CN109980051A - P型全背接触晶硅电池的制作***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种P型全背接触晶硅电池的制作***，利用激光掺杂和烧结过程中第二电极的金属原子的扩散在所述p型晶硅衬底的背面形成多个交替排布的n+掺杂区和p+掺杂区，无需多次掩膜开槽工艺，简化了P型全背接触晶硅电池的制作工艺流程，降低了制作难度系数和制作成本，是一种高效低成本的太阳能电池，便于工业化大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体的说，涉及一种P型全背接触晶硅电池的制作***及方法。
背景技术
P型晶体硅电池由于制程简单、工艺成熟以及生产成本低等优点，一直占据光伏市场的主导地位。但随着市场发展的牵引以及光伏产品的技术推进，传统P型电池已不能满足当前需求，高效p型电池的研发成为太阳能电池技术发展的重点。然而研究领域提供的高效技术方案多针对N型基底，但N型基底在获得高效率时增加了工艺难度，成本随之增高。对于P型高效产品，市场仅有的P型PERC电池(Passivated Emitterand Rear Cell，钝化发射极和背面电池)及黑硅技术目前在***格、效率提升方面的竞争力仍不够强。
对于晶体硅电池而言，最高效率的结构是全背接触IBC(Interdigitated backcontact，指交叉背接触)结构。但是IBC结构电池，p+和n+掺杂及表面接触都在同一面，需要经过多次掩膜开槽工艺，工艺复杂、制作难度系数高、制作成本高，不便于大规模应用。
发明内容
有鉴于此，本发明技术方案提供了一种P型全背接触晶硅电池的制作***及方法，无需多次掩膜开槽工艺，制作工艺简单，制作难度系数低，制作成本低，便于大规模应用。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种P型全背接触晶硅电池的制作***，所述制作***包括：
第一沉积设备，所述第一沉积设备用于在p型晶硅衬底的背面形成n型掺杂膜层；所述p型晶硅衬底的正面为绒面；
激光掺杂设备，所述激光掺杂设备用于照射所述n型掺杂膜层的设定区域，对所述p型晶硅衬底的设定区域进行n+掺杂，以在所述p型晶硅衬底的背面内形成多个间隔排布n+掺杂区；
刻蚀设备，所述刻蚀设备用于去除经过激光照射后的所述n型掺杂膜层；
第二沉积设备，所述第二沉积设备用于在去除所述n型掺杂膜层的所述p型晶硅衬底的背面和正面分别沉积钝化减反膜；
金属化设备，所述金属化设备用于在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜上形成第一电极和第二电极，并通过烧结处理使得所述第一电极与所述n+掺杂区欧姆接触，通过所述第二电极对所述n+掺杂区的间隙位置进行p+掺杂，以在形成p型晶硅衬底背面内形成p+掺杂区。
优选的，在上述制作***中，所述第一沉积设备为化学气相沉积设备；
所述第二沉积设备为PECVD设备。
优选的，在上述制作***中，所述制作***还包括：
清洗设备，所述清洗设备用于对未制绒的所述p型晶硅衬底进行清洗；
制绒设备，所述制绒设备用于对清洗后的所述p型晶硅衬底的正面进行制绒。
优选的，在上述制作***中，所述制绒设备为单链式湿法化学腐蚀设备。
优选的，在上述制作***中，所述刻蚀设备为槽式清洗设备，用于采用氢氟酸去除所述n型掺杂膜层。
优选的，在上述制作***中，所述激光掺杂设备为纳秒紫外激光设备。
优选的，在上述制作***中，所述金属化设备包括：
丝网印刷装置，用于在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜表面形成多个交替排布的银电极和铝电极；其中，所述银电极与所述p型晶硅衬底背面的n+掺杂区相对设置，所述铝电极与所述n+掺杂区的间隙相对设置；
