CN117153941A - 选择性掺杂结构、太阳能电池的制备方法、太阳能电池 - Google Patents

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CN117153941A CN202311155109.8A CN202311155109A CN117153941A CN 117153941 A CN117153941 A CN 117153941A CN 202311155109 A CN202311155109 A CN 202311155109A CN 117153941 A CN117153941 A CN 117153941A
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Abstract

本申请涉及一种选择性掺杂结构的制备方法，包括如下步骤：提供制绒后的硅片；将所述硅片在预定气氛下进行等离子体增强化学气相沉积处理，在所述硅片的一面形成硼掺杂氧化层；对所述硼掺杂氧化层进行激光推进处理，其中激光推进区域与电池栅线区域重合；对激光推进处理后的所述硅片进行高温氧化推进处理，在所述硅片的一面形成所述选择性掺杂结构，其中，所述等离子体增强化学气相沉积在SiH4、B2H6的混合气氛中进行。本申请得到的选择性掺杂结构掺杂具有均匀性好的优点。

Description

选择性掺杂结构、太阳能电池的制备方法、太阳能电池
技术领域
本申请涉及光伏领域，尤其涉及太阳能电池。
背景技术
选择性发射极是一种应用比较广泛的提高晶体硅太阳能电池转换效率的技术，选择性发射极需要制备选择性掺杂结构，即在太阳能电池正面扩散层接收太阳光的区域(即受光区)实现低表面浓度轻掺杂，在扩散层和金属电极接触的区域(即电极区)实现高表面浓度重掺杂。受光区低表面轻掺杂有利于降低晶体硅太阳能电池的俄歇复合，提升太阳能电池的光谱响应，从而提高开路电压和短路电流；电极区高表面浓度重掺杂有利于降低扩散层和金属电极的接触电阻，从而降低太阳能电池的串联电阻，提高填充因子。
TOPCon电池现有技术制作选择性掺杂结构的制备方法通常包括以下几个步骤：制绒后的硅片送入高温管式硼扩散炉进行第一遍硼掺杂并在掺杂表面形成硼硅玻璃(BSG)；用激光对掺杂表面的BSG层进行推进，激光推进区域的图形为丝网印刷图形，即激光推进区域做为印刷栅线的区域最后经过烧结形成接触电极，激光区域的宽度略大于栅线宽度；激光后的硅片再次进入高温硼扩散炉中二次高温推进，形成激光区域的重掺杂和非激光区域的轻掺杂，从而达到制作选择性发射极的工艺目的。
传统的高温扩散方式制作的选择性掺杂结构，由于炉管的气流、温度等差异，掺杂均匀性存在5％-8％的差距，相对较差；均匀性差进一步造成电池效率损失和良率损失。
发明内容
本申请实施例提供了一种选择性掺杂结构、太阳能电池的制备方法，以解决高温扩散方式制作的选择性掺杂结构的掺杂均匀性较差的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种选择性掺杂结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：
提供制绒后的硅片；
将所述硅片在预定气氛下进行等离子体增强化学气相沉积处理，在所述硅片的一面形成硼掺杂氧化层；
对所述硼掺杂氧化层进行激光推进处理，其中激光推进区域与电池栅线区域重合；
对激光推进处理后的所述硅片进行高温氧化推进处理，在所述硅片的一面形成所述选择性掺杂结构，
其中，所述等离子体增强化学气相沉积在SiH4、N2O、B2H6的混合气氛中进行。
在本申请的一些实施例中，所述混合气氛中，SiH4、N2O、B2H6的体积比为1:1:1-50。
在本申请的一些实施例中，所述混合气氛还包括H2。
在本申请的一些实施例中，所述硼掺杂氧化层的厚度为30-150nm。
在本申请的一些实施例中，所述激光推进处理中，所述激光的波长为400-900nm；和/或，
所述激光的脉冲频率50-150KHz；和/或，
所述激光的峰值能量为5-15J/cm2。
在本申请的一些实施例中，所述激光的波长为450-600nm。
在本申请的一些实施例中，所述等离子体增强化学气相沉积的射频功率为1-50MHz。
第二方面，本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法，所述太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
提供第一方面所述的高温氧化推进处理后的硅片；
将所述硅片的另一面抛光，形成抛光面；
在所述抛光面上依序制备隧穿氧化层和掺杂多晶硅层；
将所述硅片的一面的硼掺杂氧化层去除；
在所述硅片的一面制备钝化膜后，在所述硅片的两面都制备减反射膜；
在所述硅片上制备金属电极，得到所述太阳能电池。
