CN112103364B - 选择性发射极结构、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性发射极结构、其制备方法及应用。所述选择性发射极结构包括依次叠设在晶硅电池基体表面的第一介质层和重掺杂硅化物层，所述重掺杂硅化物层上结合有作为第一电极的金属电极。本发明通过将前述选择性发射极结构应用于晶硅太阳能电池正面，可以消除金属电极与单晶硅衬底的接触，避免高复合区的存在，减少了载流子复合，获得了更为优良的钝化效果，并且还提高了载流子的收集效率，可以获得较低的接触电阻率，进而优化了电池性能，提高了电池效率，此外还简化了晶硅太阳能电池的制作工艺流程，降低了制造成本。

Description

选择性发射极结构、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种选择性发射极结构的制备工艺，具体涉及一种基于氧化硅/掺杂多晶硅化物叠层结构的选择性发射极结构及其制备方法与应用，属于半导体技术领域。
背景技术
隧穿氧化硅钝化接触结构(TOPCon，Tunnel Oxide Passivated-Contactstructures)是2014年提出的一种新型晶硅太阳能电池结构，旨在改善硅电池背面的钝化。具体地，该技术是采用n型硅片，首先在硅片背面生长一层厚度在3nm以下的超薄氧化硅，然后再沉积一层磷掺杂的非晶硅或多晶硅层，最后制备全背金属电极。TOPCon结构最主要的优点是实现了电池背面的全面钝化，避免了金属电极和单晶硅的直接接触，显著降低了复合电流，并且对载流子有选择性收集，这大大提升了开路电压(Voc)和填充因子(FF)。同时，基于TOPCon结构的太阳能电池的正面结构与传统电池差别较小，依然是采用扩散法制pn结，然后沉积表面钝化膜和减反膜，最后丝网印刷银浆，烧结形成栅指电极。但是，现有此类太阳能电池的制备工艺存在如下一些缺陷，例如：在烧制正面栅电极时，银浆会穿透减反层和钝化层，与单晶硅接触，并实现良好的电极接触。然而，尽管栅指电极的面积和制备方法不断优化，但是金属与单晶硅的直接接触依然存在，这也就会引入显著的金属接触复合损伤，导致电池开路电压和填充因子难以再进一步提升。具体而言，金属电极与单晶硅直接接触的危害至少在于：①造成大量界面态，载流子复合严重，通常而言，金属金属接触区的饱和电流密度在2000fA/cm2以上，从而严重影响电池效率；②金属有可能扩散进入单晶硅内部，导致载流子在体内复合严重。
现行的减小金属接触复合损伤的主要方法是采用选择性发射极，即利用激光烧蚀磷硅玻璃或硼硅玻璃，在烧蚀过程中形成局部重掺杂，但是烧蚀过程会带来表面损伤层，导致复合电流依然较大，J0,met可能在1000fA/cm2左右。此外，目前常用的扩硼发射极在工艺和装备上也存在许多技术问题，主要表现在：1)若采用BBr3作为扩散源，在反应过程中易在炉门区域产生含溴的粘性副产物，导致炉门粘结；2)若改用BCl3以避免炉门粘结，则又会产生HCl或Cl2等强腐蚀性副产物，对设备及管道寿命造成严重影响。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于氧化硅/掺杂多晶硅化物叠层结构的选择性发射极结构及其制备方法与应用，从而克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种选择性发射极结构，其包括依次叠设在晶硅电池基体表面的第一介质层和重掺杂硅化物层，所述重掺杂硅化物层上结合有作为第一电极的金属电极。
