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的制备，尤其是一种利用激光照射制备晶体硅太阳 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，此区域是太 阳能电池的受光区域，也称为活化区。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。如专利号为CN200710020190. 3的《实现晶体硅太阳能电池选择性发射区的方法》 中，采用先在基片上整体沉积磷源，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。这种方法上有很大改良，然而也有一定的缺陷，基片整体 加热到800°C 900°C，很容易在基片中引入额外的杂质，影响产品质量。另外，把基片整体 加热到一个很高的温度，对设备的要求也比较高。
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，提供一种简单易 行，可以产业化生产的制备高质量的制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，从而提 高太阳能电池的转化效率。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(1)在P型基片表面上非活化区位置沉积含磷物质，其中含磷物质为主要含磷酸、 偏磷酸、磷酸盐等可提供掺杂的物质同其它辅助剂的混合物，可满足太阳能电池掺杂用丝 印用磷浆配方，皆可满足本技术方案的要求。如论文《丝网印刷磷浆的研制及其扩散特性的研究》中，第2章丝网印刷磷浆的研制所记载配方，即可以满足本发明要求。或者为常压沉 积的高浓度磷硅玻璃，沉积的高浓度磷硅玻璃可以采用现有的工艺方法实施。(2)使用激光照射P型基片上沉积磷硅玻璃或者印刷磷浆的地方，瞬间升温至大 于1200°C小于等于1400°C，温度保持在1到2分钟，激活P型基片晶格实现高浓度重掺杂。 此处如激光器为连续式，照射累计时间在1到2分钟内；如激光器为脉冲式，则照射次数为 10 20次，此时可形成电阻在15 20 Ω / □左右，结深大于0. 1 μ m的高浓度深掺杂PN 结。(3)将P型基片置于本底真空条件下的真空室内。(4)充入PH3和H2混合气体，使用激光照射P型基片活化区表面，瞬间升温至大于 等于1000°C小于等于1200°C，温度保持在1分钟以内，激活基片活化区晶格实现低浓度浅 掺杂，形成基片活化区电阻为80 90 Ω / □，结深为10 20nm的超浅结，最终获得P型晶 体硅太阳能电池的选择性发射极。此处如激光器为连续式，照射累计时间在1分钟内；如激 光器为脉冲式，则照射次数为10次以下。或者，另一种方案，(1)将P型基片置于本底真空条件下的真空室内。(2)充入PH3和H2混合气体，使用激光照射P型基片活化区表面或者对基片表面 整体进行照射，瞬间升温至大于等于1000°c小于等于1200°C，形成基片活化区电阻为80 90 Ω / □，结深为10 20nm的超浅结，激活基片活化区晶格实现低浓度浅掺杂。此处如激 光器为连续式，照射累计时间在1分钟内；如激光器为脉冲式，则照射次数为10次以下。(3)在P型基片表面上非活化区位置沉积含磷物质，含磷物质包括磷硅玻璃、磷浆 等；(4)使用激光照射P型基片上沉积磷硅玻璃或者印刷磷浆的地方，瞬间升温至大 于1200°C小于等于1400°C，温度保持在1到2分钟，激活P型基片晶格实现高浓度重掺杂， 最终获得P型晶体硅太阳能电池的选择性发射极。此处激光器为连续式，照射累计时间在 1到2分钟内；激光器为脉冲式，则照射次数为10 20次，此时可形成电阻在15-20 Ω / 口 左右，结深大于0. ι μ m的高浓度深掺杂PN结。本发明所选硅片为P型，适合太阳能光伏应用标准，经过常规清洗及表面织构化处理。本发明中，优选地，在每个步骤中对P型基片加热，加热温度在500°C以下。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，影响掺杂质量。本发明中，优选地，沉积含磷物质采用喷涂、印刷、真空镀膜中的任意一种。其中表 面喷涂和真空镀膜需要在基片表面活化区进行屏蔽处理，此层物质为深扩散的杂质来源。本发明中，优选地，采用准分子激光器；工作介质为ArF，波长为193nm，或者工作介质为KrF，波长为248nm，或者工作介质为Xe，波长为308nm、351nm。本发明中，优选地，采用准分子激光器，脉冲为20纳秒，能量范围30mJ 1J。本发明中，优选地，P型基片活化区电阻为80 90 Ω / □，结深为10 20匪；P型 基片非活化区电阻在15-20 Ω / □左右，结深大于0. 1 μ Μ。本发明中，优选地，PH3占PH3和H2混合气体体积百分比的1 10%，进一步优选为5%，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。