专利名称：一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法
技术领域：
本发明涉及晶体硅太阳能电池制备领域，特别是一种制备晶体硅太阳能电池选择 性发射极的方法。
背景技术：
太阳电池的发展方向是低成本、高效率，而选择性发射极结构是p-n结晶体硅太阳电池生产工艺中有希望实现高效率的方法之一。选择性发射极结构有两个特征1)在电 极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区；2)在其他区域形成低掺杂浅扩散区。在电极栅线底下及其附近形成高掺杂深扩散区，高掺杂做电极时容易形成欧姆接 触，且此区域的体电阻较小，从而降低太阳电池的串联电阻，提高电池的填充因子FF。杂质 深扩散可以加深加大横向n+/p结，而横向n+/p结和在低掺杂区和高掺杂区交界处形成的 横向n+/n高低结可以提高光生载流子的收集率，从而提高电池的短路电流Isc。另外，深结 可以防止电极金属向结区渗透，减少电极金属在禁带中引入杂质能级的几率。在太阳能电池活化区低掺杂可以降低少数载流子的体复合几率，且可以进行较好 的表面钝化，降低少数载流子的表面复合几率，从而减小电池的反向饱和电流，提高电池的 开路电压Voc和短路电流Isc。另外，因越靠近太阳电池的表面，光生载流子的产生率越高， 而越靠近扩散结光生载流子的收集率越高，故浅扩散结可以在高载流子产生的区域获得高 的收集率，提高电池的短路电流Isc。总之，该种结构可以提高太阳电池的开路电压Voc，短路电流Isc和填充因子FF， 从而使电池获得高的光电转换效率。现有技术中，有种方法先进行常规的扩散，然后在SiO2层上的电极位置采用印刷 腐蚀剂的方式腐蚀掉SiO2，然后在电极窗口层采用POCL3进行高浓度掺杂。这种工艺很复 杂，很难在大规模生产中应用。还有一种方法，采用先在基片上沉积磷源，然后采用激光选 择性加热制备深结，然后整体加热制备浅结的方式来制备选择性发射极。但是，这些方法并 不适合大量的生产，很难在工业上应用，以致现在选择性发射极太阳能电池的应用仅仅停 留在实验室阶段。
发明内容
发明目的本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种制备晶 体硅太阳能电池选择性发射极的方法。技术方案本发明公开了一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，包括 以下步骤在工艺气体气氛中，使用激光分别对晶体硅太阳能电池基片表面进行高浓度深掺 杂和低浓度浅掺杂从而形成选择性发射极；其中，工艺气体为B2H6与H2混合气体时，所述晶体硅太阳能电池基片为N型单晶 硅太阳能电池基片，因为N型晶体硅容易获得寿命较长的少数载流子，更有利于形成高转化效率的太阳能电池，因此优选N型结晶硅。工艺气体为PH3与H2混合气体时，所述晶体硅太阳能电池基片为P型单晶硅太阳 能电池基片。本发明中，一种方案，第一次先进行高浓度深掺杂，包括以下步骤步骤一将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体中，其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比的大于5%小于等于10%。步骤二，采用激光器，对晶体硅太阳能电池基片的栅极进行照射，使基片升温到大 于1200°C小于等于1400°C，并持续60s 120s。形成PN结方块电阻在16Ω/□左右。第二次再进行低浓度浅掺杂，包括以下步骤步骤三，将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体 中自然冷却，其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比的大于小于等于5% ；步骤四，采用激光照射基片的活化区，使基片表面升温到大于等于900°C小于等于 12000C，照射时间维持在60s以内，形成PN结方块电阻在80 Ω / D左右。本发明中，优选地，第一次高浓度深掺杂时，将基片加热至350°C 500°C，第二次 低浓度浅掺杂时，将基片加热至温度小于350°C，既可以加快制备PN结速度，又不会因为加 热温度过高引入额外的杂质。