在一些实施方式中，所述重掺杂硅化物层是p型掺杂或n型掺杂的。
在一些实施方式中，所述重掺杂硅化物层内还掺有氧、氮、碳中的任意一种或多种。
在一些实施方式中，所述第一介质层的厚度小于6nm，例如可以小于5～6nm。
在一些实施方式中，所述晶硅电池基体包括晶硅衬底。
本发明实施例还提供了一种制备所述选择性发射极结构的方法，其包括：
依次于第一导电类型的硅衬底表面形成第一介质层、重掺杂硅化物层；
使所述重掺杂硅化物层中的部分掺杂原子扩散入硅衬底的表层区域，形成第二导电类型的第一扩散掺杂层；
对所述第一介质层和重掺杂硅化物层中与第一电极配合的部分进行保护，而将其余部分去除；
在余留的重掺杂硅化物层上制作第一电极，获得选择性发射极结构。
本发明实施例还提供了一种晶硅太阳能电池结构，包括晶硅电池基体，所述晶硅电池基体包含pn结，所述晶硅电池基体的第一面分布有一个以上所述的选择性发射极结构，所述晶硅电池基体第二面结合有第二电极，所述第一面与第二面相背设置。
在一些实施方式中，所述晶硅电池基体的第一面形成有至少用作非选择性发射极的第一扩散掺杂层，所述第一扩散掺杂层是通过使重掺杂硅化物层中的部分掺杂原子扩散进入所述晶硅电池基体第一面而形成，其中用于形成晶硅电池基体的硅衬底是第一导电类型的，而第一扩散掺杂层是第二导电类型的。
在一些实施方式中，所述晶硅电池基体第二面依次叠设有第二介质层和含掺杂原子的多晶硅层，所述含掺杂原子的多晶硅层中的部分掺杂原子扩散进入所述晶硅电池基体第二面而在所述晶硅电池基体中形成第二扩散掺杂层，所述第二电极与含掺杂原子的多晶硅层结合。
在一些实施方式中，所述晶硅电池基体第一面、第二面还均覆盖有至少一层连续的钝化层，所述第一电极、第二电极均从钝化层中露出。
与现有技术相比较，本发明的有益效果至少在于：
1)通过将TOPCon结构应用于晶硅太阳能电池正面而形成选择性发射极，可以消除金属电极与单晶硅衬底的接触，避免了高复合区的存在，减少了载流子复合，获得更为优良的钝化效果，并且还提高了载流子的收集效率，可以获得较低的接触电阻率，进而提高电池效率；
2)可以在形成前述TOPCon结构的过程中同时完成pn结的制备，简化了工艺流程，节约制造成本；
3)在形成前述TOPCon结构的过程中采用表面涂腊保护结合湿法腐蚀的方式，不仅工艺简单，而且形降低了金属电极接触区的载流子复合损伤，同时保持了较低的接触电阻率；
4)在形成前述TOPCon结构的过程中，通过在重掺杂硅化物层中掺杂梯度浓度的氧、氮或碳原子等，利于进行湿法腐蚀，而且还可实现选择性刻蚀，即，可以高效腐蚀除去重掺杂硅化物层而基本不损伤硅衬底，因而可以保障器件性能；
5)在形成前述TOPCon结构的过程中，通过采用湿法腐蚀工艺，可以避免使用昂贵的干法刻蚀设备及工艺，也可以避免采用激光刻蚀等方法，进而避免对器件造成额外的表面损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一典型实施方式中一种选择性发射极的结构示意图；
图2是本发明一典型实施方式中一种选择性发射极的制备工艺流程图；
图3是本发明实施例1中样品d的表面硼扩散曲线；
图4是本发明实施例2中一种n-TOPCon晶硅电池的结构示意图；
图5是本发明对比例2中一种晶硅电池的结构示意图。
具体实施方式
通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
本发明实施例的一个方面提供的一种选择性发射极结构包括依次叠设在晶硅电池基体表面的第一介质层和重掺杂硅化物层，所述重掺杂硅化物层上结合有作为第一电极的金属电极。
