CN107731957A - 一种太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池的制备方法，包括，对制绒后的单晶硅片进行氧化后，在所述单晶硅片表面依次生成SiO2膜和硅膜，再在硅膜表面沉积PSG，并除去硅膜表面预设区域内的PSG；在所述预设区域内沉积BSG，在所述硅膜的表面形成所述PSG和所述BSG相间的区域；以所述PSG和所述BSG作为P源和B源的扩散推进，获得具有N型掺杂层和P型掺杂层交替分布结构的太阳能电池。本发明中无需多次掩膜清洗后实现磷扩散和硼扩散，整个工艺流程简单易操作，且设备成本低，从而降低太阳能电池的量化生产的成本，有利于太阳能电池的应用推广。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种太阳能电池的制备方法。
背景技术
高效太阳能电池越来越受到研究人员的青睐，部分高效电池的制备是采用N型和P型掺杂区交叉分布的结构来实现更高的电池转化效率，如IBC电池等。但高质量的N型和P型掺杂区交叉分布的结构的太阳能电池的制备难度大，工艺复杂。
在实际制备N型和P型掺杂区交叉分布的结构过程中，需要经过多次掩膜、清洗和高温过程。也可以先通过热氧氧化，在本征多硅层注入高计量的B离子和P离子，实现N掺杂和P掺杂。但离子注入法产生的晶格损伤不易消除，且生产成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池的制备方法，解决了具有N型和P型掺杂区交叉分布的结构的太阳能电池的制备工艺复杂，制备成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能电池的制备方法，包括：
对制绒后的单晶硅片进行氧化，在所述单晶硅片表面生成SiO2膜，并在所述SiO2膜的表面镀一层硅膜；在所述硅膜表面沉积PSG，并除去所述硅膜表面预设区域内的所述PSG；在所述预设区域内沉积BSG，在所述硅膜的表面形成所述PSG和所述BSG相间的区域；以所述PSG和所述BSG作为P源和B源的扩散推进，获得N型掺杂层和P型掺杂层交替分布的太阳能电池。
其中，所述在所述SiO2膜表面镀一层硅膜包括：
在所述SiO2膜的表面镀本征微纳米硅膜。
其中，所述在所述SiO2膜的表面镀本征微纳米硅膜包括：
在290℃-310℃温度下，在SiH4的气体氛围中，通过LPCVD沉积在所述SiO2膜表面生成45nm-55nm厚的本征微纳米硅膜。
其中，所述在所述单晶硅片表面生成SiO2膜包括：
在70℃-80℃的温度下，通过化学混合液在所述单晶硅片表面生成3nm-5nm厚的所述SiO2膜，其中，所述化学混合液为HCl、H2O2和H2O的混合液，且HCl：H2O2：H2O的体积比为1：(0.5-1.5)：(4.5-5.5)。
其中，所述在所述硅膜表面沉积PSG包括：
在240℃-260℃的温度下，在POCl3、SiH4和O2的第一混合气体氛围中，通过APCVD在所述硅膜表面沉积PSG，沉积时间持续25min-35min，其中，POCl3占所述第一混合气体总体积的4％-6％。
其中，所述除去所述硅膜表面的预设区域内的所述PSG包括：
通过激光在所述预设区域内进行激光开模，除去所述预设区域内的所述PSG。
其中，所述在所述预设区域内沉积BSG包括：
在240℃-260℃的温度下，在B2H6、SiH4和O2的第二混合气体氛围中，通过APCVD在所述预设区域内沉积BSG，沉积时间持续25min-35min，其中，B2H6占所述第二混合气体总体积的4％-6％。
其中，所述以所述PSG和所述BSG作为P源和B源的扩散推进，获得N型掺杂层和P型掺杂层交替分布的太阳能电池包括：
在900℃-1000℃的温度下，以所述PSG和所述BSG分别作为P源和B源扩散推进1h-2h。
其中，在以所述PSG和所述BSG作为P源和B源的扩散推进1h-2h之后，还包括：
除去扩散推进后所述PSG和所述BSG在N型掺杂层和P型掺杂层表面的残留物。