本发明中，又一种方案，第一次先进行低浓度浅掺杂，包括以下步骤步骤一，将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体 中，其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比大于小于等于5% ；步骤二，采用激光照射基片的活化区，使基片表面升温到大于等于90(TC小于等于 1200°C，照射时间维持在60s以内；第二次再进行高浓度深掺杂，包括以下步骤步骤三将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体 中自然冷却，其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比大于5%小于等于10% ；步骤四采用激光器，对晶体硅太阳能电池基片的栅极进行照射，使基片瞬间升温 到大于1200°C小于等于1400°C，并持续60s 120s。本发明中，再一种方案，第一次先进行低浓度浅掺杂，包括以下步骤步骤一，将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体 中，其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比大于小于等于5% ；步骤二，采用激光照射整个基片，使基片表面升温到大于等于90(TC小于等于 1200°C，照射时间维持在60s以内；第二次再进行高浓度深掺杂，包括以下步骤步骤三将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体 中自然冷却，其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比大于5%小于等于10% ；步骤四，采用激光器，对晶体硅太阳能电池基片的栅极进行照射，使基片升温到大 于1200°C小于等于1400°C，并持续60s 120s。 本发明中，优选地，第一次进行低浓度浅掺杂时，将基片加热温度小于350°C，第二 次高浓度深掺杂时，将基片加热到350 500°C。 本发明中，优选地，在高浓度深掺杂和低浓度浅掺杂之前，先将晶体硅太阳能电池基片置于本底真空度环境中，然后再置于所述工艺气体气氛中，所述本底真空度为 10-3Pa IOOOPa0本发明中，优选地，所述本底真空度为50毫托。本发明的具体工艺原理如下将经过清洗制绒的晶体硅太阳能电池片置于真空室内，同时对真空室抽本底真 空，然后向真空室内通入B2H6+H2 (针对N型单晶硅太阳能电池基片)或者PH3+H2 (针对P型 单晶硅太阳能电池基片)的混合气体，其中B2H6百分含量相对较高。用较高能量密度的激 光照射晶体硅，使其温度瞬间升至大于1200°C小于等于1400°C之间。将要印刷电极栅线及 其附近的区域，照射时间维持在1 2分钟左右或照射次数在10 20次。然后将真空室 内的工艺气体中的B2H6的百分含量降低到一个合适的百分比。用相对强度较弱的激光照射 到晶体硅的活化区，使其温度瞬间升高至大于等于900°C小于等于1200°C左右。照射时间 在一分钟之内或照射次数为5 10次。本发明中的激光器可以采用半导体激光、准分子激光、连续式激光器等中的任意 一种，只要调整激光器的能量密度、束斑大小、波长、频率等因素，保证基片的瞬间受热温度 达到要求。本发明中激光器可以相对基片移动，也可以保持相对静止，通过光路调整和设备 局部屏蔽达到工艺要求的布局和调整。有益效果本发明将传统制备选择性发射极的复杂工艺大大减化，去掉了沉积磷 浆(相对P型晶硅)、腐蚀、对晶体硅整体高温加热等工序，一方面节约了成本，使产业化制 备选择性发射极成为可能，一方面也消除了这些工艺过程引入的额外杂质和造成的晶硅基 片缺陷。对基片进行低温加热，将衬底温度控制在500°c以下，既可以缩短激光掺杂过程，又 可以防止基片在加热过程中出现额外掺杂而影响掺杂质量。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和 /或其他方面的优点将会变得更加清楚。图la、图lb、图Ic为本发明三种实现方式的流程图。图2为本发明制备选择性发射极原理图。图3为本发明制备的N型衬底的选择性发射极示意图。
