CN110690326A - 一种太阳能电池制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池制备方法，在通过激光照射发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结之后，会刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的预设区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度。通过刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，可以去除选择性发射结表面因激光照射而减少载流子浓度的区域，从而可以实现选择性发射结表面激光照射区域与非激光照射区域表面浓度的独立调节，进一步提升太阳能电池的转换效率。

Description

一种太阳能电池制备方法
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，特别是涉及一种太阳能电池制备方法。
背景技术
随着PERC技术在单晶硅太阳电池领域的量产应用，PERC单晶硅太阳电池的量产效率已经在21.5％以上，相比之前的常规太阳电池(量产效率20.2％左右)有十分显著的飞跃。为满足电池转换效率进一步提升的需求，现在激光掺杂选择性发射结技术正在越来越多地被太阳电池厂引入到量产。
激光掺杂选择性发射结技术在磷扩散后的轻掺杂高方阻的发射结上进行选择性地局部激光照射，被激光照射的区域形成重掺杂低方阻的发射结。但是在现有技术中，激光掺杂选择性发射结技术对太阳能电池的转换效率的提升有限，所以如何提高激光掺杂选择性发射结技术对太阳能电池的转换效率的提升是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池制备方法，可以有效提高激光掺杂选择性发射结技术对太阳能电池的转换效率的提升。
为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能电池制备方法，包括：
在衬底层的预设表面加入掺杂离子以形成发射结；
通过激光照射所述发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结；
刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的所述预设区域的掺杂浓度大于所述选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度；
设置覆盖所述预设区域的第一电极，以及与所述衬底层电连接的第二电极，以制成所述太阳能电池。
可选的，所述在衬底层的预设表面加入掺杂离子以形成发射结包括：
在p型衬底层的预设表面进行磷扩散以形成发射结。
可选的，所述在p型衬底层的预设表面进行磷扩散以形成发射结包括：
在p型衬底层的预设表面进行磷扩散以形成发射结；所述发射结表面掺杂浓度不小于3×1020/cm3。
可选的，所述通过激光照射所述发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结包括：
通过激光照射所述发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结；所述预设区域的表面掺杂浓度不小于2.8×1020/cm3。
可选的，所述刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的所述预设区域的掺杂浓度大于所述选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度包括：
通过酸腐蚀溶液刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的所述预设区域的掺杂浓度大于所述选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度。
可选的，所述酸腐蚀溶液包括质量浓度为0.1％-2％的氢氟酸、质量浓度为30％-70％的硝酸。
可选的，所述刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度包括：
刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度；所述预设深度的取值范围为20nm至150nm，包括端点值。
可选的，在所述通过酸腐蚀溶液刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度之后，所述方法还包括：
去除所述选择性发射结表面形成的多孔硅。
可选的，所述去除所述选择性发射结表面形成的多孔硅包括：
通过碱溶液去除所述选择性发射结表面形成的多孔硅；所述碱溶液的溶质为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱溶液中溶质的浓度在1‰至5％之间，包括端点值。
可选的，在所述刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度之后，所述方法还包括：
在所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面形成一保护层。