其中，通过使该选择性发射极结构为TOPCon结构，不仅消除了金属电极与单晶硅衬底的接触，避免了高复合区的存在，还减少了载流子复合，钝化效果远远优于常规的选择性发射极，同时提高了载流子的收集效率，可以获得较低的接触电阻率，进而可以显著提高电池效率。
在一些实施方式中，所述重掺杂硅化物层是p型掺杂或n型掺杂的。
例如，所述重掺杂硅化物层是p型掺杂的，其所含p型掺杂原子的浓度为1E17～5E20cm-3。
进一步的，所述重掺杂硅化物层所含p型掺杂原子包括但不限于硼等。
例如，所述重掺杂硅化物层是n型掺杂的，其所含n型掺杂原子的浓度为1E18～1E21cm-3。
进一步的，所述重掺杂硅化物层所含n型掺杂原子包括但不限于磷、砷或锑等。
在一些实施方式中，所述重掺杂硅化物层内还掺有氧、氮、碳中的任意一种或多种。
进一步的，所述氧、氮、碳中的任意一种或多种在重掺杂硅化物层内均匀分布。
进一步的，作为较为优选的实施方式，所述重掺杂硅化物层内氧、氮、碳中的任意一种或多种的浓度沿远离所述晶硅电池基体的方向增加。
更进一步的，所述重掺杂硅化物层内氧、氮、碳中的任意一种或多种的浓度沿逐渐远离所述晶硅电池基体的方向逐渐增加，即，氧、氮、碳等在重掺杂硅化物层呈现为浓度梯度的分布形式，如此，不仅使重掺杂硅化物层易于被湿法腐蚀，而且还使其与硅衬底有较高的刻蚀选择性，另外，还使重掺杂硅化物层中与硅衬底邻近区域内的氧、氮、碳等掺杂浓度较低，有利于实现较低的接触电阻率。
进一步的，所述重掺杂硅化物层内氧、氮、碳中的任意一种或多种的浓度为0.1at％～50at％。
在一些实施方式中，所述重掺杂硅化物层的厚度为10～1000nm。
在一些实施方式中，所述第一介质层设置在第一扩散掺杂层上，所述第一扩散掺杂层至少用作非选择性发射极。
进一步的，所述晶硅电池基体包括第一导电类型的硅衬底，所述硅衬底的表层区域分布有由重掺杂硅化物层内的部分掺杂原子扩散入硅衬底而形成的第一扩散掺杂层，所述第一扩散掺杂层是第二导电类型的。
进一步的，所述第一扩散掺杂层所含掺杂原子的浓度为1e18cm-3～1e21cm-3。
进一步的，所述第一扩散掺杂层与硅衬底配合形成pn结。
在本发明的实施例中，由于来源于重掺杂硅化物层的掺杂原子要先扩散经过第一介质层后才能进入硅衬底，因此可以将硅衬底的表面掺杂浓度降低至1e18cm-3～1e19cm-3，同时可以将硅衬底的表面方阻做到1000Ω/sq以上，并且可以提升钝化效果，使得电池开路电压增加，由此形成的非选择性发射极也与常规非选择性发射极存在显著差异。
在一些实施方式中，所述硅衬底的表面方阻为10～10000Ω/sq或是在10000Ω/sq以上。
在一些实施方式中，所述第一介质层的厚度小于6nm，优选为小于5nm，更优选为小于4nm，进一步优选为小于3nm，以保证载流子的有效收集。
在一些实施方式中，所述第一介质层的材质包括氧化硅，但也可以是含硅的其它介质薄膜。
参阅图1示出了本发明一典型实施例中的一种选择性发射极结构3，其形成在硅衬底1上，所述硅衬底1中形成有pn结2。该选择性发射极结构包括依次叠设在硅衬底1上的超薄氧化物层(第一介质层)31和重掺杂硅化物薄膜(重掺杂硅化物层)32，该重掺杂硅化物薄膜32上结合有金属电极33。
本发明实施例的另一个方面提供的一种制作所述选择性发射极结构的方法包括：
依次于第一导电类型的硅衬底表面形成第一介质层、重掺杂硅化物层；
使所述重掺杂硅化物层中的部分掺杂原子扩散入硅衬底的表层区域，形成第二导电类型的第一扩散掺杂层，所述硅衬底与第一扩散掺杂层配合形成pn结；
