CN1134071C - 一种太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池及其制作方法，它包括发射区和基区，所述发射区分为接触区和非接触区，所述接触区上设置有金属电极，其特征在于：所述接触区的掺杂物的掺杂浓度控制在8-30Ω/□，所述非接触区的掺杂物的掺杂浓度控制在80-500Ω/□。本发明由于对电池的发射区采用选择性掺杂的方式，使接触区和非接触区均达到最佳值，它可以广泛用于各种太阳能电池的生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制作方法。
背景技术
在太阳能电池的制作中，P-N结的制作是十分重要的，在一定范围内扩散浓度越高，电池的开路电压也越高。但是当掺杂浓度过高时，杂质不能全部电离，杂质缺陷增加，从而造成光生载流子严重复合，甚至会形成“死层”。在太阳能电池中，光生载流子必须在它们通过扩散和漂移越过P-N结之前不被复合，才能对输出电流有贡献。掺杂浓度过高对电池开路电压和短路电流是十分不利的，因此电池发射区的掺杂浓度必须控制在一个合适的范围。另一方面，在发射区的接触区，由金属和硅的接触而引出电流。接触区掺杂浓度提高，可以减小金属和硅的接触电阻，而这一电阻是电池串联电阻的一部分，因此接触区的高掺杂对提高电池的填充因子是十分有利的。
在常规太阳能电池中，发射区的掺杂浓度是均匀的，如果满足了非接触区轻掺杂浓度的要求，则在接触区掺杂浓度过低，造成金属和硅的接触电阻加大，降低了填充因子。而如果满足了接触区对掺杂浓度的要求，对于发射区中非接触区来说，掺杂浓度太高，晶格缺陷密度增加，光生载流子复合严重，电池的开路电压和短路电流都受到很大的影响。实际上，目前常规电池发射区掺杂浓度控制在50-70Ω/□(方块电阻)的范围，是兼顾了发射区中接触区和非接触区对掺杂浓度的要求，二者均未达到优化的水平，因此对电池效率的不利影响是显而易见的。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种既可以满足接触区掺杂浓度的需要，又可以满足非接触区掺杂浓度的需要的太阳能电池及其制作方法。
为实现上述目的，本发明采取以下设计：一种太阳能电池，它包括发射区和基区，所述发射区分为接触区和非接触区，所述接触区上设置有金属电极，其特征在于：所述接触区的掺杂物的掺杂浓度控制在8-30Ω/□，所述非接触区的掺杂物的掺杂浓度控制在80-500Ω/□。
所述接触区的掺杂物的掺杂浓度控制在10-20Ω/□，所述非接触区的掺杂物的掺杂浓度控制在100-300Ω/□更佳。
上述太阳能电池的制作方法之一，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)在Si片上生成厚度为1000-4000的SiO2层，
(2)在SiO2表面通过光刻技术，形成接触区重扩散窗口，接触区的掺杂浓度为8～30Ω/□，
(3)对接触区窗口进行重扩散后去除SiO2，
(4)对整个发射区进行轻扩散，非接触区的掺杂浓度为80～500Ω/□。
(5)在接触区设置金属电极。
当所述Si片上生成SiO2层的厚度为1500-3000时更佳。
上述太阳能电池的制作方法之二，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)在Si片上进行轻扩散，使其扩散浓度达到非接触区所需的80-500Ω/□，
(2)在进行所述轻扩散硅表面生成SiO2掩膜，
(3)在需要设置电极的部位刻槽，槽深度为5-100μm，槽宽度为5-50μm，
(4)对所述槽进行重扩散形成接触区，掺杂浓度为8～30Ω/□，
(5)在所述接触区设置金属电极。
刻槽可以采用激光方法，设置电极可以采用化学镀方法。
上述太阳能电池的制作方法之三，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)对Si片进行重扩散，扩散浓度为8-30Ω/□，
(2)制作上金属电极，
(3)通过化学腐蚀、离子溅射或反应性离子溅射中的一种方式，减薄所述电极以外的发射区，形成非接触区，非接触区的掺杂浓度为80～500Ω/□。
上述太阳能电池的制作方法之四，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)在Si片上丝印磷掺杂浆料，放入扩散炉中扩散，扩散温度800-900℃，时间0.5-2小时，丝印的地方形成重扩散的接触区，掺杂浓度为8-30Ω/□，丝印周围的区域形成轻扩散的非接触区，掺杂浓度为80～500Ω/□。
(2)在接触区上丝印金属电极。
当所述扩散温度为820-860℃，时间为1-1.5小时时更佳。
