CN106711286B - 一种利用光敏型聚酰亚胺图案化晶硅电池选择性背场制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用光敏型聚酰亚胺图案化晶硅电池选择性背场制备方法。该方法首先通过离子注入加后续退火形成具有明显浓度梯度的磷掺杂层，然后采用光敏型聚酰亚胺经曝光显影交联后形成图案化的保护层，并采用酸性刻蚀液刻蚀未保护区域的浓磷掺杂n++层，最后采用碱性溶液去除图案化的聚酰亚胺保护层。本发明步骤简单，背场掺杂浓度与梯度可控，重掺区域图案化精度较高。
Description
技术领域
本发明属于光伏应用领域，涉及一种晶硅电池选择性背场的制备方法。
背景技术
随着能源以及环境问题的日益严峻，清洁可再生能源的利用刻不容缓，其中光伏发电技术已飞跃发展、日益成熟，光伏电池的应用也逐渐普及。为了进一步提高光伏电池的转换效率、降低制备成本，以实现平价上网，新的电池结构与技术不断发展。其中n型双面电池以其较长的少子寿命、无光致衰减(LID)以及可双面发电的特性，成为高效晶硅电池的发展方向。
典型的N型双面电池结构为p+/n/n+型，即正面p+型发射极、n型硅片基体以及n+型背场。为了钝化背表面并降低复合速率，n+型背场必不可少，若n型掺杂浓度过高则会增加表面缺陷，增强表面复合，从而降低转换效率。然而为了降低接触电阻实现欧姆接触，又要求背场为n++型重掺。背表面轻掺杂、电极接触区域选择性重掺杂，即选择性背场，这种结构能够很好的解决上述矛盾。目前实现这种结构的主要方式有全背面预掺杂加区域性激光扫描重掺、全背面预掺杂加区域性浓磷涂覆高温扩散等方法，以上方法皆需两次掺杂、工艺复杂且伴有激光或高温损伤。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用光敏型聚酰亚胺图案化晶硅电池选择性背场制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用光敏型聚酰亚胺图案化晶硅电池选择性背场制备方法，包括以下步骤：
(1)、对n型硅基片进行制绒并制备p+发射极，然后在n型硅基片背面采用离子注入的方式进行磷元素掺杂，形成具有浓度梯度的磷掺杂层；表层浓度较高，形成n++掺杂层，即磷重掺杂层(101)；内层浓度较低，形成n+掺杂层，即磷轻掺杂层(102)；所述磷元素掺杂包括以下子步骤：
(1.1)、离子注入，磷的注入剂量为5×1014cm-2，注入能量为40keV；
(1.2)、离子注入，磷的注入剂量为1×1016cm-2，注入能量为25keV；
(1.3)、低温惰性气体或氮气退火，退火温度450℃，退火时间90min；
(1.4)、高温退火，退火温度为950℃，退火时间30min，退火气氛为氧气气氛；
其中n型硅基片的电阻为0.5～15Ω·cm；掺杂后，磷重掺杂层101浓度为1019～1020cm-3，方块电阻为15～25Ω/□，磷轻掺杂层102浓度约为1016～1018cm-3。
(2)、贴膜曝光显影交联，形成保护层，具体包括以下子步骤：
(2.1)、在步骤1处理后的n型硅基片背面覆盖光敏型聚酰亚胺膜，具体为：采用热压机在硅片上粘贴光敏型聚酰亚胺膜，热压温度为100℃，时间为20min；
(2.2)、在粘贴完聚酰亚胺膜的n型硅基片放在掩膜下曝光，曝光采用汞灯的i线(波长365nm)；
(2.3)、采用质量浓度为2.38％的四甲基氢氧化铵水溶液进行显影，去除曝光区域的聚酰亚胺，然后加热硅片，温度选择150℃，时间为30min，使光敏型聚酰亚胺发生交联，形成抗化学腐蚀且具有预先期望图案的聚酰亚胺保护层；
(3)、采用酸性溶液对步骤2处理后的硅片进行刻蚀，暴露出磷轻掺杂层(102)，所述酸性溶液为体积浓度为2％的氢氟酸水溶液；
(4)、采用质量浓度为10％的氢氧化钠碱性水溶液去除经步骤3处理后的硅片上剩余聚酰亚胺保护层，暴露出磷重掺杂层(101)，实现选择性背场的制备。
本发明的有益效果主要体现在：本发明通过离子注入参数的调整，实现具有梯度浓度的磷元素掺杂，单次掺杂达到表层重掺、内层轻掺的目的，同时利用光敏型聚酰亚胺，选择性刻蚀表层重掺区，精确获得重掺区图案。通过以上工艺获得的选择性背场结构，能够有效降低晶硅电池背面复合，减小接触电阻，从而提高光电转换效率。
附图说明
图1是本发明优选实施例中经步骤(1)处理之后硅片截面结构示意图；
图2是本发明优选实施例中经步骤(2)粘贴光敏型聚酰亚胺膜之后硅片截面结构示意图；
图3是本发明优选实施例中经步骤(2)曝光之后硅片截面结构示意图；
图4是本发明优选实施例中经步骤(2)显影并热交联之后硅片截面结构示意图；
图5是本发明优选实施例中经步骤(3)处理之后硅片截面结构示意图；
图6是本发明优选实施例中经步骤(4)处理之后硅片截面结构示意图；
图中，N型硅片基底100、磷重掺杂层101、磷轻掺杂层102、光敏型聚酰亚胺膜120、曝光部分聚酰亚胺121、未曝光部分聚酰亚胺122、交联后聚酰亚胺保护层123。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明提供的选择性背场结构与制备方法作进一步的详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
