CN109638109B - 一种选择性发射极的制备方法、选择性发射极电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性发射极和选择性发射极电池的制备方法，该选择性发射极的制备方法包括以下步骤：将掩膜板覆盖在制绒后的硅片上，送入到扩散炉中进行高掺杂深扩散和低掺杂浅扩散，在硅片电极区域和非电极区域分别形成高掺杂深扩散区和低掺杂浅扩散区，退火，去除掩膜板，完成制备。选择性发射极电池的制备方法包括上述选择性发射极的制备步骤。本发明选择性发射极的制备方法，无需额外增加工序和设备，也不需对现有设备和工艺进行较大规模的改造和调试，可以兼容现有产线设备实现选择性掺杂，具有工艺简单、量产门槛低、制备成本低、兼容性好、生产效率高等优点，对于制备低成本、高光电转换效率的选择性发射极电池具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于选择性发射极电池的制备领域，涉及一种选择性发射极的制备方法、选择性发射极电池的制备方法。
背景技术
目前，发展高效电池技术是提高太阳能电池效率的关键，如选择性发射极(selective emitter, SE)电池。对于选择性发射极电池而言，通过：1）在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区；2）在光照区域形成低掺杂浅扩散区，对发射区形成选择性掺杂，在栅线接触区域和光照区域实现不同掺杂浓度的效果，降低了金属化接触电阻，减少表面复合，提高电池转换效率。现有选择性发射极电池的制备方法包括以下步骤：制绒-扩散-激光SE-刻蚀-镀膜-印刷-烧结。然而，由于制备工艺中多一道激光选择性掺杂工序，导致工艺复杂程度增加，生产效率降低。另外，采用工艺制备选择性发射极时，为了匹配后序印刷工艺，需要高精度激光器，存在制备成本高、制备效率低等问题。此外，现有的选择性发射极技术，无论哪种都必须在常规产线上引入新的设备，且新投入的设备成本较高，或者对现有设备进行较大程度改造，常规电池产线升级为选择性发射极电池产线设备投入成本增大很多；同时，新的工艺技术引入需要投入精力进行设备和工艺调试，对常规产线也是一个挑战。因此，获得一种工艺简单、量产门槛低、制备成本低、兼容性好、生产效率高的选择性发射极的制备方法，对于制备成本低、光电转换效率高的选择性发射极电池具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、量产门槛低、制备成本低、兼容性好、生产效率高的选择性发射极的制备方法及选择性发射极电池的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种选择性发射极的制备方法，包括以下步骤：
S1、将掩膜板覆盖在制绒后的硅片上，使掩膜板的掩膜与硅片光照区域重合；
S2、将掩膜板与硅片一同送入到扩散炉中进行高掺杂深扩散，在硅片电极区域形成高掺杂深扩散区；
S3、步骤S2结束后，在扩散炉中进行低掺杂浅扩散，在硅片非电极区域形成低掺杂浅扩散区；
S4、步骤S3结束后，在扩散炉中进行退火处理；
S5、步骤S4结束后，去除掩膜板，完成对硅片上选择性发射极的制备。
上述的选择性发射极的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述掩膜板的掩膜与硅片之间的距离为1mm～3mm；所述掩膜板的两个相邻掩膜之间的距离为10μm～30 μm。
上述的选择性发射极的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述掩膜板为石英掩膜板或耐高温陶瓷掩膜板。
上述的选择性发射极的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述高掺杂深扩散的参数为：温度750℃～780℃，扩散小氮流量600 mL/min～800 mL/min，干氧流量600mL/min～800 mL/min，大氮流量200 mL/min～600 mL/min，时间800s～1000 s。
