專利名稱：利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發射結太陽電池的方法
技術領域：
本發明涉及太陽電池制備方法，特別涉及一種利用激光摻雜加刻蝕制備太陽電池的方法。
背景技術：
目前太陽能行業中比較普遍采用的選擇性發射結技術(Selective Emitter，簡稱 SE)，是P-N結晶體硅太陽電池生產工藝中可以實現較高效率的方法之一。選擇性發射結結構有兩個特征(1)在電極柵線下及其附近形成高摻雜深擴散區在其他區域(受光區)形成低摻雜淺擴散區N+。因為，一方面低摻雜淺發射結N+減小了該結區和表面的少子復合速度，增大了少子的壽命，從而減少了太陽電池的飽和電流，提高了電池的開路電壓V。。和短路電流Is。。另一方面，高摻雜深發射結N++容易形成歐姆接觸，接觸電阻R。變小，從而降低太陽電池的串聯電阻民，提高電池的填充因子F. F.。同時，雜質深擴散可以加深加大橫向N+/P結，而橫向 N+/P結和在低摻雜區和高摻雜區交界處形成的橫向N+/N++高低結可以提高光生載流子的收集率，從而提高電池的短路電流Is。。另外，深結可以防止電極金屬向結區滲透，減少電極金屬在禁帶中引入雜質能級的幾率。以上所述的好處正是在太陽電池不同的區域中形成摻雜濃度高低不同、擴散深淺不同而帶來的。但是，目前選擇性發射結太陽電池傳統的實現工藝是采用掩膜技術加二次擴散的方法來實現的(CN200710025032選擇性發射結晶體硅太陽電池的制備方法)。這種過分復雜的工藝影響了其工藝效率，增加了生產成本，不能被強調簡單和低成本的太陽電池企業所接受。而其他的掩膜刻蝕的方法也會增加工藝的復雜性(US20100218^6METH0D FOR PRODUCING A SILICON SOLAR CELL WITH A BACK-ETCHED EMITTER AS WELL AS A CORRESPONDING SOLAR CELL)，這種方法先重擴散形成高摻雜深擴散區N++，然后采用噴墨等技術制作阻擋層，接著采用背刻蝕的方法將沒有阻擋層的地方刻蝕成低摻雜淺擴散區N+。 這種方法電池效率增加的收益不足以彌補成本的增加和工藝效率的下降所帶來的損傷，因而其工業化應用也受到了限制。專利CN201010516839 “一種晶體硅太陽能電池的選擇性擴散工藝”雖然直接利用激光摻雜磷硅玻璃形成重摻雜區的方法的工藝最簡單。但是經過高溫擴散之后，會在發射結表面形成一層厚度在50nm的含磷濃度高的死層，這層死層中的磷的含量一般都會大于具有電活性的磷的飽和濃度5 X IO^1個/cm3，這個死層會導致表面復合速度較高，還會使發射結的少子壽命降低，從而降低了效率。而且過高的激光功率往往會損傷硅片表面，產生損傷層，進一步降低效率并產生了效率的隨時間的衰減。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的缺點，提出一種利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發射結太陽電池的方法。本發明可以去除擴散產生的死層，并能夠去除激光產生的損傷層。提高了電池效率，降低了電池效率的衰減。同時工藝過程簡單，不增加材料成本，最少化增加設備成本。本發明的制備方法如下步驟1，對硅片進行制絨，并去除硅片表面損傷層用硝酸，氫氟酸和水制成混合化學腐蝕溶液，其中硝酸的質量濃度為30%，氫氟酸的質量濃度為8%。