具体实施例方式本发明公开了一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，包括以下步骤将太阳能电池基片置于本底真空度环境，真空度范围可以在IOOOPa 10_3Pa之间 选择，进一步优选为50毫托。在B2H6与H2混合气体气氛中或者PH3与H2混合气体气氛中，使用激光分别进行高 浓度深掺杂和低浓度浅掺杂两次掺杂；如图2所示，将经过清洗制绒的晶体硅太阳能电池基片5置于载片台6上，关上真空室门，通过出气管8对真空室3抽真空达到本底真空度，然后通过进气管道3向真空室2 内通入工艺气体，工艺气体为B2H6与H2混合气体时晶体硅太阳能电池基片为N型单晶硅太阳能电池基片；工艺气体为PH3与H2混合气体时晶体硅太阳能电池基片为P型单晶硅太阳能电池基片。在抽真空的同时通过加热器7对基片5进行加热。在真空室压力和基片温度 稳定后，用激光透过真空室玻璃窗1对基片中电极栅线进行照射，使基片温度瞬间升高。然 后，再次将真空室抽空，通过B2H6与H2的混合气体或者PH3与H2混合气体，将基片加热，在 气压和真空度稳定后，用激光对晶体硅电池的活化区进行照射，使基片温度瞬间升高。本发明中激光器可以采用半导体激光、准分子激光、连续式激光器等中的任意一 种，只要调整激光器的能量密度、束斑大小、波长、频率等因素，保证基片的瞬间受热温度达 到要求。本发明中激光器可以相对基片移动，也可以保持相对静止，通过光路调整和设备 局部屏蔽达到工艺要求的布局和调整。实施例1 以156πιπιΧ156πιπιΧ180μπι的N型单晶硅太阳能电池基片为例，利用本发明在其上 进行P型掺杂形成选择性发射极，以此来进一步阐明本发明。以图Ia为例，其工艺步骤如下1、将经过清洁处理的N型硅片放入真空室内的载片台上，硅片正对着透明玻璃窗。2、关闭真空室门，对真空室抽真空达到3. OX 10_3Pa，同时开启加热器，对基片加 热，加热温度为400°C。3、当真空度达到本底真空度，加热温度稳定在400°C 10分钟以上，硅片均勻受热 后，向真空室内通入流量为500sCCm的B2H6+H2混合气体，其中B2H6占混合气体体积百分的 10%，同时调节抽气速率，使真空室压强恒定。当然，也可以根据需要，将B2H6调整在5% 10%中的其他数值。4、开启激光器，使波长为193nm(激光器所用介质为ArF)、能量密度为500mJ，脉冲 为20纳秒的激光束均勻地照射到基片上栅极及其附近的位置，使基片瞬间升温至1400°C， 激光累计照射20次，形成高掺杂深扩散区，其中方块电阻为16Ω/。左右。5、对真空室再次抽真空到本底真空度，然后向真空室内通入B2H6+H2混合气体，其 中B2H6占混合气体体积百分的5%，同时将基片温度降到250°C，当然，也可以根据需要，将 B2H6调整在1% 8%。6、当真空室气压和基片温度达到稳定后，开启激光器，使波长为193nm(激光器所 用介质为ArF)、能量密度为500mJ，脉冲为20纳秒的激光束均勻地照射到基片上栅极及其 附近的位置，使基片活化区位置瞬间升温到1200°C，累计照射次数为10次，形成低掺杂浅 结，其中方块电阻为80 Ω / D左右。最终在晶体硅太阳能电池表面形成选择性发射极。晶片表面形成符合要求，具有 良好的迁移率及低的漏电流的质量良好的太阳能电池选择性发射极，工艺过程完成。图3为选择性发射极制备完成的太阳能电池基片，其中基片12可以为N型的单晶 硅、多晶硅或者P型的单晶硅、多晶硅。其中N型基片进行P型发射极掺杂，P型基片进行 N型发射极掺杂。基片的高浓度深掺区11的掺杂位置为后道工序印刷栅极的位置，掺杂宽 度与栅极宽度相同，深度在0.1 μ 1μ之间，方块电阻为16Ω/□左右，基片的低浓度浅 掺杂区10的掺杂位置为整个活化区，掺杂深度小于30nm，钝化层9属于晶硅太阳能电池常规工艺，为本发明的后续工艺。本发明制备的选择性发射极，工艺比传统工艺简单洁净，不容易对硅片引入不必要的杂质，有利于在同一设备中完成，也有利于形成自动化批量生产。同时，由于传统制作 方法的限制，超浅结深度一般大于IOOnm利用本技术制备的活化区超浅结，而本发明中结 深可以在十几个nm左右，有利于进一步提高太阳能电池的短路电流，从而提高太阳能电池 的转化效率。实施例2:以156πιπιΧ156πιπιΧ180μπι的N型多晶体硅太阳能电池基片为例，利用本发明在其 上进行P型掺杂形成选择性发射极，以此来进一步阐明本发明。以图Ib为例，其工艺步骤如下1、将经过清洁处理的N型硅片放入真空室内的载片台上，硅片正对着透明玻璃窗。2、关闭真空室门，对真空室抽真空达到3. OX 10_3Pa，同时开启加热器，对基片加 热，加热温度为275°C。3、当真空度达到本底真空度，加热温度稳定10分钟以上，硅片均勻受热后，向真 空室内通入流量为500sCCm的B2H6+H2混合气体，其中B2H6占混合气体体积百分的3%，将 B2H6调整在1 % 5 %之间的其他数值。4、当真空室气压和基片温度达到稳定后，开启激光器，使波长为193nm (激光器所 用介质为ArF)、能量密度为500mJ，脉冲为20纳秒的激光束均勻地照射到基片上栅极及其 附近的位置，使基片活化区位置瞬间升温到900°C，累计照射次数为10次，形成低掺杂浅 结，其中方块电阻为80 Ω / D左右。