专利名称：一种原位制备太阳能电池的方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，特别涉及一种原位制备太阳能电池的方法。
背景技术：
面对当前的能源危机和化石类燃料的大量耗用所引发的温室效应、酸雨等环境问 题，迫切需要在世界范围内开发和有效利用新能源。太阳能是一种取材方便、绿色环保的可 再生能源，在不远的将来将成为世界能源供应的主体。太阳能电池作为一种清洁高效的绿 色可持续能源，将为太阳能的有效利用提供更广阔的前景。因此，针对太阳能电池光电转换 效率的探索也必将是一个极具应用意义和发展前景的方向。目前，现有技术制备硅太阳能电池的流程如图1所示。首先对硅片进行预处理(步骤101)；随后为减小硅对入射光的反射率，对硅片进 行图形化、制绒处理或制备黑硅(步骤102)；随后为提高硅的红外吸收率，对硅片进行硫系 元素掺杂(硫S，硒Se，碲Te)(步骤103)；随后向硅片中掺入P (磷)、As (砷)或B (硼)， 形成PN结(步骤104)；随后为减小表面损伤，对硅片进行钝化处理(步骤105)；随后制 作栅电极和背电极，完成太阳能电池片制备(步骤106)；随后将太阳能电池片封装成组件 (步骤107)。上述制备太阳能电池的方法中，步骤101至步骤107对应的工序需要在不同的设 备中完成，这使得太阳能电池的制备工艺变得复杂，工艺可控性变差，更重要的是上述方法 制备的太阳电池成本太高，而无法取代传统能源，太阳能电池的大范围应用受到限制。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种原位制备太阳能电池的方法，采用本方 法，能够在原位实现黑硅制备、PN结制作和钝化层成形，从而大大减少了制备太阳能电池所 需的设备，大幅降低了太阳能电池的制作成本，并且工艺过程简单，易于控制。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种原位制备太阳能电池的方法，所述方 法包括(a)对硅片进行预处理；(b)将经预处理后的所述硅片放置于等离子体浸没离子注入机的注入腔室内，利 用等离子体浸没离子注入工艺，完成黑硅的制备，在所述黑硅上制作PN结以及形成钝化 层；(C)将所述已完成PN结制作和钝化层形成的黑硅从所述等离子体浸没离子注入 机取出，在所述黑硅的背面制备金属背电极，在所述钝化层上制备金属栅极，经封装后形成 太阳能电池。进一步地，本发明具有如下特点，所述步骤(b)进一步包括如下步骤(bl)将经预处理后的硅片放置于等离子体浸没离子注入机的注入腔室内，使得所述硅片与可施加偏置电压的电源电气连接；(b2)调整所述等离子体浸没离子注入机的若干工艺参数，使得在所述注入腔室内 产生包括具有刻蚀作用的离子和具有钝化作用的离子的等离子体，所述具有刻蚀作用的离 子、所述具有钝化作用的离子注入至所述硅片内，并且与所述硅片发生反应，形成黑硅；(b3)保持所述黑硅在原位，再次调整所述等离子体浸没离子注入机的若干工艺参 数，使得在所述注入腔室内产生包括掺杂离子的等离子体，所述掺杂离子注入至所述黑硅 内，形成PN结;(b4)保持所述已形成PN结的黑硅在原位，又一次调整所述等离子体浸没离子注 入机的若干工艺参数，使得在所述注入腔室内产生包括具有钝化作用的离子的等离子体， 所述具有钝化作用的离子注入至所述黑硅内，所述具有钝化作用的离子与所述黑硅发生反 应，形成钝化层。进一步地，本发明具有如下特点所述工艺参数包括注入腔室的本底压强和工作 压强，注入至所述注入腔室内的工艺气体的流量，抽取所述注入腔室内的工艺气体的速度， 所述工艺气体的组成成分、组成比例和浓度，所述等离子体浸没离子注入机的等离子体电 源的输出功率和频率，所述可施加偏置电压的电源所施加的偏置电压，以及等离子体注入 时间。