CN111739957B - N型太阳能电池的选择性掺杂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种N型太阳能电池的选择性掺杂方法，采用硼浆作为重掺区扩散源，采用气相硼源作为轻掺区扩散源；印刷硼浆前先在硅片表面覆盖第一氧化层，再在印刷的硼浆上覆盖第二氧化层，通过两层氧化层阻挡，达到即减少硼浆外扩，又可降低轻掺杂区掺杂量；且在高温推进时，采用差异化推进的方式，先推进以硼浆为硼源的重掺区，然后再通气相硼源，并共同推进重掺区和轻掺区，实现重轻掺杂差异化明显分布。

Description

N型太阳能电池的选择性掺杂方法
技术领域
本发明涉及光伏领域，具体涉及一种N型太阳能电池的选择性掺杂方法。
背景技术
传统太阳能电池前表面分为两块区域，一个是与电极浆料接触区域，另一个是光照区域，即没有电极浆料覆盖区。现有太阳能电池的发射极制备中，普遍采用均匀掺杂的发射极，即金属浆料接触区和光照区均匀掺杂。这种掺杂方式简便快速，但是有缺点，在金属浆料接触区，我们需要高掺杂浓度，降低金属半导体接触电阻，减少接触复合；在光照区域，我们需要低掺杂浓度，降低表面俄歇复合，提高载流子收集率，提高短波相应，提高钝化效果。这就是所谓的选择性掺杂。随着光伏高效电池技术的不断更新，转换效率逐步提升，对于钝化的要求越来越高，减少缺陷复合是主要方向，因此实现选择性发射极，并使得重掺杂区和轻掺杂区差异明显化是提效的关键步骤。
申请号为201610623742.9的中国专利公开了一种N型高效电池的制备方法，其采用纳米硼浆和三溴化硼进行选择性掺杂，首先印刷纳米硼浆作为重掺杂区域，然后通过与三溴化硼气体共同进行高温扩散的方式，实现重轻掺杂分布。但该专利的选择性掺杂方案，经实验发现存在如下问题：1）轻掺区掺杂浓度偏高且不均匀；2）纳米硼浆重掺杂区域的扩散深度和三溴化硼轻掺杂区域的扩散深度差异不大，重掺区在掺杂深度上没有优势；这种方案的电池串联电阻会较高，填充因子偏低，实际的效率增益有限。
发明内容
为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种N型太阳能电池的选择性掺杂方法，采用硼浆作为重掺区扩散源，采用气相硼源作为轻掺区扩散源；印刷硼浆前先在硅片表面覆盖第一氧化层，再在印刷的硼浆上覆盖第二氧化层，通过两层氧化层阻挡，达到即减少硼浆外扩，又可降低轻掺杂区掺杂量；且在高温推进时，采用差异化推进的方式，先推进以硼浆为硼源的重掺区，然后再通气相硼源，并共同推进重掺区和轻掺区，实现重轻掺杂差异化明显分布。
优选的，所述第一氧化层和第二氧化层都为氧化硅。
优选的，上述N型太阳能电池的选择性掺杂方法，包括如下具体步骤：
1）第一次热氧化：通过第一次热氧化，在硅片表面形成第一氧化层，该第一氧化层覆盖硅片表面；
2）印刷硼浆：在第一氧化层表面的局部区域印刷硼浆并烘干，以第一氧化层表面上印刷有硼浆的区域为浆料区，以第一氧化层表面上未印刷有硼浆的区域为非浆料区，浆料区与重掺区相对应，非浆料区与轻掺区相对应；
3）第二次热氧化：通过第二次热氧化，在硼浆表面形成第二氧化层，该第二氧化层覆盖硼浆表面，且第二次热氧化使第一氧化层的非浆料区增厚；
4）第一次高温推进：通过第一次高温推进，实现硼浆对硅片重掺区的硼扩散掺杂；
5）第二次高温推进：先通入气相硼源，再通过第二次高温推进，实现气相硼源对硅片轻掺区的硼扩散掺杂，且第二次高温推进使重掺区的扩散深度增加。
优选的，步骤1）中，硅片表面为硅片的正面，该硅片的正面具有绒面结构。
优选的，步骤1）中，第一次热氧化在管式炉中实施，第一次热氧化的氧化温度为800～900℃，氧化时间为5～30min，氧气流量为500～5000sccm；或者，第一次热氧化在链式炉中实施，第一次热氧化的氧化温度为650～800℃，氧化时间为5～20min，氧气流量为1～5slm。
