CN110335814B

CN110335814B - 在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法及太阳能电池片

Info

Publication number: CN110335814B
Application number: CN201910604535.2A
Authority: CN
Inventors: 吴兰峰; 蒋秀林; 张俊兵
Original assignee: JA Solar Technology Yangzhou Co Ltd
Current assignee: JA Solar Technology Yangzhou Co Ltd
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2039-07-05
Also published as: CN110335814A

Abstract

本发明涉及在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法及太阳能电池片，选择性掺杂结构包括轻掺杂区和重掺杂区，制备方法包括以下步骤：在硅片的受光侧或背光侧由内至外依次设置第一杂质源层、阻挡层和第二杂质源层，第二杂质源层中的杂质源与第一杂质源层中的杂质源相对于硅片的掺杂属性相同，且第二杂质源层中的杂质源的浓度更高；通过高温推进方式使得第一杂质源层中的杂质源掺杂进硅片中并在硅片表面形成面状的轻掺杂区；通过激光推进方式在指定区域内使得第一杂质源层和第二杂质源层中的杂质源向硅片内推进，形成重掺杂区。本发明实施例的制备方法使制备所得的轻掺杂区的表面掺杂浓度更低，重掺杂区的表面掺杂浓度更高，且该制备方法清洁无污染。

Description

在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法及太阳能电池片

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法及太阳能电池片。

背景技术

人类的生存与发展离不开能源。太阳能是最具优点的可再生、量大、清洁能源之一。晶体硅太阳能电池是一类把光能直接转化为电能的半导体器件。现阶段，晶体硅太阳能电池的制备工艺中，选择性掺杂结构的制备工艺是一种主流技术，因为，选择性掺杂结构包括轻掺杂区和重掺杂区，轻掺杂区拥有更优异的短波光响应，重掺杂区与金属的接触少子复合降低且具有更低的接触电阻。

但是，现有的选择性掺杂结构的制备方法存在明显的缺点，其中，激光掺杂扩散形成磷硅玻璃(PSG)层的方法，因为扩散工艺的限制，选择性掺杂结构的轻掺杂区和重掺杂区浓度差异不太大；而采用掩膜清洗的方式，把选择性掺杂结构的部分重掺杂区清洗为轻掺杂区，又会消耗大量的化学溶液，同时给环境带来化学污染。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法，该制备方法可以单独调控选择性掺杂结构的轻掺杂区和重掺杂区的掺杂浓度，使制备所得的轻掺杂区的表面掺杂浓度更低，重掺杂区的表面掺杂浓度更高，从而使轻掺杂区的短波响应更好，重掺杂区的金属接触复合更低、接触电阻更低，且该制备方法清洁无污染。

本发明的另一个目的在于提供一种太阳能电池片，该太阳能电池片使用的硅片制备有通过上述制备方法制备得到的选择性掺杂结构，其具有更高的开路电压和电池转化效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法，所述选择性掺杂结构包括轻掺杂区和重掺杂区，包括以下步骤：

步骤S1，在硅片的受光侧或背光侧由内至外依次设置第一杂质源层、阻挡层和第二杂质源层，所述第二杂质源层中的杂质源与所述第一杂质源层中的杂质源相对于所述硅片的掺杂属性相同，且所述第二杂质源层中的杂质源的浓度更高；

步骤S2，通过高温推进方式使得所述第一杂质源层中的所述杂质源掺杂进所述硅片中并在所述硅片表面形成面状的轻掺杂区；

步骤S3，通过激光推进方式在指定区域内使得所述第一杂质源层和所述第二杂质源层中的所述杂质源向所述硅片内推进，形成所述重掺杂区。

优选地，所述硅片的类型为n型或p型。

优选地，所述第一杂质源层和所述第二杂质源层的主体材料为SiNx、SiON、SiOx、SiCx或非晶硅，所述杂质源选自第V族元素或第III族元素。

优选地，所述第一杂质源层和所述第二杂质源层的厚度相互独立，为1-1000nm。

优选地，所述第一杂质源层和/或所述第二杂质源层通过化学气相沉积法或物理气相沉积法制备得到，所述化学气相沉积法为低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法和常压化学气相沉积法中的任一种。