进一步地，本发明具有如下特点所述偏置电压由多种偏置电压组合而成，通过调 节所述等离子体注入时间、所述注入气体的流量和组成比例、所述等离子体电源的输出功 率或所述偏置电压来改变注入所述黑硅内的掺杂离子的浓度。进一步地，本发明具有如下特点，所述步骤(b2)包括如下步骤抽取所述注入腔室内的气体，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的本底压强 范围，所述预先设置的本底压强范围为10_7Pa IOOOPa ；向所述注入腔室充入工艺气体，所述工艺气体包括具有刻蚀作用的气体和具有钝 化作用的气体，调整所述工艺气体的流量和组成体积比，使得所述注入腔室的压强进入预 先设置的工作压强范围，所述预先设置的工作压强范围为10_3Pa IOOOPa ；调整所述等离子体注入时间、所述等离子体电源的输出功率或所述偏置电压进入 预先设置的范围，在所述注入腔室内产生包括具有刻蚀作用的离子和具有钝化作用的离子 的等离子体，所述具有刻蚀作用的离子、所述具有钝化作用的离子注入至所述硅片内，并且 与所述硅片发生反应，形成黑硅；所述等离子体注入时间为1分钟到30分钟，所述预先设置 的输出功率范围为1 100000W，所述预先设置的偏置电压范围为-100000 100000V。进一步地，本发明具有如下特点所述工艺气体的流量为Isccm lOOOsccm ；所述 具有刻蚀作用的气体包括 SF6、CF4, CHF3> C4F8, NF3> SiF4^C2F6, HF、BF3> PF3> Cl2、HCl、SiH2Cl2, 3比14、8(13或冊1·；所述具有钝化作用的气体包括02、队0或队；所述具有刻蚀作用的气体与 所述具有钝化作用的气体之间的体积比范围为0. 01 100。进一步地，本发明具有如下特点，所述步骤(b3)包括如下步骤停止向所述注入腔室充入所述工艺气体，抽出所述注入腔室内的所有气体，保持 所述黑硅在原位；向所述注入腔室充入工艺气体，所述工艺气体包括具有掺杂元素的气体，调整 所述工艺气体的流量和所述具有掺杂元素的气体在所述工艺气体中的浓度，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的工作压强范围，所述预先设置的工作压强范围为ICT3Pa IOOOPa ；调整所述等离子体注入时间、所述等离子体电源的输出功率或所述偏置电压进入 预先设置的范围，在所述注入腔室内产生包括掺杂离子的等离子体，所述掺杂离子注入至 所述黑硅内，所述掺杂离子包括B离子、P离子或As离子，形成PN结；所述等离子体注入时 间为1分钟到30分钟，所述预先设置的输出功率范围为1 100000W，所述预先设置的偏置 电压范围为-100000 100000V。进一步地，本发明具有如下特点所述具有掺杂元素的气体包括氏礼、B(0CH3)3、 B2O3> BN、BC13、BBr3> BF3> PH3> PC13、PBr3, PF3, PF5, P2O5> POCl3, AsH3, AsCl3, AsF3 或 AsF5 ；所 述工艺气体的流量为Isccm lOOOsccm，所述具有掺杂元素的气体在所述工艺气体中的浓 度为 0.01% 到 100%。进一步地，本发明具有如下特点所述具有掺杂元素的气体还包括H2S、H2Se或 H2Te ；所述掺杂离子还包括S离子、Se离子或Te离子。