上述各制作方法中，所述接触区的掺杂物的掺杂浓度为10-20Ω/□，所述非接触区的掺杂物的掺杂浓度为100-300Ω/□时为佳。
本发明由于采取以上设计，其具有以下优点：1、本发明由于对电池的发射区采用选择性掺杂的方式，使接触区重掺杂，非接触区轻掺杂，使接触区和非接触区分别达到了最佳掺杂浓度，使整个电池的效率得到了显著提高。2、本发明由于在接触区掺杂浓度的提高，减小了金属和硅的接触电阻，对提高电池的填充因子十分有利。同时本发明由于在非接触区掺杂浓度降低，晶格缺陷密度减少，可以有效地保证光生载流子在通过扩散和漂移越过P-N结之前不被复合，对电池的开路电压和短路电流十分有利。3、本发明采用光刻掩膜技术，借鉴成熟的集成电路工业的工艺，并可精确控制接触区(重掺杂)与非接触区(轻掺杂)的范围。4、本发明采用掩膜和刻槽技术可以较准确地控制接触区与非接触区的范围，是对光刻掩膜技术的简化，可以减少电池制作中的高温过程，因此可以用于产业化生产。5、本发明采用重扩散后掩蔽腐蚀和丝印磷浆料两项技术，使电池的制作过程更为简单，更适合于电池的产业化生产。本发明构思简单巧妙，实施效果显著，它可以广泛用于各种太阳能电池的生产中。
附图说明
下面结合附图对本发明进行更为详细的描述。
图1是常规电池发射区示意图
图2是本发明发射区示意图
图3是光刻掩膜中生成SiO2层示意图
图4是光刻掩膜中光刻技术形成接触区重扩散窗口示意图
图5是光刻掩膜中重扩散去SiO2示意图
图6是光刻掩膜中轻扩散示意图
图7是掩膜和刻槽中轻扩散示意图
图8是掩膜和刻槽中生成SiO2示意图
图9是掩膜和刻槽中刻槽示意图
图10是掩膜和刻槽中重扩散示意图
图11是重扩散掩蔽腐蚀中重扩散示意图
图12是重扩散掩蔽腐蚀中金属化制电极示意图
图13是重扩散掩蔽腐蚀中减薄非接触区示意图
图14是丝印掺杂浆料中丝印磷浆料示意图
图15是丝印掺杂浆料中实现轻重掺杂示意图
具体实施方式
如图1所示，在常规电池中，一般基区1采用P型Si材料，发射区2掺杂磷，其上设置有金属电极3。发射区掺杂物的掺杂浓度是均匀的，掺杂后发射区的掺杂控制在50-70Ω/□。
如图2所示，在本发明中，发射区采用选择性掺杂，即在发射区2中的接触区4(即电极与半导体材料接触的区域，栅线阴影区)进行重扩散，掺杂后的浓度控制为8-30Ω/□，优选10-20Ω/□。而在非接触区5(受光面)进行轻扩散，掺杂后的浓度控制为80-500Ω/□，优选100-300Ω/□。在实际操作中，具体掺杂浓度可以根据需要确定，但在上述浓度范围内，都可以达到较好的实施效果。
为实现本发明具有不同掺杂浓度的发射区，可以采用以下几种制作的方式：
实施例一 采用光刻掩膜技术
如图3所示，首先在Si片上生成厚度为1000-4000的SiO2层，通过光刻技术形成接触区窗口7(如图4所示)，对接触区窗口7进行重扩散后，去除SiO2(如图5所示)，形成扩散浓度较高的接触区4，再对包括接触区4和非接触区5的整个发射区进行轻扩散(如图6所示)，接触区4的掺杂浓度控制为10-20Ω/□，非接触区5的掺杂浓度控制为100-300Ω/□，最后在接触区按常规方法设置金属电极。
在采用光刻掩膜技术实现发射区轻重掺杂过程中，SiO2的厚度是十分关键的。如果生成的SiO2太薄，在进行重扩时不能起到保护作用。而SiO2层太厚，会造成位错，因此一般生成的SiO2掩膜厚度掌握在1000-4000，优选为1500-3000，而SiO2层的厚度可以通过氧化时的温度，时间等控制，这在一般技术人员是可以掌握的。
实施例二 采用掩膜和刻槽技术
如图7所示，首先在Si片上进行轻扩散，使其扩散浓度达到非接触区1所需的100-300Ω/□，在硅片表面生成SiO2掩膜(如图8所示)，然后用激光方法刻槽8(如图9所示)，槽8的深度可取5-100μm，槽8的宽度可取5-50μm，然后对槽8进行重扩散(如图10所示)，形成接触区4，掺杂浓度为10-20Ω/□，最后用化学镀方法使电极长满槽8。
在采用掩膜和刻槽技术实现发射区轻重掺杂的过程中，槽的几何尺寸是十分关键的。如果形成的槽太浅，金属和硅的接触不佳，而如果槽深过大，金属化不易完成，槽内金属不易填满，内部形成空洞，不仅影响电池的长期稳定性，而且电池的串联电阻增大。因此，一般槽8的深度取5-50μm，更优选20-50μm。槽8的宽度太宽势必造成栅线较粗，增加了电极的阴影面积，较窄的槽使金属化的实现十分困难，因此一般槽的宽度取5-50μm，更优选取20-30μm。
上述实施例中，刻槽可以采用激光或其它的方法，设置电极也可以采取电镀或其它方法。
实施例三 采用重扩后的掩蔽腐蚀技术