优选地，所述阻挡层的主体材料为SiNx、SiON、SiOx、SiCx或非晶硅，且所述阻挡层的厚度为1-1000nm。

优选地，所述步骤S2中，所述高温推进方式为管式高温推进，推进温度为500-1000℃。

优选地，所述轻掺杂区的掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10²²cm^-3。

优选地，所述重掺杂区的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-1×10²³cm^-3。

优选地，所述在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法还包括如下步骤：

步骤S4，在形成所述重掺杂区后，去除所述第一杂质源层、阻挡层和第二杂质源层。

根据本发明第二方面实施例的太阳能电池片，包括硅片，所述硅片上制备有根据上述任一实施例所述的制备方法制备得到的选择性掺杂结构，所述选择性掺杂结构为选择性发射极或选择性表面场。

本发明的有益效果在于：

根据本发明实施例的在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法，通过在硅片的受光侧或背光侧由内至外依次设置第一杂质源层、阻挡层和第二杂质源层，在通过高温推进方式形成轻掺杂区时，阻挡层能够有效地阻挡第二杂质源层的杂质进入，接着通过激光推进方式形成重掺杂区，由此，只要分别控制第一杂质源层与第二杂质源层的杂质源浓度，即可单独调控选择性掺杂结构的轻掺杂区和重掺杂区的掺杂浓度，从而使制备所得的选择性掺杂结构的轻掺杂区的表面掺杂浓度更低，重掺杂区的表面掺杂浓度更高，如图8和图9所示，轻掺杂区的表面掺杂浓度可以达到1×10²⁰cm^-3以下，而重掺杂区的表面掺杂浓度可以达到1×10²¹cm^-3，进而使轻掺杂区的短波响应更好，重掺杂区的金属接触复合和接触电阻更低，且该制备方法清洁无污染。进一步的可以得到具有更高的开路电压和电池转化效率的太阳能电池片。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明实施例的在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法的流程图；

图2为本发明实施例的表面制绒后的硅片；

图3为本发明实施例的设置有第一杂质源层、阻挡层和第二杂质源层的硅片；

图4为本发明实施例的制备有选择性掺杂结构的硅片；

图5为本发明实施例的去除第一杂质源层、第二杂质源层和阻挡层的硅片；

图6为本发明实施例的沉积有氧化铝钝化膜和SiNx膜的硅片；

图7为本发明实施例的太阳能电池片的结构示意图；

图8为根据本发明实施例的在硅片上制备的选择性掺杂结构的轻掺杂区的掺杂曲线图；

图9为根据本发明实施例的在硅片上制备的选择性掺杂结构的重掺杂区的掺杂曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图4所示，根据本发明实施例的在硅片10上制备选择性掺杂结构(包括轻掺杂区11和重掺杂区12)的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，在硅片10的受光侧或背光侧由内至外依次设置第一杂质源层20、阻挡层30和第二杂质源层40，所述第二杂质源层40中的杂质源与所述第一杂质源层20中的杂质源相对于所述硅片10的掺杂属性相同，且所述第二杂质源层20中的杂质源的浓度更高。

根据本发明的一些实施例，硅片10的类型可以为n型也可以为p型。需要说明的是，选择性掺杂结构的掺杂属性与硅片10的掺杂属性相反，例如，当硅片10的类型为n型时，选择性掺杂结构的掺杂属性为p型。

所谓第二杂质源层40中的杂质源与第一杂质源层20中的杂质源相对于硅片10的掺杂属性相同，也就是说，第二杂质源层40和第一杂质源层20中的杂质源，相对于硅片10而言都属于p型掺杂或n型掺杂。

根据本发明的一些实施例，第一杂质源层20和第二杂质源层40的主体材料为SiNx、SiON、SiOx、SiCx或非晶硅，第一杂质源层20和第二杂质源层40中的杂质源选自第V族元素或第III族元素，其中，当杂质源选自第III族元素时，为p型掺杂，当杂质源选自第V族元素时，为n型掺杂。也就是说，当硅片10为n型时，第一杂质源层20和第二杂质源层40中的杂质源选自第III族元素，进行p型掺杂；当硅片10为p型时，第一杂质源层20和第二杂质源层40中的杂质源选自第V族元素，进行n型掺杂。

根据本发明的一些实施例，第一杂质源层20和第二杂质源层40的厚度相互独立，为1-1000nm。所谓相互独立，也就是说，第一杂质源层20和第二杂质源层40的厚度彼此不受对方影响，厚度可以相同也可以不同，可以第一杂质源层20比第二杂质源层40厚，也可以第一杂质源层20比第二杂质源层40薄。

其中，所述第一杂质源层20和/或所述第二杂质源层40通过化学气相沉积法或物理气相沉积法制备得到，所述化学气相沉积法为低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法和常压化学气相沉积法中的任一种。