优选的，步骤2）中，硼浆为纳米硅硼浆。
优选的，步骤2）中，烘干温度为80～300℃，烘干时间为0.5～5min。
优选的，步骤3）中，第二次热氧化在管式炉中实施，第二次热氧化的氧化温度为800～900℃，氧化时间为5～20min，氧气流量为500～5000sccm。
优选的，步骤4）中，第一次高温推进在管式炉中实施，第一次高温推进的推进温度为900℃～1000℃，推进时间为30～60min，气氛为全氮。
优选的，步骤5）中，第二次高温推进在管式炉中实施，管式炉中通入的气相硼源为三溴化硼或三氯化硼，沉积温度为850～950℃，通源时间为10～30min，源流量为120～240sccm，氧气流量为30～100sccm；第二次高温推进的推进温度为930～1000℃，推进时间为20～60min。
如前所述，申请号为201610623742.9的中国专利公开的选择性掺杂方案，存在如下问题：1）轻掺区掺杂浓度偏高且不均匀；2）纳米硼浆重掺杂区域的扩散深度和三溴化硼轻掺杂区域的扩散深度差异不大，重掺区在掺杂深度上没有优势。
经发明人研究发现，该专利方案产生上述问题的原因如下：1）纳米硼浆和三溴化硼共同进行高温扩散时，由于硼在高温有向空间扩散的特性，因此在高温环境下直接裸露的纳米硼浆会向硅表面的轻掺区进行扩散，导致轻掺区掺杂浓度偏高且不均匀；2）纳米硼浆和三溴化硼共同进行高温扩散，没有实现差异化推进，共同推进时，纳米硼浆中硼的推进速度和三溴化硼沉积BSG的反应推进速度差距不大，导致纳米硼浆重掺杂区域的扩散深度和三溴化硼轻掺杂区域的扩散深度差异不大，重掺区在掺杂深度上没有体现优势；这种方案的电池串联电阻会较高，填充因子偏低，实际的效率增益有限。
本发明采用硼浆作为重掺区扩散源，采用气相硼源作为轻掺区扩散源；为了解决上述问题，本发明主要采用如下手段：
1）本发明在印刷硼浆之前先通过第一次热氧化在硅片表面生成第一氧化层，还通过第二次热氧化在硼浆表面生成第二氧化层，第二氧化层可阻挡硼源外扩，第一氧化层可进一步阻挡硼浆硼源向非浆料区（轻掺区）的扩散，即第一氧化层和第二氧化层形成双重阻挡；且第二次热氧化使第一氧化层的非浆料区增厚，即使少量硼浆硼源在高温下突破第二氧化层外扩，非浆料区的第一氧化层也会阻挡外扩硼源的进一步扩散。
2）本发明轻掺区采用气相硼源作为掺杂源，在通源沉积时重掺区也会受到气相掺杂源的影响再次进行二次沉积，相当于两层掺杂源覆盖形成重掺杂区域，故重掺区形成的表面浓度比轻掺区更高，且第一氧化层非浆料区中气相硼源和少量外扩硼源重新分布均匀，可有限突破第一氧化层形成轻掺杂。本发明采用先推进硼浆然后再通源共同推进的扩散方式，可以实现重轻掺杂区域更大的差异化，可以使重掺区掺杂浓度更高，深度更深，而轻掺区掺杂浓度低，深度浅，且两者皆可调可控，方便工艺升级。
本发明具有如下特点：
1、本发明的选择性掺杂方法可在电池正表面（即绒面）上进行，对绒面无损伤。
2、本发明采用硼浆作为重掺杂区硼源，通过两层氧化阻挡层（即第一氧化层和第二氧化层），减少硼浆对轻掺杂区域的干扰，可与产线工艺高度融合。
3、本发明采用热扩散的方式进行掺杂源推进，对硅片影响小。
4、本发明采用管式炉差异化推进的方式，实现重掺杂区和轻掺杂区的差异化分布，使重掺区和轻掺区在掺杂浓度和深度上有更大的差异。
5、本发明步骤简单，容易实现和控制，可大规模生产，且本发明可大大提高整个工艺流程的效率，并可以让选择性硼扩散更为便捷、高效。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种N型太阳能电池的选择性掺杂方法，采用硼浆作为重掺区扩散源，采用气相硼源作为轻掺区扩散源；包括如下具体步骤：