使用所述的混合化學腐蝕溶液對P型多晶硅片進行制絨，并去除所述的P型多晶硅片表面損傷層；用質量濃度為5%的氫氧化鉀溶液對P型單晶硅片制絨，同時去除P型單晶硅片表面損傷層；步驟2，將步驟1制得的多晶硅片或單晶硅片置于溫度為820_828°C的的管式擴散爐中，用三氯氧磷(POCl3)液態源對所述硅片進行擴散，形成N型深發射結N++，同時在硅片表面形成磷硅玻璃薄層；步驟3，用波長為532nm的激光輻照對步驟2制得的硅片進行燒蝕，在所述硅片的輻射區實現磷的重摻雜而形成N型超級深發射結N+++，也即形成了初步的選擇性發射結；步驟4，將質量濃度為的氫氟酸(HF)和質量濃度為65%的硝酸(HNO3)按照 1 4的體積比配成刻蝕溶液，對步驟3制得的硅片的發射結進行刻蝕，同時去除硅片表面的磷硅玻璃。刻蝕的溶液為酸性各向同性溶液，為了防止在刻蝕過程中由于光照情況下產生的光電流導致化學腐蝕的深度刻蝕，形成針孔結構，因此在腐蝕過程中需要遮光；步驟5，用硝酸，氫氟酸和水制成混合化學腐蝕溶液，其中硝酸的質量濃度為 30 %，氫氟酸的質量濃度為8 %。用此化學腐蝕液進行刻邊，此步驟可以和步驟4集成到同一臺設備中；比如在刻邊設備的刻邊槽前再加入一個刻蝕槽，此刻蝕槽的功能可以用來實現步驟4的功能。步驟6，在溫度為400°C 500°C的管式等離子增強化學氣相淀積PECVD系統中，對硅片進行鍍氮化硅減反射膜處理，比如對于管式PECVD，典型時間為700秒 800秒。比步驟也可在板式PECVD系統中進行；步驟7，采用絲網印刷工藝，在所述的硅片正面形成柵線電極、在所述硅片的背面形成鋁背場；步驟8，在溫度為25 900°C的快速燒結爐中對所述的硅片進行燒結及金屬化處理，時間為2分鐘左右。至此本發明太陽電池制備完成。上述步驟8中，對所述的硅片進行燒結及金屬化處理的優選的溫度范圍為大于 720°C至860°C左右，持續時間為4秒左右。本發明利用激光摻雜加化學刻蝕制備的選擇性發射結的太陽電池，其結構從上到下依次包括銀主柵線正電極，減反射膜，N型深發射結N++，N型淺發射結N+，P型晶體硅，銀背電極，鋁背場。本發明的特點(1)利用激光照射擴散后的磷硅玻璃形成重摻雜區和超級重摻雜區。(2)利用刻蝕溶液刻蝕發射結的方法將重摻雜區刻蝕成淺摻雜區，將超級重摻雜區刻蝕成重摻雜區。(3)將激光摻雜磷硅玻璃技術和刻蝕技術結合起來，取激光摻雜磷硅玻璃的工藝簡單的長處，拚棄其表面有死層、損傷層的短處。取背刻蝕發射結技術表面無死層和損傷層的長處，拚棄其工藝復雜短處。綜合了兩種技術的優點。


圖1利用激光摻雜制備選擇性發射結太陽電池的結構示意圖；圖2利用激光摻雜制備選擇性發射結太陽電池方法的流程示意圖；圖3為本發明實施例一燒結工藝的溫度曲線圖。
具體實施例方式以下結合附圖及具體實施方式
進一步說明本發明。如圖1所示，本發明提出的利用激光摻雜制備選擇性發射結的太陽電池結構，從上到下依次包括銀主柵線正電極1，減反射膜2，N型深發射結N++3，N型淺發射結N+4，P型晶體硅5，銀背電極6，鋁背場7。P型晶體硅襯底的厚度為200 μ m左右，電阻率為2Q*cm。其中，P型晶體硅可采用單晶硅片或多晶硅片。實施例一步驟1，用硝酸、氫氟酸和水制成混合化學腐蝕溶液，其中硝酸的質量濃度為 30%，氫氟酸的質量濃度為8%。使用所述的混合化學腐蝕溶液對P型多晶硅片進行制絨， 并去除所述的多晶硅片表面損傷層，反應溫度控制在8°C左右，時間為2分鐘左右；或者質量用濃度為5%的氫氧化鉀溶液對P型單晶硅片制絨，反應溫度控制在80°C左右，時間為30 分鐘左右，同時去除硅片表面機械損傷層；步驟2，將步驟1制得的硅片置于管式擴散爐中，用三氯氧磷(POCl3)液態源對所述硅片進行擴散，形成N型深發射結N++，同時在硅片表面形成磷硅玻璃薄層；控制此N型深發射結N++的方塊電阻在40-50 Ω / 口。此步驟會導致在發射結表面產生40nm左右的死層。此步驟2的典型工藝參數如下