5、对真空室再次抽真空到本底真空度，然后向真空室内通入B2H6+H2混合气体，其 中B2H6占混合气体体积百分的8%，同时将基片温度升到425°C，当然，也可以根据需要，将 B2H6调整在5% 10%之间的其他数值。6、当真空室气压和基片温度达到稳定后，开启激光器，使波长为193nm(激光器所 用介质为ArF)、能量密度为500mJ，脉冲为20纳秒的激光束均勻地照射到基片上栅极及其 附近的位置，使基片瞬间升温至1250°C，激光累计照射20次，形成高掺杂深扩散区，其中方 块电阻为16 Ω/D左右。最终在晶体硅太阳能电池表面形成选择性发射极。晶片表面形成符合要求，具有 良好的迁移率及低的漏电流的质量良好的太阳能电池选择性发射极，工艺过程完成。实施例3:以156πιπιΧ156πιπιΧ180μπι的P型晶体硅太阳能电池基片为例，利用本发明在其上 进行N型掺杂形成选择性发射极，以此来进一步阐明本发明。以图Ic为例，其工艺步骤如下1、将经过清洁处理的P型硅片放入真空室内的载片台上，硅片正对着透明玻璃窗。2、关闭真空室门，对真空室抽真空达到3. OX 10_3Pa，同时开启加热器，对基片加 热，加热温度为225°C。3、当真空度达到本底真空度，加热温度稳定10分钟以上，硅片均勻受热后，向真空室内通入流量为500sCCm的PH3、H2混合气体，其中PH3占混合气体体积百分的5%，同时 调节抽气速率，使真空室压强恒定。4、当基片温度稳定10分钟，真空室气压恒定后，开启激光器，使波长为193nm(激 光器所用介质为ArF)、能量密度为IOOmJ,脉冲为20纳秒的激光束均勻地照射到基片整个 表面上，使基片瞬间升温到1050°C，累计照射次数为10次，形成低掺杂浅结，其中方块电阻 为80 Ω / □左右。5、对真空室再次抽真空到本底真空度，然后向真空室内通入PH3、H2混合气体，其中PH3占混合气体体积百分的10%，同时将基片温度升到375°C。6、当基片温度稳定10分钟，开启激光器，使波长为193nm(激光器所用介质为 ArF)、能量密度为500mJ，脉冲为20纳秒的激光束均勻地照射到基片上栅极及其附近的位 置，使基片瞬间升温至1300°C，激光累计照射20次，形成高掺杂深扩散区，其中方块电阻为 16Ω/□左右。最终在晶体硅太阳能电池表面形成选择性发射极。晶片表面形成符合要求，具有 良好的迁移率及低的漏电流的质量良好的太阳能电池选择性发射极，工艺过程完成。本发明不仅提高了太阳能电池的转化效率，而且大大简化了工艺过程，使选择性 发射极在大规模生产中的应用成为可能。实际应用中，本发明基片与激光器可以保持相对 静止，也可以设计为相对移动，有利于实现生产的连续性，有利于产业化生产。气体掺杂， 并且气体成份可调，有利于对掺杂浓度进行微调整，方便工艺升级，使掺杂浓度达到最佳状 态。本发明提供了一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法的思路及方法，具 体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均 可用现有技术加以实现。
权利要求
一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，其特征在于，包括以下步骤在工艺气体气氛中，使用激光分别对晶体硅太阳能电池基片表面进行高浓度深掺杂和低浓度浅掺杂从而形成选择性发射极；其中，工艺气体为B2H6与H2混合气体时，所述晶体硅太阳能电池基片为N型单晶硅太阳能电池基片；工艺气体为PH3与H2混合气体时，所述晶体硅太阳能电池基片为P型单晶硅太阳能电池基片。
2.根据权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，其特征在 于，第一次先进行高浓度深掺杂，包括以下步骤步骤一将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体中， 其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比的大于5%小于等于10% ；步骤二，采用激光器，对晶体硅太阳能电池基片的栅极进行照射，使基片升温到大于 1200°C小于等于1400°C，并持续60s 120s ； 第二次再进行低浓度浅掺杂，包括以下步骤步骤三，将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体中自 然冷却，其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比的大于小于等于5% ；步骤四，采用激光照射基片的活化区，使基片表面升温到大于等于900°C小于等于 12000C，照射时间维持在60s以内。