1）第一次热氧化：第一次热氧化在管式炉中实施，第一次热氧化的氧化温度为800～900℃，氧化时间为5～30min，氧气流量为500～5000sccm；或者，第一次热氧化在链式炉中实施，第一次热氧化的氧化温度为650～800℃，氧化时间为5～20min，氧气流量为1～5slm；通过第一次热氧化，在硅片表面形成第一氧化层，第一氧化层为氧化硅，该第一氧化层覆盖硅片表面；硅片表面为硅片的正面，该硅片的正面具有绒面结构；
2）印刷硼浆：在第一氧化层表面的局部区域印刷硼浆并烘干，以第一氧化层表面上印刷有硼浆的区域为浆料区，以第一氧化层表面上未印刷有硼浆的区域为非浆料区，浆料区与重掺区相对应，非浆料区与轻掺区相对应；硼浆为纳米硅硼浆；烘干温度为80～300℃，烘干时间为0.5～5min；
3）第二次热氧化：第二次热氧化在管式炉中实施，第二次热氧化的氧化温度为800～900℃，氧化时间为5～20min，氧气流量为500～5000sccm；通过第二次热氧化，在硼浆表面形成第二氧化层，该第二氧化层覆盖硼浆表面，且第二次热氧化使第一氧化层的非浆料区增厚；
4）第一次高温推进：第一次高温推进在管式炉中实施，第一次高温推进的推进温度为900℃～1000℃，推进时间为30～60min，气氛为全氮；通过第一次高温推进，实现硼浆对硅片重掺区的硼扩散掺杂；
5）第二次高温推进：第二次高温推进在管式炉中实施，先通入气相硼源，管式炉中通入的气相硼源为三溴化硼或三氯化硼，沉积温度为850～950℃，通源时间为10～30min，源流量为120～240sccm，氧气流量为30～100sccm；再进行第二次高温推进，第二次高温推进的推进温度为930～1000℃，推进时间为20～60min；通过第二次高温推进，实现气相硼源对硅片轻掺区的硼扩散掺杂，且第二次高温推进使重掺区的扩散深度增加。
本发明更具体的实施例如下：
实施例1
一种N型太阳能电池的选择性掺杂方法，采用硼浆作为重掺区扩散源，采用气相硼源作为轻掺区扩散源；包括如下步骤：
1）N型硅片进行制绒；
2）使用管式炉进行氧化，设置氧化温度为800℃，氧化时间为10min，氧气流量为1000sccm；
3）在制绒面上印刷硼浆，设定烘干温度为200℃，烘干时间为1min；
4）使用自动化机械臂进行插片，印刷面朝外，背靠背的方式；扩散工艺如下：①氧化，温度850℃，氧气流量设置1000sccm，保持5min；②炉管先升温到980℃，气氛为大氮18000sccm，保持30min；③降温到860℃，气氛为大氮18000sccm，小氧60sccm，小氮180sccm，保持20min；④升温到950℃，气氛为大氮18000sccm，保持30min；⑤降温800℃，气氛为氧气18000sccm；工艺结束。
经过测试，印刷浆料重掺区域方阻为70Ω/□，表面最高浓度为4.5E19cm3，结深为0.8um；轻掺区域方阻为110Ω/□，表面最高浓度为2E19/cm3，结深为0.5um。
实施例2
一种N型太阳能电池的选择性掺杂方法，采用硼浆作为重掺区扩散源，采用气相硼源作为轻掺区扩散源；包括如下步骤：
1）N型硅片进行制绒；
2）使用管式炉进行氧化，设置氧化温度为900℃，氧化时间为10min，氧气流量为2000sccm；
3）在制绒面上印刷硼浆，设定烘干温度为200℃，烘干时间为1min；
4）使用自动化机械臂进行插片，印刷面朝外，背靠背的方式；扩散工艺如下：①氧化，温度900℃，氧气流量设置2000sccm，保持5min；②炉管先升温到980℃，气氛为大氮18000sccm，保持40min；③降温到900℃，气氛为大氮18000sccm，小氧60sccm，小氮200sccm，保持15min；④升温到950℃，气氛为大氮18000sccm，保持30min；⑤降温800℃，气氛为氧气18000sccm；工艺结束。