进一步地，本发明具有如下特点，所述步骤(b4)包括如下步骤停止向所述注入腔室内充入所述工艺气体，抽出所述注入腔室内的所有气体，保 持所述已形成PN结的黑硅在原位；向所述注入腔室充入工艺气体，所述工艺气体包括具有钝化作用的气体，调整所 述工艺气体的流量，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的工作压强范围，所述预先设 置的工作压强范围为ICT3Pa IOOOPa ；调整所述等离子体注入时间、所述等离子体电源的输出功率或所述偏置电压进 入预先设置的范围，在所述注入腔室内产生包括具有钝化作用的离子的等离子体，所述 具有钝化作用的离子注入至所述黑硅内，形成钝化层；所述等离子体注入时间为1分钟 到30分钟，所述预先设置的输出功率范围为1 100000W，所述预先设置的偏置电压范围 为-100000 100000V。与现有的制备太阳能电池的方法相比，本发明具有以下优点1、本发明原位制备太阳能电池的方法能够在原位实现黑硅制备、PN结制作和钝 化层成形，从而大大减少了制备太阳能电池所需的设备，大幅降低了太阳能电池的制作成 本；2、本发明原位制备太阳能电池的方法工艺过程简单，易于控制；3、本发明原位制备太阳能电池的方法可掺杂硫系元素，能够扩大黑硅的吸收谱范 围，特别是将黑硅的吸收谱向红外区拓展，提高了黑硅的红外吸收率，进而提高了所制备的 太阳能电池的光电转换效率。
图1是现有技术制备太阳能电池的工艺流程示意图；图2是本发明原位制备太阳能电池的方法流程示意图；图3是图2中步骤400的一种实施方式的流程示意图；图4是图2中步骤400的另一种实施方式的流程示意图；图5是图2中步骤400的又一种实施方式的流程示意图。
具体实施例方式为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。等离子体浸没离子注入(Plasma Immersion Ion Implantation，简称为 PIII)，在 半导体业界有时也称为等离子体注入、等离子体掺杂、等离子体浸没注入、等离子体源离子 注入、等离子体基离子注入等等，这几种称法表示相同的一种工艺技术，即待注入样品直接 浸没在等离子体中，通过向样品加偏置电压(也可称为“注入电压”)，使得样品和等离子体 之间形成注入鞘层电场；位于注入鞘层电场内和从等离子体进入注入鞘层电场的反应离子 在电场的加速作用下直接注入到样品中。由于在样品的表面形成鞘层，所以曝露在等离子 体中的样品表面各处将同时被注入。本发明主要是利用等离子体浸没离子注入工艺来实现原位制备太阳能电池，该方 法可以在一台设备中完成现有技术中除了硅片预处理，制作电极和封装成组件之外的所有 工艺，这些工艺包括制备黑硅以减小硅片对入射光线的反射率；掺杂硫系元素以提高硅 片的红外吸收率；PN结制作和形成钝化层，即实现原位制备太阳能电池。本方法的主要步骤包括对硅片进行预处理，将预处理完的硅片放入等离子体浸 没离子注入机中，充入具有刻蚀和钝化作用的工艺气体，调整等离子体浸没离子注入机的 工艺参数进入预先设置的数值范围，完成黑硅制作；停止充入气体，并且抽出在等离子体浸 没离子注入机的注入腔室内的所有气体，保持所制成的黑硅在原位，充入含有P、As或B元 素的气体，调整等离子体浸没离子注入机的工艺参数进入预先设置的数值范围，完成PN结 制作；停止充入气体，并且抽出在等离子体浸没离子注入机的注入腔室内的所有气体，保持 制成PN结的黑硅在原位，充入具有钝化作用的混合气体，调整所述等离子体浸没离子注入 机的工艺参数进入预先设置的数值范围，完成钝化，在已制成PN结的黑硅上形成钝化层。 由于黑硅制备、PN结制作和钝化层形成在同一台设备中完成，彼此之间没有其它工艺过程， 无需更换设备，所以大大减少了制备太阳能电池所需的设备，降低了太阳能电池的制作成 本。