本发明所提供的一种太阳能电池的制备方法，通过在单晶硅片上先沉积PSG后，除去需要掺杂B离子的区域的PSG后，再沉积BSG，最终以PSG和BSG分别作为P原子和B原子的掺杂源推进扩散，因为PSG能够隔离P掺杂区的B原子的扩散，所以在扩散推进P原子和B原子时，PSG既作为P的掺杂源又作为B离子的隔离层，对B原子和P原子的扩散起到了掩膜的作用，无需多次掩膜清洗，简化了整个工艺过程。
本发明的制备方法，工艺过程简单，制备成本低，能够实现高效太阳能电池的量产，有利于太阳能电池的应用推广。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法的流程图；
图2a至图2g为本发明另一实施例提供的太阳能电池制备方法的流程中单硅晶片的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法的流程图如图1所示，该方法可以包括：
步骤S101：对制绒后的单晶硅片进行氧化，在单晶硅片表面生成SiO2膜。
具体的制绒过程可以是采用常规的制绒方法，例如采用NaOH作为制绒液对单晶硅片制绒。
步骤S102：在单晶硅片上SiO2膜的表面镀一层硅膜。
步骤S103：在单晶硅片的硅膜表面沉积PSG。
步骤S104：除去单晶硅片上硅膜表面预设区域内的PSG。
步骤S105：在预设区域内沉积BSG，在硅膜的表面形成PSG和BSG相间的区域。
步骤S106：以PSG和BSG分别作为P源和B源的扩散推进，获得N型掺杂层和P型掺杂层交替分布的太阳能电池。
需要说明的是，在步骤S105中，在预设区域内沉积BSG并没有对具有PSG的区域进行掩膜，尽管PSG的表面也会沉积部分BSG，但是在步骤S106中，以PSG和BSG分别作为P掺杂源和B掺杂源进行推进扩散P原子和B原子，PSG能够对其表面的BSG起到隔离作用，避免了最终形成的P型掺杂区内含有B原子，相当于是对B原子的扩散起到了一个掩膜的作用，节省了掩膜次数，简化了工艺流程，降低了制作成本。
而现有技术中，通过将热氧氧化后的单晶硅片，镀上本征多晶硅层后，通过先后注入B离子和P离子并掩膜获得N型掺杂区和P型掺杂区交替分布的结构，但是离子注入产生的晶格损伤不易消除，且高剂量注入时，难以实现量产，且设备成本很高，这使得具有N型和P型掺杂区交叉分布的结构的太阳能电池的生产成本非常高。
本发明中采用PSG和BSG作为扩散源，操作简单，易于实现，且采用普通的工艺设备即可，在简化工艺过程的基础上，还降低了生产和生产设备的成本。
另外，对于P型掺杂区和N型掺杂区是相对而言的，一般在实际应用中，单晶硅片都是具有少量掺杂浓度的P原子或B原子的硅晶片，而实际获得的掺杂区更准确的来说，应该是P+型掺杂区和N+型掺杂区，但是，对于不具有掺杂物质的纯净的单晶硅片，采用本发明的技术方案也能够获得N型和P型掺杂区交叉分布的结构的太阳能电池。因此，单晶硅片中是否本身就具有P或B的掺杂物质，和本发明的技术方案的实现并没有影响，本发明中为了叙述方便，仅仅以P型和N型掺杂区的实施例进行说明，但是对于P+型和N+型甚至P++型和N++型的掺杂区交替分布的结构都应属于本发明的保护范围内。
另外，对于太阳能电池的N型和P型掺杂区交叉分布的结构一般是分布于太阳能电池的背面，例如用来制作IBC全背电极太阳能电池。但并不排除N型和P型掺杂区交叉分布的结构分布于太阳能电池的正面的情况，只是对于分别位于太阳能电池的正面和背面的N型和P型掺杂区交叉分布的结构，在制备过程中，所需要制备的硅膜和PSG、BSG的厚度会略有不同，可以根据实际情况在制备过程中进行调整。
基于上述实施例，本发明的具体实施例中，在对单晶硅片氧化后，为了为后续的P原子和B原子的扩散作准备，需要在SiO2膜的表面再镀一层硅膜，具体的可以包括：
在所述SiO2的表面镀本征微纳米硅膜。
在现有技术中，在SiO2膜表面一般是镀一层本征多晶硅层，本发明中采用本征微纳米硅膜相对于现有技术而言，具有更微小的纳米颗粒结构，能够获得更好的钝化效果，更有利于P源和B源的扩散。
