CN112490304A - 一种高效太阳能电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种高效太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：将N硅片衬底制绒，在硅片的上表面沉积p+a‑Si:H/SiOx叠层，激光重掺杂在p+a‑Si:H/SiOx层上形成局部重掺区，对激光重掺杂的硅片进行高温推进，将p+a‑Si:H/SiOx层中的硼推入硅片表面，形成轻掺发射区和重掺发射区，去除p+a‑Si:H/SiOx层，在衬底的下表面形成n+a‑Si:H/SiOx层，高温退火对n+a‑Si:H进行晶化、激活掺杂原子，形成掺杂多晶硅层，去除边缘绕镀的掺杂多晶硅/氧化硅结构，去除掺杂多晶硅表面的磷硅玻璃，电池两面镀钝化膜，印刷烧结。采用掺硼多晶硅/氧化硅结构结合激光掺杂、高温退火技术实现选择性发射极，降低电池发射极处的复合，提高电池转换效率，同时解决了现有技术对硅片损伤大、扩散均匀性差的不足。

Description

一种高效太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种高效太阳能电池的制备方法。
背景技术
钝化接触电池是新型高转化效率电池，转化效率可达到24％，与常规产线兼容性较好，在N型常规产线可完成升级。其隧穿钝化层对n+面提供了良好的表面钝化，极大地降低了金属接触复合，提高电池的开路电压及短路电流。为进一步提高N型电池的转换效率，仍需考虑发射极表面的复合，而选择性发射极技术是主要的选择之一，但其多应用于P型电池，磷掺杂发射极已经形成了成熟的激光掺杂，而由于硼比磷的激活难度要高很多，利用激光在硼硅玻璃上进行重掺杂尤为困难，因此目前硼的选择性掺杂还是世界难题，还没有兼具效率及良率的可量产化的选择性发射极制备方法。
目前太阳能的制备方法中：或有采用化学浆料刻蚀或激光开模方式在硼轻扩硅片上形成局部区域再二次硼扩，或采用硼扩轻掺结合局部离子注入，二次高温硼扩和离子注入都将对硅片造成较大的损伤且方阻不易控制。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种采用掺硼多晶硅/氧化硅结构结合激光掺杂、高温退火技术实现选择性发射极，降低电池发射极处的复合，提高电池转换效率的高效太阳能电池的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种高效太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
1)将N硅片衬底制绒，形成具有陷光作用的绒面结构；
2)在硅片的上表面沉积p+a-Si:H/SiOx叠层，掺杂源为硼；
3)通过激光重掺杂在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区；
4)对激光重掺杂的硅片进行高温推进，将p+a-Si:H/SiOx层中的硼推入硅片表面，从而形成轻掺发射区和重掺发射区；
5)采用HF溶液将p+a-Si:H/SiOx层去除，同时清洗硅片下表面；
6)在衬底的下表面形成n+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为磷；
7)通过高温退火的方式对n+a-Si:H进行晶化、激活掺杂原子，形成掺杂的多晶硅层；
8)采用干法刻蚀方法去除边缘绕镀的掺杂多晶硅/氧化硅结构；
9)采用HF溶液去除掺杂多晶硅表面的磷硅玻璃；
10)电池两面镀钝化膜，印刷烧结。
进一步的，所述p+a-Si:H/SiOx层采用PECVD沉积，所述n+a-Si:H/SiOx层采用PECVD沉积。
进一步的，所述步骤3)中p+a-Si:H/SiOx层中SiOx厚度为0-5nm，p+a-Si:H厚度为10-100nm。
进一步的，所述步骤3)中所述的激光重掺杂，所述激光为方形光斑，功率30-60W，扫描速度10-30m/s，其图形与正面电极图形对应。
进一步的，所述步骤4)中高温推进在高温退火炉或高温扩散炉中进行，高温推进的温度为温度900-1050℃，时间1-2h。
进一步的，所述步骤4)中轻掺发射区方阻120-200Ω/□，重掺发射区方阻80-110Ω/□。
进一步的，所述步骤6)中n+a-Si:H/SiOx层中SiOx厚度为1-5nm，p+a-Si:H厚度为50-200nm。
进一步的，所述步骤7)中高温退火的温度800-900℃，时间0.5-2h。
进一步的，所述步骤9)和步骤10)中的钝化膜选用AlOx/SiNx、GaOx/SiNx、TaOx/SiNx中的一种，AlOx、GaOx、TaOx采用ALD或者PECVD沉积，SiNx采用PECVD沉积。
