CN108447947A - 一种钝化接触的ibc电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钝化接触的IBC电池的制备方法，包括在N型晶体硅基体的背表面生长背表面氧化层，然后在背表面氧化层上生长本征多晶硅层或者本征非晶硅层，然后在本征多晶硅层或者本征非晶硅层上注入硼离子；然后生长一层掩膜，再通过激光开凿形成交叉的p+和n+区域，最后用磷扩散一次性对p+区域进行退火和n+区进行掺杂，这样在背面形成交替的p+和n+掺杂区域。其有益效果是：氧化层可以给N型晶体硅基体背表面带来更好的表面钝化效果，同时载流子可透过氧化层进行自由传输，所制电池拥有更高的开路电压和转换效率；背表面n+掺杂区域和背表面p+掺杂区域在一次高温工序中共同形成，极大减少了高温工序数目，节约了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种钝化接触的IBC电池的制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种将光能转化为电能的半导体器件，较低的生产成本和较高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。对于目前常规太阳能电池，其p+掺杂区域接触电极和n+掺杂区域接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所遮挡反射，造成一部分光学损失。普通晶硅太阳能电池的正面金属电极的覆盖面积在7％左右，减少金属电极的正面覆盖可以直接提高电池的能量转化效率。
IBC(Interdigitated back contact)电池，是一种将p+掺杂区域和n+掺杂区域均放置在电池背面(非受光面)的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。由于PN结位于电池的背面，光生载流子的产生主要在前表面附近，载流子需要穿过整个硅片厚度到达背面的地方才能被收集，所以背表面的钝化质量尤为重要。常见的结构是在N型基体的背表面交替设置p+和n+掺杂区域，然后在其上设置钝化层和金属电极。现有的背接触电池，存在背表面的钝化效果不好的问题，而钝化质量会影响电池片的隐开路电压、暗饱和电流密度和短波段的内量子效率等性能。目前研究最多的，最有希望产业化的就是多晶硅钝化接触技术。
目前制备多晶硅薄膜的方法主要包括：(1)首先沉积本征非晶硅层，再通过扩散实现掺杂P型或者n型多晶硅；(2)首先沉积掺杂型非晶硅层，再进行高温退火。无论哪种方法，在制备电池的过程中总要经历一个700-900度之间的高温过程，这个高温过程会对电池前面的工艺产生很大的影响，是钝化接触电池面临的一个难题。如果这种钝化接触应用到IBC的背面，传统的需要两个高温退火，会对钝化效果造成破坏。所以需要设计一种可实现量产化的制备高效钝化接触电池的方法，同时实现IBC电池背面p+及n+区域的接触钝化，既可以实现电池的高效率，又利于实现量产化。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其能够实现IBC电池背面p+及n+区域的接触钝化，既可以实现电池的高效率，又利于实现量产化。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：
一种钝化接触的IBC电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)、分别对N型晶体硅基体的前表面和背表面进行掺杂处理，N型晶体硅基体背表面的掺杂处理方式为：在N型晶体硅基体的背表面生长背表面氧化层，然后在背表面氧化层上生长本征多晶硅层或者本征非晶硅层，然后在本征多晶硅层或者本征非晶硅层上注入硼离子；然后生长一层掩膜，再通过激光开凿形成交叉的p+和n+区域。
(2)、将N型晶体硅基体进行磷扩散，扩散完成后形成n+掺杂前表面场，相互交替排列的背表面n+掺杂区域和背表面p+掺杂区域；
(3)、然后在N型晶体硅基体的前表面形成钝化减反膜，在N型晶体硅基体的背表面形成钝化膜；
(4)、在N型晶体硅基体的背表面制备与背表面n+掺杂区域和背表面p+掺杂区域欧姆接触的金属电极。
优选地，步骤(1)中，背表面氧化层的厚度为1-3nm，背表面氧化层为SiO2，SiO2的生长方法为高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或CVD沉积法。
优选地，步骤(1)中，在背表面氧化层上生长本征多晶硅层的方法是：将N型晶体硅基体放入LPCVD设备中，在背表面氧化层上生长本征多晶硅层；
在背表面氧化层上生长本征非晶硅层的方法是：将N型晶体硅基体放入APCVD设备或PECVD设备中，在背表面氧化层上生长本征非晶硅层。
优选地，步骤(1)中，本征多晶硅层或者本征非晶硅层上的硼离子的注入剂量为0.5×1015cm-2～3×1015cm-2；
