CN109786507A - 一种太阳能电池的选择性电极结构制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池的选择性电极结构制备方法，包括以下步骤：提供硅基体；在硅基体表面预定区域注入离子源；对注入离子源后的硅基体通过扩散进行掺杂，以在离子源注入区域形成第一掺杂区域，在离子源注入区域之外的区域形成第二掺杂区域，第一掺杂区域的掺杂浓度大于第二掺杂区域的掺杂浓度；去除硅基体表面所生成的硅玻璃；第一掺杂区域和第二掺杂区域上设置钝化层；在第一掺杂区域对应的位置设置与其连接的金属接触电极。通过上述方法选择不同硅基体并掺杂相应的掺杂元素能制备太阳能电池选择性发射极或表面场，能获得更高表面浓度、更深结深的第一掺杂区域，获得更低表面浓度、更浅结深的第二掺杂区域，一次扩散不需较多工序与设备。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能电池的选择性电极结构制备方法。
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，尽量低的生产成本和尽量高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。要想获得高效率的太阳能电池，其表面必须具有良好的钝化，较低的表面复合速率，进而可以获得较高的开压、电流和效率。而现在普通晶硅太阳能电池制备技术普遍采用均匀性掺杂的发射极。为了降低发射极的表面复合，提升晶硅太阳能电池的短波响应，必须降低发射极的表面掺杂浓度；与此同时，为了降低金属接触复合和接触电阻，必须提高发射极的表面掺杂浓度。而选择性发射极(Selective Emitter)是一个非常好的选择，其具体结构是：(1)在电极栅线以下及其附近区域形成重掺杂区，以提高开路电压，降低接触电阻，提高填充因子；(2)在非栅线区域形成浅掺杂区，以获得较好的表面钝化效果，提高短波响应和载流子收集率，从而提高短路电流。
在专利CN201966219U及CN102214709B中先采用两步扩散办法，先进行低表面浓度扩散形成轻掺杂区域，然后掩膜并开膜，来进行高表面浓度扩散形成重掺杂区域。另外，专利CN102386280B中先在表面旋涂掺杂源，然后进行高温热处理形成轻掺杂区域，然后采用激光掺杂的方式形成重掺杂区域。上述公开的方法中，需要较多的工序与设备，很大程度上提高了生产成本；此外，多次高温扩散会对硅片的少子寿命产生负面影响，限制了转化效率的进一步提升。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种太阳能电池的选择性电极结构制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
根据本发明实施例的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，所述选择性电极结构为选择性发射极或选择性表面场，包括以下步骤：
步骤S1，提供硅基体；
步骤S2，在所述硅基体表面预定区域注入离子源；
步骤S3，对注入所述离子源后的所述硅基体通过扩散进行掺杂，以在所述离子源注入区域形成第一掺杂区域，在所述离子源注入区域之外的区域形成第二掺杂区域，其中所述第一掺杂区域的掺杂浓度大于所述第二掺杂区域的掺杂浓度。
进一步地，在步骤S2中，在所述硅基体表面预定区域注入离子源的能量为1KeV-40KeV。
进一步地，步骤S2中所使用的所述离子源与所述步骤S3中所述扩散所使用的掺杂元素相同。
进一步地，所述选择性电极结构为选择性发射极，所述离子源的导电类型及所述扩散所使用的掺杂元素的导电类型与所述硅基体的导电类型相反。
进一步地，所述选择性电极结构为选择性表面场，所述离子源的导电类型及所述扩散所使用的掺杂元素的导电类型与所述硅基体的导电类型相同。
进一步地，所述离子源为磷，所述扩散所使用的掺杂元素为磷，且所述步骤S3中在磷扩散炉管中进行所述扩散，所述离子源的注入剂量为5.0E14atoms/cm2-5.0E16atoms/cm2，所述步骤S3中的扩散温度为700-900℃；
或者，所述离子源为硼，所述扩散所使用的掺杂元素为硼，且所述步骤S3中在硼扩散炉管中进行所述扩散，所述离子源的注入剂量为3.0E14atoms/cm2-3.0E16atoms/cm2，所述步骤S3中的扩散温度为900-1000℃。
进一步地，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域相互交替分布。