对于本实施例中可以进一步包括在SiO2的表面镀本征微纳米硅膜的过程，具体可以包括：
在290℃-310℃温度下，在SiH4的气体氛围中，通过LPCVD沉积在所述SiO2膜表面生成45nm-55nm厚的本征微纳米硅膜。
整个制备的过程中，在过高的温度下进行，只需要控制温度在290℃-310℃即可，具体的，可以是290℃、300℃、310℃，最终生成45nm-55nm厚的本征微纳米硅膜，对于本征微纳米硅膜的厚度具体可以根据实际需要控制在45nm、47nm、50nm、52nm、55nm。一般在290℃-310℃温度下，在SiH4的气体氛围中持续生长1.5h-2.5h即可获得45nm-55nm厚的本征微纳米硅膜，具体时间可以根据实际的温度和需要获得的膜的厚度做适当的调整。
基于上述实施例，本发明的另一具体实施例中，对于制绒后单晶硅片表面的氧化过程具体可以包括：
将所述单晶硅片在70℃-80℃的温度下，通过化学混合液生成3nm-5nm厚的所述SiO2膜，其中，所述化学混合液为HCl、H2O2和H2O的混合液，且HCl：H2O2：H2O的体积比为1：(0.5-1.5)：(4.5-5.5)。
本发明采用的氧化方法，是将单晶硅片浸泡在化学混合液中进行氧化，避免了采用高温氧化过程中产生的晶格缺陷，使单晶硅片能够具有更好的钝化效果，即表面复合很低。产生的光生载流子(电子空穴)到达表面时不易被表面复合中心所捕获，而会更多的被金属电极收集，转化为电能，太阳能电池具有更高的开路电压。
对于热氧氧化过程中，采用热氧进行氧化是为了促进氧化过程中的化学反应，但是温度也不宜过高，由于HCl和H2O2均为易挥发的物质，温度过高时，会影响混合液中HCl和H2O2的浓度，本发明的热氧氧化过程中，比较适宜的温度为70℃-80℃，具体的可以是70℃、72℃、75℃、77℃、80℃。而SiO2膜的厚度一般是3nm-5nm，具体可以是3nm、4nm、5nm，混合液中HCl、H2O2和H2O的比例可以采用HCl：H2O2：H2O的体积比为1：(0.5-1.5)：(4.5-5.5)，具体可以是HCl：H2O2：H2O的体积比为1：(0.5或1.0或1.5)：(4.5或5.0或5.5)，在实际操作过程中，采用该混合液在70℃-80℃的温度条件下，对单晶硅片持续氧化2h-3h，即可获的3nm-5nm厚的SiO2膜。
基于上述实施例，在本发明的另一具体实施例中，对在所述硅膜表面沉积PSG的具体过程可以包括：
在240℃-260℃的温度下，在POCl3、SiH4和O2的第一混合气体氛围中，通过APCVD在所述硅膜表面沉积PSG，沉积时间持续25min-35min，其中，POCl3占第一混合气体总体积的4％-6％。
具体的，在240℃-260℃的温度下，实现沉积PSG，避免了高温环境对晶格带来的损伤，且本发明中的沉积PSG的温度环境，相对于高温环境更易控制，实现成本也更低，对于沉积PSG的温度具体可以是240℃、250℃、260℃，对于POCl3占第一混合气体总体积的比例可以采用4％-6％的体积百分比，具体的可以是4％、5％、6％，在实际制备过程中，可以根据需要制备的掺杂区的P原子浓度选择合适的POCl3的比例。为了保证能够获得更好的沉积PSG效果，沉积时间可以持续25min-35min，具体的持续时长可以是25min、27min、30min、33min、35min。
基于上述实施例，在沉积PSG之后，需要将预设区域内的PSG除去，本发明的另一具体实施例中，对于除去预设区域的PSG可以包括：
通过激光在所述预设区域内进行激光开模，除去所述预设区域内的所述PSG。
因为PSG对B源的扩散具有隔离作用，因此需要将制备B掺杂区的PSG去除掉，采用激光开模，能够更加简单准确的去除特定区域的PSG，避免了操作过程中，去除的PSG过多或过少的问题。
基于上述实施例，对于在所述预设区域内沉积BSG的过程，本发明的具体实施例中，具体可以包括：
在240℃-260℃的温度下，在B2H6、SiH4和O2的第二混合气体氛围中，通过APCVD在所述预设区域内沉积BSG，沉积时间持续25min-35min，其中，B2H6占所述第二混合气体总体积的4％-6％。
