CN116885049A - 一种激光掺杂方法及TOPCon太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光掺杂方法及TOPCon太阳能电池，激光掺杂方法包括控制激光参数，利用激光对所述硅衬底表面的预设区域进行选择性激光掺杂。通过调节激光参数对温度场进行控制，在不破坏硅衬底表面微结构的前提下进行硼扩散，既可对杂质扩散曲线进行控制，又可通过改变激光参数提升产率，同时满足工艺性能和产率的需求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，更具体地说，涉及一种激光掺杂方法及TOPCon太阳能电池。
背景技术
在太阳能电池的制备过程中，出于提效的目的，需要制备选择性发射极，即在金属栅线与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂，以减少前金属电极与硅片的接触电阻、降低金属接触复合；而在金属电极以外的区域则进行低浓度掺杂，用于浅掺杂区表面复合，改善钝化效果。通过对发射极的优化，还可以增加太阳能电池的输出电流和电压，进而增加其光电转化效率。
目前采用激光掺杂工艺对选择性区域进行高浓度掺杂是目前保证加工精度和产率的最有效方法。
那么，如何不断优化激光掺杂工艺，在减少激光高密度能量造成的晶硅损伤，提高太阳能电池选择性区域的高浓度掺杂效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种激光掺杂方法及TOPCon太阳能电池，技术方案如下：
一种激光掺杂方法，所述激光掺杂方法包括：
硼扩散：对硅衬底表面进行硼扩散；
激光选择性掺杂：控制激光参数，利用激光对所述硅衬底表面的预设区域进行选择性激光掺杂，所述预设区域为电极沉积区域，所述激光参数包括：扫描速度、光斑尺寸与激光功率密度；
其中，所述激光选择性掺杂包括：控制光斑沿激光扫描方向的尺寸为：50μm-500μm；所述激光功率密度为：1000KW/cm2-4000KW/cm2；所述扫描速度为：10m/s-65m/s，使得在所述硅衬底中硼原子的有效掺杂深度在1.2μm以上。
优选的，所述激光选择性掺杂还包括，在所述硅衬底表面至硼原子的最大迁移深度范围内，维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间大于1.5μs。
优选的，所述最大迁移深度范围为2μm；
所述维持硼原子迁移所需掺杂温度大于或等于1000℃，且小于1410℃。
优选的，在所述激光选择性掺杂之后，所述激光掺杂方法还包括：
表面氧化：对所述硅衬底表面进行表面氧化处理；
氧化层刻蚀：将表面氧化后形成的氧化层刻蚀掉。
优选的，所述控制激光参数包括：
所述光斑沿激光扫描方向的尺寸为：50μm-500μm；
所述激光功率密度为：1000KW/cm2-3000KW/cm2；
所述扫描速度为：10m/s-65m/s。
优选的，所述控制激光参数包括：
为了保证产能，增大所述光斑尺寸，同时减小所述激光功率密度，以延长维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间；
或，为了保证产能，减小所述光斑尺寸，同时增大所述激光功率密度，以缩短维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间。
优选的，所述控制激光参数包括：
为保证维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间保持一致，控制所述激光功率密度，增大所述光斑尺寸的同时增大所述扫描速度，以提高激光掺杂SE扩散产率。
优选的，所述激光选择性掺杂采用的激光光斑为矩形光斑，且进行激光选择性掺杂时，所述激光扫描方向为所述矩形光斑的长边延伸方向。
优选的，在上述激光掺杂方法中，所述矩形光斑的长宽比范围为1.5-2.5。
优选的，在上述激光掺杂方法中，所述激光的波长为500nm-1500nm，激光器为CW激光器或QCW激光器。
本申请还提供了一种TOPCon太阳能电池，所述TOPCon太阳能电池基于上述任一项所述的激光掺杂方法制备。
相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
本发明提供的一种激光掺杂方法，通过调节激光参数对温度场进行控制，在不破坏硅衬底表面微结构的基本前提下进行硼扩散，既可对杂质扩散曲线进行控制，提高太阳能电池选择性区域的高浓度掺杂效果，又可通过改变激光参数提升产率，同时满足工艺性能和产率的需求。