上述的选择性发射极的制备方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述低掺杂浅扩散的参数为：温度820℃～850℃，扩散小氮流量100 mL/min～300 mL/min，干氧流量200mL/min～400 mL/min，大氮流量800 mL/min～1200 mL/min，时间600s～800 s。
上述的选择性发射极的制备方法，进一步改进的，所述步骤S4中，所述退火处理的参数为：温度680℃～720℃，扩散小氮流量400 mL/min～600 mL/min，干氧流量500 mL/min～700 mL/min，大氮流量1200 mL/min～1600 mL/min，时间200s～400 s。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种选择性发射极电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）对硅片进行制绒；
（2）在制绒后的硅片上制备选择性发射极：
（2.1）将掩膜板覆盖在制绒后的硅片上，使掩膜板的掩膜与硅片光照区域重合；
（2.2）将掩膜板与硅片一同送入到扩散炉中进行高掺杂深扩散，在硅片电极区域形成高掺杂深扩散区；
（2.3）步骤（2.2）结束后，在扩散炉中进行低掺杂浅扩散，在硅片非电极区域形成低掺杂浅扩散区；
（2.4）步骤（2.3）结束后，在扩散炉中进行退火处理；
（2.5）步骤（2.4）结束后，去除掩膜板，完成对硅片上选择性发射极的制备；
（3）对制备有选择性发射极的硅片进行刻蚀、镀膜、印刷烧结，得到选择性发射极电池。
上述的选择性发射极电池的制备方法，进一步改进的，所述步骤（2.1）中，所述掩膜板的掩膜与硅片之间的距离为1mm～3mm；所述掩膜板的两个相邻掩膜之间的距离为10μm～30 μm；所述掩膜板为石英掩膜板或耐高温陶瓷掩膜板。
上述的选择性发射极电池的制备方法，进一步改进的，所述步骤（2.2）中，所述高掺杂深扩散的参数为：温度750℃～780℃，扩散小氮流量600 mL/min～800 mL/min，干氧流量600 mL/min～800 mL/min，大氮流量200 mL/min～600 mL/min，时间800s～1000 s。
上述的选择性发射极电池的制备方法，进一步改进的，所述步骤（2.3）中，所述低掺杂浅扩散的参数为：温度820℃～850℃，扩散小氮流量100 mL/min～300 mL/min，干氧流量200 mL/min～400 mL/min，大氮流量800 mL/min～1200 mL/min，时间600s～800 s；
上述的选择性发射极电池的制备方法，进一步改进的，所述步骤（2.4）中，所述退火处理的参数为：温度680℃～720℃，扩散小氮流量400 mL/min～600 mL/min，干氧流量500 mL/min～700 mL/min，大氮流量1200 mL/min～1600 mL/min，时间200s～400 s。
上述的选择性发射极电池的制备方法，进一步改进的，所述步骤（1）中，采用氢氧化钾溶液对硅片进行制绒；所述氢氧化钾溶液的质量浓度为8%～10%；所述制绒的温度为80±5℃；所述制绒的时间为300±50 s。
上述的选择性发射极电池的制备方法，进一步改进的，所述步骤（3）中，采用氢氟酸溶液和硝酸溶液对制备有选择性发射极的硅片进行刻蚀；所述氢氟酸溶液的质量浓度为1%～3%；所述硝酸溶液的质量浓度为4%～12%；所述刻蚀的温度为20±5℃；所述刻蚀的时间为50s～70s。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明中提供了一种选择性发射极的制备方法，仅通过将掩膜板与待扩散的硅片一通放入到扩散炉中进行扩散即可在硅片上制备得到选择性发射极。