对所述第一介质层和重掺杂硅化物层中与第一电极配合的部分进行保护，而将其余部分去除；
在余留的重掺杂硅化物层上制作第一电极，获得选择性发射极结构。
在一些实施方式中，所述的制备方法还包括：至少采用氧化法、物理或化学沉积法中的任意一种方式在所述硅衬底表面形成所述第一介质层，但不限于此。所述氧化法包括但不限于湿化学氧化法、高温氧化法、等离子体辅助氧化法、臭氧氧化法或其它表面氧化方法等。所述物理或化学沉积法包括但不限于等离子体辅助原子层沉积法、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低气压化学气相沉积法(LPCVD)等等。
在一些实施方式中，所述的制备方法还包括：至少可以选用化学气相沉积法或物理气相沉积法结合原位掺杂法或二次掺杂法于所述所述第一介质层上形成制备重掺杂硅化物薄膜前驱体，之后进行高温退火使所述重掺杂硅化物薄膜前驱体晶化，并激活其中的掺杂原子，且使部分的掺杂原子扩散进入硅衬底，从而形成所述pn结。
进一步的，可以采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)结合原位掺杂法、低气压化学气相沉积法(LPCVD)结合原位/二次掺杂法、磁控溅射等其它物理气相沉积法(PVD)结合原位/二次掺杂法等制备重掺杂硅化物薄膜前驱体。
以基于PECVD的制备方法为例，可以在有超薄氧化硅层(作为第一介质层，厚度在3nm以下)的p型或n型硅衬底上用PECVD法沉积一层重掺杂硅化物薄膜前驱体，前驱气体可以是硅烷、氢气和相关的掺杂源气体等。举例来说，梯度掺杂的氧原子可以通过控制氧气的流量来实现，形成底层是低氧含量的多晶硅，上层氧含量有所增加；然后再进行高温退火(例如，温度可以为800℃～1100℃，优选为900℃～950℃，时间可以为1～600min，优选为10～90min等时间范围)使前述薄膜前驱体晶化、激活掺杂原子，并使得掺杂原子扩散进入硅衬底形成pn结。其中通过采用重掺杂硅化物薄膜，有利于后继的选择性刻蚀，比如掺氧poly-SiOx层(x取值为0～2)容易被HF酸刻蚀，且与单晶硅衬底的刻蚀选择比高，当以HF酸将表面poly-SiOx层刻蚀完成后，刻蚀会自动停止，从而不影响晶硅表面的发射极区域。此过程中，在形成重掺杂硅化物层的同时，完成了pn结的制作，而无需附加的扩散掺杂工序，因此有效简化了工艺，降低了成本，并还可消除因额外的热扩散掺杂操作可能会对器件造成的损伤。
在一些实施方式中，至少可以采用湿法腐蚀方式将所述第一介质层和重掺杂硅化物层中除与金属电极配合部分之外的其余部分完全去除。例如，可以使用可抗腐蚀的蜡等将重掺杂硅化物层中需要制备第一电极的区域保护起来，而将其余暴露在外的区域使用湿法腐蚀试剂(包括但不限于酸性试剂，例如含HF酸的溶液)刻蚀去除，刻蚀完成后将蜡去除，并进行清洗等操作，以便进行下一工艺步骤。采用这样的湿法腐蚀方式，工艺简单、成本低，不仅可以降低金属电极接触区的载流子复合损伤，保持较低的接触电阻率，同时还可避免采用干法刻蚀、激光刻蚀等方式带来的成本增高及对器件带来额外的表面损伤等问题。
在一些实施方式中，至少可以采用丝网印刷或蒸发及电镀方式在所述重掺杂硅化物层上形成金属电极的前驱体，之后进行金属化退火，从而形成所述第一电极，且使金属电极与重掺杂硅化物层形成良好欧姆接触。前述操作可以按照业界已知的方式实施。
请参阅图2示出了一种在n型晶硅衬底上制作选择性发射极结构的方法，其包括如下步骤：
(1)对n型晶硅衬底进行清洗；
(2)在n型晶硅衬底上制备一层厚度小于6nm的超薄氧化硅层；
