CN108831953B - 太阳能电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池的制作方法，包括：步骤S1：在该第一导电类型衬底的一表面上形成氧化层；步骤S2：在该氧化层上形成多晶硅或非晶硅；步骤S3：采用第二导电类型掺杂元素对该多晶硅或非晶硅进行选择性掺杂以形成重掺杂区和轻掺杂区；步骤S4：热处理步骤S3所得的结构，使得非晶硅转化为多晶硅；步骤S5：采用碱性试剂选择性蚀刻步骤S4所得的多晶硅；步骤S6：在重掺杂区上形成电极。本发明通过选择性掺杂多晶硅，使得金属形成于较厚的多晶硅上，由此降低了金属和半导体接触的复合，同时较薄的多晶硅则用于透光，实现了钝化效果和透光的平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制作方法，特别是涉及一种钝化效果和透光效果均较佳的太阳能电池的制作方法。
背景技术
无论哪种太阳能电池，在PN结构的掺杂完成后，金属化之前，都需要做表面钝化，通常钝化层可以采用氧化物或者氮化物来实现。形成钝化层之后，在钝化层上沉积金属最后烧结，使得金属和硅衬底形成接触。但是这种类型的钝化层在形成电极后，金属和硅衬底的接触位置处复合会比较大，由此影响了太阳能电池的开压和转换效率。
为此，业内提出采用多晶硅材料来代替氧化物或氮化物，但是这又造成了新的问题，多晶硅材料的吸光很严重，如果受光面采用多晶硅作为钝化层，虽能改善钝化效果，减少金属半导体接触位置的复合，但是由于多晶硅吸光严重，又减少了太阳光的利用率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术氧化物或氮化物作为钝化层时金属和半导体接触位置复合较大以及采用多晶硅作为钝化层时吸光较多的缺陷，提供一种能够兼顾钝化效果和吸光程度的太阳能电池的制作方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种太阳能电池的制作方法，该太阳能电池包括一第一导电类型衬底，其特点在于，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：在该第一导电类型衬底的一表面上形成氧化层；
步骤S2：在该氧化层上形成多晶硅或非晶硅；
步骤S3：采用第二导电类型掺杂元素对该多晶硅或非晶硅进行选择性掺杂以形成重掺杂区和轻掺杂区；
步骤S4：热处理步骤S3所得的结构，使得非晶硅转化为多晶硅；
步骤S5：采用碱性试剂选择性蚀刻步骤S4所得的多晶硅；
步骤S6：在重掺杂区上形成电极。
由于多晶硅吸收光很严重，超过10nm的重掺杂的多晶硅层会导致短路电流和效率降低。而较薄的多晶硅由于掺杂过程的原因，容易损伤氧化层，造成钝化效果的下降。并且薄的多晶硅层在高温烧结形成金属半导体接触的时候容易被烧穿，造成电池短路等问题。本发明先形成较厚的多晶硅层，然后对多晶硅层进行选择性掺杂形成重掺区域和轻掺区域。由于碱性试剂对多晶硅的刻蚀速率随着掺杂浓度的升高而降低，通过控制重掺区域和轻掺区域的掺杂浓度，可以对多晶硅层进行选择性刻蚀。因此本发明通过选择性掺杂和刻蚀多晶硅，使得金属形成于较厚的多晶硅(重掺杂的多晶硅)上，由此降低了金属和半导体接触的复合，同时较薄的多晶硅(轻掺杂的多晶硅)则用于透光，实现了钝化效果和透光的平衡。
优选地，步骤S5蚀刻后轻掺杂的多晶硅的厚度小于10nm。
优选地，步骤S5蚀刻后重掺杂的多晶硅的厚度为10nm-300nm。
优选地，步骤S1之前还包括：
步骤S0：在该第一导电类型衬底的一表面中形成第二导电类型掺杂层；
步骤S1：在该第二导电类型掺杂层上形成该氧化层。
优选地，步骤S3包括以下步骤：
步骤S31：设置阻挡层，该阻挡层包括镂空区域，该阻挡层设置于束流和工件传输装置之间，该束流的传输方向垂直于该工件传输装置的传输平面；
步骤S32：工件传输装置传输步骤S2所得的待注入结构通过束流以通过离子注入形成选择性掺杂，
其中该镂空区域用于形成该重掺杂区，束流在该传输平面上的投影与入口端的该镂空区域在该传输平面上的投影部分重叠，该入口端为该镂空区域的靠近待注入结构的一端。
束流在衬底运动方向上具有一定宽度，设置的阻挡层仅遮挡部分束流。当衬底经过未被遮挡的部分束流时，全部衬底表面均被离子注入形成掺杂。在衬底经过阻挡层时，仅镂空区域下的衬底表面被离子注入形成重掺杂区域，其它被遮挡的区域未注入形成轻掺杂区域。通过调整阻挡层遮挡的束流的宽度，可以控制重掺杂和轻掺杂区域的掺杂剂量的比例，从而得到最佳的选择性刻蚀的效果。
优选地，步骤S3中重掺杂区的离子注入剂量为1e15-2e16/cm2。
优选地，步骤S3中轻掺杂区的离子注入剂量为1e14-5e15/cm2。