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的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种激光掺杂方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种杂质浓度分布曲线变化示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种激光掺杂方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的光强分布示意图；
图5为本发明实施例提供的一种温度监测点示意图；
图6为本发明实施例提供的一种相同扫描速度25m/s下不同光斑尺寸对应的表面0μm温度曲线示意图；
图7为本发明实施例提供的一种相同扫描速度25m/s下不同光斑尺寸对应的表面2μm温度曲线示意图；
图8为本发明实施例提供的第一组实验组A、B、C、D在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间示意图；
图9为本发明实施例提供的一种相同扫描速度40m/s下不同光斑尺寸对应的表面0μm温度曲线示意图；
图10为本发明实施例提供的一种相同扫描速度40m/s下不同光斑尺寸对应的表面2μm温度曲线示意图；
图11为本发明实施例提供的第二组实验组a、b、c、d在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间示意图；
图12为本发明实施例提供的一种不同扫描速度下不同光斑尺寸对应的表面0μm温度曲线示意图；
图13为本发明实施例提供的一种不同扫描速度下不同光斑尺寸对应的表面2μm温度曲线示意图；
图14为本发明实施例提供的第二组实验组E、F、G、H在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间示意图；
图15为本发明实施例提供的一种不同扫描速度下不同光斑尺寸对应的表面0μm温度曲线示意图；
图16为本发明实施例提供的一种不同扫描速度下不同光斑尺寸对应的表面2μm温度曲线示意图；
图17为本发明实施例提供的第二组实验组e、f、g、h在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于背景技术记载的内容而言，目前市场广泛应用的为激光磷掺杂，其工艺流程为：
1）扩散炉中进行磷扩散，在P型衬底上形成PN结，并在扩散完成后在表面形成一层富含磷杂质的PSG（磷硅玻璃）。
2）采用激光对选择性区域进行图案化扫描加工，使扫描过后的区域的磷杂质进一步从PSG扩散至Si材质的衬底中，形成选择性重掺杂，以此减少金属电极与衬底的接触电阻，而在金属电极以外的区域进行低浓度掺杂，可以降低扩散层的复合，增加太阳能电池的输出电流和电压，从而增加光电转化效率。
具体的，采用激光把磷杂质从PSG扩散至Si材质的衬底中，这基于磷杂质在PSG中的固溶度要远低于在Si中的固溶度，所以在激光提供一定温度场的条件下，磷杂质更倾向于从PSG扩散至Si材质的衬底中，使得激光作用后的区域磷杂质浓度更高，形成选择性重掺杂，达到降低金属电极与硅片之间接触电阻的目的。
进一步的，在新型的N型的TOPCon太阳能电池的制备工艺下，则需要在N型的Si衬底的受光面上进行硼扩散，形成PN结，也同时在表面形成一层富含硼杂质的BSG（硼硅玻璃），并且N型的TOPCon太阳能电池也需要在沉积金属电极的区域进行选择性重掺杂。
但是，由于硼在Si中的固溶度要远低于在BSG中的固溶度，所以即使在激光提供一定的温度场的情况下，硼杂质很难直接从BSG扩散至Si基体中，因此很难形成选择性区域重掺杂。
基于此，本申请实施例提供了一种新型的激光掺杂方法，通过调节激光参数对温度场进行控制，在不破坏硅衬底表面微结构的基本前提下进行硼扩散，既可对杂质扩散曲线进行控制，又可通过改变激光参数（例如激光参数可以包括光斑尺寸SD、激光功率密度PD、扫描速度V等）提升产率，同时满足工艺性能和产率的需求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种激光掺杂方法的流程示意图，参考图2，图2为本发明实施例提供的一种杂质浓度分布曲线变化示意图，如图1所示，该激光掺杂方法包括：
S101：硼扩散：对硅衬底表面进行硼扩散。