(3)用PECVD等薄膜沉积设备在超薄氧化硅上制备一层重掺杂p型含氧的硅薄膜前驱体(掺杂原子为B等)；
(4)在管式炉中，温度800～1000℃下退火1～600min，使前述硅薄膜前驱体晶化、激活掺杂原子，获得重掺杂硅化物层(亦可认为是重掺杂多晶硅层)，并使得掺杂原子扩散进入硅衬底形成pn结；
(5)将重掺杂硅化物层上需要制备电极的区域涂蜡保护起来；
(6)使用含氢氟酸溶液，将重掺杂硅化物层及超薄氧化硅上未被保护的区域刻蚀去除；
(7)将蜡去除，并清洗，再使用丝网印刷方法制备金属电极，最后经过烧结退火，使形成的金属电极与重掺杂硅化物层形成良好接触，并且形成选择性发射极结构。
本发明实施例的另一个方面提供的一种晶硅太阳能电池结构，包括晶硅电池基体，所述晶硅电池基体包含pn结，所述晶硅电池基体的第一面分布有一个以上所述的选择性发射极结构，所述晶硅电池基体第二面结合有第二电极，所述第一面与第二面相背设置。
在一些实施方式中，所述晶硅电池基体的第一面间隔排列有多个所述的选择性发射极结构。
在一些实施方式中，所述晶硅电池基体的第一面形成有至少用作非选择性发射极的第一扩散掺杂层，所述第一扩散掺杂层是通过使重掺杂硅化物层中的部分掺杂原子扩散进入所述晶硅电池基体第一面而形成，其中用于形成晶硅电池基体的硅衬底是第一导电类型的，而第一扩散掺杂层是第二导电类型的。所述第一导电类型为n型或p型，相应的，第二导电类型为p型或n型。
在一些实施方式中，所述晶硅电池基体第二面依次叠设有第二介质层和含掺杂原子的多晶硅层，所述含掺杂原子的多晶硅层中的部分掺杂原子扩散进入所述晶硅电池基体第二面而在所述晶硅电池基体中形成第二扩散掺杂层，所述第二电极与含掺杂原子的多晶硅层结合。
进一步的，其中用于形成晶硅电池基体的硅衬底是第一导电类型的，而第二扩散掺杂层是第一导电类型或第二导电类型的。
进一步的，所述含掺杂原子的多晶硅层所含掺杂原子包括磷、硼、砷或锑等，且不限于此。
在一些实施方式中，所述晶硅电池基体第一面、第二面还均覆盖有至少一层连续的钝化层，所述第一电极、第二电极均从钝化层中露出。
在一些实施方式中，所述晶硅电池基体第一面覆盖有一层或两层以上的连续钝化层，所述连续钝化层覆盖在选择性发射极上，并使第一电极露出。
在一些实施方式中，所述晶硅电池基体第二面覆盖有一层或两层以上的连续钝化层，所述连续钝化层覆盖在含掺杂原子的多晶硅层上，并使第二电极露出。
进一步的，所述钝化层的材质包括氮化硅、氧化铝等，且不限于此。
如下将结合若干实施例及附图对本发明的技术方案进行更为详细的说明。需要指出的是，若非特别说明，则如下实施例中采用的各原材料、化学试剂及设备等均可以通过市场购买等途径获取，而其中诸如清洗、抛光、氧化、退火、湿法腐蚀、制作电极等操作均可以依据本领域已知的方式实施。
实施例1该实施例提供的一种选择性发射极结构的制备方法包括如下步骤：
(1)对n型硅片进行清洗、双面碱抛光；
(2)采用PECVD原位氧化法在所述硅片正、反面均制备超薄氧化硅层(厚度大于0而小于3nm)；
(3)采用PECVD法在所述硅片正、反面各制备一层厚度为60～300nm的掺硼非晶硅氧化物薄膜(其中硼原子浓度为1E17cm-3～5E20cm-3、氧原子浓度为0.1at％～50at％，且靠近硅片表面一侧的氧含量低、远离硅片表面一侧的氧含量高)，再于900℃～1000℃以多个不同退火时间(1min～600min)进行高温退火，形成掺硼的多晶硅氧化物薄膜；
(4)在所述硅片正、反面涂蜡，将掺硼的多晶硅氧化物薄膜上用于制作电极的区域保护起来，再采用1％的HF溶液对掺硼的多晶硅氧化物薄膜进行选择性刻蚀，除去掺硼的多晶硅氧化物薄膜未被保护的区域；
