CN113948374A - 一种n型电池硼扩se结构的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，采用高温扩散制作轻掺杂区，搭配激光开槽+硼浆印刷制作重掺杂区的方法，形成N型电池硼扩SE结构。由于重掺杂区的激光开槽及硼浆印刷图形与丝网印刷图形一致，该电池正面结构使得非印刷区为轻掺高方阻，提高光线的短波响应，同时丝网印刷区为重掺低方阻，减少前金属电极的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种N型电池硼扩SE结构的制作方法。
背景技术
相对P型晶硅电池，N型晶硅电池的少子寿命高，无光致衰减，弱光效应好，温度系数小，是晶硅太阳能电池迈向理论最高效率的希望。TOPCon是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivated Contact)太阳能电池技术，其电池结构为N型硅衬底电池，在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合。
但在TOPCon电池正面金属诱导复合是太阳能组件中总复合损失的重要组成部分。在P型PERC电池中，通过缩小电池背面的金属接触面积，可有效降低金属化造成的复合损失，提高转换效率。但在N型电池上由于硼原子较小则很难实现。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种N型电池硼扩SE结构的制作方法。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，包括以下步骤：
S1：将N型硅片垂直或水平插入舟内，并放入炉管；
S2：升温至扩散温度，进行抽空及检漏；
S3：温度保持在扩散温度，恒压通入氮气、氧气，在硅片表面制作一层薄层氧化硅；
S4：温度保持在扩散温度，通入氮气、氧气和硼源对硅片表面进行沉积扩散，将硼原子均匀分布在硅片表面；
S5：升温至推结温度，并通入氮气稳压；
S6：温度保持在推结温度，并恒温推进一段时间，形成生成浅结轻掺杂区；
S7：氮气氛围降温，并出炉管；
S8：通过激光对扩散后硅片进行开槽；
S9：在硅片正面对应电极的激光开槽位置印刷硼浆，并烘干；
S10：将印刷硼浆后的硅片送入退火炉管，在氮气、氧气氛围下，进行高温恒压重掺杂推进及退火；
S11：氮气氛围下，降温出管，完成硼扩SE结构。
进一步地，步骤S1中，所述N型硅片作为衬底材料，通过清洗制绒使硅片表面产生金字塔状结构。
进一步地，步骤S2中，扩散温度为800～1100℃。
进一步地，步骤S7，出炉管后，制作的轻掺杂区扩散方阻在120ohm/squ～160ohm/squ。
进一步地，步骤S8中激光开槽时，选择功率在24W-30W之间，打标速度40000-60000mm/s，频率在200KHz-240KHz。
进一步地，步骤S10中，退火温度在900℃-1000℃，时间保持在20min-60min。
进一步地，步骤S10中，制作重掺杂区，扩散方阻控制在60ohm/squ～80ohm/squ。
进一步地，步骤S4中，硼源为BBr3/BCl3蒸汽。
进一步地，步骤S3中，氮气流量控制在1000sccm-3000sccm，氧气流量控制在500sccm-1000sccm，时间3min-10min。
进一步地，步骤S3中，氮气流量控制在2000sccm，氧气流量控制在500sccm，时间5min。
进一步地，步骤S4中，氮气流量为1000sccm-2000sccm，氧气流量为500sccm-1000sccm，硼源蒸汽流量为500sccm-1000sccm，时间控制在10min-20min。
进一步地，步骤S4中，氮气流量为1300sccm，氧气流量为700sccm，硼源蒸汽流量为500sccm，时间控制在15min。
本发明的有益效果是：
本发明中，采用高温硼扩散制作轻掺杂区，搭配激光开槽+硼浆印刷制作重掺杂区的方法，形成N型电池硼扩SE结构。由于重掺杂区的激光开槽及硼浆印刷图形与丝网印刷图形一致，电池正面结构使得非印刷区为轻掺高方阻，提高光线的短波响应，同时丝网印刷区为重掺低方阻，减少前金属电极的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高转换效率。
附图说明
图1为本发明的一种N型电池硼扩SE结构示意图。
图中标号：1-N型硅片基底，2-重掺杂层，3-轻掺杂层，4-印刷浆料。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
实施例1
一种N型电池硼扩SE(选择性发射极selective Emitter，简称SE)结构的制作方法，包括以下步骤：
(1)将清洗制绒后的N型硅片垂直或水平插入低压扩散炉的石英晶舟内，并放入炉管；所述N型硅片作为衬底材料，通过清洗制绒使硅片表面产生金字塔状结构。本实施例中，清洗制绒步骤采用现有技术中常规步骤，本申请不对其进行改进。