优选地，步骤S4中热处理在700℃-1000℃、氮气和/或氧气气氛下进行，热处理时间1-60分钟。
优选地，步骤S5中碱性试剂为NaOH、KOH或TMAH(四甲基氢氧化铵)。
优选地，步骤S5中中碱性试剂对重掺杂区域和轻掺杂区域的刻蚀速率之比为1：5-1：100。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
本发明采用经过选择性掺杂的多晶硅，可以减少金属和硅接触的少子复合，提高太阳能电池开路电压和转换效率。由于多晶硅吸收光很严重，超过10nm的重掺杂的多晶硅层会导致短路电流和效率降低。而较薄的多晶硅由于掺杂过程的原因，容易损伤氧化层，造成钝化效果的下降。但是本发明通过选择性刻蚀，在金属接触下形成厚的多晶硅，只在接受光的部分形成薄的多晶硅，解决了钝化和吸光的矛盾。
附图说明
图1为本发明实施例1中在衬底上形成氧化层的截面示意图。
图2为本发明实施例1中在氧化层上形成非晶硅的截面示意图。
图3为本发明实施例1中的采用束流和阻挡层进行选择性掺杂的俯视图。
图4为本发明实施例1中在多晶硅中形成选择性掺杂的截面示意图。
图5为本发明实施例1中蚀刻后的多晶硅的截面示意图。
图6为本发明实施例1中在重掺杂的多晶硅上形成电极的截面示意图。
图7为本发明实施例2中在衬底中形成第二导电类型掺杂层并在该第二导电类型掺杂层上形成氧化层的截面示意图。
图8为本发明实施例2中在氧化层上形成多晶硅的截面示意图。
图9为本发明实施例2中在多晶硅中形成选择性掺杂的截面示意图。
图10为本发明实施例2中蚀刻后的多晶硅的截面示意图。
图11为本发明实施例2中在重掺杂的多晶硅上形成电极的截面示意图。
图12为本发明实施例3中在重掺杂的多晶硅上形成电极的截面示意图，其中轻掺杂区被完全蚀刻掉。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
参考图1-图6，介绍本实施例的制作方法。
参考图1，在该第一导电类型衬底100，例如n型硅片，的正面上形成氧化层200。
参考图2，在该氧化层200上形成非晶硅300。
参考图3和图4，采用第二导电类型掺杂元素对该非晶硅进行选择性掺杂以形成重掺杂区302和轻掺杂区301(重掺杂区和轻掺杂区均为第二导电类型元素掺杂)，例如进行p型掺杂，注入硼离子。具体来说，在待加工的工件和束流700之间设置具有镂空区域的阻挡层400，并且束流和阻挡层有部分重叠，这样在工件(这里的工件即为图2的结构)从左至右的移动过程中，在阻挡层400的影响下非晶硅中就会形成重掺杂区和轻掺杂区，由此形成了选择性掺杂。例如当阻挡层遮挡80％的束流宽度时，其中重掺杂区的离子注入剂量为5e15，轻掺杂区的离子注入剂量为1e15。接下来热处理图4所得的结构，使得非晶硅转化为多晶硅。热处理在800℃、氮气和氧气气氛下进行，热处理时间30分钟。
参考图5，采用NaOH选择性蚀刻图4的结构，硼重掺杂区和硼轻掺杂区在NaOH溶液中的蚀刻速度是不同的，硼重掺杂区域刻蚀速度慢而硼轻掺杂区域刻蚀速度快。蚀刻后轻掺杂的多晶硅的厚度为8nm，蚀刻后重掺杂的多晶硅的厚度为50nm。
参考图6，在重掺杂区上形成电极500。
实施例2
实施例2的原理与实施例1相同，不同之处在于：
参考图7-图11，在形成氧化层之前，先在该第一导电类型衬底100，例如n型硅片，的正面中形成第二导电类型掺杂层600，例如p型掺杂层。掺杂可采用现有手段实现，例如硼扩散或者硼离子注入。之后在第二导电类型掺杂层600上形成该氧化层200。
参考图8-图11，在氧化层200上形成多晶硅300，之后通过设置有镂空区域的阻挡层结合离子注入(注入第二导电类型掺杂元素，例如硼元素)在多晶硅中形成硼重掺杂区302和硼轻掺杂区301，并且热处理离子注入后的结构。
之后蚀刻多晶硅和形成电极的步骤参照实施例1。
实施例3
实施例3的原理与实施例2相同，不同之处在于：
参考图12，在本实施例中仅保留重掺杂区302，轻掺杂的多晶硅被全部蚀刻掉，电极形成于重掺杂区之上。其余步骤参考实施例2。
在本发明中多晶硅的轻重掺杂可以形成载流子选择性电极，减少金属和硅接触的复合。由于多晶硅中不同剂量的掺杂区域对碱性试剂的耐受力不同，能够形成选择性刻蚀，由此在金属接触下形成比较厚的多晶硅，而在接受光的部分形成较薄的多晶硅，从而解决了钝化和吸光的矛盾。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种太阳能电池的制作方法，该太阳能电池包括一第一导电类型衬底，其特征在于，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：在该第一导电类型衬底的一表面上形成氧化层；
步骤S2：在该氧化层上形成多晶硅；