本发明所提供的一种太阳能电池制备方法，在通过激光照射发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结之后，即应用激光掺杂选择性发射结技术之后，会刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的预设区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度。由于激光照射会将选择性发射结中载流子杂质向衬底层内推进，会造成选择性发射结表面中被激光照射区域的表面浓度不升反降。而通过刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，可以去除选择性发射结表面因激光照射而减少载流子浓度的区域，使得暴露出的激光照射区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非激光照射区域的掺杂浓度，从而可以实现选择性发射结表面激光照射区域与非激光照射区域表面浓度的独立调节，摆脱了选择性发射结中重掺杂区域的表面浓度受轻掺杂区域的表面浓度的制约，从而可以进一步提升太阳能电池的转换效率。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中非激光照射区域以及激光照射区域的杂质浓度分布图；
图2为本发明实施例所提供的一种太阳能电池制备方法的流程图；
图3为本发明实施例所提供的一种具体的太阳能电池制备方法的流程图；
图4为本发明实施例中非激光照射区域以及激光照射区域的杂质浓度分布图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种太阳能电池制备方法。参见图1，图1为现有技术中非激光照射区域以及激光照射区域的杂质浓度分布图。从图1中可以看出，在现有技术中，由于激光照射会将选择性发射结中载流子杂质向衬底层内推进，经过激光掺杂选择性发射结技术所制备而成的选择性发射结，会使得激光照射区域的表面浓度不升反降。这将使得通过激光照射的发射结域与原扩散所得的发射结之间存在极强的关联性，不能独立地控制激光掺杂的低方阻发射结表面浓度和高方阻发射结表面浓度。然而，为了进一步降低太阳电池的金属电极和发射结之间的接触电阻，提升太阳电池的填充因子，又要求选择性发射结中激光照射区域的掺杂浓度尽可能地提高。这样就限制了太阳电池转换效率的提升。在现有技术中，激光照射的重掺杂区域的发射结表面浓度低于轻掺杂区域的表面浓度，重掺杂区域发射结的方阻相比轻掺杂区域发射结的方阻只能降低20-50ohm/sq，即从原来的100-150ohm/sq低至80-100ohm/sq。
而本发明所提供的一种太阳能电池制备方法，在通过激光照射发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结之后，即应用激光掺杂选择性发射结技术之后，会刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的预设区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度。由于激光照射会将选择性发射结中载流子杂质向衬底层内推进，会造成选择性发射结表面中被激光照射区域的表面浓度不升反降。而通过刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，可以去除选择性发射结表面因激光照射而减少载流子浓度的区域，使得暴露出的激光照射区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非激光照射区域的掺杂浓度，从而可以实现选择性发射结表面激光照射区域与非激光照射区域表面浓度的独立调节，摆脱了选择性发射结中重掺杂区域的表面浓度受轻掺杂区域的表面浓度的制约，从而可以进一步提升太阳能电池的转换效率。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种太阳能电池制备方法的流程图。
参见图2，在本发明实施例中，太阳能电池制备方法包括：
S101：在衬底层的预设表面加入掺杂离子以形成发射结。
在本步骤中，会在衬底层的表面制备发射结。有关发射结具体的制备工艺将在想下述发明实施例中做详细介绍。需要说明的是，在本步骤中所形成的发射结，该发射结各个区域的表面浓度通常均相等，即本步骤中所制备的发射结通常为常规扩散工艺所制备而成的发射结。
S102：通过激光照射发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结。
在本步骤中，会具体使用激光掺杂选择性发射结技术，通过激光照射S101中形成的发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结。在本步骤中，经过激光照射的预设区域的表面浓度会低于选择性发射结表面非预设区域，即非激光照射区域的表面浓度。
S103：刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的预设区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度。
在本步骤中，会刻蚀掉选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的被激光照射过的预设区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非预设区域，即未被激光照射过的预设区域的掺杂浓度。有关具体的刻蚀工艺以及刻蚀的具体深度等相关内容会在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
需要说明的是，在本步骤中，会均匀的刻蚀整个选择性发射结背向衬底层一侧表面，以整层的去除选择性发射结背向衬底层一侧中激光照射区域的掺杂浓度小于非激光照射区域的掺杂浓度的结构，以使得暴露出的预设区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度。
S104：设置覆盖预设区域的第一电极，以及与衬底层电连接的第二电极，以制成太阳能电池。
在本步骤中，会在选择性发射极表面设置覆盖选择性发射极表面预设区域，即激光照射区域的第一电极，该第一电极会通过方阻较低，掺杂浓度较高的预设区域收集太阳能电池所产生的电流。在本步骤中，还会设置与衬底层电连接的第二电极，以收集太阳能电池所产生的电流。上述第二电极通常位于太阳能电池的背面，而第一电极以及发射结通常位于太阳能电池的正面。通过第一电极以及第二电极收集衬底层以及选择性发射结所产生的电流，从而制备完成太阳能电池。