一种高效太阳能电池，通过以上权利要求1-9任意一条所述的一种高效太阳能电池的制备方法制备所得。
采用本发明的技术方案的有益效果是：
本发明主要采用p+a-Si:H/SiOx+激光重掺杂+高温推进+HF去除硼硅玻璃实现正面的选择性发射极，p+a-Si:H/SiOx作为富硼层，通过图形化的激光在部分区域(即金属化接触区域)形成高浓的硼扩区(选择性的重扩区)，在通过高温推进，将p+a-Si:H/SiOx中的硼推入硅片表面，形成低浓度的硼扩区(即轻扩区)，最后通过HF将p+a-Si:H/SiOx去除，从而得到具有选择性发射区的硅片，采用掺硼多晶硅/氧化硅结构结合激光掺杂、高温退火技术实现选择性发射极，降低电池发射极处的复合，提高电池转换效率，同时解决了现有技术对硅片损伤大、扩散均匀性差的不足。
采用本发明中的高效太阳能电池的制备方法，产品良率高达90-95％，相比传统的有显著提高。
附图说明
图1为本发明中的太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明中的太阳能电池的工艺流程图。
图中：1衬底，2轻掺发射区，3重掺发射区，4正面钝化层，5氧化层，6掺杂多晶硅层，7背面钝化层，8上电极，9下电极。
具体实施方式
现在结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细的说明。下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但是这些实施例不是对本发明保护范围的限制。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
请参阅图1，本发明中的高效太阳能电池的结构，包括：衬底1，位于衬底1上的轻掺发射区2和重掺发射区3，位于重掺发射区3上的正面钝化层4，位于正面钝化层4上方的上电极8，以及位于衬底1下表面的氧化层5，位于氧化层5上表面的掺杂多晶硅层6，位于掺杂多晶硅层6上表面的背面钝化层7，位于背面钝化层7上的下电极9。
图2为本发明中的太阳能电池的制备方法的工艺流程图。
实施例1
1)以N型单晶硅片为衬底，首先采用碱制绒方式在硅片表面形成陷光的绒面，所用的溶液通常为KOH溶液，KOH溶液一般按照KOH:添加剂:H2O＝20:3:160的比例配制，温度为80℃，然后在2-5％的HF溶液中进行清洗，然后再清洗干净硅片表面。
2)在硅片的上表面沉积p+a-Si:H/SiOx叠层：将制绒后的硅片放入PECVD管中，在上表面沉积p+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为硼，其中SiOx厚度为0nm，p+a-Si:H厚度为10nm；
3)通过激光重掺杂在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区：在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区，激光采用方形光斑，激光功率为30W，扫描速度10m/s，其图形与正面电极的图形对应；
4)对激光重掺杂的硅片进行高温推进，将p+a-Si:H/SiOx层中的硼推入硅片表面，从而形成轻掺发射区和重掺发射区：采用高温退火炉或高温扩散炉对激光重掺杂后的硅片进行高温推进，温度为900℃，时间为1.5h，从而形成轻掺发射区2和重掺发射区3，轻掺发射区方阻120Ω/□，重掺发射区方阻80Ω/□；
5)采用HF溶液将p+a-Si:H/SiOx层去除，同时清洗硅片下表面：采用体积浓度2％的HF溶液将p+a-Si:H/SiOx层去除，同时清洗硅片下表面；
6)在衬底的下表面形成n+a-Si:H/SiOx层：将制绒后的硅片放入PECVD管中，在下表面沉积n+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为磷，其中SiOx厚度为3nm，p+a-Si:H厚度为50nm；
7)通过高温退火的方式对n+a-Si:H进行晶化、激活掺杂原子，形成掺杂的多晶硅层6，退火温度为800℃，时间为2h；
8)采用干法刻蚀方法去除边缘绕镀的掺杂多晶硅/氧化硅结构；
9)采用体积浓度2％的HF溶液去除掺杂多晶硅表面的磷硅玻璃；
10)电池两面镀钝化膜，印刷烧结：
镀背面AlOx/SiNx：采用PECVD方式，在背面沉积AlOx/SiNx，形成背面钝化层7；
镀正面AlOx/SiNx：采用ALD在正面沉积AlOx，后采用PECVD在上面沉积SiNx，形成正面钝化层4；
印刷烧结：采用丝网印刷和烧结形成上电极8和下电极9，在上表面印刷银铝浆，在下表面印刷银浆，经过700-850℃烧结形成电极接触。