S102：激光选择性掺杂：控制激光参数，利用激光对硅衬底表面的预设区域进行选择性激光掺杂，预设区域为电极沉积区域，激光参数包括：扫描速度、光斑尺寸与激光功率密度；其中，激光选择性掺杂包括：控制光斑沿激光扫描方向的尺寸为：50μm-500μm；激光功率密度为：1000KW/cm2-4000KW/cm2；扫描速度为：10m/s-65m/s，使得在硅衬底中硼原子的有效掺杂深度在1.2μm以上。
即，在激光选择性掺杂过程中，通过综合调节彼此相关联的激光参数在上述范围内，使得硅衬底激光掺杂后，在所述硅衬底表面至硼原子的最大迁移深度范围内，维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间大于1.5μs。并且，使得表面最大硼原子浓度约在1×1019~1×1020原子/cm3，有效掺杂深度在1.2μm以上（有效掺杂深度内一般掺杂浓度在1×1018原子/cm3以上），从而有利于在硅衬底表面的发射区上形成良好的金属接触。需要说明的是，原子/cm3又可以写成atoms/cm3。
在上述激光参数范围内，硅衬底表面微结构不会被高温破坏，且能在硅衬底表面至硼原子的最大迁移深度范围2μm内，维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间大于1.5μs，可使杂质扩散曲线满足形成良好PN结的要求。另外，维持硼原子迁移所需掺杂温度大于或等于1000℃，而不过度接近或超过硅晶体的熔融温度1410℃，且维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间大于1.5μs，能够给激光工艺参数调整留下足够大的调整区间。
需要说明的是，在本发明实施例中在控制光斑沿激光扫描方向的尺寸为：50μm-500μm；激光功率密度为：1000KW/cm2-4000KW/cm2；扫描速度为：10m/s-65m/s的情况下，就可以使维持硼原子迁移所需掺杂温度大于或等于1000℃，而不过度接近或超过硅晶体的熔融温度1410℃，无需额外的控温方式来控制维持硼原子迁移所需掺杂温度。也就是说，在控制光斑沿激光扫描方向的尺寸为：50μm-500μm；激光功率密度为：1000KW/cm2-4000KW/cm2；扫描速度为：10m/s-65m/s的情况下，可以使得在硅衬底中，硼原子的有效掺杂深度在1.2μm以上。
控制激光参数包括：光斑沿激光扫描方向的尺寸为：50μm-500μm；激光功率密度为：1000KW/cm2-3000KW/cm2；扫描速度为：10m/s-65m/s。在此激光参数范围内，除了能实现上述效果，还有利于在增大产能（调高扫描速度）的需求下，合理选型激光器，使其经济地满足功率密度条件，并通过激光光斑尺寸的优化来满足扩散所需的各类条件。
其中，激光波长范围为500nm-1500nm，激光器为CW激光器或QCW激光器。
其中，若激光光斑为方形光斑时，光斑尺寸为：50μm-500μm。
具体的，在该实施例中在进行硼扩散之前，还可以对硅衬底的表面进行制绒处理，例如利用硅材料在碱液中的各向异性腐蚀特性，使硅衬底与碱液进行一系列化学反应，在硅衬底的表面形成金字塔绒面，以使硅衬底的表面可以吸收更多的光，提高器件的光电转换效率。
在硅衬底的表面进行硼扩散，例如在一定硼源浓度、温度、压力和反应时间下，硼源经过一系列反应从硅衬底的表面扩散至硅衬底中，使得硅衬底获得合适的掺杂浓度、PN结深和方阻，此时硅衬底整个表面的浓度是一样的，如图2所示，在硼扩散之后，硅衬底表面全部形成表面峰值浓度PC1，PN结深为J1的杂质分布曲线BD1。
之后控制激光参数，利用激光对硅衬底表面上的电极沉积区域进行激光选择性掺杂，将硼杂质进一步往深度扩散，以推深PN结。如图2所示，利用可以提供沿深度方向平缓温度场的激光对需要进行电极沉积的区域进行选择性加工，被激光加工后的这部分区域其杂质曲线由BD1变为峰值浓度PC2，PN结深为J2的杂质分布曲线BDSE1，其中PC2＜PC1，J2＞J1，此时杂质分布曲线BD1和杂质分布曲线BDSE1的曲线包围面积一致，即硼杂质的总量一致。
需要说明的是，为了保证硅衬底的表面微结构不被破坏，所述维持硼原子迁移所需掺杂温度需小于1410℃（即硅的熔点温度），又由于激光造成的温度场持续时间极短，那么为了保证硼原子可以有效进行掺杂，因此维持硼原子迁移所需掺杂温度需大于或等于1000℃并接近1410℃，在本申请实施例中在不破坏硅衬底表面微结构的同时，在所述硅衬底表面至硼原子的最大迁移深度范围内，维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间大于1.5μs。