进一步地，在步骤S3中，所述第一掺杂区域的表面浓度为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3，所述第二掺杂区域的表面浓度为1.0E18atoms/cm3-3.0E20atoms/cm3。
进一步地，在步骤S3中，所述第一掺杂区域的方阻为10ohm/sq-100ohm/sq，所述第二掺杂区域的方阻为80ohm/sq-200ohm/sq。
进一步地，所述步骤S3之后，还包括：
步骤S4，去除由于扩散在硅基体表面所生成的硅玻璃；
步骤S5，在所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域上设置钝化层；
步骤S6，在所述第一掺杂区域对应的位置设置与其连接的金属接触电极。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
根据本发明的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，通过选择不同的硅基体并掺杂相应的掺杂元素能够制备出太阳能电池的选择性的发射极或表面场，能够获得更高表面浓度、更深结深的第一掺杂区域，以提高开路电压，降低接触电阻，提高填充因子，获得更低表面浓度、更浅结深的第二掺杂区域，以获得较好的表面钝化效果，提高短波响应和载流子收集率，从而提高短路电流，减少高温扩散对硅片的少子寿命产生负面影响，一次扩散工艺不需要较多的工序与设备，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例的太阳能电池的选择性电极结构制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的太阳能电池的选择性电极结构制备方法中注入离子源后的示意图；
图3为本发明实施例的太阳能电池的选择性电极结构制备方法中扩散后的示意图；
图4为本发明实施例的太阳能电池的选择性电极结构制备方法中去除硅玻璃后的示意图；
图5为本发明实施例的太阳能电池的选择性电极结构制备方法中设置钝化层后的示意图；
图6为本发明实施例的太阳能电池的选择性电极结构制备方法中设置金属接触电极后的示意图。
附图标记：
硅基体10；离子源区域20；
第一掺杂区域11；第二掺杂区域12；硅玻璃13；
钝化层14；金属接触电极15。
具体实施方式
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的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
下面结合附图具体描述根据本发明实施例的太阳能电池的选择性电极结构制备方法。
如图1至图6所示，根据本发明实施例的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，选择性电极结构为选择性发射极或选择性表面场，包括以下步骤：
步骤S1，提供硅基体10。
在步骤S1中，硅基体10可以为p型硅基体或n型硅基体。
步骤S2，在硅基体10表面预定区域注入离子源。
在步骤S2中，可以先对硅基体10表面进行清洗，去除硅基体10表面的杂质，减小杂质的影响，硅基体10的表面形貌可以是制绒面、湿刻面及抛光面中的一种或多种结合，然后在清洗后的硅基体10表面预定区域注入离子源，如图2所示，注入离子源后的区域形成为离子源区域20。在离子源注入工艺过程中，离子源可以通过镂空挡板，实现预定区域注入高浓度离子源，可以将清洗后的硅基体10放置于带镂空挡板的离子注入机中，挡板上的镂空图案与之后形成的金属接触电极形状相匹配。离子源可以为磷或硼元素，具体的元素可以根据硅基体10的类型来选择。
步骤S3，对注入离子源后的硅基体10通过扩散进行掺杂，以在离子源注入区域形成第一掺杂区域11，在离子源注入区域之外的区域形成第二掺杂区域12，其中第一掺杂区域11的掺杂浓度大于第二掺杂区域12的掺杂浓度。
在步骤S3中，注入离子源后的硅基体10进行清洗后，可以进行扩散，如图3所示，进行扩散时会在硅基体10表面生成硅玻璃13，扩散过程中，高浓度离子源被激活并且高浓度离子源区域也会被扩散，以在离子源注入区域形成第一掺杂区域11，在离子源注入区域之外的区域形成第二掺杂区域12，其中第一掺杂区域11的掺杂浓度大于第二掺杂区域12的掺杂浓度，第一掺杂区域11可以作为重掺杂区域，第二掺杂区域12可以作为轻掺杂区域。
在步骤S3之后还可以包括以下步骤：