(5)刻蚀完成后，除去蜡，并清洗所述硅片正、反面，再采用氧化铝和氮化硅对表面进行钝化处理，并在形成的钝化层(氧化铝厚度约8nm，氧化硅厚度约70nm)上开设供电极露出的窗口，之后在余留的掺硼的多晶硅氧化物薄膜上以银浆等丝网印刷金属电极，金属接触面积是4％，并进行烧结，形成良好欧姆接触。
之后对所获的一系列样品进行测试，测试内容包括：整体钝化效果(J0,total)、含多晶硅氧选择性发射极的金属接触区域的钝化效果(J0,met,Poly)及接触电阻率(ρc,met,Poly)、非金属接触区的扩散区方阻(Rsq)和钝化效果(J0,pass)。其中一些样品的测试结果请参阅下表1。
对比例1该对比例提供的一种发射极结构的制备方法包括：
(1)对n型硅片进行清洗、双面碱抛光；
(2)采用高温扩硼法在n型硅片双面制备p型发射极，例如可以采用BBr3法在900～1000℃进行扩散制备掺硼发射极；
(3)去除n型硅片表面的硼硅玻璃和富硼层后，再按照与实施例1相同的方式，采用氧化铝和氮化硅对表面进行钝化处理，以及在余留的掺硼多晶硅氧化物薄膜上印刷金属电极，金属接触面积是4％，并进行烧结。
之后对所获的一系列样品进行测试，测试内容包括：整体钝化效果(J0,total)、含多晶硅氧选择性发射极的金属接触区域的钝化效果(J0,met)及接触电阻率(ρc,met)、非金属接触区的扩散区方阻(Rsq)和钝化效果(J0,pass)。测试结果请参阅下表1。
表1.实施例1和对比例1所获各样品的单面钝化、接触、方阻数据
Figure BDA0002721375350000091
Figure BDA0002721375350000101
该实施例1所获样品d的表面硼扩散曲线如图3所示，其对应的扩散温度约900℃，表面方阻约457Ω/sq。当扩散温度在820℃左右时，其表面方阻可达到1000Ω/sq以上。随着扩散温度升高，硼在衬底中的扩散越多，相应的表面方阻会逐渐降低。
实施例2参阅图4所示，该实施例提供的一种基于n型硅片的n-TOPCon晶硅电池包括n型硅片，所述n型硅片的正面覆盖有p型掺硼发射极，所述掺硼发射极上分布若干选择性发射极结构，其中选择性发射极结构包括依次层叠的超薄氧化硅层、掺硼多晶硅氧化物层，所述掺硼多晶硅氧化物层上结合有金属电极(定义为第一电极)，并且所述选择性发射极结构和掺硼发射极上还依次覆盖有氧化铝层、氮化硅层，所述第一电极从氧化铝层、氮化硅层中露出。所述n型硅片的背面形成有扩散掺杂层，所述扩散掺杂层上依次叠设有超薄氧化硅层、磷掺杂多晶硅层、氧化铝层、氮化硅层，所述磷掺杂多晶硅层上结合有金属电极(定义为第二电极)，所述第二电极从氧化铝层、氮化硅层中露出。
该n-TOPCon晶硅电池的制备方法包括如下步骤：
(1)对n型硅片进行清洗、双面制绒，背面碱抛光；
(2)采用热氧化法在硅片正、背面分别制备厚度约1～3nm的超薄氧化硅层，再在硅片正面沉积厚度为60-300nm掺硼非晶硅氧化物薄膜(其中硼原子浓度为1E17cm-3～5E20cm-3、氧原子浓度为0.1at％～50at％，且靠近硅片表面一侧的氧含量低、远离硅片表面一侧的氧含量高)，背面沉积厚度为150nm的掺磷非晶硅薄膜(其中磷原子浓度为1E18～1E21cm-3)，并进行900℃-1000℃高温不同时间退火(10～60min)，使得掺硼非晶硅氧化物薄膜和掺磷非晶硅薄膜晶化；
(3)在硅片正面的掺硼非晶硅氧化物薄膜的拟制备金属电极区域涂上抗腐蚀保护材料(例如黑蜡、ABS胶、抗腐蚀胶等)，并采用1％的HF溶液将掺硼非晶硅氧化物薄膜的未涂蜡区域选择性刻蚀去除，刻蚀完成后，清洗蜡和硅片表面；