实施例2
1)以N型单晶硅片为衬底，首先采用碱制绒方式在硅片表面形成陷光的绒面,所用的溶液通常为KOH溶液，KOH溶液一般按照KOH：添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，温度为80℃。然后在2-5％的HF溶液中进行清洗，然后再清洗干净硅片表面。
2)在硅片的上表面沉积p+a-Si:H/SiOx叠层：将制绒后的硅片放入PECVD管中，在上表面沉积p+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为硼，其中SiOx厚度为5nm，p+a-Si:H厚度为50nm；
3)通过激光重掺杂在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区：在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区，激光采用方形光斑，激光功率为30W，扫描速度10m/s，其图形与正面电极的图形对应；
4)对激光重掺杂的硅片进行高温推进，将p+a-Si:H/SiOx层中的硼推入硅片表面，从而形成轻掺发射区和重掺发射区：采用高温退火炉或高温扩散炉对激光重掺杂后的硅片进行高温推进，温度为950℃，时间为1.5h，从而形成轻掺发射区2和重掺发射区3，轻掺发射区方阻130Ω/□，重掺发射区方阻90Ω/□；
5)采用体积浓度2％的HF溶液将p+a-Si:H/SiOx层去除，同时清洗硅片下表面；
6)在衬底的下表面形成n+a-Si:H/SiOx层：将制绒后的硅片放入PECVD管中，在下表面沉积n+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为磷，其中SiOx厚度为4nm，p+a-Si:H厚度为80nm；
7)通过高温退火的方式对n+a-Si:H进行晶化、激活掺杂原子，形成掺杂的多晶硅层6，退火温度为850℃，时间为1.5h；
8)采用干法刻蚀方法去除边缘绕镀的掺杂多晶硅/氧化硅结构；
9)采用体积浓度2％的HF溶液去除掺杂多晶硅表面的磷硅玻璃；
10)电池两面镀钝化膜，印刷烧结：
镀背面AlOx/SiNx：采用PECVD方式，在背面沉积AlOx/SiNx，形成背面钝化层7；
镀正面AlOx/SiNx：采用ALD在正面沉积AlOx，后采用PECVD在上面沉积SiNx，形成正面钝化层4；
印刷烧结：采用丝网印刷和烧结形成上电极8和下电极9，在上表面印刷银铝浆，在下表面印刷银浆，经过700-850℃烧结形成电极接触。
实施例3
1)以N型单晶硅片为衬底，首先采用碱制绒方式在硅片表面形成陷光的绒面,所用的溶液通常为KOH溶液，KOH溶液一般按照KOH：添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，温度为80℃。然后在2-5％的HF溶液中进行清洗，然后再清洗干净硅片表面。
2)在硅片的上表面沉积p+a-Si:H/SiOx叠层：将制绒后的硅片放入PECVD管中，在上表面沉积p+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为硼，其中SiOx厚度为4nm，p+a-Si:H厚度为70nm；
3)通过激光重掺杂在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区：在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区，激光采用方形光斑，激光功率为40W，扫描速度15m/s，其图形与正面电极的图形对应；
4)对激光重掺杂的硅片进行高温推进，将p+a-Si:H/SiOx层中的硼推入硅片表面，从而形成轻掺发射区和重掺发射区：采用高温退火炉或高温扩散炉对激光重掺杂后的硅片进行高温推进，温度为1000℃，时间为1h，从而形成轻掺发射区2和重掺发射区3，轻掺发射区方阻150Ω/□，重掺发射区方阻95Ω/□；
5)采用体积浓度2％的HF溶液将p+a-Si:H/SiOx层去除，同时清洗硅片下表面；
6)在衬底的下表面形成n+a-Si:H/SiOx层：将制绒后的硅片放入PECVD管中，在下表面沉积n+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为磷，其中SiOx厚度为5nm，p+a-Si:H厚度为100nm；
7)通过高温退火的方式对n+a-Si:H进行晶化、激活掺杂原子，形成掺杂的多晶硅层6，退火温度为800℃，时间为1h；
8)采用干法刻蚀方法去除边缘绕镀的掺杂多晶硅/氧化硅结构；
9)采用体积浓度2％的HF溶液去除掺杂多晶硅表面的磷硅玻璃；
