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CN105322056A - 一种选择性结构太阳电池的制备方法 - Google Patents

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CN105322056A
CN105322056A CN201510888292.1A CN201510888292A CN105322056A CN 105322056 A CN105322056 A CN 105322056A CN 201510888292 A CN201510888292 A CN 201510888292A CN 105322056 A CN105322056 A CN 105322056A
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China
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silicon wafer
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solar cell
doping
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邓庆维
黄永光
朱洪亮
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Institute of Semiconductors of CAS
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Institute of Semiconductors of CAS
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Abstract

本发明公开了一种选择性结构太阳电池的制备方法，步骤如下：1.利用氢氧化钾溶液腐蚀硅片制绒；2.在硅片表面旋涂磷墨并烘干；3.激光扫描磷墨实现部分重掺杂；4.管式炉热扩散完成轻掺杂及重掺杂的进一步扩散；5.氢氟酸及氟化氨水溶液去除磷硅玻璃；6.利用等离子体增强化学气相沉积法镀氮化硅减反射层；7.利用丝网印刷完成正面栅线和背面铝背场的印刷；8.利用快速热退火过程完成正面电极和背面电极的共烧结。本发明在现有太阳电池制作流程的基础上添加了磷墨旋涂和激光掺杂的工艺流程，能够很好地契合到现有的电池制作流程中去，达到提高太阳电池效率而且对现有工艺线改动不大的效果。