本发明实施例所提供的一种太阳能电池制备方法，在通过激光照射发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结之后，即应用激光掺杂选择性发射结技术之后，会刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的预设区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度。由于激光照射会将选择性发射结中载流子杂质向衬底层内推进，会造成选择性发射结表面中被激光照射区域的表面浓度不升反降。而通过刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，可以去除选择性发射结表面因激光照射而减少载流子浓度的区域，使得暴露出的激光照射区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非激光照射区域的掺杂浓度，从而可以实现选择性发射结表面激光照射区域与非激光照射区域表面浓度的独立调节，摆脱了选择性发射结中重掺杂区域的表面浓度受轻掺杂区域的表面浓度的制约，从而可以进一步提升太阳能电池的转换效率。
有关本发明所提供的一种太阳能电池制备方法的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍。
请参考图3以及图4，图3为本发明实施例所提供的一种具体的太阳能电池制备方法的流程图；图4为本发明实施例中非激光照射区域以及激光照射区域的杂质浓度分布图。
参见图3，在本发明实施例中，太阳能电池制备方法包括：
S201：在p型衬底层的预设表面进行磷扩散以形成发射结。
在本步骤中，具体会选用在p型衬底层，并通过磷扩散工艺在p型衬底层的预设表面，通常为p型衬底层的正面进行磷扩散以形成发射结。有关磷扩散的具体工艺可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
在本步骤中，通过磷扩散所形成的发射结的表面掺杂浓度通常不小于3×1020/cm3。当然，在本发明实施例中发射结的表面掺杂浓度还可以有其他取值，有关本步骤所制备的发射结的表面掺杂浓度的具体数值在本发明实施例中不做具体限定。
S202：通过激光照射发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结。
本步骤与上述发明实施例中S102大体类似，详细内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本步骤中，上述激光照射区域，即预设区域的表面掺杂浓度通常不小于2.8×1020/cm3。当然，在本发明实施例中预设区域的表面掺杂浓度还可以有其他取值，有关本步骤所制备的预设区域的表面掺杂浓度的具体数值在本发明实施例中不做具体限定。
S203：通过酸腐蚀溶液刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的预设区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度。
在本步骤中，具体会使用酸腐蚀溶液刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，该酸腐蚀溶液通常为氢氟酸(HF)以及硝酸(HNO3)的混酸溶液。具体的，上述酸腐蚀溶液通常包括质量浓度为0.1％-2％的氢氟酸、以及质量浓度为30％-70％的硝酸。
通过上述组分的酸腐蚀溶液可以有效刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面。具体的，在本步骤中，通常需要刻蚀选择性发射结背向衬底层一侧表面预设深度，该预设深度的取值范围通常为20nm至150nm，包括端点值。即在本步骤中，通常去除选择性发射结表面厚度为20nm至150nm的部分结构，以使得暴露出的预设区域的掺杂浓度大于选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度。在刻蚀过程中，上述酸腐蚀溶液的温度通常需要保持在10℃至30℃之间，包括端点值；刻蚀时间通常需要保持在10s至5min之间，包括端点值。
此时，暴露出的选择性发射结表面的预设区域，即激光照射过的区域的表面掺杂浓度通常会保持在2.5×1020/cm3以上，而选择性发射结表面的非预设区域，即激光未照射过的区域的表面掺杂浓度通常会保持在1.5×1020/cm3以下。
S204：去除选择性发射结表面形成的多孔硅。
在S203中刻蚀选择性发射结表面时，会在选择性发射结表面形成不必要的多孔硅。在本步骤中，会去除上述选择性发射结表面形成的多孔硅，以保证最终太阳能电池的性能。
具体的，本步骤可以具体为通过碱溶液去除所述选择性发射结表面形成的多孔硅；所述碱溶液的溶质为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱溶液中溶质的浓度在1‰至5％之间，包括端点值。即在本步骤中，会使用碱溶液去除选择性发射结表面形成的多孔硅。该碱溶液的溶质通常为氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)，该碱溶液中溶质的浓度通常在1‰至5％之间，包括端点值。使用上述组分的碱溶液可以有效清除选择性发射结表面形成的多孔硅，以避免多孔硅结构对太阳能电池性能的影响。
S205：在选择性发射结背向衬底层一侧表面形成一保护层。
在本步骤中，会在设置电极之前，先在选择性发射结背向衬底层一侧表面形成一保护层，该保护层会覆盖选择性发射结，以保证在后续步骤中选择性发射结不易受到损坏。
具体的，在本步骤中，会通过紫外光臭氧照射选择性发射结背向衬底层一侧表面，或者是用浓度为5％-20％的双氧水溶液浸泡选择性发射结背向衬底层一侧表面，以在选择性发射结表面形成一层氧化层，即保护层，以对选择性发射结进行保护。具体的，上述保护层的厚度通常在2nm左右。