(4)采用氧化铝和氮化硅对硅片正、背表面进行钝化处理；
(5)分别在硅片正面、背面印刷金属电极(正面电极仅印刷在余留的掺硼多晶硅氧化物薄膜上，金属接触面积约为4％)，并进行烧结，最终获得具有图4所示结构的晶硅太阳能电池。
之后对该实施例所获的一系列电池样品进行测试，测试结果请参阅表2。
对比例2参阅图5所示，该对比例提供的一种基于n型硅片的晶硅电池包括n型硅片，所述n型硅片的正面覆盖有p型掺硼发射极，所述p型掺硼发射极上结合有金属电极(定义为第一电极)，并且所述掺硼发射极上还依次覆盖有氧化铝层、氮化硅层，所述第一电极从氧化铝层、氮化硅层中露出。所述n型硅片的背面形成有扩散掺杂层，所述扩散掺杂层上依次叠设有超薄氧化硅层、磷掺杂多晶硅层、氧化铝层、氮化硅层，所述磷掺杂多晶硅层上结合有金属电极(定义为第二电极)，所述第二电极从氧化铝层、氮化硅层中露出。
的制备方法包括如下步骤：
(1)对n型硅片进行清洗、双面制绒；
(2)采用与实施例2相同的方式，利用硼扩散法在硅片正面制备掺硼发射极，制备或不制备选择性发射极(样品b’)，背面碱抛光去除绕镀的硼硅玻璃层；
(3)采用热氧化法在硅片背面制备超薄氧化硅层，继而在硅片背面沉积厚度为150nm的掺磷非晶硅薄膜，进行高温退火使该掺磷非晶硅薄膜晶化；
(4)参照实施例2的步骤(4)，采用氧化铝和氮化硅对硅片正、背表面进行钝化处理；
(5)参照实施例2的步骤(5)，分别在硅片正面、背面印刷金属电极(金属接触面积约为4％)，并进行烧结，最终获得具有图5所示结构的晶硅太阳能电池。
之后对该对比例所获的一系列电池样品进行测试，测试结果请参阅表2。
表2.实施例2和对比例2所获电池的性能测试结果
Figure BDA0002721375350000111
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (21)

1.一种选择性发射极结构，其特征在于包括依次叠设在晶硅电池基体表面的第一介质层和重掺杂硅化物层，所述重掺杂硅化物层上结合有作为第一电极的金属电极；
其中，所述晶硅电池基体包括第一导电类型的硅衬底，所述硅衬底的表层区域分布有由重掺杂硅化物层内的部分掺杂原子扩散入硅衬底而形成的第一扩散掺杂层，所述第一扩散掺杂层是第二导电类型的，所述第一介质层设置在第一扩散掺杂层上，并且所述第一扩散掺杂层至少用作非选择性发射极。
2.根据权利要求1所述的选择性发射极结构，其特征在于：所述重掺杂硅化物层是p型掺杂或n型掺杂的。
3.根据权利要求2所述的选择性发射极结构，其特征在于：所述重掺杂硅化物层所含p型掺杂原子的浓度为1E17cm-3~5E20cm-3，或者，所述重掺杂硅化物层所含n型掺杂原子的浓度为1E18cm-3~1E21cm-3。
4.根据权利要求2或3所述的选择性发射极结构，其特征在于：所述重掺杂硅化物层所含p型掺杂原子包括硼，或者，所述重掺杂硅化物层所含n型掺杂原子包括磷、砷或锑。
5.根据权利要求2或3所述的选择性发射极结构，其特征在于：所述重掺杂硅化物层内还掺有氧、氮、碳中的任意一种或多种，并且所述氧、氮、碳中的任意一种或多种在重掺杂硅化物层内均匀分布，或者，所述重掺杂硅化物层内氧、氮、碳中的任意一种或多种的浓度沿远离所述晶硅电池基体的方向增加。
6.根据权利要求2或3所述的选择性发射极结构，其特征在于：所述重掺杂硅化物层内氧、氮、碳中的任意一种或多种的浓度为0.1at%~50at%。
7.根据权利要求1所述的选择性发射极结构，其特征在于：所述重掺杂硅化物层的厚度为10~1000nm。