Description

一种选择性结构太阳电池的制备方法
技术领域
本发明涉及选择型太阳电池的制备方法，特别涉及一种利用磷墨热扩散和激光掺杂制备选择型太阳电池的制备方法。
背景技术
目前晶体硅太阳电池仍然占据着太阳电池的大部分市场，但是现有高效晶体硅电池的效率近几年的提升却并不是很大。太阳电池提升的两个大的方向分别是提高效率以及降低成本，如何能在较低成本下提升晶体硅太阳电池的效率是改革现有太阳电池生产工艺的关键。其中，选择性发射极技术是目前实验室技术转向产业化晶体硅太阳电池的主流技术之一。选择性发射极技术是指在栅线下重掺杂实现电极与发射极之间良好的欧姆接触，从而得到较低的接触电阻，达到降低串联电阻提高填充因子的效果；在电池受光区域轻掺杂，减少载流子复合，提升太阳电池开路电压。
传统的选择性发射极结构通过两步热扩散来实现，中国专利申请CN0910037425.9、发明名称为“一种选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散和轻扩散工艺”就是通过控制两次热扩散的参数实现分别实现轻扩散和重扩散的。但是这种两步热扩散需要较长的工艺时间，增加了产品的生产周期，而且增加的高温时间势必会增加硅片中的热损伤，影响电池效率。
将两步扩散改成一步扩散即能解决上述问题，基本分为两种方法，一种是通过激光掺杂代替一步热扩散，另一种是改变不同区域的磷源浓度，然后通过热扩散实现不同区域的重扩散和轻扩散。
中国专利申请CN201310733870.5、发明名称为“一种高效选择性发射极太阳电池激光掺杂方法”采用激光处理热扩散后的硅片，在激光作用下，磷硅玻璃进一步扩散，达到预期的部分重掺杂的效果。中国专利申请CN201210009252.1、发明名称为“利用激光掺杂加刻蚀制备选择性发射结太阳电池的方法”先采用三氯氧磷液态源热扩散形成PN结，然后用波长为532nm的激光辐照对硅片烧蚀，形成选择性发射结。这种激光掺杂代替一步热扩散的方法基本都保留了三氯氧磷的热扩散工艺，三氯氧磷是一种昂贵、非环境友好型的剧毒试剂，此外，三氯氧磷液态源扩散所实现的掺杂容易形成硅片表面扩散死层，抑制了选择性发射极结构太阳电池轻掺杂区的蓝光响应。
美国专利US8,405,176B2、发明名称为“PHOSPHORUSPASTEFORDIFFUSIONANDPROCESSFORPRODUCINGSOLARBATTERYUTILIZINGTHEPHOSPHORUSPASTE”采用在栅线电极处先丝网印刷一层磷浆并烘干，接着在整个表面旋涂磷浆再烘干，再通过扩散炉热扩散，由于不同位置的磷浓度不一致，可以达到一步完成不同区域的重扩散和轻扩散的效果。中国专利申请CN201410058702.5、发明名称为“低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法”采用旋涂、喷涂的方式将0.5～20％wt.的磷盐水溶液沉积在衬底表面并烘干，然后在采用丝网印刷方式将磷墨或者硅墨沉积在旋涂有磷源的衬底表面上的电极区域并烘干，接着通过一次热扩散制备选择性发射极结构。中国专利申请CN201210038580.4、发明名称为“基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法”通过丝网在硅片正面印刷磷墨、烘干；再对硅片进行扩散，使硅片正面形成选择性发射结。这类专利避免了三氯氧磷的使用，但是将两步热扩散精简成一步热扩散，为了完成重扩散的效果，扩散的温度相对于轻扩散会有提升，热损伤会增加。
发明内容
本发明目的是克服上述现有技术中的缺点，保留其中的优点，避免使用三氯氧磷，而且分开两次扩散，取现有技术中比较好的激光掺杂代替一步热扩散和磷墨代替三氯氧磷结合制作选择性发射极结构。
本发明提出了一种选择性结构太阳电池的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，清洗硅片衬底，配置氢氧化钾溶液，水浴加热处理硅片一段时间，以完成硅片表面制绒；
步骤2，旋涂磷墨在硅片上；
步骤3，利用纳秒激光器对磷墨表面进行激光局部扫描，在所述硅片的激光扫描区实现磷的重掺杂；
步骤4，将步骤3制得的硅片放置于扩散炉中，在氮气气氛下对所述硅片进行扩散，形成激光扫描区域磷的重掺杂，激光未扫描区域实现磷的轻掺杂，同时所述硅片表面形成磷硅玻璃；
步骤5，利用氢氟酸和氟化铵按照1∶7的比例配制的缓冲氧化蚀刻剂溶液去除上述硅片表面的磷硅玻璃；
步骤6，利用等离子体化学气相沉积法镀对所述硅片进行氮化硅减反射膜处理；
步骤7，利用丝网印刷工艺在所述硅片正面制作栅线、在背面制作背场；
步骤8，利用退火过程对硅片进行烧结及金属化处理，完成正面栅线和背部背场的烧结。
至此完成本发明太阳电池制备。
本发明在现有太阳电池制作流程的基础上添加了磷墨旋涂和激光掺杂的工艺流程，能够很好地契合到现有的电池制作流程中去，达到提高太阳电池效率而且对现有工艺线改动不大的效果。
附图说明
图1是本发明中制作选择性发射极太阳电池结构的工艺流程图。
图2是本发明中选择性发射极太阳电池结构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1为依照本发明实施例提出的一种选择性结构太阳电池的制备方法流程图，该实施例中优先选用电阻率1-3Ωcm的P型单晶硅片作为衬底，该方法包括以下步骤：
步骤1：用硝酸、氢氟酸和水制成混合化学腐蚀溶液清洗硅片衬底，接着采用质量浓度1.5％的氢氧化钾溶液、少量异丙醇和制绒添加剂制成混合溶液，使用该混合溶液对硅片完成表面制绒，反应温度控制在80℃，反应时间20分钟，反应过程中保持搅拌溶液为佳。
步骤2：滴涂磷墨在硅片衬底上，以刚好覆盖整个硅片表面为准，保持5000r/min速度旋转硅片半分钟，在200℃下烘烤5min，去除磷墨中的有机溶液，烘干后磷墨厚度在5um左右。
步骤3：利用1064nm波长的纳秒激光器对正面电极下方磷墨进行局部掺杂，在所述硅片的辐射区实现磷的重掺杂，掺杂后的方块电阻在30～40Ω/■，其他未扫描区域无变化。
步骤4：将步骤3制得的硅片放置于管式扩散炉中，在900℃氮气气氛下对所述硅片进行磷墨扩散，在硅片激光未扫描区域实现磷的轻掺杂，掺杂后的方块电阻在80～90Ω/■，在激光扫描区域再次掺杂磷，掺杂后的方块电阻在20～30Ω/■，同时在硅片表面形成磷硅玻璃。
步骤5：将质量浓度1％的氢氟酸(HF)和质量浓度为40％的氟化铵(NH4F)按照1∶7的比例配制成缓冲氧化蚀刻剂(BOE)混合溶液，对步骤4制得的硅片进行表面腐蚀，腐蚀时间30s，去除上述硅片表面的磷硅玻璃。
步骤6：在温度500℃的管式等离子体化学气相沉积PECVD系统中，对步骤5制得的硅片进行氮化硅减反射膜处理，氮化硅厚度80nm。
步骤7：利用丝网印刷工艺完成正面银栅和背面铝电极印刷。正面电极银栅线间距在2mm左右。
步骤8：在快速过程烧结炉(RTP)中，对步骤7制得的硅片进行烧结及金属化处理，具体的烧结温度曲线视所用浆料而定。至此完成本发明太阳电池制备，制备的太阳电池如图2所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种选择性结构太阳电池的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，清洗硅片衬底，配置氢氧化钾溶液，水浴加热处理硅片一段时间，以完成硅片表面制绒；
步骤2，旋涂磷墨在硅片上；
步骤3，利用纳秒激光器对磷墨表面进行激光局部扫描，在所述硅片的激光扫描区实现磷的重掺杂；
步骤4，将步骤3制得的硅片放置于扩散炉中，在氮气气氛下对所述硅片进行扩散，形成激光扫描区域磷的重掺杂，激光未扫描区域实现磷的轻掺杂，同时所述硅片表面形成磷硅玻璃；
步骤5，利用氢氟酸和氟化铵按照1∶7的比例配制的缓冲氧化蚀刻剂溶液去除上述硅片表面的磷硅玻璃；
步骤6，利用等离子体化学气相沉积法对所述硅片进行氮化硅减反射镀膜处理；
步骤7，利用丝网印刷工艺在所述硅片正面制作栅线、在背面制作背场；
步骤8，利用退火过程对硅片进行烧结及金属化处理，完成正面栅线和背部背场的烧结。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述硅片为电阻率1-3Ωcm的P型单晶硅片。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述氢氧化钾溶液为采用质量浓度1.5％的氢氧化钾溶液、异丙醇和制绒添加剂制成的混合溶液；所述水浴加热处理硅片一段时间的温度控制在80℃，反应时间为20分钟。
4.如权利要求1所述的方法，步骤2中在硅片上滴涂磷墨后，保持5000r/min速度旋转硅片半分钟，在200℃下烘烤5min，去除磷墨中的有机溶液。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述4中轻掺杂磷的激光未扫描区的方块电阻为80～90Ω/■；重掺杂的激光扫描区的方块电阻为20～30Ω/■。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述栅线为银栅线，背场为铝背场，且所述银栅线的间距为2mm。
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