经过测试，印刷浆料重掺区域方阻为62Ω/□，表面最高浓度为5.2E19cm3，结深为0.95um；轻掺区域方阻为120Ω/□，表面最高浓度为2.5E19/cm3，结深为0.45um。
以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.N型太阳能电池的选择性掺杂方法，采用硼浆作为重掺区扩散源，采用气相硼源作为轻掺区扩散源；其特征在于，包括如下具体步骤：
1）第一次热氧化：通过第一次热氧化，在硅片表面形成第一氧化层，该第一氧化层覆盖硅片表面；
2）印刷硼浆：在第一氧化层表面的局部区域印刷硼浆并烘干，以第一氧化层表面上印刷有硼浆的区域为浆料区，以第一氧化层表面上未印刷有硼浆的区域为非浆料区，浆料区与重掺区相对应，非浆料区与轻掺区相对应；
3）第二次热氧化：通过第二次热氧化，在硼浆表面形成第二氧化层，该第二氧化层覆盖硼浆表面，且第二次热氧化使第一氧化层的非浆料区增厚；
4）第一次高温推进：通过第一次高温推进，实现硼浆对硅片重掺区的硼扩散掺杂；
5）第二次高温推进：先通入气相硼源，再通过第二次高温推进，实现气相硼源对硅片轻掺区的硼扩散掺杂，且第二次高温推进使重掺区的扩散深度增加。
2.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性掺杂方法，其特征在于，所述第一氧化层和第二氧化层都为氧化硅。
3.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性掺杂方法，其特征在于，步骤1）中，硅片表面为硅片的正面，该硅片的正面具有绒面结构。
4.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性掺杂方法，其特征在于，步骤1）中，第一次热氧化在管式炉中实施，第一次热氧化的氧化温度为800～900℃，氧化时间为5～30min，氧气流量为500～5000sccm；或者，第一次热氧化在链式炉中实施，第一次热氧化的氧化温度为650～800℃，氧化时间为5～20min，氧气流量为1～5slm。
5.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性掺杂方法，其特征在于，步骤2）中，硼浆为纳米硅硼浆。
6.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性掺杂方法，其特征在于，步骤2）中，烘干温度为80～300℃，烘干时间为0.5～5min。
7.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性掺杂方法，其特征在于，步骤3）中，第二次热氧化在管式炉中实施，第二次热氧化的氧化温度为800～900℃，氧化时间为5～20min，氧气流量为500～5000sccm。
8.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性掺杂方法，其特征在于，步骤4）中，第一次高温推进在管式炉中实施，第一次高温推进的推进温度为900℃～1000℃，推进时间为30～60min。
9.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的选择性掺杂方法，其特征在于，步骤5）中，第二次高温推进在管式炉中实施，管式炉中通入的气相硼源为三溴化硼或三氯化硼，通源时间为10～30min，源流量为120～240sccm；第二次高温推进的推进温度为930～1000℃，推进时间为20～60min。
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