本发明中，优选地，本底真空为1000 10_3pa。进一步优选，本底真空为50毫托。有益效果本发明取消了整体式加热到高温的扩散方式，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，采用激光制超浅结的方式制备活化区超浅结，可以 得到结深更浅的掺杂，有利于太阳能电池短路电流、开路电压和填充因子的提高，从而提高 太阳能电池的转化效率。另一方面，取消了高温加热降低了对生产设备的要求，节约了成 本，有利于产业化生产制备选择性发射极。本发明中，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。总之，本发明提高了 太阳能电池的转化效率，也简化了工艺过程，有利于将选择性发射极应用到产业化上。
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Ia和图Ib为本发明两个实施例实现方式的流程图。图2为本发明制备活化区超浅结原理图。图3为本发明制备的选择性发射极示意图。
具体实施例方式如图3所示，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，其 步骤为在基片4上非活化区沉积一定厚度的含磷物质8做为磷源，然后采用较强的激光 902照射含磷层8。然后将基片4置于真空室2内的载片台5上，通过出气口 7对真空室抽 本底真空，同时用加热器6对基片4加热，将本底真空抽到一定真空度，同时基片达到加热 温度时，通过进气口 3通入工艺气体PH3、H2的混合气体，气压在设定压强稳定后，用相对较 弱激光901透过玻璃窗1照射基片活化区，在活化区形成结深在十几纳米的超浅结。或者采用另一种方案，将基片4置于真空室2内，通过出气口 7对真空室2抽本底 真空，同时用加热器6对置于载片台5上的基片4加热，将本底真空抽到一定真空度，同时 基片4达到加热温度时，用相对较弱激光901透过玻璃窗1照射基片活化区或整个基片表 面，在活化区或者整个表面上形成结深在十几纳米的超浅结。然后在基片上非活化区沉积 一定厚度的含磷物质8做为磷源，然后采用较强的激光902照射含磷层8，制备高浓度深掺 杂结。所得产品结构如图3所示，其中12为活化区低浓度浅掺杂，13为栅极位置高浓度 深掺杂，14为P型基片，最上层钝化层11为下一道工序中生成。实施例1 如图Ia所示，以156mmX 156mmX 180 μ m、表面经过常规织构化处理及常规清洗的
P型单晶硅做基片，利用本实施例在其上进行N型掺杂形成选择性发射极，以此来进一步阐 明本发明。其工艺步骤如下1)用APCVD法结合掩膜装置在基片掺杂表面栅极位置沉积高浓度磷硅玻璃。在沉积过程中，以PH3和SiH4为源在Ar和O2中稀释成5%的浓度，通过控制PH3和SiH4的流量 来改变磷硅玻璃中P2O5的浓度，PSG层的厚度约为500nm左右。2)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的位置，使基片瞬间升温至1400°C。激光累计 照射20次。3)将基片置于真空室中，对真空室抽真空到50毫托，同时对 基片加热到250°C。4)当真空度达到本底真空，加热温度稳定在250°C 10分钟以上，硅片均勻受热后， 向真空室内通入流量为500SCCM的工艺气体，工艺气体为PH3和H2混合气体，其中PH3体积 百分含量为5%，同时调节抽气速率，使真空室压强恒定。5)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50mJ，脉冲为20纳秒的激光束均勻地照射到基片上栅极的位 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。此时晶片表面形成符合 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2 本实施例以156mmX 156mmX 180 μ m、表面经过常规织构化处理及常规清洗的P型 单晶硅做基片，利用本实施例在其上进行N型掺杂形成选择性发射极，以此来进一步阐明 本发明。其工艺步骤如下1)将基片置于真空室中，对真空室抽真空到50毫托，同时对基片加热到250°C。2)当真空度达到本底真空，加热温度稳定在250°C 10分钟以上，硅片均勻受热后， 向真空室内通入流量为500SCCM的工艺气体，工艺气体为PH3和H2混合气体，其中PH3体积 百分含量为5%。同时调节抽气速率，使真空室压强恒定。3)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50mJ，脉冲为20纳秒的激光束均勻地照射到基片上活化的位置 或者整个基片表面，使基片活化区位置或者整个表面瞬间升温到120(TC左右，累计照射次 数为10次。4)将硅片表面丝印主要成分为磷酸的磷浆。