CN114464700A - N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法，包括如下步骤：对制绒后的N型硅片进行硼扩散，形成硼的浅掺杂，且硼扩面上形成BSG；然后按照金属电极图形，在硼扩面上印刷能与BSG反应的腐蚀浆料，形成覆浆区域；然后通过加热使腐蚀浆料与覆浆区域的BSG发生反应，将覆浆区域的BSG转变为硼硅化合物；然后对覆浆区域进行激光推进，使覆浆区域形成硼的重掺杂。本发明还提供一种N型晶硅电池的制备工艺，其应用上述的选择性硼掺杂方法。本发明利用腐蚀浆料与BSG发生反应，降低了硼源进入硅基底中所需的激光能量，保护硅片表面的金字塔绒面不受到激光破坏，形成高表面浓度深结的重掺杂区，达到选择性硼掺杂的目的。
Description
技术领域
本发明涉及光伏领域，具体涉及一种N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法及其应用。
背景技术
随着太阳能光伏技术的研究和发展，以晶硅为衬底的光伏技术已然占据了市场主流位置。晶硅分为P型和N型硅两种，随着P型晶硅电池量产化转换效率逐渐趋于理论上限，而N型晶硅电池由于其硅片特性，具有更高的少子寿命，适合更为复杂的电池工艺并得到更高的电池转换效率。
N型晶硅电池技术中，通过硼掺杂形成发射极，而选择性硼掺杂有利于在浅掺杂区域保持良好的表面复合，以及在重掺杂区域保持良好的欧姆接触、降低金属复合。而基于P型晶硅电池量产技术方案，采用先磷扩散形成PSG再激光得到重掺杂的技术路线无法直接应用于N型硼掺杂，这是由于BSG作为扩散硼源具有完全不同于PSG作为磷源的特性，直接将已经非常成熟的选择性激光磷扩散技术显然是无法实现的。申请号为201910017046.7的中国专利公开了一种旋涂硼源激光掺杂制作N型选择性发射极双面电池的方法，其正面的重掺杂发射极采用BSG激光掺杂法完成，选用的激光波长为355nm或532nm，光斑采用方形光斑，激光功率在20W-50W之间，基频为100KHz-360KHz；该专利忽视了激光在晶硅金字塔绒面造成的不可逆转的损伤，随着N型晶硅电池效率不断提高，由于激光损伤导致复合增加的问题逐渐凸显，选择性硼掺杂带来的提效也会大打折扣。申请号为201910578339.2的中国专利公开了一种激光硼掺杂选择性发射极TOPCon结构电池及其制备方法，其先形成高硼表面浓度的P++层，不进行氧化，再采用激光对所需区域进行掺杂推进，经过清洗后放回扩散炉进行氧化以达到形成选择性发射极的目的；该专利需要经过两次高温，两次高温均控制在700℃～1200℃，且时间长，无疑此种操作会降低部分硅片体少子寿命，而激光先掺杂虽然可以达到不同掺杂深度的目的，但共氧化会缩小重掺杂和轻掺杂之间近表面浓度的差异，这不利于降低金属电极与重掺杂区域的欧姆接触。
发明内容
为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法，包括如下步骤：
对制绒后的N型硅片进行硼扩散，形成硼的浅掺杂，且硼扩面上形成BSG；
然后按照金属电极图形，在硼扩面上印刷能与BSG反应并将BSG反应转变为硼硅化合物的腐蚀浆料，形成与金属电极图形一致的覆浆区域；
然后通过加热使腐蚀浆料与覆浆区域的BSG发生反应，将覆浆区域的BSG转变为硼硅化合物；
然后对覆浆区域进行激光推进，使覆浆区域形成硼的重掺杂。
优选的，硼扩散形成的浅掺杂区，其方阻为100～300Ω/□，表面复合J0<30fA/cm2。
优选的，腐蚀浆料为含硼腐蚀浆料或不含硼腐蚀浆料。
优选的，加热腐蚀浆料的温度为50～700℃，时间为1～60min。
优选的，激光推进采用脉冲激光或连续激光。
优选的，激光推进所用激光的能量密度为0.05～50J/cm2，光束为圆形或方形，光束内激光能量均匀分布。
本发明还提供一种N型晶硅电池的制备工艺，其应用上述的选择性硼掺杂方法。