另外，关于第一杂质源层20的杂质源浓度，以及第二杂质源层40的杂质源浓度，没有具体的限制，可以根据设计需要来确定。需要说明的是，第二杂质源层40的杂质源浓度比第一杂质源层20的杂质源浓度高。

根据本发明的一些实施例，阻挡层30的主体材料可以选自SiNx、SiON、SiOx、SiCx或非晶硅，且阻挡层30的厚度可以为1-1000nm。

步骤S2，通过高温推进方式使得所述第一杂质源层20中的所述杂质源掺杂进所述硅片10中并在所述硅片10表面形成面状的轻掺杂区11。

根据本发明的一些实施例，上述在硅片10上制备选择性掺杂结构的制备方法的步骤S2中，高温推进方式为管式高温推进，推进温度为500-1000℃。

步骤S3，通过激光推进方式在指定区域内使得所述第一杂质源层20和所述第二杂质源层40中的所述杂质源向所述硅片10内推进，形成所述重掺杂区12。

也就是说，如图3所示，在硅片10的受光侧或背光侧由内至外依次沉积第一杂质源层20、阻挡层30和第二杂质源层40，其中第二杂质源层40中的杂质源与第一杂质源层20中的杂质源相对于硅片10的掺杂属性相同，即掺杂属性均为p型掺杂或n型掺杂，并且第二杂质源层40中的杂质源的浓度高于第一杂质源层20中的杂质源的浓度，如图4所示，第一杂质源层20中的杂质源通过高温推进方式，掺杂进硅片10中，并在硅片10表面形成面状的轻掺杂区11，然后使第一杂质源层20和第二杂质源层40中的杂质源，通过激光推进方式，在指定区域内向硅片10内推进，形成重掺杂区12。

通过阻挡层30的设置，避免了第二杂质源层40中的杂质源推进入选择性掺杂结构中的轻掺杂区11，使选择性掺杂结构的轻掺杂区11和重掺杂区12的掺杂浓度可以单独进行调控，从而使制备所得的选择性掺杂结构的轻掺杂区11的表面掺杂浓度更低，重掺杂区12的表面掺杂浓度更高，进而使轻掺杂区11的短波响应更好，重掺杂区12的金属接触复合和接触电阻更低，进一步的可以得到具有更高的开路电压和电池转化效率的太阳能电池片。且该制备方法清洁无污染。

根据本发明的一些实施例，上述在硅片10上制备选择性掺杂结构的制备方法在硅片10上制备的选择性掺杂结构中，轻掺杂区11的掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10²²cm^-3，重掺杂区12的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-1×10²³cm^-3。

根据本发明的一些实施例，上述在硅片10上制备选择性掺杂结构的制备方法中，在形成重掺杂区12后，去除第一杂质源层20、阻挡层30和第二杂质源层40。

制备有根据上述在硅片10上制备选择性掺杂结构的制备方法制备得到的选择性掺杂结构的硅片10，可以用于形成太阳能电池片，其中，选择性掺杂结构可以为太阳能电池片中的选择性发射极或者选择性表面场，该太阳能电池片具有更高的开路电压和电池转化效率。

下面通过具体实施例描述本发明。

如图2至图7所示，一种太阳能电池片的制备方法，该太阳能电池片中的硅片10制备有根据上述在硅片10上制备选择性掺杂结构的制备方法制备得到的选择性掺杂结构，包括如下步骤：

A、制绒：选择P型硅片10，其体电阻率为2.0Ω·cm，对硅片10的受光面进行表面制绒，所得的具有绒面的硅片10受光面反射率达到12％；

B、沉积第一杂质源层20：在硅片10的受光面常压气相沉积厚度为100nm的第一杂质源层20，该第一杂质源层20为底部含有少许杂质源磷掺杂的磷硅玻璃层；

C、沉积阻挡层30：在第一杂质源层20上常压气相沉积厚度为100nm的阻挡层30，该阻挡层30为氧化硅层；

D、沉积第二杂质源层40：在阻挡层30上常压气相沉积厚度为100nm的第二杂质源层40，该第二杂质源层40为富含杂质源磷掺杂的磷硅玻璃层；

E、选择性掺杂结构的轻掺杂区11的形成：于管式设备中，采用管式高温推进方式使第一杂质源层20中的杂质源磷掺杂进硅片10中，在硅片10表面形成面状的轻掺杂区11，其中，管式高温推进的温度为830℃，时间为30min；