本发明中，在扩散工艺气氛中，通过将掩膜板覆盖在硅片上使沉积在硅片表面的扩散杂质选择性分布，具体为调整掩膜之间的距离（掩距）、掩膜与硅片之间的距离（掩脚高度），在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区，在光照区域形成低掺杂浅扩散区，同时利用高温将沉积在硅片表面的扩散杂质推进内部形成PN结，从而在扩散的过程中实现选择性掺杂。与现有常规技术相比，本发明选择性发射极的制备方法在保证低量产门槛、低制备成本的前提下实现连续选择性掺杂，且能够大幅提升生产效率和兼容现有产线。本发明制备方法，无需额外增加工序和设备，也不需对现有设备和工艺进行较大规模的改造和调试，可以兼容现有产线设备实现选择性掺杂，具有工艺简单、量产门槛低、制备成本低、兼容性好、生产效率高等优点，对于制备低成本、高光电转换效率的选择性发射极电池具有十分重要的意义。
（2）本发明还提供了一种选择性发射极电池的制备方法，通过优化选择性发射极的制备过程，在无需引入新设备和新工艺的前提下，即可实现低成本、高效的制备选择性发射极电池。与现有常规技术相比，本发明选择性发射极电池的制备方法在保证低量产门槛、低制备成本的前提下，实现扩散连续性，同时通过充分利用现有常规电池生产设备，有效降低的设备采购/改造成本，从而能够大幅提升生产效率和兼容现有产线。本发明选择性发射极电池的制备方法，无需引入新设备和新工艺，能够显著提高制备效率以及降低生产成本，具有工艺简单、量产门槛低、制备成本低、兼容性好、生产效率高等优点，适合于大规模制备，同时所制得的选择性发射极电池具备与常规选择性发射极技术相当的光电转换效率，表现出较好的光电性能，具有很好的应用价值和应用前景。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例1中制备选择性发射极的工艺流程图。
图2为本发明实施例1中石英掩膜板的俯视图。
图3为本发明实施例1中石英掩膜板的侧视图。
图4为本发明实施例2中制备选择性发射极电池的工艺流程图。
图5为现有技术中制备选择性发射极电池的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
一种选择性发射极的制备方法，制备工艺流程如图1所示，包括以下步骤：
S1、将石英掩膜板覆盖在制绒后的硅片上，使石英掩膜板的石英掩膜与硅片光照区域重合，其中石英掩膜与硅片之间的距离为1mm，即石英掩膜的掩脚高度（d）为1mm；两个相邻的石英掩膜之间的距离为20μm，即石英掩膜的掩距（w）为20 μm。该步骤中，石英掩膜板的俯视图和侧视图如图2和3所示。
S2、将石英掩膜板与硅片一同送入到扩散炉中进行高掺杂深扩散，在硅片电极区域形成高掺杂深扩散区，其中高掺杂深扩散的参数为：温度780℃，扩散小氮流量800 mL/min，干氧流量600 mL/min，大氮流量400 mL/min，时间800 s。
S3、步骤S2结束后，在扩散炉中进行低掺杂浅扩散，在硅片非电极区域形成低掺杂浅扩散区，其中低掺杂浅扩散的参数为：温度840℃，扩散小氮流量100 mL/min，干氧流量300 mL/min，大氮流量1200 mL/min，时间660 s。
S4、步骤S3结束后，在扩散炉中进行退火处理，其中退火处理的参数为：温度700℃，扩散小氮流量400 mL/min，干氧流量600 mL/min，大氮流量1500 mL/min，时间300 s。
S5、步骤S4结束后，去除掩膜板，完成对硅片上选择性发射极的制备。
本实施例中，通过将石英掩膜板与待扩散的硅片一通放入到扩散炉中进行扩散即可在硅片上制备得到选择性发射极。与现有常规技术（激光掺杂）相比，本发明选择性发射极的制备方法在保证低量产门槛、低制备成本的前提下实现连续选择性掺杂，且能够大幅提升生产效率和兼容现有产线。可见，本发明制备方法，无需额外增加工序和设备，也不需对现有设备和工艺进行较大规模的改造和调试，可以兼容现有产线设备实现选择性掺杂，具有工艺简单、量产门槛低、制备成本低、兼容性好、生产效率高等优点，对于制备低成本、高光电转换效率的选择性发射极电池具有十分重要的意义。
实施例2
一种选择性发射极电池的制备方法，制备工艺流程如图4所示，包括以下步骤：