烧结装置，所述烧结装置用于进行烧结处理，使得所述银电极与所述n+掺杂区欧姆接触，使得所述铝电极中铝元素扩散到所述间隙表面内，形成p+掺杂区，所述铝电极与对应所述p+掺杂区欧姆接触。
本发明还提供了一种P型全背接触晶硅电池的制作方法，所述制作方法包括：
提供一p型晶硅衬底，所述p型晶硅衬底的正面为绒面；
在所述p型晶硅衬底的背面形成n型掺杂膜层；
通过激光掺杂设备照射所述n型掺杂膜层的设定区域，对所述设定区域进行n+掺杂，以在所述p型晶硅衬底的背面内形成多个间隔排布n+掺杂区；
去除经过激光照射后的所述n型掺杂膜层；
在去除所述n型掺杂膜层的所述p型晶硅衬底的背面和正面分别沉积钝化减反膜；
在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜上形成第一电极和第二电极，并通过烧结处理使得所述第一电极与所述n+掺杂区欧姆接触，通过所述第二电极对所述n+掺杂区的间隙位置进行p+掺杂，以在形成p型晶硅衬底背面内形成p+掺杂区。
优选的，在上述制作方法中，所述提供一p型晶硅衬底包括：
对未制绒的所述p型晶硅衬底进行清洗；
对清洗后的所述p型晶硅衬底的正面进行制绒。
优选的，在上述制作方法中，所述第一电极和所述第二电极的制作方法包括：
通过丝网印刷工艺分别在所述p型晶硅衬底正面的钝化减反膜表面形成银电极，在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜表面形成铝电极；其中，所述银电极与所述p型晶硅衬底背面的n+掺杂区相对设置，所述铝电极与所述n+掺杂区的间隙相对设置；
进行烧结处理，使得所述银电极与所述n+掺杂区欧姆接触，使得所述铝电极中铝元素扩散到所述间隙表面内，形成p+掺杂区，所述铝电极与对应所述p+掺杂区欧姆接触。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的P型全背接触晶硅电池的制作方法及***中，利用激光掺杂和烧结过程中第二电极的金属原子的扩散在所述p型晶硅衬底的背面形成多个交替排布的n+掺杂区和p+掺杂区，无需多次掩膜开槽工艺，简化了P型全背接触晶硅电池的制作工艺流程，降低了制作难度系数和制作成本，是一种高效低成本的太阳能电池，便于工业化大规模应用。
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P型全背接触晶硅电池的制作***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种P型全背接触晶硅电池的制作***的结构示意图；
图3-图10为本发明实施例提供的一种P型全背接触晶硅电池的制作方法的流程示意图。
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。
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P型全背接触晶硅电池的制作***的结构示意图，该制作***包括：第一沉积设备11、激光掺杂设备12、刻蚀设备13、第二沉积设备14以及金属化设备15。
所述第一沉积设备11用于在p型晶硅衬底的背面形成n型掺杂膜层；所述p型晶硅衬底的正面为绒面。所述第一沉积设备为化学气相沉积设备，通过化学气相沉积工艺在所述p型晶硅衬底的背面形成一层掺磷的n型膜层作为所述n型掺杂膜层，所述n型掺杂膜层包括但不局限于磷硅玻璃层。所述n型掺杂膜层的厚度可以为80nm-150nm。
所述激光掺杂设备12用于照射所述n型掺杂膜层的设定区域，对所述p型晶硅衬底的设定区域进行n+掺杂，以在所述p型晶硅衬底的背面内形成多个间隔排布n+掺杂区。可选的，所述激光掺杂设备12为纳秒紫外激光设备。可以通过设定激光照射区域，在所述p型晶硅衬底的背面形成选择性n+掺杂区。所述n+掺杂区的表面方阻为80ohm/sq-120ohm/sq。