在本步骤之后，可以依次在衬底层的背面进行镀膜、在衬底层的正面进行镀膜等工艺，即制备钝化膜以及减反膜，以增加最终制备而成的太阳能电池的转换效率。有关上述镀膜的具体工艺可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
S206：设置覆盖预设区域的第一电极，以及与衬底层电连接的第二电极，以制成太阳能电池。
本步骤与上述发明实施例中S104基本一致，在本步骤中，通常需要对衬底层的背面进行激光开槽，然后分别在衬底层的背面以及正面进行丝网印刷，以制备出第一电极以及第二电极，上述第一电极需要覆盖选择性发射结中被激光照射的预设区域。本步骤中的具体工艺可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
参见图4，本发明实施例所制备而成的太阳能电池中，被激光照射的区域的表面载流子杂质浓度与未被激光照射的区域的表面载流子杂质浓度发生分离，可以在保证被激光照射的区域的表面载流子杂质浓度处于较高水平的同时，进一步降低未被激光照射的区域的表面载流子杂质浓度，从而可以使得太阳电池的开路电压和短路电流参数得到继续提升，同时有助于提升太阳电池的填充因子，以最终提高太阳能电池的转换效率。
本发明实施例所提供的一种太阳能电池制备方法，可以实现选择性发射结表面激光照射区域与非激光照射区域表面浓度的独立调节，摆脱了选择性发射结中重掺杂区域的表面浓度受轻掺杂区域的表面浓度的制约，从而可以进一步提升太阳能电池的转换效率。
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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
最后，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。
以上对本发明所提供的一种太阳能电池制备方法进行了详细介绍。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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池制备方法，其特征在于，包括：
在衬底层的预设表面加入掺杂离子以形成发射结；
通过激光照射所述发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结；
刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的所述预设区域的掺杂浓度大于所述选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度；
设置覆盖所述预设区域的第一电极，以及与所述衬底层电连接的第二电极，以制成所述太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在衬底层的预设表面加入掺杂离子以形成发射结包括：
在p型衬底层的预设表面进行磷扩散以形成发射结。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在p型衬底层的预设表面进行磷扩散以形成发射结包括：
在p型衬底层的预设表面进行磷扩散以形成发射结；所述发射结表面掺杂浓度不小于3×1020/cm3。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过激光照射所述发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结包括：
通过激光照射所述发射结表面的预设区域，以形成选择性发射结；所述预设区域的表面掺杂浓度不小于2.8×1020/cm3。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的所述预设区域的掺杂浓度大于所述选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度包括：
通过酸腐蚀溶液刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度，以使暴露出的所述预设区域的掺杂浓度大于所述选择性发射结表面中非预设区域的掺杂浓度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述酸腐蚀溶液包括质量浓度为0.1％-2％的氢氟酸、质量浓度为30％-70％的硝酸。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度包括：
刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度；所述预设深度的取值范围为20nm至150nm，包括端点值。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述通过酸腐蚀溶液刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度之后，所述方法还包括：
去除所述选择性发射结表面形成的多孔硅。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述去除所述选择性发射结表面形成的多孔硅包括：
通过碱溶液去除所述选择性发射结表面形成的多孔硅；所述碱溶液的溶质为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱溶液中溶质的浓度在1‰至5％之间，包括端点值。
10.根据权利要求根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述刻蚀所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面预设深度之后，所述方法还包括：
在所述选择性发射结背向所述衬底层一侧表面形成一保护层。
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