可选的，在本发明另一实施例中，参考图3，图3为本发明实施例提供的另一种激光掺杂方法的流程示意图，在所述激光选择性掺杂之后，所述激光掺杂方法还包括：
S103：表面氧化：对所述硅衬底表面进行表面氧化处理。
S104：氧化层刻蚀：将表面氧化后形成的氧化层刻蚀掉。
具体的，在该实施例中在激光选择性掺杂之后，在一定氧气浓度、温度、压力和反应时间下，对硅衬底的表面进行表面氧化处理，使硅衬底表面一定深度的硅被氧化为二氧化硅。如图2所示，由于表面氧化也是在一定温度和反应时间下进行，因此杂质分布曲线BD1会再扩散形成峰值浓度为PC11，PN结深为J11的杂质分布曲线BD11，其中PC11＜PC1，J11＞J1；杂质分布曲线BDSE1也会再扩散形成峰值浓度为PC21，PN结深为J21的杂质分布曲线BDSE11，其中PC21＜PC2，PC21＜PC11，J21＞J2，J21＞J11；此时杂质分布曲线BD11与杂质分布曲线BDSE11的交点深度为D1，此深度下两条曲线的浓度相等，经过氧化形成厚度为D2的BSG（硼硅玻璃），其中D2＞D1。
之后对表面氧化后形成的氧化层进行刻蚀处理，例如可以利用HF等化学试剂（选择的化学试剂需要保证只与BSG发生反应的化学试剂），将二氧化硅刻蚀掉，同步被去除的包括二氧化硅中的硼杂质。如图2所示，刻蚀截止至BSG与硅衬底的交界面S，经过氧化层刻蚀后，得到目标浓度曲线BD12和目标浓度曲线BDSE12，其中PC12＜PC22，J12＜J22，采用激光加工的区域BDSE12形成选择性重掺杂，由此减少金属电极与硅衬底的接触电阻，而在金属电极以外的区域BD12保证了低浓度掺杂，可以降低扩散层的复合，增加太阳能电池的输出电流和电压，从而增加光电转化效率。
通过上述描述可知，步骤S102激光选择性掺杂尤为关键，其直接控制杂质再分布。对于表面温度的控制，一方面需要控制温度在硅的熔点温度1410℃以下，使得硅衬底的表面不会因为熔化相变导致表面微结构损伤，另一方面需要控制在较高的温度持续一定时间（1000℃以上），使硼杂质可以在高温区（即激光选择性掺杂区域）更好的扩散，实现控制硼杂质分布的目的。通过对激光的波长WL、时序类型TY，光斑尺寸SD、激光功率密度PD、扫描速度V等其它激光参数综合的进行系统的匹配，实现在不破坏硅衬底表面微结构的基本前提下，既可对杂质扩散曲线进行控制，又可通过改变激光参数提升产率，同时满足工艺性能和产率的需求。
进一步的，根据扩散方程可知，扩散距离L，热处理时间t，初始扩散系数D0，EA是活化能，k是玻尔兹曼常数，是一定温度下的扩散系数，t为扩散时间，/>随温度的增大而增大，所以杂质扩散距离强相关于温度T与扩散时间t。
可选的，在本发明另一实施例中，所述控制激光参数包括：
为了保证产能（激光的扫描速度固定不变），增大所述光斑尺寸，同时减小所述激光功率密度，以延长所述维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间。
或，为了保证产能（激光的扫描速度固定不变），减小所述光斑尺寸，同时增大所述激光功率密度，以缩短所述维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间。这里所述的为了保证产能，可以认为控制激光扫描速度固定不变。
需要说明的是，光斑尺寸不仅包括光斑沿激光扫描方向的尺寸，还可包括非激光扫描方向的尺寸。例如方形光斑，改变整个光斑尺寸；矩形光斑，只改变激光扫描方向的尺寸，或者既改变光斑沿激光扫描方向的尺寸，也改变光斑沿非激光扫描方向的尺寸。
具体的，在该实施例中提出一种在扫描速度V保持不变，即产能保持不变的情况下，改变激光的光斑尺寸SD，并配合调节激光功率P、激光功率密度PD的方法，实现对杂质分布曲线的控制。
在产能一定的情况下，即激光的扫描速度V一定的情况下，要保证硅衬底表面不发生熔化破坏表面微结构的目的，激光产生的表面瞬态峰值温度Tmax必须低于硅的熔点温度Tc（1410℃），又由于激光造成的温度场持续时间极短，所以尽可能使表面温度Ts高于1000℃并接近但低于Tc（1410℃），所以一方面可以通过调节激光参数增大或减小Ts，从而增加或减少硼杂质扩散距离L；一方面也可以通过延长或缩短表面扩散深度内（重点关注表面2μm内温度场）高温的持续时间t，即所述维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t，从而增加或减少硼杂质扩散距离L，达到控制杂质分布曲线的目的。