优选地，步骤(1)中，掩膜的制备方法是在N型晶体硅基体的背表面利用PECVD设备沉积一层厚度为50～200nm的SiOx介质膜。
优选地，步骤(1)中，利用激光刻蚀的方法对N型背面形成交叉的p+和n+区域，其中激光为脉冲激光，激光脉冲宽度为5ps-500ns，激光脉冲重复率为10kHzd-80MHz，激光波长为红外、可见光或紫外。
优选地，步骤(1)中，N型晶体硅基体前表面的掺杂处理方式为：使用离子注入机在N型晶体硅基体的前表面进行离子注入，注入元素为磷，注入剂量为1×1015cm-2～4×1015cm-2。
优选地，步骤(2)中，磷扩散采用扩散炉管的方式，环境温度为700-900℃，环境气源为POCL3。
优选地，步骤(3)中，钝化减反膜的制备方法是在N型晶体硅基体的前表面利用PECVD设备先沉积一层厚度为5～30nm的SiO2介质膜，然后在SiO2介质膜上再沉积一层厚度为40～80nm的SiNx介质膜；
钝化膜的制备方法是在N型晶体硅基体的背表面利用PECVD设备沉积一层厚度为30～50nm的SiNx介质膜。
优选地，步骤(4)中，金属电极的制备方法是通过丝网印刷的方法在处理后的N型晶体硅基体的背表面p+掺杂区域上印刷银铝浆，在背表面n+掺杂区域上印刷银浆，然后进行烧结处理。
优选地，进行步骤(1)之前，对N型晶体硅基体的前表面作制绒处理；N型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm；N型晶体硅基体的厚度为50～300μm；
进行步骤(3)之前将N型晶体硅基体放入清洗机中进行清洗、烘干处理。
本发明的技术优点主要体现在：
本发明将钝化接触技术与背接触结构相结合，在N型晶体硅基体背表面设置超薄氧化层，在不损伤钝化膜的情况下具备优异的接触效果(称之为钝化接触技术(PassivatedContact))，然后在其上设置交替排列的p+和n+掺杂区域，相比现有的背接触电池结构，本发明中氧化层可以给N型晶体硅基体背表面带来更好的表面钝化效果，同时载流子可透过氧化层进行自由传输，所制电池拥有更高的开路电压和转换效率；背表面n+掺杂区域和背表面p+掺杂区域在一次高温工序中共同形成，极大减少了高温工序数目，节约了生产成本。采用本发明方法制备的钝化接触的IBC太阳能电池在完成前后表面的钝化膜覆盖后其隐开路电压(Implied Voc)可达700mV以上，暗饱和电流密度J0<20fA/cm2，印刷电极制成背接触电池后，其短波段的内量子效率达95％以上。
附图说明
图1为本发明实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤一后的电池结构截面示意图。
图2为本发明实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤二后的电池结构截面示意图。
图3为本发明实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤三后的电池结构截面示意图。
图4为本发明实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤四后的电池结构截面示意图。
图5为本发明实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤五后的电池结构截面示意图。
图6为本发明实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤六后的电池结构截面示意图。
图7为本发明实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤七后的电池结构截面示意图。
图8为本发明实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤八后的电池结构截面示意图。
图9为本发明实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤九后的电池结构截面示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，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。
本实施例的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)、选择156mm*156mm的N型晶体硅基体10，并对N型晶体硅基体10的前表面作制绒处理；N型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15Ω·cm，优选1～5Ω·cm；N型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选80～200μm；完成本步骤后的电池结构如图1所示。