第三方面，本申请实施例提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括第一方面所述的选择性掺杂结构。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的选择性掺杂结构的制备方法，通过特定的混合气氛和等离子体增强化学气相沉积的技术手段制备均匀的硼掺杂氧化层，再以均匀的硼掺杂氧化层为硼源进一步制备选择性掺杂结构，得到的选择性掺杂结构掺杂具有均匀性好的优点。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例1提供的制绒后的硅片的结构示意图；
图2为本申请实施例1提供的硼掺杂后的硅片的结构示意图；
图3为本申请实施例1提供的激光推进后的硅片的结构示意图；
图4为本申请实施例1提供的高温氧化推进后的硅片的结构示意图；
图5为本申请实施例1提供的抛光后的硅片的结构示意图；
图6为本申请实施例1提供的制备隧穿氧化层和掺杂多晶硅层后的硅片的结构示意图；
图7为本申请实施例1提供的去除硼掺杂氧化层后的硅片的结构示意图；
图8为本申请实施例1提供的制备钝化膜和减反射膜后的硅片的结构示意图；
图9为本申请实施例1提供的太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
目前选择性掺杂结构通过高温扩散方式制备，存在掺杂均匀性较差的技术问题。
本申请实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本申请实施例提供一种选择性掺杂结构的制备方法，所述选择性掺杂结构的制备方法包括如下步骤：
S1：提供制绒后的硅片；
S2：将所述硅片在预定气氛下进行等离子体增强化学气相沉积处理，在所述硅片的一面形成硼掺杂氧化层；
S3：对所述硼掺杂氧化层进行激光推进处理，其中激光推进区域与电池栅线区域重合；
S4：对激光推进处理后的所述硅片进行高温氧化推进处理，在所述硅片的一面形成所述选择性掺杂结构，
其中，所述等离子体增强化学气相沉积在SiH4、N2O、B2H6的混合气氛中进行。
本领域技术人员可以理解，由于需要与p型掺杂的硼掺杂氧化层形成选择性发射极，所述硅片一般选用n型硅片。
本领域技术人员可以理解，制绒是本领域的常规技术手段，可以在硅片表面形成特殊形貌，例如通过碱制绒可以得到金字塔状形貌、通过酸制绒可以得到虫孔状形貌。制绒可以提高硅片的陷光作用。
本领域技术人员可以理解，激光推进是本领域的常规技术手段，是指用激光处理掺杂层，使掺杂原子向基体扩散的技术手段。
在本申请中，激光推进区域可以形成重掺杂区。
本领域技术人员可以理解，由于所述选择性掺杂结构是用于形成选择性发射极，因此激光推进区域与电池栅线区域重合。
本领域技术人员可以理解，高温氧化推进是本领域的常规技术手段，是指在有氧环境中高温处理掺杂层，使掺杂原子向基体扩散的技术手段。高温氧化推进的具体实施技术参数可以依照本领域的常规方式实施。
在本申请中，高温氧化推进可以使硼原子进一步向硅片扩散，进而和硅片构成PN结。重掺杂区的硼原子掺杂浓度更高，可以形成选择性掺杂结构。
现有的选择性掺杂结构通过高温扩散方式制作，即直接在含硼气氛(一般为三氯化硼或三溴化硼)中高温处理。由于炉管的气流、温度等差异，掺杂均匀性存在5％-8％的差距，相对较差。
本申请通过等离子体增强化学气相沉积处理形成硼掺杂氧化层，所述等离子体增强化学气相沉积的混合气氛为SiH4、B2H6，混合气氛在高频射频电源的作用下发生电离，硼的掺杂浓度可以通过B2H6的流量进行调节，相比传统的气体源有更好的均匀性并且容易制作浅结发射极，最大程度的降低了发射极的表面复合。
实践表明，本申请的方法相比传统方法具有以下优点：
效率相比传统方法制作的电池有更好的收敛性，效率STD＜0.1；
良率相比传统方法制作的电池更好，良率高约1％；
平均转换效率相比传统制作工艺高约0.05％。
本申请首先通过在SiH4、B2H6的混合气氛中进行等离子体增强化学气相沉积，制备得到均匀的硼掺杂氧化层，再以得到的硼掺杂氧化层作为硼源，进一步进行激光推进和高温氧化推进，使得电池栅线区域可以形成PN结，得到选择性掺杂结构。本申请通过特定的混合气氛和等离子体增强化学气相沉积的技术手段制备均匀的硼掺杂氧化层，再以均匀的硼掺杂氧化层为硼源进一步制备选择性掺杂结构，得到的选择性掺杂结构掺杂具有均匀性好的优点。
在本申请的一些实施例中，所述混合气氛中，SiH4、N2O、B2H6的体积比为1:1:1-50。
SiH4、N2O、B2H6的体积比视具体掺杂浓度需求而定。
N2O作为氮源和氧源加入。氮掺杂一般为少量，因此N2O一般也是混合气氛中的少量组分。
在本申请的一些实施例中，所述混合气氛还包括H2。
在反应之前的初始阶段，在射频电源的作用下，氢气会发生电离，电离出的H+离子和硅片表面反应，轻微的腐蚀硅片的表面生成SiH4气体被泵抽走，主要作用是对硅片进行表面处理。
在本申请的一些实施例中，所述硼掺杂氧化层的厚度为30-150nm。
在本申请的一些实施例中，所述激光推进处理中，所述激光的波长为400-900nm；和/或，
所述激光的脉冲频率50-150KHz；和/或，
所述激光的峰值能量为5-15J/cm2。
在本申请的一些实施例中，所述激光的波长为450-600nm。
本领域技术人员可以理解，从理论角度看，激光的波长为400-900nm都可以实现激光推进的技术目的；目前在本领域的实际生产中，一般选用450-600nm。
在本申请的一些实施例中，所述等离子体增强化学气相沉积的射频功率为1-50MHz。
第二方面，本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法，所述太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
S5：提供第一方面所述的高温氧化推进处理后的硅片；
S6：将所述硅片的另一面抛光，形成抛光面；
S7：在所述抛光面上依序制备隧穿氧化层和掺杂多晶硅层；
S8：将所述硅片的一面的硼掺杂氧化层去除；
S9：在所述硅片的一面制备钝化膜后，在所述硅片的两面都制备减反射膜；
S10：在所述硅片上制备金属电极，得到所述太阳能电池。
本领域技术人员可以理解，上述方式是将制备了所述选择性掺杂结构的硅片进一步制备成太阳能电池的方式。
本领域技术人员可以理解，在抛光面上依序制备隧穿氧化层和掺杂多晶硅层是本领域的常规技术方案。
作为示例，隧穿氧化层可以通过如下方法制备：湿法如：浓度＞10％的HNO3溶液，温度室温或者50°以下、PECVD、LPCVD。
掺杂多晶硅层可以通过PECVD或LPCVD的方法制备。
本领域技术人员可以理解，制备钝化膜是本领域的常规技术方案。
作为示例，钝化膜可以通过原子沉积(ALD)的方法制备。
本领域技术人员可以理解，硼掺杂氧化层的去除可以通过本领域的常规方法进行。
作为示例，可以通过氢氟酸去除硼掺杂氧化层。
本领域技术人员可以理解，制备减反射膜是本领域的常规技术方案。
作为示例，减反射膜可以通过PECVD的方法制备。
本领域技术人员可以理解，制备金属电极是本领域的常规技术方案。
作为示例，金属电极可以通过丝网印刷法制备。
第三方面，本申请实施例提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括第一方面所述的选择性掺杂结构。
需要说明，第二方面所述的太阳能电池的制备方法可以直接得到第三方面所述的太阳能电池。但第三方面所述的太阳能电池并不限于第二方面所述的太阳能电池的制备方法制备得到的太阳能电池，而是一切具有第一方面所述的选择性掺杂结构的太阳能电池。
由于第三方面所述的太阳能电池基于第一方面所述的选择性掺杂结构而实现，其技术的实施可以基于第一方面的任一实施例，因此第三方面所述的太阳能电池具有第一方面的所有可实现的有益效果，此处不再赘述。
下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
本实施例提供一种太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
对硅片进行碱制绒，在硅片表面形成金字塔形貌1，制绒后的硅片结构请参考图1；
将所述制绒硅片在预定气氛下进行等离子体增强化学气相沉积处理，在所述硅片的一面形成硼掺杂氧化层2，硼掺杂后的硅片结构请参考图2；
对所述硼掺杂氧化层2进行激光推进处理，在激光推进区域形成重掺杂区3，其中激光推进区域与电池栅线区域重合，激光推进后的硅片结构请参考图3；
对激光推进处理后的所述硅片进行高温氧化推进处理，在所述硅片的一面形成发射极4，高温氧化推进后的硅片结构请参考图4；
将所述硅片的另一面抛光，形成抛光面，抛光后的硅片结构请参考图5；
在所述抛光面上依序制备隧穿氧化层5和掺杂多晶硅层6，制备隧穿氧化层5和掺杂多晶硅层6后的硅片结构请参考图6；
用氢氟酸将所述硅片的一面的硼掺杂氧化层2洗去，去除硼掺杂氧化层2后的硅片结构请参考图7；
在所述硅片的一面制备钝化膜7后，在所述硅片的两面都制备减反射膜8，制备钝化膜7和减反射膜8后的硅片结构请参考图8；
在所述硅片上制备金属电极9，得到所述太阳能电池，所述太阳能电池的结构请参考图9。
其中，所述等离子体增强化学气相沉积在SiH4、N2O、B2H6的混合气氛中进行。
所述混合气氛中，SiH4、N2O、B2H6的体积比为1:1:10。
所述硼掺杂氧化层2的厚度为60nm。
所述激光推进处理中，所述激光的波长为450nm，所述激光的脉冲频率100KHz，所述激光的峰值能量为8J/cm2。
所述等离子体增强化学气相沉积的射频功率为10MHz。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：
所述硼掺杂氧化层的厚度为80nm。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于：
所述混合气氛中，SiH4、B2H6的体积比为1:30。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于：
所述激光推进处理中，所述激光的波长为600nm，所述激光的脉冲频率120KHz，所述激光的峰值能量为7J/cm2。
对比例
本对比例提供一种太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
Sa：n型硅片进行制绒清洗处理；
Sb：步骤1后的硅片的一面进行高温管式硼扩散；
Sc：步骤2后的硅片的硼扩散面进行激光推进掺杂；
Sd：步骤3后的硅片的硼扩散面进行高温氧化；
Se：步骤4后的硅片的非硼扩散面进行去除氧化层+碱抛光形成抛光表面；
Sf：步骤5后的硅片的抛光表面制作隧穿氧化层和掺杂多晶硅层；
Sg：步骤6后的硅片正面的氧化层去除和绕镀的去除并清洗；
Sh：步骤7后的硅片制作表面钝化和减反射薄膜；
Si：步骤8后的硅片进行金属化，制作金属电极，发射极(即硼扩散面)的电极制作在重掺杂区域(即激光推进掺杂区域)
未进行激光推进的区域为轻掺杂区。
相关实验及效果数据：
对实施例1和对比例得到的太阳能电池的轻掺杂区通过4探针25点测试法进行方阻均匀性测试，实施例1所得结果见表1，对比例所得结果见表2：
231 265 234 228 209
210 254 246 231 219
241 266 251 229 204
218 247 255 221 212
211 244 245 224 226
表1
表2
表1和表2中数值的单位均为Ω/cm2。
由表1和表2容易分析得到，实施例1的方阻均匀性明显优于对比例。这说明通过实施例1的方法得到的选择性掺杂结构具有更好的均匀性。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、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……”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。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。在本文中，“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的情况。对于用“和/或”描述的三项以上的关联对象的关联关系，表示这三个关联对象可以单独存在任意一项，或者其中任意至少两项同时存在，例如，对于A，和/或B，和/或C，可以表示单独存在A、B、C中的任意一项，或者同时存在其中的任意两项，或者同时存在其中三项。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述选择性掺杂结构的制备方法包括如下步骤：
提供制绒后的硅片；
将所述硅片在预定气氛下进行等离子体增强化学气相沉积处理，在所述硅片的一面形成硼掺杂氧化层；
对所述硼掺杂氧化层进行激光推进处理，其中激光推进区域与电池栅线区域重合；
对激光推进处理后的所述硅片进行高温氧化推进处理，在所述硅片的一面形成所述选择性掺杂结构，
其中，所述等离子体增强化学气相沉积在SiH4、N2O、B2H6的混合气氛中进行。
2.根据权利要求1所述的选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述混合气氛中，SiH4、N2O、B2H6的体积比为1:1:1-50。
3.根据权利要求2所述的选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述混合气氛还包括H2。
4.根据权利要求1所述的选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述硼掺杂氧化层的厚度为30-150nm。
5.根据权利要求1所述的选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述激光推进处理中，所述激光的波长为400-900nm；和/或，
所述激光的脉冲频率50-150KHz；和/或，
所述激光的峰值能量为5-15J/cm2。
6.根据权利要求5所述的选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述激光的波长为450-600nm。
7.根据权利要求1所述的选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的射频功率为1-50MHz。
8.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
提供权利要求1-7中任意一项所述的高温氧化推进处理后的硅片；
将所述硅片的另一面抛光，形成抛光面；
在所述抛光面上依序制备隧穿氧化层和掺杂多晶硅层；
将所述硅片的一面的硼掺杂氧化层去除；
在所述硅片的一面制备钝化膜后，在所述硅片的两面都制备减反射膜；
在所述硅片上制备金属电极，得到所述太阳能电池。
9.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括权利要求1-7中任意一项所述的选择性掺杂结构。
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