CN111564520A - 一种用于太阳能电池制作的掺杂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，所述方法按顺序包括制绒工艺、单面刻蚀工艺、离子注入工艺、RCA清洗工艺、扩散掺杂工艺和镀膜及金属化工艺；只需要经过一次高温工艺即可实现发射极及背表面场的掺杂工艺，达到相同的掺杂特性，并取得掺杂表面的均一性，减少电池制作的工艺流程，缩短了电池制作的工艺时间，减少了能源的消耗，降低了电池制作的成本。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，涉及一种用于太阳能电池制作的掺杂方法。
背景技术
对于太阳能电池制作而言，PN结的形成及背表面场钝化层是太阳能电池制作的核心部分。发射极掺杂浓度过高会引起发射极复合增大，导致开路电压降低，发射极掺杂浓度过低会影响发射极区欧姆接触的形成，还会导致多子横向运输电阻增大，导致电阻损失增大，发射极深度过小可能会引起隧穿漏电等问题，导致并联电阻减小影响电池效率；背表面场钝化层能够增强电池的表面钝化特性，减少了少数载流子在表面的复合，从而提高电池的开路电压。而PN结的制作及背表面场钝化层主要是通过掺杂工艺来实现的，因此掺杂方式及对掺杂工艺的优化是提高电池转换效率最为关键的部分。通常PN结及背表面场钝化层是通过扩散工艺或离子注入叠加后退火工艺来实现的。对于衬底为P型的电池，现有的掺杂方式是将制绒后的硅片进行磷扩散掺杂形成N+发射极，然后通过刻蚀工序，去除正面的磷硅玻璃，并对背面进行单面刻蚀，然后在通过离子注入或扩散工艺进行背表面的硼掺杂P+背表面场，从而实现电池发射极及背场的掺杂工艺；对于衬底为N型的电池，现有的掺杂方式是将制绒后的硅片进行硼扩散掺杂形成P+发射极，然后通过刻蚀工序，去除正面的硼硅玻璃，并对背面进行单面刻蚀，然后在通过离子注入或扩散工艺进行背表面的磷掺杂形成N+背表面场，从而实现电池发射极及背场的掺杂工艺。
因而现有的掺杂工艺中PN结及背表面场钝化层的形成分别需要通过两次高温工艺来实现，这种掺杂方式制作工艺繁琐，能源消耗大；且两次高温处理工艺增加了电池制作的工艺步骤，延长了工艺时间。本发明针对目前PN结制作及背表面场形成过程中的缺陷与不足，提供了一种能够同时实现PN结制作及背表面掺杂的工艺，缩短了电池制作的工艺流程及工艺时间，减少了电池制作过程中的能源消耗。
发明内容
本发明所要设计并解决的技术问题是，发明一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，所述方法按顺序包括制绒工艺、单面刻蚀工艺、离子注入工艺、RCA清洗工艺、扩散掺杂工艺和镀膜及金属化工艺；所述制绒工艺为将原始硅片利用加热的强酸或者强碱溶液去除损伤层，然后利用低浓度的碱性溶液对硅片的各向异性腐蚀特性进行制绒；所述单面刻蚀工艺为利用HNO3及HF的混合溶液对硅片进行单面刻蚀；所述离子注入工艺为通过离子注入机台在刻蚀面注入磷源或硼源；所述RCA清洗工艺为将离子注入后的硅片通过强酸溶液去除所述离子注入工艺引入的有机物及表面的金属离子污染；所述扩散掺杂工艺为将RCA清洗后的两块晶片经过所述离子注入工艺的面朝向内，载入到石英舟内，完成正面的硼扩散掺杂工艺或磷掺杂工艺，N2和O2的混合气体携带硼源或磷源气体，在硅片表面形成形成N性电池的PN结；所述镀膜及金属化工艺为将经过所述扩散掺杂工艺的晶片采用质量分数为3％-6％的HF溶液对正面发射极及背面硅玻璃同时去除，最后再进行镀膜及金属化工艺完成N型电池结构的制作。
优选的，所述制绒工艺采用KOH(质量分数为1％～10％)与H2O2(质量分数为3～6％)的混合溶液去除损伤层，温度为50℃～85℃。
优选的，所述制绒工艺采用质量分数为1％～4％的KOH或NaOH溶液对硅片表面进行制绒。
优选的，所述制绒工艺过程添加异丙醇溶液以减慢制绒速率。
优选的，所述离子注入工艺的磷源为红磷或磷烷，注入剂量为1.0×1014atoms/cm2～6.0×1015atoms/cm2。
优选的，所述离子注入工艺的硼源为硼烷，注入剂量为1.0×1014atoms/cm2～5.0×1015atoms/cm2。
优选的，所述RCA清洗工艺通过HCl(质量分数为1％～2％)及H2O2(质量分数为1％～2％)的混合溶液进行清洗120～360s。