3.根据权利要求2所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，其特征在 于，第一次高浓度深掺杂时，将基片加热至350°C 50(TC，第二次低浓度浅掺杂时，将基片 加热至温度小于350°C。
4.根据权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，其特征在 于，第一次先进行低浓度浅掺杂，包括以下步骤步骤一，将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体中， 其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比大于小于等于5% ；步骤二，采用激光照射基片的活化区，使基片表面升温到大于等于90(TC小于等于 1200°C，照射时间维持在60s以内；第二次再进行高浓度深掺杂，包括以下步骤步骤三将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体中自 然冷却，其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比大于5%小于等于10% ；步骤四采用激光器，对晶体硅太阳能电池基片的栅极进行照射，使基片瞬间升温到大 于1200°C小于等于1400°C，并持续60s 120s。
5.根据权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，其特征在 于，第一次先进行低浓度浅掺杂，包括以下步骤步骤一，将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体中， 其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比大于小于等于5% ；步骤二，采用激光照射整个基片，使基片表面升温到大于等于90(TC小于等于1200°C， 照射时间维持在60s以内；第二次再进行高浓度深掺杂，包括以下步骤步骤三将晶体硅太阳能电池基片置于B2H6与H2混合气体或者PH3与H2混合气体中自 然冷却，其中B2H6或者PH3占混合气体体积百分比大于5%小于等于10% ；步骤四，采用激光器，对晶体硅太阳能电池基片的栅极进行照射，使基片升温到大于 1200°C小于等于1400°C，并持续60s 120s。
6.根据权利要求4或5所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，其特 征在于，第一次进行低浓度浅掺杂时，将基片加热温度小于350°C，第二次高浓度深掺杂时， 将基片加热到350 500°C。
7.根据权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，其特征在 于，在高浓度深掺杂和低浓度浅掺杂之前，先将晶体硅太阳能电池基片置于本底真空度环 境中，然后再置于所述工艺气体气氛中，所述本底真空度为10_3Pa lOOOPa。
8.根据权利要求7所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，其特征在 于，所述本底真空度为50毫托。
全文摘要
本发明公开了一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，对晶体硅太阳能电池基片进行以下步骤处理使基片处于本底真空度环境，在B2H6与H2混合气体气氛中或者PH3与H2混合气体气氛中，使用激光分别进行高浓度深掺杂和低浓度浅掺杂，从而获得选择性发射极晶体硅太阳能电池。本发明将传统制备选择性发射极的复杂工艺大大减化，去掉了沉积磷浆、腐蚀、对晶体硅整体高温加热等工序，一方面节约了成本，使产业化制备选择性发射极成为可能，一方面也消除了这些工艺过程引入的额外杂质和造成的晶硅基片缺陷。
文档编号H01L31/18GK101820020SQ200910263049
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者刘莹, 张宏勇, 郑振生 申请人:江苏华创光电科技有限公司