类似于上述是实施例中PSG的沉积过程，本实施例中沉积BSG的温度环境240℃-260℃，也具有相同的优点，具体的可采用240℃、250℃、260℃，对于B2H6占第二混合气体总体积的也可以采用4％-6％，具体的，可以是4％、5％、6％，沉积时间可以持续25min-35min，具体的持续时长可以是25min、27min、30min、33min、35min。
需要说明的是，本实施例中给出沉积BSG和PSG的沉积条件基本类似，最终获得的P掺杂区和B掺杂区的浓度也是相同的，对于要获取不同掺杂浓度的P掺杂区和B掺杂区，可以根据需要适当调整各个反应参数。
另外，本发明中，是利用了PSG作为B扩散的隔离层，而对于BSG对P原子的扩散同样具有隔离作用，因此，在实际操作过程中，可以将BSG和PSG的沉积过程互换，同样可以获得N型掺杂层和P型掺杂层交替分布的太阳能电池。因此，本发明中对BSG和PSG的沉积并没有必然的先后顺序。
基于上述任意实施例，对于以PSG和BSG分别作为P源和B源的扩散推进的过程，本发明的具体实施例中，可以包括：
在900℃-1000℃的温度下，以所述PSG和所述BSG分别作为P源和B源扩散推进1h-2h。
对于P原子和B原子的扩散，是必须在高温条件下才能够实现，但是本发明中，是将P原子的扩散和B原子的扩散同时进行，相对于现有技术中，采用两次分别扩散P原子和B原子的方式，本发明减少了高温扩散的次数，且对于本发明的整个制备过程而言，本发明只有一次高温制备的环境，从而在极大程度上减小了晶格损伤的程度。
具体的高温扩散的过程中，可以是在900℃-1000℃的温度下，推进1h-2h，具体可以是在900℃、920℃、940℃、960℃、980℃、1000℃的温度条件下，推进1h、1.5h或2h。
基于上述实施例，考虑到在推进P原子和B原子获得N型掺杂层和P型掺杂层交替分布结构后，在掺杂层的表面还存在一些反应后的产物，为此，本发明的具体实施例中，还可以进一步包括：
除去扩散推进后所述PSG和所述BSG在N型掺杂层和P型掺杂层表面的残留物。
具体的，可以采用化学溶液进行腐蚀，除去表面的残留物。
基于上述任意实施例，请参考图2a至图2g，图2a至图2g为本发明另一实施例提供的太阳能电池制备方法的流程中单硅晶片的示意图，该方法具体可以包括：
步骤S201：如图2a所示，将单晶硅片1制绒。
图2a为制绒后的单晶硅片1的剖面示意图，该制绒过程可以包括：
将单晶硅片1置于温度为75℃质量分数为1.5％的NaOH制绒液中制绒25min，使单晶硅片1形成绒绒表面。
步骤S202：如图2b至图2c所示，对单晶硅片1的表面进行镀膜。
首先，对单晶硅片1的绒绒表面进行氧化，如图2b所示，图2b为氧化后的单晶硅片1的剖面结构示意图，该氧化过程具体可以包括：
将单晶硅片1置于试剂体积配比为HCl：H2O2：H2O＝1：1：5化学混合液中，在75℃温度下，氧化2h形成4nm厚SiO2膜2。
然后，在SiO2膜2的表面生成本征微纳米硅膜3，如图2c所示，图2c为镀有本征微纳米硅膜3后的单晶硅片1的剖面结构示意图。该镀硅膜3的过程具体可以包括：
在300℃温度下，在SiH4的气体氛围中，通过LPCVD沉积在SiO2膜2表面生成45nm-55nm厚的本征微纳米硅膜3。
步骤S203：如图2d至图2f所示，对单晶硅片1的表面沉积P源层和B源层。
首先，在单晶硅片1上的硅膜3的表面沉积PSG层4。如图2d所示，图2d为沉积PSG层4后的单晶硅片1的剖面示意图。该沉积过程具体可以包括：
在250℃的温度下，在POCl3、SiH4和O2的第一混合气体氛围中，通过APCVD在硅膜3表面沉积PSG层4，沉积时间持续30min。
然后，对PSG层4进行开模，如图2e所示，图2e为对PSG层4开模后单晶硅片1的剖面示意图，该过程具体可以包括：
利用激光开模除去预设区域内的所述PSG层4。
进一步，在单晶硅片1上的硅膜3的表面沉积BSG层5。如图2f所示，图2f为沉积BSG层5后的单晶硅片1的剖面示意图。该沉积过程具体可以包括：