优选的，所述扩散掺杂工艺的硼源气体为BBr3源气体，硼扩散温度为880-980℃。
优选的，所述扩散掺杂工艺的磷源气体为POCl3气体，磷扩散温度为830-870℃。
本发明的目的是提供一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，特别是对于近年来趋于产业化发展的高效电池发射极及背表面场的掺杂，该方法解决了现有技术电池制作中N型掺杂及P型掺杂单独掺杂的方式，即电池发射极及背场的掺杂主要是通过两次高温工艺来完成。
本发明专利所提供的方法只需要经过一次高温工艺即可实现发射极及背表面场的掺杂工艺，达到相同的掺杂特性，并取得掺杂表面的均一性，减少电池制作的工艺流程，缩短了电池制作的工艺时间，减少了能源的消耗，降低了电池制作的成本。
附图说明
图1为N型衬底硼磷共掺杂流程图。
图2为P型衬底硼磷共掺杂流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
N型衬底硼磷共掺杂方法：
(1)制绒工艺：首先将原始硅片利用加热的强酸或者强碱溶液去除损伤层，一般对于单晶硅片选用KOH(质量分数为1％～10％)与H2O2(质量分数为3～6％)的混合溶液去除损伤层，温度选用50℃～85℃；然后利用低浓度的碱性溶液对硅片的各向异性腐蚀特性，采用质量分数为1％～4％的KOH或NaOH溶液对硅片表面进行制绒，制绒过程中通常会加入一定量的异丙醇溶液(或添加剂)以减慢制绒速率，保证制绒的均匀性。
(2)单面刻蚀工艺：采用湿法刻蚀工艺对制绒后的硅片进行单边刻蚀，即利用HNO3及HF的混合溶液对硅片进行单面刻蚀，使其硅片的某一面成为刻蚀面。
(3)离子注入工艺：通过离子注入机台在刻蚀面注入磷源(红磷或磷烷)，注入剂量为1.0×1014atoms/cm2～6.0×1015atoms/cm2，依据不同电池制作过程中掺杂浓度的需求，选用与之相匹配的注入剂量。
(4)RCA清洗工艺：将离子注入后的硅片通过HCl(质量分数为1％～2％)及H2O2(质量分数为1％～2％)的混合溶液进行清洗，去除离子注入工序引入的有机物及表面的金属离子污染。
(5)将RCA清洗后的硅片背靠背(将离子注入面朝向外侧，未进行离子注入的面朝向内侧)载入到石英舟内，通过低压硼扩散炉管完成正面的硼扩散掺杂工艺，N2和O2的混合气体携带BBr3源气体，在硅片表面形成P+发射极的制作，从而形成N性电池的PN结。由于硼扩散过程是在880-980℃的高温长时间条件下完成的，因而对于背面离子注入的磷源，在此高温工艺过程中起到了激活及推进作用，最后形成背表面场钝化掺杂。
(6)将形成掺杂工艺的硅片采用质量分数为3％-6％的HF溶液对正面发射极形成的硼硅玻璃及背面形成的磷硅玻璃同时去除，最后再进行镀膜及金属化工艺完成N型电池结构的制作。
P型衬底硼磷共掺杂方法：
(1)制绒工艺：将原始硅片利用加热的强酸或者强碱溶液去除损伤层，一般对于单晶硅片选用KOH(质量分数为1％～10％)与H2O2(质量分数为3～6％)的混合溶液去除损伤层，温度选用50℃～85℃；然后利用低浓度的碱性溶液对硅片的各向异性腐蚀特性，采用质量分数为1％～4％的KOH或NaOH溶液对硅片表面进行制绒，制绒过程中通常会加入一定量的异丙醇溶液(或添加剂)以减慢制绒速率，保证制绒的均匀性。
(2)单面刻蚀工艺：采用湿法刻蚀工艺对制绒后的硅片进行单边刻蚀，利用HNO3及HF的混合溶液对硅片进行单面刻蚀，使其硅片的某一面成为刻蚀面。
(3)离子注入工艺：通过离子注入机台在刻蚀面注入硼源(硼烷)，注入剂量为1.0×1014atoms/cm2～5.0×1015atoms/cm2，依据不同电池制作过程中掺杂浓度的需求，选用与之相匹配的注入剂量。
(4)RCA清洗工艺：将离子注入后的硅片通过HCl(质量分数为1％～2％)及H2O2(质量分数为1％～2％)的混合溶液进行清洗，去除离子注入工序引入的有机物及表面的金属离子污染。
(5)将RCA清洗后的硅片背靠背(将离子注入面朝向外侧，未进行离子注入的面朝向内侧)载入到石英舟内，通过磷源扩散炉管完成正面的磷掺杂工艺，N2和O2的混合气体携带POCl3气体，从而在硅片表面形成P性电池的PN结制作，由于磷扩散过程是在830-870℃的高温长时间条件下完成的，因而在此高温工艺过程中，对背表面离子注入的硼源起到了激活及推进作用，从而形成了背场N+型掺杂。