步骤S3：采用第二导电类型掺杂元素对该多晶硅进行选择性掺杂以形成重掺杂区和轻掺杂区；
步骤S4：热处理步骤S3所得的结构；
步骤S5：采用碱性试剂选择性蚀刻步骤S4所得的多晶硅；
步骤S6：在重掺杂区上形成电极，
其中，步骤S3包括以下步骤：
步骤S31：设置阻挡层，该阻挡层包括镂空区域，该阻挡层设置于束流和工件传输装置之间，该束流的传输方向垂直于该工件传输装置的传输平面；
步骤S32：工件传输装置传输步骤S2所得的待注入结构通过束流以通过离子注入形成选择性掺杂，
其中该镂空区域用于形成该重掺杂区，束流在该传输平面上的投影与入口端的该镂空区域在该传输平面上的投影部分重叠，该入口端为该镂空区域的靠近待注入结构的一端，
步骤S5中碱性试剂对重掺杂区和轻掺杂区的刻蚀速率之比为1：5-1：100。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤S5蚀刻后轻掺杂的多晶硅的厚度小于10nm。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤S5蚀刻后重掺杂的多晶硅的厚度为10nm-300nm。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：
步骤S0：在该第一导电类型衬底的一表面中形成第二导电类型掺杂层；
步骤S1：在该第二导电类型掺杂层上形成该氧化层。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的制作方法，其特征在于，步骤S3中重掺杂区的离子注入剂量为1e15-2e16/cm2。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的制作方法，其特征在于，步骤S3中轻掺杂区的离子注入剂量为1e14-5e15/cm2。
7.如权利要求1-4中任意一项所述的制作方法，其特征在于，步骤S4中热处理在700℃-1000℃、氮气和/或氧气气氛下进行，热处理时间1-60分钟。
8.如权利要求1-4中任意一项所述的制作方法，其特征在于，步骤S5中碱性试剂为NaOH、KOH或TMAH。
9.一种太阳能电池的制作方法，该太阳能电池包括一第一导电类型衬底，其特征在于，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：在该第一导电类型衬底的一表面上形成氧化层；
步骤S2：在该氧化层上形成非晶硅；
步骤S3：采用第二导电类型掺杂元素对该非晶硅进行选择性掺杂以形成重掺杂区和轻掺杂区；
步骤S4：热处理步骤S3所得的结构，使得非晶硅转化为多晶硅；
步骤S5：采用碱性试剂选择性蚀刻步骤S4所得的多晶硅；
步骤S6：在重掺杂区上形成电极，
其中，步骤S3包括以下步骤：
步骤S31：设置阻挡层，该阻挡层包括镂空区域，该阻挡层设置于束流和工件传输装置之间，该束流的传输方向垂直于该工件传输装置的传输平面；
步骤S32：工件传输装置传输步骤S2所得的待注入结构通过束流以通过离子注入形成选择性掺杂，
其中该镂空区域用于形成该重掺杂区，束流在该传输平面上的投影与入口端的该镂空区域在该传输平面上的投影部分重叠，该入口端为该镂空区域的靠近待注入结构的一端，
步骤S5中碱性试剂对重掺杂区和轻掺杂区的刻蚀速率之比为1：5-1：100。
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，步骤S5蚀刻后轻掺杂的多晶硅的厚度小于10nm。
11.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，步骤S5蚀刻后重掺杂的多晶硅的厚度为10nm-300nm。
12.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：
步骤S0：在该第一导电类型衬底的一表面中形成第二导电类型掺杂层；
步骤S1：在该第二导电类型掺杂层上形成该氧化层。
13.如权利要求9-12中任意一项所述的制作方法，其特征在于，步骤S3中重掺杂区的离子注入剂量为1e15-2e16/cm2。
14.如权利要求9-12中任意一项所述的制作方法，其特征在于，步骤S3中轻掺杂区的离子注入剂量为1e14-5e15/cm2。
15.如权利要求9-12中任意一项所述的制作方法，其特征在于，步骤S4中热处理在700℃-1000℃、氮气和/或氧气气氛下进行，热处理时间1-60分钟。
16.如权利要求9-12中任意一项所述的制作方法，其特征在于，步骤S5中碱性试剂为NaOH、KOH或TMAH。
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