在250℃的温度下，在B2H6、SiH4和O2的第二混合气体氛围中，通过APCVD在预设区域内沉积BSG层5，沉积时间持续30min。
需要说明的是，沉积得到的PSG层4和BSG层5分别作为P源和B源。
步骤S204：如图2g所示，在单晶硅片1表面推进形成交替分布的掺杂区。
图2g为形成P掺杂区6和B掺杂区7交替分布的结构的单晶硅片1剖面结构示意图。该推进过程具体可以包括：
在950℃的温度下，以PSG层4和BSG层5分别作为P源和B源扩散推进1.5h，最终在单晶硅片1上形成P掺杂区6和B掺杂区7交替分布的结构。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
对制绒后的单晶硅片进行氧化，在所述单晶硅片表面生成SiO2膜，并在所述SiO2膜的表面镀一层硅膜；
在所述硅膜表面沉积PSG，并除去所述硅膜表面预设区域内的所述PSG；
在所述预设区域内沉积BSG，在所述硅膜的表面形成所述PSG和所述BSG相间的区域；
以所述PSG和所述BSG作为P源和B源的扩散推进，获得N型掺杂层和P型掺杂层交替分布的太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述SiO2膜表面镀一层硅膜包括：
在所述SiO2膜的表面镀本征微纳米硅膜。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述SiO2膜的表面镀本征微纳米硅膜包括：
在290℃-310℃温度下，在SiH4的气体氛围中，通过LPCVD沉积在所述SiO2膜表面生成45nm-55nm厚的本征微纳米硅膜。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述单晶硅片表面生成SiO2膜包括：
在70℃-80℃的温度下，通过化学混合液在所述单晶硅片表面生成3nm-5nm厚的所述SiO2膜，其中，所述化学混合液为HCl、H2O2和H2O的混合液，且HCl：H2O2：H2O的体积比为1：(0.5-1.5)：(4.5-5.5)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述硅膜表面沉积PSG包括：
在240℃-260℃的温度下，在POCl3、SiH4和O2的第一混合气体氛围中，通过APCVD在所述硅膜表面沉积PSG，沉积时间持续25min-35min，其中，POCl3占所述第一混合气体总体积的4％-6％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述除去所述硅膜表面的预设区域内的所述PSG包括：
通过激光在所述预设区域内进行激光开模，除去所述预设区域内的所述PSG。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述预设区域内沉积BSG包括：
在240℃-260℃的温度下，在B2H6、SiH4和O2的第二混合气体氛围中，通过APCVD在所述预设区域内沉积BSG，沉积时间持续25min-35min，其中，B2H6占所述第二混合气体总体积的4％-6％。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述以所述PSG和所述BSG作为P源和B源的扩散推进，获得N型掺杂层和P型掺杂层交替分布的太阳能电池包括：
在900℃-1000℃的温度下，以所述PSG和所述BSG分别作为P源和B源扩散推进1h-2h。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在以所述PSG和所述BSG作为P源和B源的扩散推进1h-2h之后，还包括：
除去扩散推进后所述PSG和所述BSG在N型掺杂层和P型掺杂层表面的残留物。
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