所述刻蚀设备13用于去除经过激光照射后的所述n型掺杂膜层；所述刻蚀设备13为槽式清洗设备，用于采用氢氟酸去除所述n型掺杂膜层。氢氟酸的质量浓度为5％-10％，去除时间为5min-10min。
所述第二沉积设备14用于在去除所述n型掺杂膜层的所述p型晶硅衬底的背面和正面分别沉积钝化减反膜；所述第二沉积设备14为PECVD(等离子化学气相沉积)设备。钝化减反膜的厚度可以为80nm-120nm。所述钝化减反膜可以为氮化硅薄膜。采用PECVD设备分别在所述p型晶硅衬底的背面和正面沉积一层氮化硅薄膜。
所述金属化设备15用于在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜上形成第一电极和第二电极，并通过烧结处理使得所述第一电极与所述n+掺杂区欧姆接触，通过所述第二电极对所述n+掺杂区的间隙位置进行p+掺杂，以在形成p型晶硅衬底背面内形成p+掺杂区。
所述金属化设备15包括：丝网印刷装置，所述丝网印刷装置用于在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜表面形成多个交替排布的银电极和铝电极；其中，所述银电极与所述p型晶硅衬底背面的n+掺杂区相对设置，所述铝电极与所述n+掺杂区的间隙相对设置；烧结装置，所述烧结装置用于进行烧结处理，使得所述银电极与所述n+掺杂区欧姆接触，使得所述铝电极中铝元素扩散到所述间隙表面内，形成p+掺杂区，所述铝电极与对应所述p+掺杂区欧姆接触。烧结装置可以为高温烧结炉。
所述第一电极可以为银电极，所述第二电极可以为铝电极。利用丝网印刷装置在所述p型晶硅衬底的背面印刷银金属浆料烘干，形成所述第一电极。第一电极与的n+掺杂区相对设置。利用丝网印刷装置在所述p型晶硅衬底的背面印刷穿透性铝金属浆料，作为第二电极。第二电极中的金属原子在高温烧结过程中能够扩散到p型晶硅衬底的背面区域形成p+掺杂区。第二电极要避开所述n+掺杂区，二者不交叠。通过烧结装置进行烧结处理时，可穿透性铝金属浆料会直接穿透钝化减反膜，对p型晶硅衬底的背面进行p+掺杂，在背面形成厚度为10μm-20μm的p+铝掺杂区，同时铝也可以作为金属电极传输载流子，银浆直接烧透钝化减反膜，与n+掺杂区形成良好欧姆接触。
参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种P型全背接触晶硅电池的制作***的结构示意图，在图1所示方式基础上，图2所示制作***进一步包括：清洗设备21，所述清洗设备21用于对未制绒的所述p型晶硅衬底进行清洗；制绒设备22，所述制绒设备22用于对清洗后的所述p型晶硅衬底的正面进行制绒。所述制绒设备22可以去除正面损伤层，并实现制绒。所述清洗设备21可以为超声清洗设备。所述制绒设备22为单链式湿法化学腐蚀设备，可以通过单面链式湿法化学腐蚀的方法在p型晶硅的正面制备金字塔结构的绒面，制绒后，正面电阻率为1ohm.cm-2ohm.cm，碱制绒可以采用成熟的产线工艺，形成44°正金字塔结构的绒面。
本发明实施例所述制作***利用激光掺杂和穿透性铝浆两种技术结合在p型晶硅衬底的背面形成多个交替排布的n+掺杂区和p+掺杂区，实现P型全背接触结构，避免了传统扩散工艺的多步骤掩膜和激光工艺，实现了P型全背接触晶硅电池工艺简化以及低成本制作，提供了一种P型高效电池的量产化应用。
如上述，本发明实施例所述制作***可以实现P型全背接触晶硅电池的工艺大幅简化，并大大降低了制作成本，与现有技术相比具有以下明显的优点和有益效果：
1、利用激光掺杂和磷硅玻璃沉积，解决了传统扩散工艺形成全面积n+掺杂层，需要利用掩膜-激光-刻蚀这三步工艺形成选择性n+掺杂层的问题。
2、利用穿透性铝浆在直接烧透氮化硅薄膜，形成p+掺杂层，避免了硼扩高温对n+层的影响，再次解决了p+掺杂选择性掺杂的问题；
3、激光掺杂和穿透性铝浆技术相结合，大幅简化了P型全背接触晶硅电池的工艺流程，降低了电池制备的复杂性和成本。