此外，本方法还包括如下步骤充入含有硫系元素的混合气体，调整所述等离子体 浸没离子注入机的工艺参数进入预先设置的数值范围，完成黑硅的硫系元素掺杂。工艺参数包括注入腔室的本底压强和工作压强，注入至注入腔室内的工艺气体的 流量，抽取注入腔室内的工艺气体的速度，工艺气体的组成成分、组成比例和浓度，等离子 体浸没离子注入机的等离子体电源的输出功率和频率，可施加偏置电压的电源所施加的偏 置电压，以及等离子体注入时间。偏置电压可由多种偏置电压组合而成，通过调节等离子体 注入时间、注入气体的流量和组成比例、等离子体电源的输出功率或所述偏置电压来改变 注入黑硅内的掺杂离子的浓度。等离子体浸没离子注入机，一般包括注入腔室和等离子体源。在注入腔室内，设有 其上可放置样品的样品台。在与样品台相对的一侧，设有等离子体源。等离子体源包括抽真 空系统，其可将注入腔室抽真空至预先设置的本底压强范围；供气系统，其可向注入腔室充 入所需的气体，并且能够按照一定的控制规则来调整气体的各种参数，例如气体的流量、抽 取速度、气体成分比例和浓度等参数，当气体充入注入腔室之后，可使得注入腔室的压强进 入预先设置的工作压强范围；以及等离子体电源，其可为射频电源、微波电源或直流电源，这些电源还可以脉冲形式供电，并且这些电源的频率可为固定频率或可变频率。可选择地，等离子体浸没离子注入机还包括可施加偏置电压的电源。该可施加偏 置电压的电源与注入腔室内的样品台电气连接。可施加偏置电压的电源类型与等离子体电 源相似，可为射频电源、微波电源或直流电源，这些电源还可以脉冲形式供电，还可以是这 些电源的任意组合，进而向样品台提供由多种偏置电压组成的偏置电压。可选择地，等离子体浸没离子注入机还可包括监视注入腔室内的各种工艺状况的 监控部件，例如监视腔室内的电子温度、等离子体密度、离子体电势、离子质谱分布和发射 光谱等。等离子体电源和可施加偏置电压的电源的功率可按一定的控制规则进行调节，如 果采用脉冲形式供电，那么等离子体电源和可施加偏置电压的电源的频率、占空比、脉宽也 可按照一定的控制规则进行调节。可施加偏置电压的电源可按一定的控制规则调整其所施 加的偏置电压。如下结合附图来描述本发明所包括但非限制性的实施方式。参见图2，本发明实施例提供了利用等离子体浸没离子注入工艺来实现原位制备 太阳能电池的一种实施方式，包括如下步骤步骤200 硅片预处理；硅片预处理的方式包括硅片的清洗、抛光、退火、腐蚀、制绒(也可称为绒化)和/ 或图形化等工艺，硅片形状可为圆形、方形或矩形等等常规形状，也可为其它任意的复杂形 状；例如，硅片清洗的步骤一般包括首先，把硅片浸入到氢氟酸溶液中1 10分钟， 去离子水清洗；然后，把清洗后的硅片浸入到浓度为 30%的氢氧化钠溶液中1 10 分钟，温度为50 80°C，去除硅片表面的损伤层；最后，用去离子水清洗硅片，并用氮气吹 干；步骤300 将硅片放置于等离子体浸没离子注入机，使得硅片与可施加偏置电压 的电源电气连接；硅片放置在等离子体浸没离子注入机的注入腔室内，并且放置于样品台；在一些 实施方式中，等离子体浸没离子注入机包括可施加偏置电压的电源，此时可使得硅片与样 品台电气连接，由于样品台与可施加偏置电压的电源电气连接，所以硅片与可施加偏置电 压的电源电气连接；在某个条件下，启动可施加偏置电压的电源，即可向硅片施加偏置电 压；步骤400 调整等离子体浸没离子注入机的若干工艺参数，完成黑硅制备，并且在 黑硅上制作PN结和形成钝化层，步骤400的具体子步骤如下面所描述；步骤500 分别在黑硅的背面制作金属背电极，以及在钝化层上制作金属栅电极； 