优选的，所述N型晶硅电池的制备工艺，其包括如下步骤：
1）N型硅片制绒、清洗；
2）硼扩散，形成低复合的浅掺杂区，且硼扩面上形成BSG；
3）按照金属电极图形，在硼扩面上印刷能与BSG反应的腐蚀浆料，形成与金属电极图形一致的覆浆区域；然后通过加热使腐蚀浆料与覆浆区域的BSG发生反应，将覆浆区域的BSG转变为硼硅化合物；
4）对覆浆区域进行激光推进，使覆浆区域形成硼的重掺杂；
5）沉积绝缘介质层；
6）清洗背面，去除BSG，磷扩散形成背场；
7）清洗，去除PSG和绝缘介质层；
8）双面沉积减反射钝化膜；
9）印刷金属电极，烧结。
优选的，绝缘介质层为SiNx层、SiOx层、SiONx层、AlOx层中的一层或几层叠加。
优选的，绝缘介质层的厚度为2～200nm。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法及其应用，本发明利用腐蚀浆料与BSG发生反应，降低了硼源进入硅基底中所需的激光能量，保护硅片表面的金字塔绒面不受到激光破坏，形成高表面浓度深结的重掺杂区，达到选择性硼掺杂的目的。
本发明采用能与BSG反应的腐蚀浆料，该浆料可以与含硼氧化硅发生反应，但不与硅反应，该浆料常温下不具有化学活性，便于储存和印刷，经加温后材料激活与BSG反应可生成含硼硅化物，浆料中含有的有机/无机溶剂以及反应生产的副产物经加热后挥发，以保证激光作用区域仅为硼硅化合物。
腐蚀浆料常温下不与BSG反应，升温激活后腐蚀BSG，与BSG（含硼氧化硅）发生反应但不与Si发生反应，从而将BSG转变为硼硅化合物，且对硅基底表面绒面不产生破坏和腐蚀。
对于SiO2/Si界面硼的分凝系数>1，在高温情况下，硼元素受热推进的过程中，一部分硼也会向SiO2层中扩散，导致硅基表面的硼浓度进一步下降，这就是常规激光硼掺杂无法或者很难达到高表面浓度的原因。本发明中，硼硅化合物与硅基底（近表面已掺硼区域）的材料属性基本一致，受热影响后硼元素从高浓度（硼硅化合物）向低浓度（硅基底中掺硼区域）扩散，从而达到高表面浓度以及深结的目的。
本发明还具有如下特点：
1）本发明由于硼硅化合物与硅基底材料特性基本一致，因此可大大降低硼元素推进所需的能量，即作用其表面的激光能量，从而最大程度地减小因激光损伤产生的复合；
2）本发明的高表面硼浓度与金属电极接触，有利于降低金属接触电阻，减小金属复合。
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型晶硅电池的制备工艺，其包括如下步骤：
1）N型硅片制绒、清洗；
2）对制绒后的N型硅片进行硼扩散，形成硼的浅掺杂，且硼扩面上形成BSG；硼扩散形成的浅掺杂区，其方阻为100～300Ω/□，表面复合J0<30fA/cm2；
3）按照金属电极图形，在硼扩面上印刷能与BSG反应并将BSG反应转变为硼硅化合物的含硼或不含硼腐蚀浆料，形成与金属电极图形一致的覆浆区域；然后通过加热使腐蚀浆料与覆浆区域的BSG发生反应，将覆浆区域的BSG转变为硼硅化合物；加热腐蚀浆料的温度为50～700℃，时间为1～60min；
4）对覆浆区域进行激光推进，使覆浆区域形成硼的重掺杂；激光推进采用脉冲激光或连续激光；激光推进所用激光的能量密度为0.05～50J/cm2，光束为圆形或方形，光束内激光能量均匀分布；
5）沉积绝缘介质层；绝缘介质层为SiNx层、SiOx层、SiONx层、AlOx层中的一层或几层叠加；绝缘介质层的厚度为2～200nm；
6）清洗背面，去除BSG，磷扩散形成背场；
7）清洗，去除PSG和绝缘介质层；
8）双面沉积减反射钝化膜；
9）印刷金属电极，烧结。
本发明的具体实施例如下：
实施例1
N型硅片制绒后硼扩散，扩散方阻为200Ω/□；然后在扩散面按照金属化电极印刷不含硼元素的腐蚀浆料；然后将硅片置于加热台烘干，烘干温度250℃，烘干时间2.5min；然后激光作用于浆料上，扫描速度10m/s，功率30W，激光作用后方阻90Ω/□；然后沉积SiNx膜50nm；然后清洗背面，去除BSG，磷扩散形成背场；然后双面清洗并覆盖减反射钝化膜；然后印刷电极、烧结制备得到N型电池。
