CN110098279A - 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：对N型硅衬底进行双面制绒；在该N型硅衬底正面形成氧化层；在该氧化层上形成非晶硅或多晶硅；对该非晶硅或多晶硅进行选择性含硼元素注入，以在非晶硅或多晶硅的预定区域形成含硼元素掺杂；热处理该N型硅衬底，经含硼元素掺杂的非晶硅或多晶硅形成P型多晶硅，未经含硼元素掺杂的非晶硅或多晶硅形成本征多晶硅；对该N型硅衬底的正面进行碱刻蚀以去除至少部分该本征多晶硅，并保留P型多晶硅。利用简单的离子注入和选择性碱刻蚀工艺在N型太阳能电池正面形成图案化多晶硅层，既能减小多晶硅的吸光效应，又可以减少少子复合对太阳能电池效率的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制作方法，特别是涉及一种具有选择性电极的太阳能电池的制作方法。
背景技术
N型太阳能电池因为其较高的转化效率、超低的光致衰减以及双面发电的特性收到越来越多的关注。目前N型双面电池已经实现大规模的量产。但是受到背面钝化和金属半导体接触处的少子复合的限制，N型双面电池转化效率在22％将达到瓶颈。TOPCon(隧穿氧化层钝化接触)技术的发展给n型太阳能电池提供了进一步提升效率的空间。
TOPCon技术利用隧穿氧化层和多晶硅载流子选择性电极避免了金属半导体接触处的少子复合，可以得到700mV以上的开路电压。N型太阳能电池背面采用TOPCon技术，利用背面n型多晶硅形成背面载流子选择性电极，避免了背面金属半导体接触处的少子复合，降低了太阳能电池的暗饱和电流J0，可以实现23％以上的转换效率。但是正面仍然采用硼扩散形成发射极，印刷烧结形成正面电极。正面金属半导体接触处的少子复合对太阳能电池效率造成的降低仍然存在。要进一步提升N型太阳能电池的转换效率，降低正面金属半导体接触处的少子复合是必须要解决的问题。正面采用TOPCon技术，用P型多晶硅形成载流子选择性电极可以避免正面金属半导体接触处的少子复合。但是由于多晶硅吸光严重，正面多晶硅层在提高太阳能电池开压的同时，也会降低太阳能电池的短路电流，对转换效率的提高帮助不大。减薄正面多晶硅层可以降低多晶硅层光吸收，当多晶硅厚度小于5nm时，其光吸收对太阳能电池效率的影响可以忽略。但是正面多晶硅层太薄时，在最后丝网印刷银浆高温烧结形成金属电极时，银浆容易烧穿多晶硅层直接与硅片衬底接触，破环多晶硅载流子选择性电极的作用。所以在N型太阳能电池正面采用TOPCon技术提升转换效率时，理想的情况是在正面形成图案化多晶硅层：与金属电极接触的区域采用厚的P型多晶硅层，不与金属电极接触的区域采用薄的多晶硅层。但是这样的图案需要用复杂昂贵的光刻和刻蚀工艺才能实现，而采用了复杂的工艺制得的产品通常都具有较高的制造成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了消除n型太阳能电池正面金属半导体接触处的少子复合，并且避免正面多晶硅层具有较高的光吸收而对电池转换效率的负面影响的缺陷，提供一种太阳能电池的制作方法，利用简单的离子注入和碱刻蚀工艺在太阳能电池的正面形成图案化多晶硅层，进一步提高N型太阳能电池的开压和转换效率。
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，其特点在于，包括以下步骤：
S1：对N型硅衬底进行双面制绒；
S2：在该N型硅衬底正面形成氧化层；
S3：在该氧化层上形成非晶硅或多晶硅；
S4：对该非晶硅或多晶硅进行选择性含硼元素注入，以在非晶硅或多晶硅的预定区域形成含硼元素掺杂；
S5：热处理该N型硅衬底，经含硼元素掺杂的非晶硅或多晶硅形成P型多晶硅，未经含硼元素掺杂的非晶硅或多晶硅形成本征多晶硅；
S6：对该N型硅衬底的正面进行碱刻蚀以去除至少部分该本征多晶硅，并保留P型多晶硅。
本发明利用掺杂多晶硅和本征多晶硅对碱有着不同的承受能力来形成不同厚度的多晶硅，从而制作选择性电极，实现透光率和减小少子复合之间的平衡。
优选地，步骤S6中本征多晶硅和P型多晶硅的刻蚀速率之比为10：1-200：1。
优选地，S1和S2步骤之间还包括以下步骤：
St1：对该N型硅衬底进行硼扩散以在该N型硅衬底的正面中形成硼掺杂层并在该N型硅衬底的正面形成硼硅玻璃，以及在该N型硅衬底的背面形成硼掺杂区域并在N型硅衬底的背面形成硼硅玻璃；
St2：去除N型硅衬底正面和背面的硼硅玻璃，并去除背面的该硼掺杂区域，
其中，硼掺杂层中硼的掺杂浓度小于非晶硅或多晶硅中硼的掺杂浓度，