基于上述制作***，本发明另一实施例还提供了一种P型全背接触晶硅电池的制作方法，该制作方法如图3，所述制作方法如图3-图10所示，图3-图10为本发明实施例提供的一种P型全背接触晶硅电池的制作方法的流程示意图，该制作方法包括：
步骤S11：如图3和图4所示，提供一p型晶硅衬底31，所述p型晶硅衬底31的正面为绒面。
该步骤中，首先，如图3所示提供一未制绒的p型晶硅衬底31。然后如图4所示，通过制绒工艺在p型晶硅衬底31表面形成绒面。
该步骤中，所述提供一p型晶硅衬底包括：对未制绒的所述p型晶硅衬底31进行清洗；对清洗后的所述p型晶硅衬底31的正面进行制绒。
步骤S12：如图5所示，在所述p型晶硅衬底31的背面形成n型掺杂膜层32。
步骤S13：如图6所示，通过激光掺杂设备照射所述n型掺杂膜层32的设定区域，对所述p型晶硅衬底31的设定区域进行n+掺杂，以在所述p型晶硅衬底31的背面内形成多个间隔排布n+掺杂区33。
步骤S14：如图7所示，去除经过激光照射后的所述n型掺杂膜层32。
步骤S15：如图8所示，在去除所述n型掺杂膜层32的所述p型晶硅衬底31的背面和正面分别沉积钝化减反膜34和35；
步骤S16：如图9和图10所示，在所述p型晶硅衬底31背面的钝化减反膜35上形成第一电极36和第二电极37，并通过烧结处理使得所述第一电极36与所述n+掺杂区33欧姆接触，通过所述第二电极37对所述n+掺杂区33的间隙位置进行p+掺杂，以在形成p型晶硅衬底31背面内形成p+掺杂区38。
该制作方法中，所述第一电极和所述第二电极的制作方法包括：通过丝网印刷工艺分别在所述p型晶硅衬底正面的钝化减反膜表面形成银电极，在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜表面形成铝电极；其中，所述银电极与所述p型晶硅衬底背面的n+掺杂区相对设置，所述铝电极与所述n+掺杂区的间隙相对设置；进行烧结处理，使得所述银电极与所述n+掺杂区欧姆接触，使得所述铝电极中铝元素扩散到所述间隙表面内，形成p+掺杂区，所述铝电极与对应所述p+掺杂区欧姆接触。
本发明实施例所述制作方法利用激光掺杂和穿透性铝浆在背面分别形成n+和p+掺杂层，电池制备包括以下步骤：制绒、磷硅玻璃沉积、激光掺杂及清洗、双面氮化硅薄膜沉积、银浆料印刷及烘干、铝浆印刷、烧结。可以通过上述实施例所述制作***实现该制作方法，各工艺步骤具体试下方式可以参考上述实施例描述，在此不再赘述。
传统IBC电池虽然可以解决晶体硅电池正面遮光、金属接触区域复合大等问题，但其制备过程通常采用两次扩散、多次掩膜、激光开槽等工艺，工序多达二三十步，制备成本过高，一直没有被产业化大规模应用。
本发明创新性地将激光掺杂和烧穿性铝浆应用于P型全背接触晶硅电池的制备工艺中，将IBC电池的制备工序降低至6步，大大缩短了电池的工艺制程，降低了电池的生产成本，便于为P型全背电池大规模应用。
本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的***相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见***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，并不排除在包括上述要素的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 (10)
1.一种P型全背接触晶硅电池的制作***，其特征在于，所述制作***包括：
第一沉积设备，所述第一沉积设备用于在p型晶硅衬底的背面形成n型掺杂膜层；所述p型晶硅衬底的正面为绒面；
激光掺杂设备，所述激光掺杂设备用于照射所述n型掺杂膜层的设定区域，对所述p型晶硅衬底的设定区域进行n+掺杂，以在所述p型晶硅衬底的背面内形成多个间隔排布n+掺杂区；