(2)、在N型晶体硅基体10的背表面生长背表面氧化层20，背表面氧化层20为SiO2，生长方法可以为高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或CVD沉积法。背表面氧化层20的厚度为1～3nm。完成本步骤后的电池结构如图2所示。
(3)、将步骤(2)处理后的N型晶体硅基体10放入LPCVD设备(低压化学气相沉积)中，在背表面氧化层20上生长本征多晶硅层11。本实施例还可以使用APCVD(常压化学气相沉积)或PECVD(等离子增强化学气相沉积)设备在背表面氧化层20上生长本征非晶硅层。完成本步骤后的电池结构如图3所示。
(4)、使用离子注入机在步骤(3)处理后的N型晶体硅基体10的背表面的本征多晶硅层或本征非晶硅层上进行离子注入，注入元素为硼，注入剂量为0.5×1015cm-2～3×1015cm-2，优选1.5×1015cm-2～2.5×1015cm-2。
然后将N型晶体硅基体10放入PECVD设备(等离子增强化学气相沉积)中，背表面沉积一层SiOx介质膜15，其厚度为50～200nm。完成本步骤后的电池结构如图4所示。
(5)、将步骤(4)处理后的N型晶体硅基体10的背面采用利用激光刻蚀的方法选择性刻蚀掉n+区域的SiOx介质膜15和n+区域离子注入的B原子，p+区域的SiOx介质膜15保留，这样形成交叉的p+和n+区域。其中激光为脉冲激光，激光脉冲宽度为5ps-500ns，激光脉冲重复率为10kHzd-80MHz，激光波长为红外、可见光或紫外。完成本步骤后的电池结构如图5所示。
(6)、使用离子注入机在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体10前表面进行离子注入，注入元素为磷，注入剂量为1×1015cm-2～4×1015cm-2,优选1×1015cm-2～3×1015cm-2。完成本步骤后的电池结构如图6所示。
(7)、将步骤(6)处理后的N型晶体硅基体10放入扩散炉中进行高温退火处理，磷扩散采用扩散炉管的方式，环境温度为700-900℃，优选800～850℃，环境气源为POCl3(三氯氧磷)。高温扩散同时对注入的离子起到了退火作用，完成后即形成n+掺杂前表面场14、背表面n+掺杂区域13和背表面p+掺杂区域12。其中n+掺杂前表面场14的方阻为100～200Ω/sqr。背表面n+掺杂区域13的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3～2.0um；背表面p+掺杂区域12的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3～2.0um。然后放入清洗机中用5～10％浓度HF溶液去除SiOx介质膜15,完成本步骤后的电池结构如图7所示。
(8)、将步骤(7)处理后的N型晶体硅基体10放入清洗机中进行清洗并烘干。然后在N型晶体硅基体10的前表面用PECVD的方式先沉积一层厚度为5～30nm的SiO2介质膜21，然后在SiO2介质膜21上再沉积一层SiNx介质膜22，膜的厚度为40～80nm；在N型晶体硅基体10的背表面用PECVD的方式制作一层SiNx介质膜23，SiNx介质膜23的厚度为30～50nm。硅基体前表面的SiO2介质膜21与SiNx介质膜22的作用为硅基体前表面的钝化和光的减反射；硅基体背表面的SiNx介质膜23的作用为硅基体背表面的钝化。完成本步骤后的电池结构如图8所示。
(9)、通过丝网印刷的方法在步骤(8)处理后的N型晶体硅基体10的背表面p+掺杂区域12上印刷银铝浆(烧结后形成p+金属电极30)，在背表面n+掺杂区域13上印刷银浆(烧结后形成n+金属电极31)。印刷结束后将N型晶体硅基体10传送入带式烧结炉进行烧结形成欧姆接触。p+金属电极30为银铝合金电极，n+金属电极31为银电极。完成本步骤后的电池结构如图9所示。至此即完成本发明背接触太阳能电池的制作。
本实施例将钝化接触技术与背接触结构相结合，在N型晶体硅基体背表面设置氧化层，在其上设置交替排列的p+和n+掺杂区域，相比现有的背接触电池结构，本发明中的氧化层可以给N型晶体硅基体背表面带来更好的表面钝化效果，同时载流子可透过氧化层进行自由传输，所制电池拥有更高的开路电压和转换效率。
本发明的钝化接触的IBC电池在完成前后表面的钝化膜覆盖后，经测试其隐开路电压(Implied Voc)可达700mV以上，暗饱和电流密度J0<20fA/cm2，印刷电极制成背接触电池后，其短波段的内量子效率达95％以上。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (11)
1.一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、分别对N型晶体硅基体的前表面和背表面进行掺杂处理，N型晶体硅基体背表面的掺杂处理方式为：在N型晶体硅基体的背表面生长背表面氧化层，然后在背表面氧化层上生长本征多晶硅层或者本征非晶硅层，然后在本征多晶硅层或者本征非晶硅层上注入硼离子；然后生长一层掩膜，再通过激光开凿形成交叉的p+和n+区域。