（1）对硅片进行制绒：将P型单晶硅片在槽式机中进行制绒，其中所用制绒溶液是质量浓度为8%的氢氧化钾水溶液，制绒处理的温度为80℃，制绒处理的时间为300 s。完成制绒后，采用去离子水清洗硅片，烘干。
（2）在制绒后的硅片上制备选择性发射极：
（2.1）将石英掩膜板覆盖在制绒后的硅片上，使石英掩膜板的石英掩膜与硅片光照区域重合，其中石英掩膜与硅片之间的距离为1mm，即石英掩膜的掩脚高度（d）为1mm；两个相邻的石英掩膜之间的距离为20μm，即石英掩膜的掩距（w）为20 μm。该步骤中，石英掩膜板的俯视图和侧视图如图2和3所示。
（2.2）将石英掩膜板与硅片一同送入到扩散炉中进行高掺杂深扩散，在硅片电极区域形成高掺杂深扩散区，其中高掺杂深扩散的参数为：温度780℃，扩散小氮流量800 mL/min，干氧流量600 mL/min，大氮流量400 mL/min，时间800 s。
（2.3）步骤（2.2）结束后，在扩散炉中进行低掺杂浅扩散，在硅片非电极区域形成低掺杂浅扩散区，其中低掺杂浅扩散的参数为：温度840℃，扩散小氮流量100 mL/min，干氧流量300 mL/min，大氮流量1200 mL/min，时间660 s。
（2.4）步骤（2.3）结束后，在扩散炉中进行退火处理，其中退火处理的参数为：温度700℃，扩散小氮流量400 mL/min，干氧流量600 mL/min，大氮流量1500 mL/min，时间300s。
（2.5）步骤（2.4）结束后，去除掩膜板，完成对硅片上选择性发射极的制备。
（3）将硅片冷却，从扩散炉中取出，利用链式设备对硅片进行刻蚀，其中刻蚀过程中采用的溶液是质量浓度为1.5%的氢氟酸溶液和质量浓度为10%的硝酸溶液，刻蚀的温度为20℃，刻蚀的时间为50s。刻蚀完成后，采用去离子水清洗硅片，烘干。
（4）在刻蚀后的硅片表面镀减反射钝化膜。
（5）对镀有减反射钝化膜的硅片进行丝网印刷和烧结，制成电池，即为选择性发射极电池。
经电性能测试，本实施例中制得的选择性发射极电池的光电转化效率为22.03%，其中开路电压0.6754V，短路电流9.7709A，填充因子81.56%。由此可见，本发明选择性发射极电池的制备方法，通过优化选择性发射极的制备过程，在无需引入新设备和新工艺的前提下，即可实现低成本、高效的制备选择性发射极电池。与现有常规技术（制备工艺流程如图5所示）相比，本发明选择性发射极电池的制备方法在保证低量产门槛、低制备成本的前提下，实现扩散连续性，同时通过充分利用现有常规电池生产设备，有效降低的设备采购/改造成本，从而能够大幅提升生产效率和兼容现有产线。因此，本发明选择性发射极电池的制备方法，无需引入新设备和新工艺，能够显著提高制备效率以及降低生产成本，具有工艺简单、量产门槛低、制备成本低、兼容性好、生产效率高等优点，适合于大规模制备，同时所制得的选择性发射极电池具备与常规选择性发射极技术相当的光电转换效率，表现出较好的光电性能，具有很好的应用价值和应用前景。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种选择性发射极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将掩膜板覆盖在制绒后的硅片上，使掩膜板的掩膜与硅片光照区域重合；所述掩膜板的掩膜与硅片之间的距离为1mm～3mm；所述掩膜板的两个相邻掩膜之间的距离为10μm～30 μm；
S2、将掩膜板与硅片一同送入到扩散炉中进行高掺杂深扩散，在硅片电极区域形成高掺杂深扩散区；
S3、步骤S2结束后，在扩散炉中进行低掺杂浅扩散，在硅片非电极区域形成低掺杂浅扩散区；
S4、步骤S3结束后，在扩散炉中进行退火处理；
S5、步骤S4结束后，去除掩膜板，完成对硅片上选择性发射极的制备。
2.根据权利要求1所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述掩膜板为石英掩膜板或耐高温陶瓷掩膜板。
3.根据权利要求1或2所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述高掺杂深扩散的参数为：温度750℃～780℃，扩散小氮流量600 mL/min～800 mL/min，干氧流量600 mL/min～800 mL/min，大氮流量200 mL/min～600 mL/min，时间800s～1000 s。