8.根据权利要求1所述的选择性发射极结构，其特征在于：所述第一介质层的厚度小于6nm。
9.根据权利要求1所述的选择性发射极结构，其特征在于：所述第一介质层的材质包括氧化硅。
10.根据权利要求1所述的选择性发射极结构，其特征在于：所述第一扩散掺杂层所含掺杂原子的浓度为1e18cm-3~1e21cm-3。
11.如权利要求1-10中任一项所述选择性发射极结构的制备方法，其特征在于包括：
依次于第一导电类型的硅衬底表面形成第一介质层、重掺杂硅化物层；
使所述重掺杂硅化物层中的部分掺杂原子扩散入硅衬底的表层区域，形成第二导电类型的第一扩散掺杂层；
对所述第一介质层和重掺杂硅化物层中与第一电极配合的部分进行保护，而将其余部分去除；
在余留的重掺杂硅化物层上制作第一电极，获得选择性发射极结构。
12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于包括：采用氧化法或沉积法在所述硅衬底表面形成所述第一介质层，所述氧化法包括湿化学氧化法、高温氧化法、等离子体辅助氧化法或臭氧氧化法，所述沉积法包括物理和/或化学沉积法。
13.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于包括：采用化学气相沉积法或物理气相沉积法结合原位掺杂法或二次掺杂法于所述所述第一介质层上形成制备重掺杂硅化物薄膜前驱体，之后进行高温退火使所述重掺杂硅化物薄膜前驱体晶化，并激活其中的掺杂原子，且使部分的掺杂原子扩散进入硅衬底，从而形成pn结。
14.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于包括：采用湿法腐蚀方式将所述第一介质层和重掺杂硅化物层中除与金属电极配合部分之外的其余部分完全去除。
15.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于包括：采用丝网印刷或蒸发及电镀方式在所述重掺杂硅化物层上形成金属电极的前驱体，之后进行金属化退火，从而形成所述第一电极。
16.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于：所述高温退火处理的温度为800℃~1100℃，时间为1~600min。
17.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于：所述高温退火处理的温度为900℃~950℃。
18.一种晶硅太阳能电池结构，包括晶硅电池基体，所述晶硅电池基体包含pn结，其特征在于：所述晶硅电池基体的第一面分布有一个以上权利要求1-10中任一项所述的选择性发射极结构，所述晶硅电池基体第二面结合有第二电极，所述第一面与第二面相背设置。
19.如权利要求18所述的晶硅太阳能电池结构，其特征在于：所述晶硅电池基体第二面依次叠设有第二介质层和含掺杂原子的多晶硅层，所述含掺杂原子的多晶硅层中的部分掺杂原子扩散进入所述晶硅电池基体第二面而在所述晶硅电池基体中形成第二扩散掺杂层，所述第二电极与含掺杂原子的多晶硅层结合。
20.如权利要求19所述的晶硅太阳能电池结构，其特征在于：所述含掺杂原子的多晶硅层所含掺杂原子包括磷、硼、砷或锑。
21.如权利要求18-20中任一项所述的晶硅太阳能电池结构，其特征在于：所述晶硅电池基体第一面、第二面还均覆盖有至少一层连续的钝化层，所述第一电极、第二电极均从钝化层中露出。
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