同多晶硅片的太阳电池转换效率提高了0.2%。
Claims (8)
1.一种晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，其特征是包括以下步骤：第一步，扩散源的沉积：在晶体硅片需要形成掺杂晶硅层的一面，采用低温化学气相沉积的方法沉积重掺杂的硅基薄膜作为扩散源；第二步，扩散：采用连续扩散炉设定控温曲线，对完成扩散源沉积的硅片进行加热扩散处理；第三步，后处理：根据最终器件结构和配套工艺的需要对热处理过的硅片进行处理。
2.根据权利要求1所述的晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，其特征是，所述低温化学气相沉积方法是指等离子体辅助化学气相沉积或热丝化学气相沉积。
3.根据权利要求2所述的晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，其特征是，所述硅基薄膜为非晶硅薄膜、微晶硅薄膜或纳米硅薄膜。
4.根据权利要求1所述的晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，其特征是，所述硅基薄膜的厚度为20~500nm，
根据权利要求4所述的晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，其特征是，所述硅基薄膜中作为掺杂剂的磷或者硼原子的浓度大于1*1018cm-3。
5.根据权利要求4所述的晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，其特征是，所述硅基薄膜中作为掺杂剂的磷或者硼原子的浓度为1*1018~1*1020cm-3。
6.根据权利要求1所述的晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，其特征是，所述第二步中的所用的连续扩散炉是指链条式连续扩散炉或者陶瓷辊式连续扩散炉，扩散时根据所制备太阳电池结构的需要选择通入含氧气氛或者惰性气氛，保温扩散阶段的温度范围为800-1000℃，保温时间为1-60min。
7.根据权利要求1所述的晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，其特征是，所述第三步包括对扩散后的硅片表面氧化层及可能存在的残留的原始沉积层及扩散死层的去除。
8.根据权利要求8所述的晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法，其特征是，采用酸溶液刻蚀法去除硅片表面氧化层。
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