或者，S1和S2步骤之间还包括以下步骤：
Sp1：对该N型硅衬底的正面进行含硼元素注入以在该N型硅衬底的正面中形成硼掺杂层，
其中硼掺杂层中硼的掺杂浓度小于非晶硅或多晶硅中硼的掺杂浓度，掺杂源为单质硼或B2H6、BF3或者BCl3。
优选地，该氧化层厚度为0.5nm-10nm，和/或，
该氧化层通过热氧化、化学氧化或自然氧化形成。
优选地，该非晶硅或者该多晶硅厚度为5-500nm，和/或，
该非晶硅或者该多晶硅通过LPCVD(低压力化学气相沉积)或PECVD(等离子体增强化学的气相沉积)形成。
优选地，步骤S4中采用的掺杂源为单质硼、B2H6、BF3或者BCl3。
优选地，步骤S4中注入能量为0.5-15keV，剂量为1e14-1e16/cm2。
优选地，步骤S4中含硼元素掺杂的区域的宽度为50-200μm。
优选地，步骤S5中热处理的温度为700℃-1000℃，时间为5-120分钟。
优选地，步骤S6中碱刻蚀采用NaOH、KOH、TMAH(四甲基氢氧化铵)或有机碱进行，刻蚀温度为室温至80℃，刻蚀时间为1-60分钟。
优选地，步骤S6中刻蚀后的P型多晶硅的厚度为5nm-500nm，刻蚀后的本征多晶硅厚度为0-5nm。
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：利用简单的离子注入和选择性碱刻蚀工艺在N型太阳能电池正面形成图案化多晶硅层。不与正面金属电极接触的区域利用选择性碱刻蚀去除部分或全部多晶硅层，降低多晶硅层光吸收对太阳能电池转换效率的负面影响。与正面金属电极接触的区域采用厚的P型多晶硅层，避免了正面金属半导体接触处的少子复合。因此N型太阳能电池能得到更高的开路电压，进一步提升N型太阳能电池的转化效率。在形成正面图案化多晶硅层时，利用P型多晶硅在碱中刻蚀速率慢的特性，避免了复杂昂贵的光刻工艺。
附图说明
图1为本发明实施例1所示的在N型硅衬底上形成氧化层的示意图。
图2为本发明实施例1所示的在氧化层层形成多晶硅的示意图。
图3为本发明实施例1所示的利用掩模进行图案化注入的示意图。
图4本发明实施例1退火后形成P型多晶硅和本征多晶硅的示意图。
图5为本发明实施例1碱刻蚀后形成正面图案化多晶硅层的示意图。
图6为本发明实施例2碱刻蚀后形成正面图案化多晶硅层的示意图。
图7为本发明实施例3碱刻蚀后形成正面图案化多晶硅层的示意图。
图8为本发明实施例4碱刻蚀后形成正面图案化多晶硅层的示意图。
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5，介绍实施例1所述的工艺流程。首先对N型硅衬底进行双面制绒(在本发明中为了图示标识的简洁，未示出硅衬底正面和背面的绒面)。
参考图1，在所述N型硅衬底100上形成一氧化层101。所述氧化层101为通过热氧化的方式制作形成的氧化硅，厚度为3nm。
参考图2，在所述氧化层101上形成一多晶硅层102。所述多晶硅层通过LPCVD制作形成，厚度为100nm。
参考图3，结合一掩模201对所述多晶硅层102进行图案化离子注入。离子注入掺杂源为BF3，离子化后形成BF2 +束流。BF2 +束流通过所述掩模201的镂空区域被注入到所述多晶硅层102的预定区域中，被注入的区域宽度为100um。BF2 +束流的注入能量为5keV，剂量为3e15/cm2。
参考图4，对所述经过图案化注入的多晶硅层102进行退火，形成未掺杂的本征多晶硅区域102a和硼掺杂的P型多晶硅区域102b。退火温度为900℃，退火时间为30分钟。
参考图5，对所述未掺杂的本征多晶硅区域102a和硼掺杂的p型多晶硅区域102b进行碱刻蚀。所用碱为TMAH。因为P型多晶硅在TMAH中的刻蚀速率远远小于本征多晶硅在TMAH中的刻蚀速率，所述本征多晶硅102a被完全刻蚀掉，暴露出多晶硅下的氧化层101，而P型多晶硅则大部分得以保留(本实施例中采用1％TMAH溶液刻蚀10分钟，经过刻蚀后的P型多晶硅为95nm厚，所述百分比为质量百分比)。由于TMAH无法刻蚀氧化硅，刻蚀步骤完成，在所述N型硅衬底100正面形成图案化多晶硅层。
之后，执行太阳能电池的其他工艺，例如形成背面氧化层和N型多晶硅层；形成正面Al2O3和背面SiO2钝化层；PECVD沉积SiN形成正面和背面减反射层；用丝网印刷形成正面和背面金属电极。
实施例2
实施例2的基本原理与实施例1一致，不同之处在于：在做碱刻蚀时，保留一定厚度的本征多晶硅层。