(2)、将N型晶体硅基体进行磷扩散，扩散完成后形成n+掺杂前表面场，相互交替排列的背表面n+掺杂区域和背表面p+掺杂区域；
(3)、然后在N型晶体硅基体的前表面形成钝化减反膜，在N型晶体硅基体的背表面形成钝化膜；
(4)、在N型晶体硅基体的背表面制备与背表面n+掺杂区域和背表面p+掺杂区域欧姆接触的金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，背表面氧化层的厚度为1-3nm，背表面氧化层为SiO2，SiO2的生长方法为高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或CVD沉积法。
3.根据权利要求1所述的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，在背表面氧化层上生长本征多晶硅层的方法是：将N型晶体硅基体放入LPCVD设备中，在背表面氧化层上生长本征多晶硅层；或者在背表面氧化层上生长本征非晶硅层的方法是：将N型晶体硅基体放入APCVD设备或PECVD设备中，在背表面氧化层上生长本征非晶硅层。
4.根据权利要求1所述的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，本征多晶硅层或者本征非晶硅层上的硼离子的注入剂量为0.5×1015cm-2～3×1015cm-2。
5.根据权利要求1所述的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，掩膜的制备方法是在N型晶体硅基体的背表面利用PECVD设备沉积一层厚度为50～200nm的SiOx介质膜。
6.根据权利要求1所述的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，利用激光刻蚀的方法对N型背面形成交叉的p+和n+区域，其中激光为脉冲激光，激光脉冲宽度为5ps-500ns，激光脉冲重复率为10kHzd-80MHz，激光波长为红外、可见光或紫外。
7.根据权利要求1所述的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，N型晶体硅基体前表面的掺杂处理方式为：使用离子注入机在N型晶体硅基体的前表面进行离子注入，注入元素为磷，注入剂量为1×1015cm-2～4×1015cm-2。
8.根据权利要求1～7任一所述的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，磷扩散采用扩散炉管的方式，环境温度为700-900℃，环境气源为POCl3。
9.根据权利要求1～7任一所述的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，钝化减反膜的制备方法是在N型晶体硅基体的前表面利用PECVD设备先沉积一层厚度为5～30nm的SiO2介质膜，然后在SiO2介质膜上再沉积一层厚度为40～80nm的SiNx介质膜；
钝化膜的制备方法是在N型晶体硅基体的背表面利用PECVD设备沉积一层厚度为30～50nm的SiNx介质膜。
10.根据权利要求1～7任一所述的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，金属电极的制备方法是通过丝网印刷的方法在处理后的N型晶体硅基体的背表面p+掺杂区域上印刷银铝浆，在背表面n+掺杂区域上印刷银浆，然后进行烧结处理。
11.根据权利要求1～10任一所述的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，其特征在于：进行步骤(1)之前，对N型晶体硅基体的前表面作制绒处理；N型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm；N型晶体硅基体的厚度为50～300μm；
进行步骤(3)之前将N型晶体硅基体放入清洗机中进行清洗、烘干处理。
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Citations (3)
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| CN106374009A (zh) * | 2016-09-20 | 2017-02-01 | 泰州中来光电科技有限公司 | 一种钝化接触的ibc电池及其制备方法和组件、系统 |
| CN206040667U (zh) * | 2016-09-20 | 2017-03-22 | 泰州中来光电科技有限公司 | 一种钝化接触的ibc电池及其组件和系统 |
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