10)电池两面镀钝化膜，印刷烧结：
镀背面AlOx/SiNx：采用PECVD方式，在背面沉积AlOx/SiNx，形成背面钝化层7；
镀正面AlOx/SiNx：采用ALD在正面沉积AlOx，后采用PECVD在上面沉积SiNx，形成正面钝化层4；
印刷烧结：采用丝网印刷和烧结形成上电极8和下电极9，在上表面印刷银铝浆，在下表面印刷银浆，经过700-850℃烧结形成电极接触。
实施例4
1)以N型单晶硅片为衬底，首先采用碱制绒方式在硅片表面形成陷光的绒面,所用的溶液通常为KOH溶液，KOH溶液一般按照KOH：添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，温度为80℃。然后在2-5％的HF溶液中进行清洗，然后再清洗干净硅片表面。
2)在硅片的上表面沉积p+a-Si:H/SiOx叠层：将制绒后的硅片放入PECVD管中，在上表面沉积p+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为硼，其中SiOx厚度为3nm，p+a-Si:H厚度为90nm；
3)通过激光重掺杂在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区：在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区，激光采用方形光斑，激光功率为50W，扫描速度20m/s，其图形与正面电极的图形对应；
4)对激光重掺杂的硅片进行高温推进，将p+a-Si:H/SiOx层中的硼推入硅片表面，从而形成轻掺发射区和重掺发射区：采用高温退火炉或高温扩散炉对激光重掺杂后的硅片进行高温推进，温度为1050℃，时间为1h，从而形成轻掺发射区2和重掺发射区3，轻掺发射区方阻170Ω/□，重掺发射区方阻100Ω/□；
5)采用体积浓度2％的HF溶液将p+a-Si:H/SiOx层去除，同时清洗硅片下表面；
6)在衬底的下表面形成n+a-Si:H/SiOx层：将制绒后的硅片放入PECVD管中，在下表面沉积n+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为磷，其中SiOx厚度为5nm，p+a-Si:H厚度为150nm；
7)通过高温退火的方式对n+a-Si:H进行晶化、激活掺杂原子，形成掺杂的多晶硅层6，退火温度为900℃，时间为0.5h；
8)采用干法刻蚀方法去除边缘绕镀的掺杂多晶硅/氧化硅结构；
9)采用体积浓度2％的HF溶液去除掺杂多晶硅表面的磷硅玻璃；
10)电池两面镀钝化膜，印刷烧结：
镀背面AlOx/SiNx：采用PECVD方式，在背面沉积AlOx/SiNx，形成背面钝化层7；
镀正面AlOx/SiNx：采用ALD在正面沉积AlOx，后采用PECVD在上面沉积SiNx，形成正面钝化层4；
印刷烧结：采用丝网印刷和烧结形成上电极8和下电极9，在上表面印刷银铝浆，在下表面印刷银浆，经过700-850℃烧结形成电极接触。
实施例5
1)以N型单晶硅片为衬底，首先采用碱制绒方式在硅片表面形成陷光的绒面,所用的溶液通常为KOH溶液，KOH溶液一般按照KOH：添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，温度为80℃。然后在2-5％的HF溶液中进行清洗，然后再清洗干净硅片表面。
2)在硅片的上表面沉积p+a-Si:H/SiOx叠层：将制绒后的硅片放入PECVD管中，在上表面沉积p+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为硼，其中SiOx厚度为5nm，p+a-Si:H厚度为100nm；
3)通过激光重掺杂在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区：在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区，激光采用方形光斑，激光功率为60W，扫描速度30m/s，其图形与正面电极的图形对应；
4)对激光重掺杂的硅片进行高温推进，将p+a-Si:H/SiOx层中的硼推入硅片表面，从而形成轻掺发射区和重掺发射区：采用高温退火炉或高温扩散炉对激光重掺杂后的硅片进行高温推进，温度为1050℃，时间为1h，从而形成轻掺发射区2和重掺发射区3，轻掺发射区方阻200Ω/□，重掺发射区方阻110Ω/□；
5)采用体积浓度2％的HF溶液将p+a-Si:H/SiOx层去除，同时清洗硅片下表面；