其中，表面温度Ts较高和维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t较长时，杂质分布曲线BD11与杂质分布曲线BDSE11的交点深度D1较深，因此需要刻蚀的BSG（硼硅玻璃）厚度D2更深；表面温度Ts较低和维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t较短时，杂质分布曲线BD11与杂质分布曲线BDSE11的交点深度D1较浅，因此需要刻蚀的BSG（硼硅玻璃）厚度D2更浅。
基于此，下面进行两组实验，如图4所示，图4为本发明实施例提供的光强分布示意图，采用平顶分布的激光对硅衬底进行扫描加工；对于扩散，重点关注表面2μm内温度场，选取表面0μm和深度2μm作为温度监测点，采集温度随时间的变化曲线，如图5示意，图5为本发明实施例提供的一种温度点监测示意图。
第一组实验组A、B、C、D分别采用光斑尺寸SD为70μm×70μm、100μm×100μm、150μm×150μm、200μm×200μm，扫描速度V都为25m/s，表面0μm温度曲线和深度2μm温度曲线如图6和7所示，图6为本发明实施例提供的一种相同扫描速度25m/s下不同光斑尺寸对应的表面0μm温度曲线示意图，图7为本发明实施例提供的一种相同扫描速度25m/s下不同光斑尺寸对应的表面2μm温度曲线示意图。
在不改变扫描速度V，即不影响产能的情况下，通过增大或减小光斑尺寸SD，再减小或增大激光功率P与激光功率密度PD，使表面的峰值温度PT基本一致的情况下，延长或缩短维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t，从而调节杂质扩散曲线，改善工艺性能，具体数据如下表1所示：
表1：第一组实验组A、B、C、D的数据表
在采用相同的扫描速度V，并保持表面峰值温度PT0基本一致（A0、B0、C0、D0分别为1321.1℃、1321.4℃、1321.3℃、1321.6℃）的条件下，表面监测点A0、B0、C0、D0在1000℃以上的持续时间t1分别为2.60μs、3.92μs、6.20μs、8.60μs，在1100℃以上的持续时间t2分别为2.05μs、3.25μs、5.25μs、7.30μs，在1200℃以上的持续时间t3分别为1.75μs、2.74μs、4.50μs、6.30μs，随着光斑尺寸SD的变大，表面监测点在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t得到明显延长，如图8所示，图8为本发明实施例提供的第一组实验组A、B、C、D在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间示意图。
进一步的，如图8所示，深度监测点A2、B2、C2、D2的峰值温度PT2分别为1125.9℃、1157.8℃、1185.9℃、1203.2℃，随着光斑尺寸SD的变大，深度监测点的峰值温度明显提高，A2、B2、C2、D2在1000℃以上的持续时间t1分别为1.95μs、3.27μs、5.50μs、7.80μs，在1100℃以上的持续时间t2分别为0.80μs、1.90μs、3.70μs、5.60μs，在1200℃以上的只有D2，持续时间t3为1.00μs；即随着光斑尺寸SD的变大，深度监测点在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t明显延长。
第二组实验组a、b、c、d分别采用光斑尺寸SD为112μm×112μm、160μm×160μm、240μm×240μm、320μm×320μm，扫描速度V都为40m/s，表面0μm温度曲线和深度2μm温度曲线如图9、10所示，图9为本发明实施例提供的一种相同扫描速度40m/s下不同光斑尺寸对应的表面0μm温度曲线示意图，图10为本发明实施例提供的一种相同扫描速度40m/s下不同光斑尺寸对应的表面2μm温度曲线示意图。
在不改变扫描速度V，即不影响产能的情况下，通过增大或减小光斑尺寸SD，再减小或增大激光功率P与激光功率密度PD，使表面的峰值温度PT基本一致的情况下，延长或缩短维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t，从而调节杂质扩散曲线，改善工艺性能，具体数据如下表2所示：
表2：第二组实验组a、b、c、d的数据表