步骤S4，去除由于扩散在硅基体10表面所生成的硅玻璃13。
在步骤S4中，可以采用HF等化学溶液将硅基体10表面所生成的硅玻璃13除去，如图4所示为去除硅玻璃13后的示意图。
步骤S5，在第一掺杂区域11和第二掺杂区域12上设置钝化层14。
在步骤S5中，去除硅基体10表面所生成的硅玻璃13后，如图5所示，在第一掺杂区域11和第二掺杂区域12上设置钝化层14，钝化层14的具体厚度和材料可以根据需要合理选择，比如，可以为氧化硅、氧化铝或氮氧化硅。
步骤S6，在第一掺杂区域11对应的位置设置与其连接的金属接触电极15。
在步骤S6中，可以采用丝网印刷的方式在硅基体10上第一掺杂区域11对应的位置上设置金属接触电极15，如图6所示为设置金属接触电极15后的示意图。
在上述方法中，当选择的硅基体10为p型硅基体，掺杂磷元素时，或者硅基体10为n型硅基体，掺杂硼元素时，通过上述方法制备出的电极结构为太阳能电池的选择性发射极；当选择的硅基体10为p型硅基体，掺杂硼元素时，或者硅基体10为n型硅基体，掺杂磷元素时，通过上述方法制备出的电极结构为太阳能电池的选择性表面场。
通过上述太阳能电池的选择性电极结构制备方法，通过选择不同的硅基体并掺杂相应的掺杂元素能够制备出太阳能电池的选择性的发射极或表面场，能够获得更高表面浓度、更深结深的第一掺杂区域，获得更低表面浓度、更浅结深的第二掺杂区域，以获得较好的表面钝化效果，一次扩散工艺不需要较多的工序与设备，降低了生产成本。
根据一些实施例，在步骤S2中，在硅基体10表面预定区域注入离子源的能量为1KeV-40KeV。
在一些具体实施例中，步骤S2中所使用的离子源与步骤S3中扩散所使用的掺杂元素相同，比如，硅基体10为p型硅基体，步骤S2中所使用的离子源与步骤S3中扩散所使用的掺杂元素都为磷，或者硅基体10为n型硅基体，步骤S2中所使用的离子源与步骤S3中扩散所使用的掺杂元素都为硼。
优选地，选择性电极结构为选择性发射极，离子源的导电类型及扩散所使用的掺杂元素的导电类型与硅基体10的导电类型相反，硅基体10为p型，离子源和掺杂元素是n型，例如离子源和掺杂元素可以是磷；硅基体10为n型，离子源和掺杂元素是p型，例如离子源和掺杂元素可以是硼。
在一些实施例中，选择性电极结构为选择性表面场，离子源的导电类型及扩散所使用的掺杂元素的导电类型与硅基体10的导电类型相同，硅基体10为p型，离子源和掺杂元素是p型的，例如离子源和掺杂元素可以是硼。硅基体10为n型，离子源和掺杂元素是n型的，例如离子源和掺杂元素可以是磷。
在一些具体实施例中，离子源可以为磷，扩散所使用的掺杂元素可以为磷，且步骤S3中可以在磷扩散炉管中进行扩散，离子源的注入剂量可以为5.0E14atoms/cm2-5.0E16atoms/cm2，比如，注入剂量可以为6.0E15atoms/cm2，步骤S3中的扩散温度可以为700-900℃，比如，可以在830℃进行磷扩散。
在另一些实施例中，离子源可以为硼，扩散所使用的掺杂元素可以为硼，且步骤S3中可以在硼扩散炉管中进行扩散，离子源的注入剂量可以为3.0E14atoms/cm2-3.0E16atoms/cm2，比如，注入剂量可以为3.0E15atoms/cm2，步骤S3中的扩散温度可以为900-1000℃，比如，可以在950℃进行硼扩散。
根据一些具体实施例，第一掺杂区域11和第二掺杂区域12可以相互交替分布，可以间隔开均匀分布，第一掺杂区域11和第二掺杂区域12可以分别呈长条状。
在一些具体实施例中，在步骤S3中，第一掺杂区域11的表面浓度可以为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3，第二掺杂区域12的表面浓度可以为1.0E18atoms/cm3-3.0E20atoms/cm3。
可选地，在步骤S3中，第一掺杂区域11的方阻可以为10ohm/sq-100ohm/sq，第二掺杂区域12的方阻可以为80ohm/sq-200ohm/sq。
具体地，在步骤S4中，可以通过HF溶液去除扩散后在硅基体表面生成的硅玻璃13，也可以通过其他的溶液去除。
在一些实施例中，在步骤S5中，钝化层14可以为氧化硅、氧化铝、氧化钛、氮氧化硅及多晶硅薄膜中的一种单层膜或者几种的叠层膜，比如，可以为氮化硅层，钝化层14的厚度可以为10-200nm，比如，可以为75nm或80nm。
在另一些具体实施例中，在步骤S5中，先通过原子沉积形成氧化铝层，氧化铝层可以为4nm，可以再采用板式等离子增强化学气相沉积法在氧化铝层上形成氮化硅层以构成钝化层14，氮化硅层可以为75nm。