(2)升温至扩散温度880℃并稳定3min后，进行抽真空及检漏步骤；
(3)温度保持在扩散温度880℃，恒压100mbar通入氮气、氧气，氮气流量控制在2000sccm，氧气流量控制在500sccm，时间5min，在硅片表面制作一层薄层氧化硅；这样可以保护硅片不受硼源与氧气反应物的腐蚀。
依照不同掺杂源，设定扩散温度，前氧步骤后就是沉积硼步骤，保证硼掺温度稳定，前氧步骤与硼掺杂时温度相近或一致，有利于硼扩散的进行。
(4)温度保持在扩散温度880℃，通入氮气、氧气和硼源对硅片表面进行沉积，将硼原子均匀分布在硅片表面，氮气流量在1300sccm，氧气流量在700sccm，硼源蒸汽流量在500sccm，时间控制在15min，将硼原子均匀分布在硅片表面；本实施例中，硼源为BCl3蒸汽；
(5)升温至推结温度940℃，并通入1500sccm氮气稳压，压强稳定在100mbar；
(6)温度保持在推结温度940℃，并通入2200sccm氮气及800sccm氧气，稳压在100mbar，恒温推进45min，形成浅结轻掺杂区；
(7)温度设定850℃，氮气氛围下缓慢降温出管，得到方阻监控范围在120～160ohm/squ；
(8)通过激光对扩散后硅片BSG层进行开槽，测试开槽尺寸在110μm，参数选择：功率28w，打标速度60000mm/s，频率为230KHz；
(9)在硅片正面对应电极的激光开槽位置印刷硼浆，并在200℃下烘干3min；本申请中，硼浆印刷图形与丝网印刷图形一致；
(10)将印刷硼浆后的硅片送入退火炉管，升温至920℃；
(11)通过抽空及检漏步骤后，在氮气、氧气氛围下，进行高温920℃恒压100mbar重掺杂推进及退火，氮气流量在2000sccm，氧气流量在500sccm，时间控制在30min；重掺杂区，方阻在60ohm/squ～80ohm/squ。
(12)温度设定850℃，氮气氛围下缓慢降温出管，完成硼扩SE结构。
实施例2
一种N型电池硼扩SE(选择性发射极selective Emitter，简称SE)结构的制作方法，包括以下步骤：
(1)将清洗制绒后的N型硅片垂直或水平插入低压扩散炉的石英晶舟内，并放入炉管；所述N型硅片作为衬底材料，通过清洗制绒使硅片表面产生金字塔状结构。本实施例中，清洗制绒步骤采用现有技术中常规步骤，本申请不对其进行改进。
(2)升温至扩散温度900℃并稳定2min后，进行抽真空及检漏步骤；
(3)温度保持在扩散温度900℃，恒压120mbar通入氮气、氧气，氮气流量控制在2000sccm，氧气流量控制在700sccm，时间3min，在硅片表面制作一层薄层氧化硅；这样可以保护硅片不受硼源与氧气反应物的腐蚀。
(4)温度保持在扩散温度900℃，通入氮气、氧气和硼源对硅片表面进行沉积，将硼原子均匀分布在硅片表面，氮气流量在1500sccm，氧气流量在500sccm，硼源蒸汽流量在500sccm，时间控制在10min，将硼原子均匀分布在硅片表面；本实施例中，硼源为BBr3蒸汽；
(5)升温至推结温度940℃，并通入1500sccm氮气稳压，压强稳定在100mbar；
(6)温度保持在推结温度940℃，并通入2200sccm氮气及800sccm氧气，稳压在100mbar，恒温推进45min，形成浅结轻掺杂区；
(7)温度设定850℃，氮气氛围下缓慢降温出管，得到方阻监控范围在120～160ohm/squ；
(8)通过激光对扩散后硅片BSG层进行开槽，测试开槽尺寸在100μm，参数选择：功率28w，打标速度60000mm/s，频率为230KHz；
(9)在硅片正面对应电极的激光开槽位置印刷硼浆，并在200℃下烘干3min；本申请中，硼浆印刷图形与丝网印刷图形一致；
(10)将印刷硼浆后的硅片送入退火炉管，升温至920℃；
(11)通过抽空及检漏步骤后，在氮气、氧气氛围下，进行高温920℃恒压100mbar重掺杂推进及退火，氮气流量在2000sccm，氧气流量在500sccm，时间控制在30min；重掺杂区，方阻在60ohm/squ～80ohm/squ。
(12)温度设定850℃，氮气氛围下缓慢降温出管，完成硼扩SE结构。
对比例1
(1)将清洗制绒后的硅片垂直或水平插入低压扩散炉的石英晶舟内，并放入炉管；此处的清洗制绒后的硅片与实施例1是一致的，均通过清洗制绒使硅片表面产生金字塔状结构；
(2)升温至扩散温度880℃并稳定3min后，进行抽空及检漏步骤；
(3)温度保持在扩散温度880℃，恒压通入氮气、氧气，氮气流量控制在2000sccm，氧气流量控制在500sccm，时间5min，在硅片表面制作一层薄层氧化硅；
(4)温度保持在扩散温度880℃，通入氮气、氧气和硼源对硅片表面进行沉积，将硼原子均匀分布在硅片表面，氮气流量在1300sccm，氧气在700sccm，硼源蒸汽在500sccm，时间控制在25min，将硼原子均匀分布在硅片表面；