步驟時間(分鐘)溫度("C )攜磷氮氣流量(ml/min)氮氣(ml/min)氧氣(ml/min)1.氧化1082801900010002.沉積2082814001700016003.驅入5828019500500 此表中，“步驟” 一欄所列出的“氧化”、‘沉積”和“驅入”是是擴散的步驟，這三個
步驟按照表中的先后順序進行。此擴散步驟在氮氣、氧氣氣氛下進行。步驟3，用波長為532nm的激光輻照，進行燒蝕，在所述硅片的輻射區實現磷的重摻雜而形成N型超級深發射結N+++,也即形成了初步的選擇性發射結；方塊電阻為 20-30 Ω / □，燒蝕寬度控制在300 μ m左右。此步驟會導致被燒蝕的表面產生損傷層。步驟4，將質量濃度為的氫氟酸(HF)和質量濃度為65%的硝酸(HNO3)按照 1 4的體積比配成刻蝕溶液，對步驟3制得的硅片的發射結進行刻蝕，刻蝕時間為30秒， 溫度為16°C，同時去除硅片表面的磷硅玻璃。刻蝕的溶液為酸性各向同性溶液，為了防止在刻蝕過程中由于光照情況下產生的光電流導致化學腐蝕的深度刻蝕，形成針孔結構，因此在腐蝕過程中需要遮光。此步驟4將步驟3中激光燒蝕的N型超級深發射結N+++(方塊電阻20-30/ □)刻蝕成方塊電阻為30-40 Ω / □的深發射結N++ ；將沒有激光燒蝕的N型深發射結Ν++(方塊電阻40-50Ω/0)刻蝕成方塊電阻為80-90Ω/□的淺發射結N+。此步驟可以將高溫擴散產生的死層，和高溫激光燒蝕產生的損傷層去除。步驟5，用硝酸，氫氟酸和水制成混合化學腐蝕溶液，其中硝酸的質量濃度為 30%,氫氟酸的質量濃度為8%。用此化學腐蝕液進行刻邊，反應溫度為8°C，時間為1分鐘。步驟6，在溫度為500°C的管式PECVD系統中，對硅片進行鍍氮化硅減反射膜處理， 時間為700秒。減反射膜的厚度為65nm，折射率為2. 09左右。步驟7，采用絲網印刷工藝形成硅片正面的柵線電極、硅片背面的鋁背場；正電極銀柵線間距為2mm左右，正電極銀柵線寬度為95 μ m，高度為16 μ m以上。步驟8，在溫度為25 900°C的快速燒結爐中對所述的硅片進行燒結及金屬化處理，處理時間為2分鐘左右。典型的燒結溫度曲線如圖3所示。此曲線中大于720°C的溫度曲線部分為正面銀漿燒結到發射結的溫度，即為圖3中最高溫度的高溫峰，最高溫度在 800°C左右，大于720°C的持續時間為4秒左右。至此本發明太陽電池制備完成。實施例二步驟1，用硝酸，氫氟酸和水制成混合化學腐蝕溶液，其中硝酸的質量濃度為 30%，氫氟酸的質量濃度為8%。使用所述的混合化學腐蝕溶液對P型多晶硅片進行制絨， 并去除所述的多晶硅片表面損傷層，反應溫度控制在8°C左右，時間為2分鐘左右；或者質量用濃度為5%的氫氧化鉀溶液對P型單晶硅片制絨，反應溫度控制在80°C左右，時間為30 分鐘左右，同時去除硅片表面機械損傷層；步驟2，將步驟1制得的硅片置于管式擴散爐中，用三氯氧磷(POCl3)液態源對所述硅片進行擴散，形成N型深發射結N++，同時在硅片表面形成磷硅玻璃薄層；控制此N型深發射結N++的方塊電阻在50-60 Ω / 口。此步驟會導致在發射結表面產生30nm左右的死層。此步驟2的工藝參數如下
權利要求