F、选择性掺杂结构的重掺杂区12的形成：采用激光在指定区域内扫描金属栅线图形，使第一杂质源层20和第二杂质源层40中的杂质源向硅片10内推进，形成重掺杂区12，其中激光的工艺参数为：波长532nm，脉宽10ns，频率200KHz，功率30W；

G、去除第一杂质源层20、第二杂质源层40和阻挡层30：用氢氟酸溶液清洗去除第一杂质源层20、第二杂质源层40和阻挡层30；

H、生长氧化层：于管式设备中，在800℃下，通氧气30min，于硅片10的受光面的表面产生氧化硅层，氧化硅层的厚度为10nm；

I、沉积氧化铝钝化膜50：使用原子能沉积设备在硅片10的背光面沉积氧化铝钝化膜50，氧化铝钝化膜50的厚度为10nm；

J、沉积SiNx膜60：采用等离子体增强化学气相沉积法在硅片10的受光面和背光面分别沉积起钝化和减反射作用的SiNx膜60，其中受光面沉积的SiNx膜60的厚度为80nm，背光面沉积的SiNx膜60的厚度为90nm；

K、开槽：采用波长为532nm的激光，于硅片10的背光面的SiNx膜60上开槽；

L、制作金属电极70：于硅片10的受光面和背光面分别印刷导电浆料，形成金属电极70。

根据上述实施例得到的制备有选择性掺杂结构的硅片10，其轻掺杂区11的掺杂浓度与重掺杂区12的掺杂浓度与深度的关系分别示于图8和图9，由图可以看出，其中轻掺杂区的表面掺杂浓度可以达到1×10²⁰cm^-3以下，而重掺杂区的表面掺杂浓度可以达到1×10²¹cm^-3，进而使轻掺杂区的短波响应更好，重掺杂区的金属接触复合和接触电阻更低，进一步的得到的太阳能电池片具有更高的开路电压和电池转化效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种在硅片（10）上制备选择性掺杂结构的制备方法，所述选择性掺杂结构包括轻掺杂区（11）和重掺杂区（12），其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，在硅片（10）的受光侧或背光侧由内至外依次设置第一杂质源层（20）、阻挡层（30）和第二杂质源层（40），所述第二杂质源层（40）中的杂质源与所述第一杂质源层（20）中的杂质源相对于所述硅片（10）的掺杂属性相同，且所述第二杂质源层（40）中的杂质源的浓度更高；

步骤S2，通过高温推进方式使得所述第一杂质源层（20）中的所述杂质源掺杂进所述硅片（10）中并在所述硅片（10）表面形成面状的轻掺杂区（11）；

步骤S3，通过激光推进方式在指定区域内使得所述第一杂质源层（20）和所述第二杂质源层（40）中的所述杂质源向所述硅片（10）内推进，形成所述重掺杂区（12）。

2.根据权利要求1所述的在硅片（10）上制备选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述硅片（10）的类型为n型或p型。

3.根据权利要求1所述的在硅片（10）上制备选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述第一杂质源层（20）和所述第二杂质源层（40）的主体材料为SiNx、SiON、SiOx、SiCx或非晶硅，所述杂质源选自第V族元素或第III族元素。

4.根据权利要求1所述的在硅片（10）上制备选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述第一杂质源层（20）和所述第二杂质源层（40）的厚度相互独立，为1-1000nm，

所述第一杂质源层（20）和/或所述第二杂质源层（40）通过化学气相沉积法或物理气相沉积法制备得到，所述化学气相沉积法为低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法和常压化学气相沉积法中的任一种。

5.根据权利要求1所述的在硅片（10）上制备选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述阻挡层（30）的主体材料为SiNx、SiON、SiOx、SiCx或非晶硅，且所述阻挡层（30）的厚度为1-1000nm。

6.根据权利要求1所述的在硅片（10）上制备选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述高温推进方式为管式高温推进，推进温度为500-1000℃。

7.根据权利要求1所述的在硅片（10）上制备选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述轻掺杂区（11）的掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10²²cm^-3。

8.根据权利要求1所述的在硅片（10）上制备选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述重掺杂区（12）的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-1×10²³cm^-3。

9.根据权利要求1所述的在硅片（10）上制备选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤S4，在形成所述重掺杂区（12）后，去除所述第一杂质源层（20）、阻挡层（30）和第二杂质源层（40）。

10.一种太阳能电池片，其特征在于，包括硅片（10），所述硅片（10）上制备有根据权利要求1-9任一项所述的在硅片（10）上制备选择性掺杂结构的制备方法制备得到的选择性掺杂结构，所述选择性掺杂结构为选择性发射极或选择性表面场。