4.根据权利要求1或2所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述低掺杂浅扩散的参数为：温度820℃～850℃，扩散小氮流量100 mL/min～300 mL/min，干氧流量200 mL/min～400 mL/min，大氮流量800 mL/min～1200 mL/min，时间600s～800 s。
5.根据权利要求1或2所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述退火处理的参数为：温度680℃～720℃，扩散小氮流量400 mL/min～600 mL/min，干氧流量500 mL/min～700 mL/min，大氮流量1200 mL/min～1600 mL/min，时间200s～400 s。
6.一种选择性发射极电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对硅片进行制绒；
（2）在制绒后的硅片上制备选择性发射极：
（2.1）将掩膜板覆盖在制绒后的硅片上，使掩膜板的掩膜与硅片光照区域重合；所述掩膜板的掩膜与硅片之间的距离为1mm～3mm；所述掩膜板的两个相邻掩膜之间的距离为10μm～30 μm；
（2.2）将掩膜板与硅片一同送入到扩散炉中进行高掺杂深扩散，在硅片电极区域形成高掺杂深扩散区；
（2.3）步骤（2.2）结束后，在扩散炉中进行低掺杂浅扩散，在硅片非电极区域形成低掺杂浅扩散区；
（2.4）步骤（2.3）结束后，在扩散炉中进行退火处理；
（2.5）步骤（2.4）结束后，去除掩膜板，完成对硅片上选择性发射极的制备；
（3）对制备有选择性发射极的硅片进行刻蚀、镀膜、印刷烧结，得到选择性发射极电池。
7.根据权利要求6所述的选择性发射极电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（2.1）中，所述掩膜板为石英掩膜板或耐高温陶瓷掩膜板。
8.根据权利要求7所述的选择性发射极电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（2.2）中，所述高掺杂深扩散的参数为：温度750℃～780℃，扩散小氮流量600 mL/min～800 mL/min，干氧流量600 mL/min～800 mL/min，大氮流量200 mL/min～600 mL/min，时间800s～1000 s；
所述步骤（2.3）中，所述低掺杂浅扩散的参数为：温度820℃～850℃，扩散小氮流量100mL/min～300 mL/min，干氧流量200 mL/min～400 mL/min，大氮流量800 mL/min～1200mL/min，时间600s～800 s；
所述步骤（2.4）中，所述退火处理的参数为：温度680℃～720℃，扩散小氮流量400 mL/min～600 mL/min，干氧流量500 mL/min～700 mL/min，大氮流量1200 mL/min～1600 mL/min，时间200s～400 s。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的选择性发射极电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，采用氢氧化钾溶液对硅片进行制绒；所述氢氧化钾溶液的质量浓度为8%～10%；所述制绒的温度为80±5℃；所述制绒的时间为300±50 s；
所述步骤（3）中，采用氢氟酸溶液和硝酸溶液对制备有选择性发射极的硅片进行刻蚀；所述氢氟酸溶液的质量浓度为1%～3%；所述硝酸溶液的质量浓度为4%～12%；所述刻蚀的温度为20±5℃；所述刻蚀的时间为50s～70s。
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