根据本发明的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，通过选择不同的硅基体并掺杂相应的掺杂元素能够制备出太阳能电池的选择性的发射极或表面场，能够获得更高表面浓度、更深结深的第一掺杂区域，以提高开路电压，降低接触电阻，提高填充因子，获得更低表面浓度、更浅结深的第二掺杂区域，以获得较好的表面钝化效果，提高短波响应和载流子收集率，从而提高短路电流，减少高温扩散对硅片的少子寿命产生负面影响，一次扩散工艺不需要较多的工序与设备，降低了生产成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的选择性电极结构制备方法，所述选择性电极结构为选择性发射极或选择性表面场，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，提供硅基体；
步骤S2，在所述硅基体表面预定区域注入离子源；
步骤S3，对注入所述离子源后的所述硅基体通过扩散进行掺杂，以在所述离子源注入区域形成第一掺杂区域，在所述离子源注入区域之外的区域形成第二掺杂区域，其中所述第一掺杂区域的掺杂浓度大于所述第二掺杂区域的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，其特征在于，在步骤S2中，在所述硅基体表面预定区域注入离子源的能量为1KeV-40KeV。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，其特征在于，步骤S2中所使用的所述离子源与所述步骤S3中所述扩散所使用的掺杂元素相同。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，其特征在于，所述选择性电极结构为选择性发射极，所述离子源的导电类型及所述扩散所使用的掺杂元素的导电类型与所述硅基体的导电类型相反。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，其特征在于，所述选择性电极结构为选择性表面场，所述离子源的导电类型及所述扩散所使用的掺杂元素的导电类型与所述硅基体的导电类型相同。
6.根据权利要求3所述的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，其特征在于，所述离子源为磷，所述扩散所使用的掺杂元素为磷，且所述步骤S3中在磷扩散炉管中进行所述扩散，所述离子源的注入剂量为5.0E14atoms/cm2-5.0E16atoms/cm2，所述步骤S3中的扩散温度为700-900℃；
或者，
所述离子源为硼，所述扩散所使用的掺杂元素为硼，且所述步骤S3中在硼扩散炉管中进行所述扩散，所述离子源的注入剂量为3.0E14atoms/cm2-3.0E16atoms/cm2，所述步骤S3中的扩散温度为900-1000℃。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，其特征在于，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域相互交替分布。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述第一掺杂区域的表面浓度为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3，所述第二掺杂区域的表面浓度为1.0E18atoms/cm3-3.0E20atoms/cm3。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述第一掺杂区域的方阻为10ohm/sq-100ohm/sq，所述第二掺杂区域的方阻为80ohm/sq-200ohm/sq。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池的选择性电极结构制备方法，其特征在于，所述步骤S3之后，还包括：
步骤S4，去除由于扩散在硅基体表面所生成的硅玻璃；
步骤S5，在所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域上设置钝化层；
步骤S6，在所述第一掺杂区域对应的位置设置与其连接的金属接触电极。
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