1.一種利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發射結太陽電池的方法，其特征在于，所述的制備方法的步驟如下步驟1，用硝酸、氫氟酸和水制成混合化學腐蝕溶液，其中硝酸的質量濃度為30%，氫氟酸的質量濃度為8% ；使用所述的混合化學腐蝕溶液對P型多晶硅片制絨，并去除所述的多晶硅片表面損傷層；步驟2，將步驟1制得的硅片置于溫度為820-^8°C的管式擴散爐中，用三氯氧磷POCl3 液態源對所述硅片進行擴散，形成N型深發射結N++，同時在硅片表面形成磷硅玻璃薄層；步驟3，用波長為532nm的激光輻照對步驟2制得的硅片進行燒蝕，在所述硅片的輻射區實現磷的重摻雜而形成N型超級深發射結N+++，也即形成初步的選擇性發射結；步驟4，將質量濃度為的氫氟酸HF和質量濃度為65%的硝酸HNO3按照1 4的體積比配成刻蝕溶液，對步驟3制得的硅片的發射結進行刻蝕，同時去除硅片表面的磷硅玻璃；步驟5，用硝酸、氫氟酸和水制成混合化學腐蝕溶液，其中硝酸的質量濃度為30 %，氫氟酸的質量濃度為8%。用此化學腐蝕液進行刻邊；步驟6，在溫度為400°C 500°C的等離子增強化學氣相淀積PECVD系統中，對所述的硅片進行鍍氮化硅減反射膜處理，處理時間為700秒 800秒；步驟7，采用絲網印刷工藝，在所述的硅片正面形成柵線電極，在所述的硅片背面形成鋁背場；步驟8，在溫度為25 900°C的快速燒結爐中對所述的硅片進行燒結及金屬化處理，時間為2分鐘；至此完成本發明太陽電池制備。
2.根據權利要求1所述的利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發射結太陽電池的方法，其特征在于，所述的步驟8中，對所述的硅片進行燒結及金屬化處理的優選溫度為大于720V 至860°C，持續時間為4秒。
3.根據權利要求1所述的利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發射結太陽電池的方法，其特征在于，所述的制備方法的步驟1中，用質量濃度為5%的氫氧化鉀溶液對P型單晶硅片制絨，同時去除硅片表面損傷層。
4.根據權利要求1所述的利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發射結太陽電池的方法，其特征在于，在所述的步驟4的腐蝕過程中遮光。
5.根據權利要求1所述的利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發射結太陽電池的方法，其特征在于，所述的步驟4和所述的步驟5的順序互換。
全文摘要
一種利用激光摻雜加刻蝕制備選擇性發射結太陽電池的方法，步驟如下1.用硝酸、氫氟酸和水制成混合化學腐蝕溶液對硅片制絨；2.將硅片置于管式擴散爐中，用三氯氧磷POCl3液態源對硅片進行擴散；3.用波長為532nm的激光輻照對硅片燒蝕，形成初步的選擇性發射結；4.將氫氟酸和硝酸按照1∶4配成刻蝕溶液，對硅片的發射結刻蝕；5，用硝酸、氫氟酸和水制成混合化學腐蝕溶液對硅片刻邊；6.在溫度為400～500℃的等離子增強化學氣相淀積系統中，對硅片進行鍍氮化硅減反射膜處理；7，采用絲網印刷工藝在硅片的正面形成柵線電極，在硅片的背面形成鋁背場；8.將硅片置于溫度為25～900℃的快速燒結爐中對進行燒結及金屬化處理，至此本發明太陽電池制備完成。
文檔編號H01L31/18GK102544215SQ20121000925
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者王文靜, 聞震利 申請人:中國科學院電工研究所