本实施例中的利用光敏型聚酰亚胺图案化晶硅电池选择性背场制备方法，包括以下步骤：
1、按照常规工艺对n型硅基片进行制绒并制备p+发射极，然后在n型硅基片背面采用离子注入的方式进行磷元素掺杂，形成具有浓度梯度的磷掺杂层；表层浓度较高，形成n++掺杂层，即磷重掺杂层101；内层浓度较低，形成n+掺杂层，即磷轻掺杂层102，掺杂完后硅片截面如图1所示。磷元素掺杂分以下四步完成：
1.1、离子注入，磷的注入剂量为5×1014cm-2，注入能量为40keV；
1.2、离子注入，磷的注入剂量为1×1016cm-2，注入能量为25keV；
1.3、低温惰性气体或氮气退火，退火温度450℃，退火时间90min，惰性气体优选使用高纯氩气；
1.4、高温退火，退火温度为950℃，退火时间30min，退火气氛优选采用氧气气氛；
其中n型硅基片的电阻优选为0.5～15Ω·cm。掺杂后，磷重掺杂层101浓度为1019～1020cm-3，方块电阻为15～25Ω/□，磷轻掺杂层102浓度约为1016～1018cm-3。
2、贴膜曝光显影交联，形成保护层，具体细分为以下几步：
2.1、在步骤1处理后的n型硅基片背面覆盖光敏型聚酰亚胺膜，如图2所示。具体为：采用热压机在硅片上粘贴光敏型聚酰亚胺膜，热压温度为100℃，时间为20min；
2.2、在粘贴完聚酰亚胺膜的n型硅基片放在掩膜下曝光，曝光后如图3所示，曝光区域为121，未曝光区域为122，曝光采用汞灯的i线(波长365nm)；
2.3、采用质量浓度为2.38％的四甲基氢氧化铵水溶液进行显影，去除曝光区域的聚酰亚胺，然后加热硅片，温度选择150℃，时间为30min，使光敏型聚酰亚胺发生交联，形成抗化学腐蚀且具有预先期望图案的聚酰亚胺保护层，如图4所示；
3、采用酸性溶液对步骤2处理后的硅片进行刻蚀，暴露出磷轻掺杂层102，如图5所示，所述酸性溶液为体积浓度为2％的氢氟酸水溶液；
4、采用质量浓度为10％的氢氧化钠碱性水溶液去除经步骤3处理后的硅片上剩余聚酰亚胺保护层，暴露出磷重掺杂层101，如图6所示；实现选择性背场的制备。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (2)
1.一种利用光敏型聚酰亚胺图案化晶硅电池选择性背场制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、对n型硅基片进行制绒并制备p+发射极，然后在n型硅基片背面采用离子注入的方式进行磷元素掺杂，形成具有浓度梯度的磷掺杂层；表层浓度较高，形成n++掺杂层，即磷重掺杂层(101)；内层浓度较低，形成n+掺杂层，即磷轻掺杂层(102)；所述磷元素掺杂包括以下子步骤：
(1.1)、离子注入，磷的注入剂量为5×1014cm-2，注入能量为40keV；
(1.2)、离子注入，磷的注入剂量为1×1016cm-2，注入能量为25keV；
(1.3)、低温惰性气体或氮气退火，退火温度450℃，退火时间90min；
(1.4)、高温退火，退火温度为950℃，退火时间30min，退火气氛为氧气气氛；
其中n型硅基片的电阻为0.5～15Ω·cm；掺杂后，磷重掺杂层101浓度为1019～1020cm-3，方块电阻为15～25Ω/□，磷轻掺杂层102浓度为1016～1018cm-3；
(2)、贴膜曝光显影交联，形成保护层，具体包括以下子步骤：
(2.1)、在步骤1处理后的n型硅基片背面覆盖光敏型聚酰亚胺膜，具体为：采用热压机在硅片上粘贴光敏型聚酰亚胺膜，热压温度为100℃，时间为20min；
(2.2)、在粘贴完聚酰亚胺膜的n型硅基片放在掩膜下曝光，曝光采用汞灯的i线，波长365nm；
(2.3)、采用质量浓度2.38％的四甲基氢氧化铵水溶液进行显影，去除曝光区域的聚酰亚胺，然后加热硅片，温度选择150℃，时间为30min，使光敏型聚酰亚胺发生交联，形成抗化学腐蚀且具有预先期望图案的聚酰亚胺保护层；
(3)、采用酸性溶液对步骤2处理后的硅片进行刻蚀，暴露出磷轻掺杂层(102)，所述酸性溶液为体积浓度为2％的氢氟酸水溶液；
(4)、采用质量浓度为10％的氢氧化钠碱性水溶液去除经步骤3处理后的硅片上剩余聚酰亚胺保护层，暴露出磷重掺杂层(101)，实现选择性背场的制备。
2.根据权利要求1所述利用光敏型聚酰亚胺图案化晶硅电池选择性背场制备方法，其特征在于，所述惰性气体优选氩气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 311300, No. 8 Forster street, Kam Kam street, Ling'an, Zhejiang, Hangzhou Applicant after: Hangzhou Forster applied materials Limited by Share Ltd Address before: 311300, No. 8 Forster street, Kam Kam street, Ling'an, Zhejiang, Hangzhou Applicant before: Hangzhou First PV Material Co., Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |