CN102074616A

CN102074616A - 一种选择性发射极太阳能电池的制备方法

Info

Publication number: CN102074616A
Application number: CN2009102379454A
Authority: CN
Inventors: 胡立琼
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2029-11-19
Also published as: CN102074616B

Abstract

本发明公开了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，涉及太阳能应用技术领域，为了降低生产成本提高生产效率及使生产过程安全环保而发明。所述选择性发射极太阳能电池的制备方法，包括：去除硅基片表面损伤层；采用丝网印刷技术在所述硅基片表面印刷开有电极窗口的掩模层。本发明可用于选择性发射极太阳能电池的生产工艺中。

Description

一种选择性发射极太阳能电池的制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及一种选择性发射极太阳能电池的制备方法。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，人们对能源提出了越来越高的要求。然而随着传统能源的日益减少，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。而太阳能由于其环保及可再生性等显著优点，成为了最理想的新能源。目前，太阳能发电技术受到了人们越来越多的关注，其中晶体硅太阳能电池技术，以其稳定的电池效率、成熟的工艺技术、简单的工艺流程以及便于大规模生产的优点占据了太阳能电池技术的主导地位，并且在未来相当长的一段时期内都将作为太阳能电池的主流技术。其制备工艺流程一般为：去除硅表面损伤层形成减反射表面结构及化学清洗→在POCl₃气氛中进行n型层的扩散→去除周边pn结→沉积表面减发射钝化层→丝网印刷正反面电极/背电场及电极烧结→结束。

然而由于工艺流程简单，晶体硅太阳能电池的转换效率较低，为了提高电池的转换效率，人们提出了选择性发射极太阳能电池结构。选择性发射极太阳能电池的基本结构特征为：电极栅线下及其附近区域为重掺杂，而其他区域(活性区)为轻掺杂。在活性区轻掺杂可以降低少数载流子的体复合几率，且可以进行较好的表面钝化，降低少数载流子的表面复合几率，从而减小电池的反向饱和电流，提高电池的开路电压Voc和短路电流Isc。另外，因越靠近太阳电池的表面，光生载流子的产生率越高，而越靠近扩散结光生载流子的收集率越高，故轻掺杂可以在高载流子产生率的区域获得高的收集率，提高电池的短路电流Isc。而在电极栅线底下及其附近重掺杂，做电极时容易形成欧姆接触，且使此区域的体电阻较小，从而降低太阳电池的串联电阻，提高电池的填充因子FF。重掺杂可以加深加大横向n+/p结，而横向n+/p结和在轻掺杂区和重掺杂区交界处形成的横向n+/n高低结又可以提高光生载流子的收集率，从而提高电池的短路电流Isc。另外，重结可以防止电极金属向结区渗透，减少电极金属在禁带中引入杂质能级的几率。

总的来说，该种结构的优点是可以提高太阳电池的开路电压Voc，短路电流Isc和填充因子FF，从而使电池获得高的光电转换效率。选择性发射极太阳能电池是目前最有望获得产业化生产的低成本革命性高效晶体硅太阳能电池技术，迄令为止，许多国内、外公司的高效电池其技术核心均来源于此。其技术原理简单，并且通过现有装备容易实现。但如何降低制造成本，进行大批量生产是该技术产业化过程中面临的主要挑战。

目前，实验室高效选择性发射极晶体硅太阳能电池的制作技术已经十分成熟，其工艺流程如下：去除硅基片表面损伤，形成减反射表面结构以及进行化学清洗→热氧化生长二氧化硅层→光刻形成电极窗口→在POCl₃气氛中进行高浓度扩散，形成重掺杂区→去除二氧化硅层→在POCl₃气氛中进行低浓度扩散，形成轻掺杂区→去除周边及背面pn结→表面钝化以及沉积减反射层→印刷正面电极及背面电场，烧结→结束。

上述工艺是采用光刻技术在硅基片的掩模层二氧化硅层上刻蚀出电极窗口，光刻技术可以实现极其精密的结构图形，但是由于光刻技术主要应用于半导体及集成电路技术，设备非常昂贵，成本高，生产效率低，而太阳能电池的生产对图形的精密性要求不高而对生产效率要求非常高，因此光刻技术并不能适应太阳能电池的大批量生产。

公开号为CN 101101936A的专利，介绍了一种制备选择性发射极的方法，即：在晶体硅基片的掩模层二氧化硅层上采用印刷工艺印刷腐蚀剂，腐蚀形成电极窗口，然后再在电极窗口区域在POCl₃气氛中进行高浓度的掺杂扩散。与实验室采用光刻技术在二氧化硅层上刻蚀出电极窗口相比，设备投资低，生产效率高，克服了光刻技术存在的设备投资昂贵，生产效率低等不适应大批量生产需求的缺点。但是该技术在制备电极窗口的生产过程中采用最高浓度达到25％氟化氢铵作为腐蚀剂，氟化氢铵具有较强的毒性和腐蚀性，不符合安全和环保的要求。

发明内容

本发明提供了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，能够有效地降低生产成本、提高电池的生产效率，而且安全环保。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，包括：去除硅基片表面损伤层；采用丝网印刷技术在所述硅基片表面印刷开有电极窗口的掩模层。

本发明的制备方法采用丝网印刷技术印刷带有电极窗口的掩模层，与现有技术相比，有效地降低了生产成本，提高了生产效率，适合大批量生产。而且在电池的生产过程中不采用腐蚀剂，安全环保。

附图说明

图1为本发明选择性发射极太阳能电池的制备方法的工艺流程图。

图2(a)为本发明实施例一工艺流程图。

图2(b)为与图2(a)的工艺流程相对应的实施效果图。

图3(a)为本发明实施例二工艺流程图。

图3(b)为与图3(a)的工艺流程相对应的实施效果图。

图4(a)为本发明实施例三工艺流程图。

图4(b)为与图4(a)的工艺流程相对应的实施效果图。

图5(a)为本发明实施例四工艺流程图。

图5(b)为与图5(a)的工艺流程相对应的实施效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明选择性发射极太阳能电池的制备方法的实施方式做进一步详细说明。其中所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，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作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。

本发明选择性发射极太阳能电池的制备方法，如图1所示，包括：

S11，去除硅基片表面损伤层；

S12，采用丝网印刷技术在所述硅基片表面印刷开有电极窗口的掩模层。

本发明的制备方法实施例由于采用丝网印刷技术制备掩模层，克服了光刻技术成本昂贵的缺点，有效地降低了生产成本，提高了生产效率，适合大批量生产。而且工艺过程中不采用腐蚀剂，安全环保。

丝网印刷技术，是利用感光材料通过照相制版等方法制作丝网印版(使丝网印版上图文部分的丝网孔为通孔，而非图文部分的丝网孔被堵住)。印刷时通过刮板或涂刷器的挤压，使由绝缘物或者电介质等构成的膏状或者油墨状的涂覆物通过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。丝网印刷设备简单、操作方便，印刷、制版简易且成本低廉，适应性强。

下面对本发明制备方法的实施例进行详细说明，本发明中，可采用SiO₂或SiNx材料作为掩模层，下述实施例中均采用SiO₂材料作为掩模层。

实施例一

图2(a)为本实施例的工艺流程图，图2(b)为与图2(a)的工艺流程相对应的实施效果图。本实施例中，对硅基片进行表面处理后，采用了热扩散的方法对硅基片(以下简称硅基片)进行掺杂，先进行淡磷的扩散，形成轻掺杂区，然后印刷SiO₂掩模层，对电极窗口区域进行浓磷的扩散，形成重掺杂区，如图2(a)和(b)所示，本实施例包括如下步骤：

S21，去除硅基片表面损伤，形成表面减反射结构并进行化学清洗，实施效果见S21′；

S22，在硅基片表面均匀涂布低浓度的磷浆进行热扩散，实现硅基片表面轻掺杂，实施效果见S22′；

S23，采用丝网印刷技术，使用SiO₂为印刷浆料，在硅基片表面非电极区域丝网印刷开有电极窗口的SiO₂掩模层；所采用的印刷工艺与电极印刷工艺相同，所不同的是所采用的印刷浆料为SiO₂，所印刷的SiO₂掩模层的厚度范围是100～2000nm，实施效果见S23′；

S24，仅在硅基片表面电极窗口区域涂布高浓度的磷浆，然后放入扩散炉中进行热扩散，实现电极区域下方重掺杂，实施效果见S24′；

S25，去除硅基片表面的SiO₂掩模层及背面和周边的pn结，实施效果见S25′；

S26，在硅基片表面沉积SiNx膜作为减反射钝化层，实施效果见S26′；

S27，印刷正反面电极及背表面场，烧结，实施效果见S27′；

S28，结束。

实施例二

图3(a)为本实施例的工艺流程图，图3(b)为与图3(a)的工艺流程相对应的实施效果图。本实施例与实施例一基本相同，不同区域的轻、重掺杂仍采用热扩散的方法，所不同的是先在硅基片表面印刷SiO₂掩模层，对电极窗口区域通过浓磷的扩散，进行重掺杂，然后进行淡磷的扩散，形成轻掺杂区。如图3(a)和(b)所示，本实施例包括如下步骤：

S31，去除硅基片表面损伤，形成表面减反射结构并进行化学清洗，实施效果见S31′；

S32，采用丝网印刷技术，使用SiO₂为印刷浆料，在硅基片表面非电极区域丝网印刷开有电极窗口的SiO₂掩模层；所采用的印刷工艺与电极印刷工艺相同，所不同的只是所采用的印刷浆料为SiO₂，所印刷的SiO₂掩模的厚度范围是100～2000nm，实施效果见S32′；

S33，仅在硅基片电极窗口区域涂布高浓度的磷浆，然后放入扩散炉中进行热扩散，实现电极区域下方重掺杂，实施效果见S33′；

S34，去除硅基片表面的SiO₂掩模层，实施效果见S34′；

S35，在硅基片表面均匀涂布低浓度的磷浆进行热扩散，实现非电极区域轻掺杂，实施效果见S35′；

S36，去除硅基片背面及周边的pn结，实施效果见S36′；

S37，在硅基片表面沉积SiNx膜作为减反射钝化层，实施效果见S37′；

S38，印刷正反面电极及背表面场，烧结。实施效果见S38′；

S39，结束。

实施例三

图4(a)为本实施例的工艺流程图，图4(b)为与图4(a)的工艺流程相对应的实施效果图。本实施例与实施例一、二基本相同，不同区域的轻、重掺杂仍采用热扩散的方法，所不同的是印刷SiO₂掩模后，电极窗口区域的重掺杂和其他区域的轻掺杂同时进行。如图4(a)和(b)所示，本实施例包括如下步骤：

S41，去除硅基片表面损伤，形成表面减反射结构并进行化学清洗，实施效果见S41′；

S42，采用丝网印刷技术，使用SiO₂为印刷浆料，在硅基片表面非电极区域丝网印刷开有电极窗口的SiO₂掩模层；所采用的印刷工艺与电极印刷工艺相同，所不同的是所采用的印刷浆料为SiO₂，所印刷的SiO₂掩模层的厚度范围是100～2000nm，实施效果见S42′；

S43，在硅基片电极窗口区域涂布高浓度的磷浆，其他区域涂布低浓度的磷浆，再放到扩散炉中进行热扩散，实现浓、淡磷扩散的同时进行，实施效果见S43′；

S44，去除硅基片表面的SiO2掩模层，实施效果见S44′；

S45，去除硅基片背面及周边的pn结，实施效果见S45′；

S46，在硅基片表面沉积SiNx膜作为减反射钝化层，实施效果见S46′；

S47，印刷正反面电极及背表面场，烧结，实施效果见S47′；

S48，结束。

实施例四

图5(a)为本实施例的工艺流程图，图5(b)为与图5(a)的工艺流程相对应的实施效果图。本实施例同实施例一相同，先进行轻掺杂，再进行重掺杂，不同的是本实施例采用刻蚀与PECVD(等离子体增强化学气相沉积)相结合的方法进行不同区域的掺杂。如图5(a)和(b)所示，本实施例包括如下步骤：

S51，去除硅基片表面损伤以及化学清洗，实施效果见S51′；

S52，采用PECVD法在硅基片上沉积淡磷的PSG(磷硅玻璃)，具体的方法是：在PECVD沉积过程中，以PH₃和SiH₄为源在Ar和O₂中稀释成5％的浓度，通过控制PH₃和SiH₄的流量比来改变PSG中P₂O₅的浓度，使硅基片表面沉积含磷浓度低的PSG，淡磷的PSG的淡磷区方块电阻约为60～270Ω/口，优先考虑80Ω/口，PSG层的厚度约为400～500nm左右，实施效果见S52′；

S53，采用丝网印刷技术，使用SiO₂为印刷材浆料，在沉积了淡磷的PSG的硅基片表面非电极区域丝网印刷开有电极窗口的SiO₂掩模层；所采用的印刷工艺与电极印刷工艺相同，所不同的只是所采用的印刷浆料为SiO₂，所印刷的SiO₂掩模层的厚度范围是100～2000nm，实施效果见S53′；

S54，采用CF₄掺入O₂，在等离子放电的条件下结合掩模层对淡磷的PSG/Si进行干法刻蚀，在电极窗口区域形成刻槽，刻槽的深度即刻蚀的总深度约为800～1100nm，实施效果见S54′；

S55，采用PECVD结合掩模层的方法在刻槽部位沉积浓磷的PSG，沉积方法与步骤S52相同，所不同的是通过增加PH₃的浓度来实现浓磷PSG的沉积，浓磷PSG的浓磷区方块电阻约为5～30Ω/口，优先考虑16Ω/口，沉积厚度与刻槽深度一致，实施效果见S55′；

S56，去除硅基片侧面的pn结及SiO₂掩模层，实施效果见S56′；

S57，在硅基片表面沉积SiNx膜作为减反射钝化层，实施效果见S57′；

S58，印刷正反面电极及背表面场，烧结，实施效果见S58′；

S59，结束。

本发明的制备方法由于使用丝网印刷技术印刷SiO₂掩模，克服了光刻技术成本昂贵的缺点，有效地降低了生产成本，而且提高了生产效率，适合大批量生产。另外，工艺过程中不采用腐蚀剂，安全环保。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims

1.一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

去除硅基片表面损伤层；

采用丝网印刷技术在所述硅基片表面印刷开有电极窗口的掩模层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述采用丝网印刷技术在所述硅基片表面印刷开有电极窗口的掩模层具体为：采用SiO₂作为印刷浆料，在所述硅基片表面非电极区域丝网印刷开有电极窗口的SiO₂掩模层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述采用丝网印刷技术在所述硅基片表面印刷开有电极窗口的掩模层具体为：采用SiNx作为印刷浆料，在所述硅基片表面非电极区域丝网印刷开有电极窗口的SiNx掩模层。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述SiO₂掩模层的厚度为100～2000nm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：

在所述去除硅基片表面损伤层和所述采用丝网印刷技术在所述硅基片表面印刷开有电极窗口的掩模层的步骤之间，对所述硅基片表面进行轻掺杂；

在所述采用丝网印刷技术在所述硅基片表面印刷开有电极窗口的掩模层的步骤之后，对所述硅基片的所述电极窗口区域进行重掺杂。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述采用丝网印刷技术在所述硅基片表面印刷开有电极窗口的掩模层的步骤后包括：

对所述硅基片的所述电极窗口区域进行重掺杂，然后对所述硅基片进行轻掺杂或者对所述硅基片的所述电极窗口区域进行重掺杂的同时对所述硅基片的其他区域进行轻掺杂。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括：

对所述硅基片表面进行轻掺杂具体为：采用等离子体增强化学气相沉积法在所述硅基片上沉积淡磷的磷硅玻璃，形成轻掺杂区；

对所述硅基片的所述电极窗口区域进行重掺杂具体为：

对所述电极窗口区域的淡磷的磷硅玻璃/Si进行干法刻蚀，形成刻槽；

采用等离子体增强化学气相沉积法在所述刻槽部位沉积浓磷的磷硅玻璃，形成重掺杂区。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述淡磷的磷硅玻璃厚度为400～500nm。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述淡磷的磷硅玻璃淡磷区的方块电阻为60～270Ω/口。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述淡磷的磷硅玻璃淡磷区的方块电阻为80Ω/口。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述浓磷的磷硅玻璃的浓磷区方块电阻为5～30Ω/口。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述浓磷的磷硅玻璃的浓磷区方块电阻为16Ω/口。

13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其特征在于，所述刻槽深度为800～1100nm。

14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述浓磷的磷硅玻璃的厚度与所述刻槽深度一致。

15.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述电极窗口区域的淡磷的磷硅玻璃/Si进行干法刻蚀，形成刻槽具体为：采用CF₄掺入O₂作为工艺气体，在等离子放电的条件下对所述淡磷的磷硅玻璃/Si进行刻蚀，在所述电极窗口区域形成所述刻槽。