经测试，实施例1的硼浅掺杂区域表面浓度为9.8E18 atoms/cm3，结深为0.4 μm；激光后硼重掺杂区域表面浓度6.5E+19 atoms/cm3，结深0.8 μm。
实施例2
N型硅片制绒后硼扩散，扩散方阻为250Ω/□；然后在扩散面按照金属化电极印刷含硼元素的腐蚀浆料（浆料中硼含量为10wt%）；然后将硅片置于加热台烘干，烘干温度300℃，烘干时间10min，然后激光作用于浆料上，扫描速度15m/s，功率20W，激光作用后方阻75Ω/□；然后沉积SiNx膜50nm；然后清洗背面，去除BSG，磷扩散形成背场；然后双面清洗并覆盖减反射钝化膜；然后印刷电极、烧结制备得到N型电池。
经测试，实施例2的硼浅掺杂区域表面浓度为8.3E18 atoms/cm3，结深为0.35 μm，激光后硼重掺杂区域表面浓度9.2E+19 atoms/cm3，结深0.76 μm。
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 (10)
1.N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法，其特征在于，包括如下步骤：
对制绒后的N型硅片进行硼扩散，形成硼的浅掺杂，且硼扩面上形成BSG；
然后按照金属电极图形，在硼扩面上印刷能与BSG反应的腐蚀浆料，形成覆浆区域；
然后通过加热使腐蚀浆料与覆浆区域的BSG发生反应，将覆浆区域的BSG转变为硼硅化合物；
然后对覆浆区域进行激光推进，使覆浆区域形成硼的重掺杂。
2.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法，其特征在于，硼扩散形成的浅掺杂区，其方阻为100～300Ω/□，表面复合J0<30fA/cm2。
3.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法，其特征在于，腐蚀浆料为含硼腐蚀浆料或不含硼腐蚀浆料。
4.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法，其特征在于，加热腐蚀浆料的温度为50～700℃，时间为1～60min。
5.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法，其特征在于，激光推进采用脉冲激光或连续激光。
6.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的选择性硼掺杂方法，其特征在于，激光推进所用激光的能量密度为0.05～50J/cm2，光束为圆形或方形，光束内激光能量均匀分布。
7.N型晶硅电池的制备工艺，其特征在于，其应用权利要求1至6中任一项所述的选择性硼掺杂方法。
8.根据权利要求7所述的N型晶硅电池的制备工艺，其特征在于，其包括如下步骤：
1）N型硅片制绒、清洗；
2）硼扩散，形成低复合的浅掺杂区；
3）按照金属电极图形，在硼扩面上印刷能与BSG反应的腐蚀浆料，形成覆浆区域；然后通过加热使腐蚀浆料与覆浆区域的BSG发生反应，将覆浆区域的BSG转变为硼硅化合物；
4）对覆浆区域进行激光推进，使覆浆区域形成硼的重掺杂；
5）沉积绝缘介质层；
6）清洗背面，去除BSG，磷扩散形成背场；
7）清洗，去除PSG和绝缘介质层；
8）双面沉积减反射钝化膜；
9）印刷金属电极，烧结。
9.根据权利要求8所述的N型晶硅电池的制备工艺，其特征在于，绝缘介质层为SiNx层、SiOx层、SiONx层、AlOx层中的一层或几层叠加。
10.根据权利要求8所述的N型晶硅电池的制备工艺，其特征在于，绝缘介质层的厚度为2～200nm。
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