参考图6，对所述未掺杂的本征多晶硅102a和硼掺杂的P型多晶硅区域102b进行碱刻蚀，所用碱为TMAH，采用1％TMAH溶液刻蚀5分钟。虽然P型多晶硅在TMAH中的刻蚀速率远远小于本征多晶硅在TMAH中的刻蚀速率，但是刻蚀时间稍短，由此形成较薄的本征多晶硅102a和较厚的P型多晶硅102b。所述本征多晶硅102a的厚度为5nm，所述P型多晶硅102b厚度为98nm，在所述N型硅衬底100正面形成图案化多晶硅层。
实施例3
实施例3的基本原理与实施例1一致，不同之处在于：在对所述N型硅衬底100进行双面制绒后先进行硼扩散形成正面硼发射极103。硼扩散后去除硼硅玻璃，同时刻蚀背面因扩散形成的硼掺杂区域。后续步骤和实施例1一致，得到结构如图7所示。
实施例4
实施例4的基本原理与实施例2一致，不同之处在于：在对所述N型硅衬底100进行双面制绒后先进行硼扩散形成正面硼发射极103。硼扩散后去除硼硅玻璃，同时刻蚀背面因扩散形成的硼掺杂区域。后续步骤和实施例1一致，得到结构如图8所示。
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 (11)
1.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对N型硅衬底进行双面制绒；
S2：在该N型硅衬底正面形成氧化层；
S3：在该氧化层上形成非晶硅或多晶硅；
S4：对该非晶硅或多晶硅进行选择性含硼元素注入，以在非晶硅或多晶硅的预定区域形成含硼元素掺杂；
S5：热处理该N型硅衬底，经含硼元素掺杂的非晶硅或多晶硅形成P型多晶硅，未经含硼元素掺杂的非晶硅或多晶硅形成本征多晶硅；
S6：对该N型硅衬底的正面进行碱刻蚀以去除至少部分该本征多晶硅，并保留P型多晶硅。
2.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S6中本征多晶硅和P型多晶硅的刻蚀速率之比为10：1-200：1。
3.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，S1和S2步骤之间还包括以下步骤：
St1：对该N型硅衬底进行硼扩散以在该N型硅衬底的正面中形成硼掺杂层并在该N型硅衬底的正面形成硼硅玻璃，以及在该N型硅衬底的背面形成硼掺杂区域并在N型硅衬底的背面形成硼硅玻璃；
St2：去除N型硅衬底正面和背面的硼硅玻璃，并去除背面的该硼掺杂区域，
其中，硼掺杂层中硼的掺杂浓度小于非晶硅或多晶硅中硼的掺杂浓度，
或者，S1和S2步骤之间还包括以下步骤：
Sp1：对该N型硅衬底的正面进行含硼元素注入以在该N型硅衬底的正面中形成硼掺杂层，
其中硼掺杂层中硼的掺杂浓度小于非晶硅或多晶硅中硼的掺杂浓度，掺杂源为单质硼或B2H6、BF3或者BCl3。
4.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该氧化层厚度为0.5nm-10nm，和/或，
该氧化层通过热氧化、化学氧化或自然氧化形成。
5.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该非晶硅或者该多晶硅厚度为5-500nm，和/或，
该非晶硅或者该多晶硅通过LPCVD或PECVD形成。
6.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S4中采用的掺杂源为单质硼、B2H6、BF3或者BCl3。
7.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S4中注入能量为0.5-15keV，剂量为1e14-1e16/cm2。
8.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S4中含硼元素掺杂的区域的宽度为50-200μm。
9.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S5中热处理的温度为700℃-1000℃，时间为5-120分钟。
10.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S6中碱刻蚀采用NaOH、KOH、TMAH或有机碱进行，刻蚀温度为室温至80℃，刻蚀时间为1-60分钟。
11.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S6中刻蚀后的P型多晶硅的厚度为5nm-500nm，刻蚀后的本征多晶硅厚度为0-5nm。
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