在采用相同的扫描速度V，并保持表面峰值温度PT0基本一致（a0、b0、c0、d0分别为1321.1℃、1321.2℃、1320.5℃、1320.8℃）的条件下，表面监测点a0、b0、c0、d0在1000℃以上的持续时间t1分别为2.60μs、3.79μs、6.03μs、8.35μs，在1100℃以上的持续时间t2分别为2.10μs、3.15μs、5.15μs、7.20μs，在1200℃以上的持续时间t3分别为1.72μs、2.67μs、4.41μs、6.20μs，随着光斑尺寸SD的变大，表面监测点在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t得到明显延长，如图11所示，图11为本发明实施例提供的第二组实验组a、b、c、d在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间示意图。
进一步的，如图11所示，深度监测点a2、b2、c2、d2的峰值温度PT2分别为1121.5℃、1156.4℃、1184.1℃、1202.1℃，随着光斑尺寸SD的变大，深度监测点的峰值温度明显提高，a2、b2、c2、d2在1000℃以上的持续时间t1分别为2.21μs、3.15μs、5.30μs、7.57μs，在1100℃以上的持续时间t2分别为0.75μs、1.80μs、3.60μs、5.50μs，在1200℃以上的只有d2，持续时间t3为0.6μs；随着光斑尺寸SD的变大，深度监测点在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t明显延长。
通过上述描述可知，在扫描速度V一定，即产能一定的情况下，通过改变光斑尺寸SD，并调节适当的激光功率P和激光功率密度PD，可以明显的缩短或延长在高温区的维持时间（即维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t）并且提高深度的峰值温度，可以有效的控制杂质的扩散曲线。
可选的，在本发明另一实施例中，所述控制激光参数包括：
为保证所述维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间保持一致（不变），控制所述激光功率密度（不变），增大所述光斑尺寸的同时增大所述扫描速度，以提高SE（选择性发射极）扩散产率。
具体的，在该实施例中提出一种改变激光光斑尺寸SD，并配合调节激光功率P、激光功率密度PD的方法，控制温度场，在保持杂质扩散曲线不变（即保持Ts与维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t一样）的情况下，控制激光功率密度一致，提高扫描速度V，即提高产能，进一步降低太阳能电池制程的加工成本。
在产能提高的情况下，即增加激光的扫描速度V的情况下，要保证硅衬底表面不发生熔化破坏表面微结构，激光产生的表面瞬态峰值温度Tmax必须低于硅的熔点温度Tc（1410℃），又由于激光造成的温度场持续时间极短，所以尽可能使表面温度Ts高于1000℃并接近但低于Tc（1410℃），通过调节激光参数使Ts与维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t保持一致，从而使杂质扩散距离L也保持一致，达到保持杂质扩散曲线不变（即工艺效果不变），提高产率的效果。
基于此，下面进行两组实验，采用如图4示意的平顶分布的激光对硅衬底进行扫描加工；对于扩散，重点关注表面2μm内温度场，选取如图5示意的表面0μm和深度2μm作为温度监测点，采集温度随时间变化曲线。
第一组实验组E、F、G、H分别采用光斑尺寸SD为70μm×70μm、100μm×100μm、150μm×150μm、200μm×200μm，表面0μm温度曲线和深度2μm温度曲线如图12、13所示，图12为本发明实施例提供的一种不同扫描速度下不同光斑尺寸对应的表面0μm温度曲线示意图，图13为本发明实施例提供的一种不同扫描速度下不同光斑尺寸对应的表面2μm温度曲线示意图。
在提高或扫描速度V的情况下，通过增大光斑尺寸SD，保持激光功率密度PD基本不变的情况下，使表面的峰值温度PT和维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t保持一致，从而使扩散曲线保持一致，具体数据如下表3所示：
表3：第一组实验组E、F、G、H的数据表