(5)升温至推结温度940℃，并通入氮气稳压；
(6)温度保持在推结温度940℃，并通入2200sccm氮气及800sccm氧气，稳压在100mbar，恒温推进65min；
(7)氮气氛围下缓慢降温出管，得到方阻监控范围在75-100ohm/squ；
表1
| ITEM | Voc(mV) | Jsc(mA/c㎡) | FF(％) | EFF(％) |
| 实施例1 | 708.6 | 41.47 | 83.03 | 24.40 |
| 对比例 | 708.3 | 41.13 | 82.68 | 24.09 |
注：Voc表示开路电压，Isc表示短路电流，FF表示填充因子，EFF表示转换效率。
从表1的对比结果来看，本发明的新型N型电池硼扩SE结构，有更优的电性表现，电池正面结构使得非印刷区为轻掺高方阻，提高光线的短波响应，使得Isc增益明显，同时印刷区为重掺低方阻，减少前金属电极与硅的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，尤其在FF上表现最为突出，从而提高转换效率。
测试对比现有技术中无硼SE结构，本发明方法制得的新型N型电池硼扩SE结构，VOC增加了10mV。当然，相对于现有技术中普通的制作工艺，本发明方法制得的N型电池硼扩SE结构的电性较优，短路电流、开路电压、填充因子与转换效率均得到提高。
Claims (10)
1.一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，其特征是，包括以下步骤：
S1：将N型硅片垂直或水平插入舟内，并放入炉管；
S2：升温至扩散温度，进行抽空及检漏；
S3：温度保持在扩散温度，恒压通入氮气、氧气，在硅片表面制作一层薄层氧化硅；
S4：温度保持在扩散温度，通入氮气、氧气和硼源对硅片表面进行沉积扩散，将硼原子均匀分布在硅片表面；
S5：升温至推结温度，并通入氮气稳压；
S6：温度保持在推结温度，并恒温推进一段时间，形成生成浅结轻掺杂区；
S7：氮气氛围降温，并出炉管；
S8：通过激光对扩散后硅片进行开槽；
S9：在硅片正面对应电极的激光开槽位置印刷硼浆，并烘干；
S10：将印刷硼浆后的硅片送入退火炉管，在氮气、氧气氛围下，进行高温恒压重掺杂推进及退火；
S11：氮气氛围下，降温出管，完成硼扩SE结构。
2.根据权利要求1所述的一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，其特征是，步骤S1中，所述N型硅片作为衬底材料，通过清洗制绒使硅片表面产生金字塔状结构。
3.根据权利要求1所述的一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，其特征是，步骤S2中，扩散温度为800～1100℃。
4.根据权利要求1所述的一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，其特征是，步骤S7，出炉管后，制作的轻掺杂区扩散方阻在120ohm/squ～160ohm/squ。
5.根据权利要求1所述的一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，其特征是，步骤S8中激光开槽时，选择功率在24W-30W之间，打标速度40000-60000mm/s，频率在200KHz-240KHz。
6.根据权利要求1所述的一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，其特征是，步骤S10中，退火温度在900℃-1000℃，时间保持在20min-60min。
7.根据权利要求1所述的一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，其特征是，步骤S10中，制作重掺杂区，扩散方阻控制在60ohm/squ～80ohm/squ。
8.根据权利要求1所述的一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，其特征是，步骤S4中，硼源为BBr3/BCl3蒸汽。
9.根据权利要求1所述的一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，其特征是，步骤S3中，氮气流量控制在1000sccm-3000sccm，氧气流量控制在500sccm-1000sccm，时间3min-10min。
10.根据权利要求1所述的一种N型电池硼扩SE结构的制作方法，其特征是，步骤S4中，氮气流量为1000sccm-2000sccm，氧气流量为500sccm-1000sccm，硼源蒸汽流量为500sccm-1000sccm，时间控制在10min-20min。
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