CN102683504B - 通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法，通过该方法制作的晶体硅太阳能电池一方面采用离子注入砷形成表面的N型区域，可以同时具备高掺杂和浅结的功能，从而提高开路电压和电池效率，而且相对于磷，退火后高剂量的砷并不会在硅表面引起太多缺陷，也有益于降低硅片的表面态密度，提高少子寿命；另一方面硅片的金属与硅片的欧姆接触仍采用传统的扩散制结的方法，这样本方法就与现在光伏电池制造领域常规的扩散制结和丝网印刷烧结技术完全兼容，无需摸索新的参数，可以实现大规模量产。

Description

通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池制作领域，具体涉及一种通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法。

背景技术

太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。半导体材料具有一定的禁带宽度，当能量大于半导体材料禁带宽度的一束光垂直入射到PN结表面，光子将在离表面一定深度的范围内被吸收，而入射光将在结区及结附近的空间激发电子空穴对，产生在空间电荷区的光生电子和空穴在结电场的作用下分离，形成自n区向p区的光生电流。同时，由光生载流子漂移并堆积形成一个与光生电流反向的正向结电流。当光生电流和正向结电流达到稳定态的时候，pn结两端建立起稳定的电势差，即光生电压。通过连接外部电路，可以向外输出功率。

一个典型的P型硅太阳能电池采用的是n+ p的结构。表面n+区的高掺杂可获得高注入比，称其为发射区。轻掺杂的p区则为基区。从电学性能上考虑，越高的n区掺杂浓度，带来越高的开路电压，从而可以提高太阳电池的效率。

量子效率一般用来表征光电流和入射光的关系，反映的是对短路电流有贡献的光生载流子密度与入射光子密度之比。短波长的光子主要在电池表面区被吸收，产生在靠近表面一层的光生载流子必须扩散到势垒区，因为光生载流子必须在势垒区内实现电荷的分离，这是光伏电压产生的必要条件。如果发射区厚度过宽，大于电子的扩散长度，产生在发射区的光生载流子扩散不到势垒区，对光生电流无贡献，势必降低量子效率。因此电池设计要求发射区厚度尽可能薄。

综合以上两点，n型发射区的设计应是薄的和高掺杂的。传统的P型太阳能电池一般采用扩散磷的办法制作n型发射区，这种方法，受到温度等工艺条件的影响，发射区不可能做到很浅。部分人选择用离子注入磷的办法来解决这个问题，控制发射区浓度和深度精确，而且处理过程为低温。但这样也会带来其他问题，一方面高浓度的磷注入在硅表面会产生大量缺陷，增加表面态密度，从而增加了表面复合速率，降低了少子寿命和电池效率。另一方面注入的结深和浓度需要同时满足电池表面的金属和硅片的欧姆接触，业界非常成熟的丝网印刷和烧结工艺条件没法直接运用，需要另行摸索工艺条件。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术所存在的不足，提供了一种通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法，可提高开路电压和电池效率，并且可实现性强。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法，其特征在于，所述具体制作步骤包括：

对P型单晶或多晶硅片进行去损伤层和表面制绒；

在硅片的正面指定区域进行图形化的扩散制结；

去除硅片边缘处PN结，并去除磷硅玻璃；

在硅片绒面一侧离子注入砷，然后对硅片进行快速热退火；

硅片的绒面侧用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积氮化硅；

丝网印刷硅片正面的电极浆料以及硅片背面的背场浆料；

共烧结形成欧姆接触。

对于上述技术方案，发明人还有进一步的详细优化实施措施。

进一步，在硅片绒面一侧离子注入砷，能量为1keV-1MkeV，剂量大于1e14。

进一步，在硅片绒面一侧离子注入砷后对硅片进行快速热退火的处理过程为，在900度-1200度的温度范围内处理5s-30min。

在硅片的正面指定区域进行图形化的扩散制结，其中指定区域为之后金属与硅片形成欧姆接触的区域，其处理流程包括：

在硅片正面采用热氧化或等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）或者低压化学气相沉积法（LPCVD）沉积氧化硅或者氮化硅；