在采用不同的扫描速度V，并保持表面峰值温度PT0基本一致（E0、F0、G0、H0分别为1321.0℃、1321.4℃、1321.1℃、1321.3℃）的条件下，表面监测点E0、F0、G0、H0在1000℃以上的持续时间t1分别为3.96μs、3.95μs、4.01μs、4.02μs，在1100℃以上的持续时间t2分别为3.27μs、3.25μs、3.30μs、3.31μs，在1200℃以上的持续时间t3分别为2.75μs、2.74μs、2.78μs、2.78μs，随着光斑尺寸SD的变大，加快扫描速度V，即提高产能，表面监测点在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t基本一致，如图14所示，图14为本发明实施例提供的第二组实验组E、F、G、H在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间示意图。
进一步的，如图14所示，深度监测点E2、F2、G2、H2的峰值温度PT2分别为1156.4℃、1157.8℃、1158.5℃、1159.4℃，随着光斑尺寸SD的变大，深度监测点的峰值温度也基本一致，E2、F2、G2、H2在1000℃以上的持续时间t1分别为3.28μs、3.27μs、3.33μs、3.33μs，在1100℃以上的持续时间t2分别为1.92μs、1.90μs、1.95μs、1.95μs；随着光斑尺寸SD的变大，加快扫描速度V，即提高产能，深度监测点在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t基本一致。
第二组实验组e、f、g、h分别采用光斑尺寸SD为70μm×70μm、100μm×100μm、150μm×150μm、200μm×200μm，表面0μm温度曲线和深度2μm温度曲线如图15、16所示，图15为本发明实施例提供的一种不同扫描速度下不同光斑尺寸对应的表面0μm温度曲线示意图，图16为本发明实施例提供的一种不同扫描速度下不同光斑尺寸对应的表面2μm温度曲线示意图。
在提高扫描速度V的情况下，通过增大光斑尺寸SD，保持激光功率密度PD基本不变的情况下，使表面的峰值温度PT和维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t保持一致，从而使扩散曲线保持一致，具体数据如下表4所示：
表4：第二组实验组e、f、g、h的数据表
在采用不同的扫描速度V，并保持表面峰值温度PT0基本一致（e0、f0、g0、h0分别为1322.6℃、1322.7℃、1323.2℃、1323.0℃）的条件下，表面监测点e0、f0、g0、h0在1000℃以上的持续时间t1分别为5.50μs、5.51μs、5.62μs、5.60μs，在1100℃以上的持续时间t2分别为4.66μs、4.67μs、4.72μs、4.70μs，在1200℃以上的持续时间t3分别为4.04μs、4.05μs、4.09μs、4.07μs，随着光斑尺寸SD的变大，加快扫描速度V，即提高产能，表面监测点在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t基本一致，如图17，图17为本发明实施例提供的第二组实验组e、f、g、h在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间示意图。
进一步的，如图17所示，深度监测点e2、f2、g2、h2的峰值温度PT2分别为1178.1℃、1178.1℃、1178.5℃、1178.4℃，随着光斑尺寸SD的变大，深度监测点的峰值温度也基本一致，e2、f2、g2、h2在1000℃以上的持续时间t1分别为4.80μs、4.80μs、4.85μs、4.85μs，在1100℃以上的持续时间t2分别为3.20μs、3.20μs、3.25μs、3.25μs；随着光斑尺寸SD的变大，加快扫描速度V，即提高产能，深度监测点在维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间t基本一致。
通过上述描述可知，在改变激光的光斑尺寸SD，并配合调节激光功率P、激光功率密度PD的情况下，可以保持杂质扩散曲线不变的情况下，提高扫描速度V，即提高产能，进一步降低太阳能电池制程的加工成本
如下表5所示，为其它激光参数控制下的激光选择性掺杂实验结果表，其中，监测点为表面深度2μm。
表5：其它激光参数控制下的激光选择性掺杂实验结果表
可选的，在本发明另一实施例中，所述激光光斑为矩形光斑，且进行激光选择性掺杂时，激光扫描方向为所述矩形光斑的长边延伸方向。