6)在衬底的下表面形成n+a-Si:H/SiOx层：将制绒后的硅片放入PECVD管中，在下表面沉积n+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为磷，其中SiOx厚度为3nm，p+a-Si:H厚度为200nm；
7)通过高温退火的方式对n+a-Si:H进行晶化、激活掺杂原子，形成掺杂的多晶硅层6，退火温度为830℃，时间为2h；
8)采用干法刻蚀方法去除边缘绕镀的掺杂多晶硅/氧化硅结构；
9)采用体积浓度2％的HF溶液去除掺杂多晶硅表面的磷硅玻璃；
10)电池两面镀钝化膜，印刷烧结：
镀背面AlOx/SiNx：采用PECVD方式，在背面沉积AlOx/SiNx，形成背面钝化层7；
镀正面AlOx/SiNx：采用ALD在正面沉积AlOx，后采用PECVD在上面沉积SiNx，形成正面钝化层4；
印刷烧结：采用丝网印刷和烧结形成上电极8和下电极9，在上表面印刷银铝浆，在下表面印刷银浆，经过700-850℃烧结形成电极接触。
对实施例1-5中太阳能电池进行性能检测，包括：开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、填充因子(FF)、转换效率(Eta)。参照组为主流接触钝化电池(即不含选择性发射极的N型晶硅接触钝化电池)。
Figure BDA0002817093330000121
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)将N硅片衬底制绒，形成具有陷光作用的绒面结构；
2)在硅片的上表面沉积p+a-Si:H/SiOx叠层，掺杂源为硼；
3)通过激光重掺杂在p+a-Si:H/SiOx层上形成局部重掺区；
4)对激光重掺杂的硅片进行高温推进，将p+a-Si:H/SiOx层中的硼推入硅片表面，从而形成轻掺发射区和重掺发射区；
5)采用HF溶液将p+a-Si:H/SiOx层去除，同时清洗硅片下表面；
6)在衬底的下表面形成n+a-Si:H/SiOx层，掺杂源为磷；
7)通过高温退火的方式对n+a-Si:H进行晶化、激活掺杂原子，形成掺杂的多晶硅层；
8)采用干法刻蚀方法去除边缘绕镀的掺杂多晶硅/氧化硅结构；
9)采用HF溶液去除掺杂多晶硅表面的磷硅玻璃；
10)电池两面镀钝化膜，印刷烧结。
2.根据权利要求1所述的一种高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述p+a-Si:H/SiOx层采用PECVD沉积，所述n+a-Si:H/SiOx层采用PECVD沉积。
3.根据权利要求1所述的一种高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中p+a-Si:H/SiOx层中SiOx厚度为0-5nm，p+a-Si:H厚度为10-100nm。
4.根据权利要求1所述的一种高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中所述的激光重掺杂，所述激光为方形光斑，功率30-60W，扫描速度10-30m/s，其图形与正面电极图形对应。
5.根据权利要求1所述的一种高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中高温推进在高温退火炉或高温扩散炉中进行，高温推进的温度为温度900-1050℃，时间1-2h。
6.根据权利要求1所述的一种高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中轻掺发射区方阻120-200Ω/□，重掺发射区方阻80-110Ω/□。
7.根据权利要求1所述的一种高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤6)中n+a-Si:H/SiOx层中SiOx厚度为1-5nm，p+a-Si:H厚度为50-200nm。
8.根据权利要求1所述的一种高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤7)中高温退火的温度800-900℃，时间0.5-2h。
9.根据权利要求1所述的一种高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤9)和步骤10)中的钝化膜选用AlOx/SiNx、GaOx/SiNx、TaOx/SiNx中的一种，AlOx、GaOx、TaOx采用ALD或者PECVD沉积，SiNx采用PECVD沉积。
10.一种高效太阳能电池，其特征在于：通过以上权利要求1-9任意一条所述的一种高效太阳能电池的制备方法制备所得。
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