如图11所示，首先对Si片进行重扩散，扩散浓度控制为10-20Ω/□，然后做上金属电极3(如图12所示)，将电极3以外的区域通过掩蔽腐蚀的方法进行减薄，使减薄后的区域的掺杂浓度控制在100-300Ω/□，形成非接触区5(如图13所示)。
采用掩蔽腐蚀技术中非接触区的减薄量是通过方块电阻来控制的。掩蔽腐蚀的方法包括化学腐蚀，离子溅射和反应性离子溅射等。
实施例四 采用丝印掺杂浆料技术
如图14、图15所示，首先在Si片上丝印磷掺杂浆料9，放入扩散炉中扩散，丝印的地方形成重扩散的接触区4，丝印以外的区域形成轻扩散的非接触区5，最后在接触区印上电极3。
采用丝印磷掺杂浆料的方式可以用于规模化生产，在这种工艺中，烧结的条件对接触区和非接触区掺杂浓度及其均匀性的影响是十分重要的，一般烧结扩散温度控制在800-900℃，优选820-860℃，时间为30分钟至2小时，优选1-1.5小时。
上述各制作方法的实施例中，发射区的轻重掺杂浓度一般分别控制在100-300Ω/□、10-20Ω/□，而在实际使用中，当掺杂浓度的范围扩大到80-500Ω/□和8-30Ω/□时，也比现有技术中的电池效率有所提高。
Claims (11)
1、一种太阳能电池，它包括发射区和基区，所述发射区分为接触区和非接触区，所述接触区上设置有金属电极，其特征在于：所述接触区的掺杂物的掺杂浓度控制在8-30Ω/□，所述非接触区的掺杂物的掺杂浓度控制在80-500Ω/□。
2、如权利要求1所述的一种太阳能电池，其特征在于：所述接触区的掺杂物的掺杂浓度控制在10-20Ω/□，所述非接触区的掺杂物的掺杂浓度控制在100-300Ω/□。
3、一种太阳能电池的制作方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)在Si片上生成厚度为1000-4000的SiO2层，
(2)在SiO2表面通过光刻技术，形成接触区重扩散窗口，接触区的掺杂浓度为8～30Ω/□，
(3)对接触区窗口进行重扩散后去除SiO2，
(4)对整个发射区进行轻扩散，非接触区的掺杂浓度为80～500Ω/□。
(5)在接触区设置金属电极。
4、如权利要求3所述的一种太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述Si片上生成SiO2层的厚度为1500-3000。
5、一种太阳能电池的制作方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)在Si片上进行轻扩散，使其扩散浓度达到非接触区所需的80-500Ω/□，
(2)在进行所述轻扩散硅表面生成SiO2掩膜，
(3)在需要设置电极的部位刻槽，槽深度为5-100μm，槽宽度为5-50μm，
(4)对所述槽进行重扩散形成接触区，掺杂浓度为8～30Ω/□，
(5)在所述接触区设置金属电极。
6、如权利要求5所述的一种太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述槽的深度为20-50μm，槽宽度为20-30μm。
7、如权利要求5所述的一种太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述刻槽采用激光的方法，所述设置金属电极采用化学镀的方法。
8、一种太阳能电池的制作方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)对Si片进行重扩散，扩散浓度为8-30Ω/□，
(2)制作上金属电极，
(3)通过化学腐蚀、离子溅射或反应性离子溅射中的一种方式，减薄所述电极以外的发射区，形成非接触区，非接触区的掺杂浓度为80～500Ω/□。
9、一种太阳能电池的制作方法：其特征在于：它包括以下步骤：
(1)在Si片上丝印磷掺杂浆料，放入扩散炉中扩散，扩散温度800-900℃，时间0.5-2小时，丝印的地方形成重扩散的接触区，掺杂浓度为8-30Ω/□，丝印周围的区域形成轻扩散的非接触区，掺杂浓度为80～500Ω/□。
(2)在接触区上丝印金属电极。
10、如权利要求9所述的一种太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述扩散温度为820-860℃，时间为1-1.5小时。
11、如权利要求3或4或5或6或7或8或9或10所述的一种太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述接触区的掺杂物的掺杂浓度为10-20Ω/□，所述非接触区的掺杂物的掺杂浓度为100-300Ω/□。
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