(6)将形成掺杂工艺的硅片采用质量分数为3％～6％的HF溶液同时对正面发射极形成的硼硅玻璃及背面形成的磷硅玻璃进行去除，最后再进行镀膜及金属化工艺完成N型电池结构的制作。
此种硼磷共掺杂方式特别适用于目前趋于产业化发展的高效电池制作，如PERL电池(钝化发射极背面局部接触)、PERT(钝化发射极背表面全扩散)、IBC(交叉背接触太阳电池)、TOPCON(遂穿氧化层纯化接触太阳电池)等高效电池，凡是使用此种共掺杂方式制作的太阳能电池，均属于本发明专利所保护的范围。
以上通过特定的实例说明本发明的具体实施方式，本技术领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施和应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同的应用场合和需求，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰和改变。
Claims (9)
1.一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，其特征在于：所述方法按顺序包括制绒工艺、单面刻蚀工艺、离子注入工艺、RCA清洗工艺、扩散掺杂工艺和镀膜及金属化工艺；
所述制绒工艺为将原始硅片利用加热的强酸或者强碱溶液去除损伤层，然后利用低浓度的碱性溶液对硅片的各向异性腐蚀特性进行制绒；
所述单面刻蚀工艺为利用HNO3及HF的混合溶液对硅片进行单面刻蚀；
所述离子注入工艺为通过离子注入机台在刻蚀面注入磷源或硼源；
所述RCA清洗工艺为将离子注入后的硅片通过强酸溶液去除所述离子注入工艺引入的有机物及表面的金属离子污染；
所述扩散掺杂工艺为将RCA清洗后的两块晶片经过所述离子注入工艺的面朝向内，载入到石英舟内，完成正面的硼扩散掺杂工艺或磷掺杂工艺，N2和O2的混合气体携带硼源或磷源气体，在硅片表面形成形成N性电池的PN结；
所述镀膜及金属化工艺为将经过所述扩散掺杂工艺的晶片采用质量分数为3％-6％的HF溶液对正面发射极及背面硅玻璃同时去除，最后再进行镀膜及金属化工艺完成N型电池结构的制作。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，其特征在于：所述制绒工艺采用KOH(质量分数为1％～10％)与H2O2(质量分数为3～6％)的混合溶液去除损伤层，温度为50℃～85℃。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，其特征在于：所述制绒工艺采用质量分数为1％～4％的KOH或NaOH溶液对硅片表面进行制绒。
4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，其特征在于：所述制绒工艺过程添加异丙醇溶液以减慢制绒速率。
5.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，其特征在于：所述离子注入工艺的磷源为红磷或磷烷，注入剂量为1.0×1014atoms/cm2～6.0×1015atoms/cm2。
6.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，其特征在于：所述离子注入工艺的硼源为硼烷，注入剂量为1.0×1014atoms/cm2～5.0×1015atoms/cm2。
7.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，其特征在于：所述RCA清洗工艺通过HCl(质量分数为1％～2％)及H2O2(质量分数为1％～2％)的混合溶液进行清洗120～360s。
8.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，其特征在于：所述扩散掺杂工艺的硼源气体为BBr3源气体，硼扩散温度为880-980℃。
9.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制作的掺杂方法，其特征在于：所述扩散掺杂工艺的磷源气体为POCl3气体，磷扩散温度为830-870℃。
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