在硅片正面印刷刻蚀性浆料或激光刻蚀选择性去除指定区域的氧化硅；

在硅片正面单面扩散三氯氧磷（POCl3），在指定区域形成正面n+扩散层，扩散温度可选为840度-860度，时间为20min-30min；

去除掩膜的氧化硅或氮化硅。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

本发明描述了一种通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法，通过该方法制作的晶体硅太阳能电池一方面采用离子注入砷形成表面的N型区域，可以同时具备高掺杂和浅结的功能，从而提高开路电压和电池效率，而且相对于磷，退火后高剂量的砷并不会在硅表面引起太多缺陷，也有益于降低硅片的表面态密度，提高少子寿命；另一方面硅片的金属与硅片的欧姆接触仍采用传统的扩散制结的方法，这样本方法就与现在光伏电池制造领域常规的扩散制结和丝网印刷烧结技术完全兼容，无需摸索新的参数，可以实现大规模量产。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例的晶体硅太阳能电池结构示意图；

其中：1、硅基底；2、n+扩散层；3、离子注入砷所形成n+区域；4、氮化硅抗反膜；5、背电场；6、正电极。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

本实施例描述了一种离子注入砷工艺形成的晶体硅太阳能电池，从其正面到背面（正面指的是受光面，背面指的是非受光面）依次包括：正面的银金属正电极6，氮化硅抗反膜4，正面的离子注入砷所形成的n+区域3（以下简称n+区域3），正面指定区域扩散磷形成的n+扩散层2，硅基底1以及背面的铝背电场5。

具体的制作工艺步骤如下：

对P型晶体硅基底1进行去损伤层和表面制绒；

在硅基底1的正面指定区域进行图形化的扩散制结。在硅基底1正面沉积氧化硅或者氮化硅，沉积方式可以采用热氧化、PECVD或者LPCVD，在硅基底1正面印刷刻蚀性浆料或激光刻蚀选择性去除指定区域的氧化硅，在硅基底1正面单面扩散POCl3，在指定区域形成正面n+扩散层2。扩散温度可选为840度-860度，时间20min-30min，其中扩散的区域为之后印刷电极的欧姆接触区域，然后再去除掩膜的氧化硅或氮化硅；

用等离子体刻蚀或化学腐蚀的方法去除边缘的PN结，然后去除磷硅玻璃；

在硅基底1正面离子注入砷，能量为1keV-1MkeV，剂量大于1e14，形成n+区域3；

将硅基底1在900度-1200度的温度范围内处理5s-30min，进行快速热退火；

硅基底1的绒面侧用PECVD法沉积氮化硅抗反膜4，厚度为70nm-90nm；

丝网印刷。用Al浆印刷背电场5并烘干，用Ag浆印刷正电极6；

最后共烧结形成欧姆接触，制成太阳能电池。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

对P型单晶或多晶硅片进行去损伤层和表面制绒；

在硅片的正面指定区域进行图形化的扩散制结；

去除硅片边缘处PN结，并去除磷硅玻璃；

在硅片绒面一侧离子注入砷，从而在硅片上形成表面的n+区域，然后对硅片进行快速热退火；

硅片的绒面侧用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅；

丝网印刷硅片正面的电极浆料以及硅片背面的背场浆料；

共烧结形成欧姆接触；

其中，在硅片的正面指定区域进行图形化的扩散制结的处理流程包括：

在硅片正面采用热氧化或等离子体增强化学气相沉积法或者低压化学气相沉积法沉积氧化硅或者氮化硅，

在硅片正面印刷刻蚀性浆料或激光刻蚀选择性去除指定区域的氧化硅或者氮化硅，

在硅片正面单面扩散三氯氧磷，在指定区域形成正面n+扩散层，

去除掩膜的氧化硅或氮化硅。

2.根据权利要求1所述的通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法，其特征在于，在硅片绒面一侧离子注入砷，能量为1keV-1MkeV，剂量大于1e14个cm^-2。

3.根据权利要求1所述的通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法，其特征在于，在硅片绒面一侧离子注入砷后对硅片进行快速热退火的处理过程为，在900度-1200度的温度范围内处理5s-30min。

4.根据权利要求1或3所述的通过离子注入砷改进晶体硅太阳能电池制作工艺的方法，其特征在于，在硅片的正面指定区域进行图形化的扩散制结，其中指定区域为之后金属与硅片形成欧姆接触的区域。