具体的，在该实施例中当采用矩形光斑时，通过沿长边方向扫描，使得激光掺杂时间更长，由此可以提高产能；另一方面，由于采用矩形光斑，可以在扩大光斑面积的同时降低激光功率密度，由此可以减少激光硼掺杂时对硅衬底表面微结构的破坏。同时，矩形光斑还可以保证掺杂线宽不至于过大，减少重掺杂区域面积，降低电池复合。
更为具体的，当所述激光光斑为矩形光斑时，矩形光斑的长边尺寸即沿激光扫描方向的尺寸范围为50μm-500μm，例如50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm等。在上述尺寸范围内，硅衬底表面至硼原子的最大迁移深度内，维持硼原子迁移所需掺杂温度大于1000℃的持续时间均可以大于1.5μs。
可选的，在本发明另一实施例中，所述矩形光斑的长宽比范围为1.5-2.5。
具体的，在该实施例中当长宽比大于2.5时，影响太阳能电池片标记点对位识别，且使得SE图形中与细栅方向垂直的边框显得很粗，因此在本申请实施例中将矩形光斑的长宽比范围设置为1.5-2.5。而当长宽比小于1.5时，产能提升效果不明显。
基于本申请上述实施例，在本申请另一实施例中还提供了一种TOPCon太阳能电池，所述TOPCon太阳能电池基于上述实施例所述的激光掺杂方法制备。
以上对本发明所提供的一种激光掺杂方法及TOPCon太阳能电池进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种激光掺杂方法，其特征在于，所述激光掺杂方法包括：
硼扩散：对硅衬底表面进行硼扩散；
激光选择性掺杂：控制激光参数，利用激光对所述硅衬底表面的预设区域进行选择性激光掺杂，所述预设区域为电极沉积区域，所述激光参数包括：扫描速度、光斑尺寸与激光功率密度；
其中，所述激光选择性掺杂包括：控制光斑沿激光扫描方向的尺寸为：50μm-500μm；所述激光功率密度为：1000KW/cm2-4000KW/cm2；所述扫描速度为：10m/s-65m/s，使得在所述硅衬底中硼原子的有效掺杂深度在1.2μm以上。
2.根据权利要求1所述的激光掺杂方法，其特征在于，所述激光选择性掺杂还包括，在所述硅衬底表面至硼原子的最大迁移深度范围内，维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间大于1.5μs。
3.根据权利要求2所述的激光掺杂方法，其特征在于，所述最大迁移深度范围为2μm；
所述维持硼原子迁移所需掺杂温度大于或等于1000℃，且小于1410℃。
4.根据权利要求1所述的激光掺杂方法，其特征在于，在所述激光选择性掺杂之后，所述激光掺杂方法还包括：
表面氧化：对所述硅衬底表面进行表面氧化处理；
氧化层刻蚀：将表面氧化后形成的氧化层刻蚀掉。
5.根据权利要求1所述的激光掺杂方法，其特征在于，所述控制激光参数包括：
所述光斑沿激光扫描方向的尺寸为：50μm-500μm；
所述激光功率密度为：1000KW/cm2-3000KW/cm2；
所述扫描速度为：10m/s-65m/s。
6.根据权利要求1所述的激光掺杂方法，其特征在于，所述控制激光参数包括：
为了保证产能，增大所述光斑尺寸，同时减小所述激光功率密度，以延长维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间；
或，为了保证产能，减小所述光斑尺寸，同时增大所述激光功率密度，以缩短维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间。
7.根据权利要求1所述的激光掺杂方法，其特征在于，所述控制激光参数包括：
为保证维持硼原子迁移所需掺杂温度的持续时间保持一致，控制所述激光功率密度，增大所述光斑尺寸的同时增大所述扫描速度，以提高激光掺杂SE扩散产率。
8.根据权利要求1所述的激光掺杂方法，其特征在于，所述激光选择性掺杂采用的激光光斑为矩形光斑，且进行激光选择性掺杂时，所述激光扫描方向为所述矩形光斑的长边延伸方向。
9.根据权利要求8所述的激光掺杂方法，其特征在于，所述矩形光斑的长宽比范围为1.5-2.5。
10.根据权利要求1所述的激光掺杂方法，其特征在于，所述激光的波长为500nm-1500nm，激光器为CW激光器或QCW激光器。
11.一种TOPCon太阳能电池，其特征在于，所述TOPCon太阳能电池基于权利要求1-10任一项所述的激光掺杂方法制备。
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