刻蚀设备，所述刻蚀设备用于去除经过激光照射后的所述n型掺杂膜层；
第二沉积设备，所述第二沉积设备用于在去除所述n型掺杂膜层的所述p型晶硅衬底的背面和正面分别沉积钝化减反膜；
金属化设备，所述金属化设备用于在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜上形成第一电极和第二电极，并通过烧结处理使得所述第一电极与所述n+掺杂区欧姆接触，通过所述第二电极对所述n+掺杂区的间隙位置进行p+掺杂，以在形成p型晶硅衬底背面内形成p+掺杂区。
2.根据权利要求1所述的制作***，其特征在于，所述第一沉积设备为化学气相沉积设备；
所述第二沉积设备为PECVD设备。
3.根据权利要求1所述的制作***，其特征在于，所述制作***还包括：
清洗设备，所述清洗设备用于对未制绒的所述p型晶硅衬底进行清洗；
制绒设备，所述制绒设备用于对清洗后的所述p型晶硅衬底的正面进行制绒。
4.根据权利要求3所述的制作***，其特征在于，所述制绒设备为单链式湿法化学腐蚀设备。
5.根据权利要求1所述的制作***，其特征在于，所述刻蚀设备为槽式清洗设备，用于采用氢氟酸去除所述n型掺杂膜层。
6.根据权利要求1所述的制作***，其特征在于，所述激光掺杂设备为纳秒紫外激光设备。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制作***，其特征在于，所述金属化设备包括：
丝网印刷装置，用于在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜表面形成多个交替排布的银电极和铝电极；其中，所述银电极与所述p型晶硅衬底背面的n+掺杂区相对设置，所述铝电极与所述n+掺杂区的间隙相对设置；
烧结装置，所述烧结装置用于进行烧结处理，使得所述银电极与所述n+掺杂区欧姆接触，使得所述铝电极中铝元素扩散到所述间隙表面内，形成p+掺杂区，所述铝电极与对应所述p+掺杂区欧姆接触。
8.一种P型全背接触晶硅电池的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一p型晶硅衬底，所述p型晶硅衬底的正面为绒面；
在所述p型晶硅衬底的背面形成n型掺杂膜层；
通过激光掺杂设备照射所述n型掺杂膜层的设定区域，对所述设定区域进行n+掺杂，以在所述p型晶硅衬底的背面内形成多个间隔排布n+掺杂区；
去除经过激光照射后的所述n型掺杂膜层；
在去除所述n型掺杂膜层的所述p型晶硅衬底的背面和正面分别沉积钝化减反膜；
在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜上形成第一电极和第二电极，并通过烧结处理使得所述第一电极与所述n+掺杂区欧姆接触，通过所述第二电极对所述n+掺杂区的间隙位置进行p+掺杂，以在形成p型晶硅衬底背面内形成p+掺杂区。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述提供一p型晶硅衬底包括：
对未制绒的所述p型晶硅衬底进行清洗；
对清洗后的所述p型晶硅衬底的正面进行制绒。
10.根据权利要求8或9所述的制作方法，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的制作方法包括：
通过丝网印刷工艺分别在所述p型晶硅衬底正面的钝化减反膜表面形成银电极，在所述p型晶硅衬底背面的钝化减反膜表面形成铝电极；其中，所述银电极与所述p型晶硅衬底背面的n+掺杂区相对设置，所述铝电极与所述n+掺杂区的间隙相对设置；
进行烧结处理，使得所述银电极与所述n+掺杂区欧姆接触，使得所述铝电极中铝元素扩散到所述间隙表面内，形成p+掺杂区，所述铝电极与对应所述p+掺杂区欧姆接触。
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