5)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的位置，使基片瞬间升温至1400°C。激光累计 照射20次。此时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。其中第4步中所用磷浆，其配比过程如下(a)称取乙基纤维素4克于烧杯中，加入乙二醇丁醚15毫升，松油醇5毫升，体系 溶胀约20MIN，使溶剂对高分子材料充分浸润。(b)在电炉上对体系进行缓慢加热，加热速度不可过快，以减少骤热引超的高分子 的热降解，使过程的可控性变差；溶解过程尽可能地慢一些；(c)待体系完全溶解后，加盖(表面皿)，静置可发现粘度明显上升。(d)加入由磷酸(ml) P205 (g)配比为10 1的杂质母源，使杂质浓度达到2 X 1021cm_3，用玻棒搅拌均勻，再缓慢加热至高温，搅拌使杂质在体系中均勻分散。(e)冷却至室温后即可使用。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(1)在P型基片表面上非活化区位置沉积磷硅玻璃或者印刷磷浆；(2)使用激光照射P型基片上沉积磷硅玻璃或者印刷磷浆的地方，瞬间升温至大于1200℃小于等于1400℃，激活P型基片晶格实现高浓度重掺杂，(3)将P型基片置于本底真空条件下的真空室内，(4)充入PH3和H2混合气体，使用激光照射P型基片活化区表面，瞬间升温至大于等于1000℃小于等于1200℃，激活基片活化区晶格实现低浓度浅掺杂，最终获得P型晶体硅太阳能电池的选择性发射极；或者，(1)将P型基片置于本底真空条件下的真空室内，(2)充入PH3和H2混合气体，使用激光照射P型基片活化区表面或者整个基片表面，瞬间升温至大于等于1000℃小于等于1200℃，激活基片活化区晶格实现低浓度浅掺杂，(3)在P型基片表面上非活化区位置沉积磷硅玻璃或者印刷磷浆；(4)使用激光照射P型基片上沉积磷硅玻璃或者印刷磷浆的地方，瞬间升温至大于1200℃小于等于1400℃，激活P型基片晶格实现高浓度重掺杂，最终获得P型晶体硅太阳能电池的选择性发射极。
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，在每个步骤中对P型基片加热，加热温度在500°C以下。
3.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，采用准分子激光器；工作介质为ArF，波长为193nm，或者工作介质为KrF，波长为248nm， 或者工作介质为Xe，波长为308nm、351nm。
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，采用准分子激光器，脉冲为20纳秒，能量范围30mJ 1J。
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，P型基片活化区电阻为80 90 Ω / □，结深为10 20匪；P型基片非活化区电阻在 15 20 Ω / □，结深大于0. 1 μ Μ。
6.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，PH3占PH3和H2混合气体体积百分比的1 10%。
7.根据权利要求6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，PH3占PH3和H2混合气体体积百分比的5%。
8.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，本底真空为1000 10_3Pa。
9.根据权利要求8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，本底真空为50毫托。
全文摘要
本发明公开了制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法，步骤为在基片上非活化区沉积一定厚度的磷源，然后采用较强的激光照射含磷层。然后将基片置于真空室内，对真空室抽本底真空，同时对基片加热，将本底真空抽到一定真空度，同时基片达到加热温度时，用相对较弱激光照射基片活化区，在活化区形成结深在十几纳米的超浅结。或者采用另一种方案，将基片置于真空室内，对真空室抽本底真空，同时对基片加热，将本底真空抽到一定真空度，同时基片达到加热温度时，用相对较弱激光照射基片活化区或整个表面，在活化区或者整个表面形成结深在十几纳米的超浅结。然后在基片上非活化区沉积一定厚度的含磷物质做为磷源，然后采用较强的激光照射含磷层。
文档编号H01L31/18GK101820023SQ20091026485
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24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