在黑硅的背面制备金属Al背电极，例如以高纯铝作为蒸发源，在黑硅的背面沉积厚度为 10 15微米的金属Al ；然后在保护气氛下，350 450°C退火20 40分钟，形成欧姆接触 的金属Al背电极；在本步骤中，采用350 450°C退火替代高温烧结过程，可避免高温烧结 过程诱导的应力对黑硅的损伤，有利于降低黑硅的厚度；在钝化层上制备Ag栅极；采用丝 网印刷法，即通过特殊的印刷机和模板将银浆印制在钝化层的表面，形成Ag栅极，栅极的 厚度为2 10微米，栅极宽度为30 150微米，间距为2 3毫米；步骤600 将已完成PN结制作、钝化层形成、背电极制作和栅极制作的黑硅封装成太阳能电池组件，完成太阳能电池的制备。在一种实施方式中，所述步骤400可为图3所示工艺流程，相应的过程步骤411至 413所示。步骤411 调整等离子体浸没离子注入机的若干工艺参数，完成黑硅制备，其中， 首先，抽取所述注入腔室内的气体，使得注入腔室的压强进入预先设置的本底压强范围，预 先设置的本底压强范围可为KT7Pa IOOOPa ；然后，向所述注入腔室充入工艺气体，该工 艺气体包括具有刻蚀作用的气体和具有钝化作用的气体，例如，具有刻蚀作用的气体包括 SF6, CF4, CHF3> C4F8, NF3> SiF4, C2F6, HF、BF3> PF3> Cl2, HCl、SiH2Cl2, SiCl4, BCl3 或 HBr，具有 钝化作用的气体包括02、N2O或N2,调整所述工艺气体的流量和组成体积比，工艺气体的流 量可为Isccm lOOOsccm，具有刻蚀作用的气体与具有钝化作用的气体之间的体积比范围 为0.01 100，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的工作压强范围，预先设置的工作 压强范围为10_3Pa IOOOPa ；接着，调整等离子体注入时间、等离子体电源的输出功率或 偏置电压进入预先设置的范围，等离子体注入时间可为1分钟到30分钟，预先设置的输出 功率范围为1 100000W，预先设置的偏置电压范围为-100000 100000V，在注入腔室内 产生包括具有刻蚀作用的离子和具有钝化作用的离子的等离子体；在等离子体产生且浸没 硅片之后，由于向硅片施加偏置电压而在硅片和等离子体之间所形成鞘层电场的加速作用 下，位于鞘层电场内和从等离子体进入鞘层电场的离子直接注入至硅片内，例如在注入的 工艺气体为由SF6、02组成的混合气体的情况下，经电离后，SF6和O2分别产生具有刻蚀作用 的广基团和具有钝化作用的Cf基团，其中F*基团通过与Si形成SiF4,进而对Si形成刻蚀 作用；同时，0*基团在刻蚀壁表面形成SixOyFz，对刻蚀壁产生钝化作用；因此，在刻蚀和钝化 的双重作用下，最终形成了多孔或网状结构的黑硅；步骤412 保持黑硅在原位，调整等离子体浸没离子注入机的工艺参数，在黑硅上 制作PN结；其中，首先停止充入气体，抽出在等离子体浸没离子注入机的注入腔室内的所 有气体，保持所制成的黑硅在原位；然后，向等离子体浸没离子注入机的注入腔室内充入具 有掺杂元素的工艺气体(例如含有P、As或B元素)，例如具有掺杂元素的气体包括B2H6、 B (OCH3) 3、B203、BN、BC13、BBr3, BF3, PH3, PCl3, PBr3, PF3, PF5, P2O5> POCl3, AsH3, AsCl3, AsF3 或AsF5，调整工艺气体的流量和具有掺杂元素的气体在工艺气体中的浓度，工艺气体的流 量可为Isccm lOOOsccm，具有掺杂元素的气体在工艺气体中的浓度为0.01%到100%， 使得注入腔室的压强进入预先设置的工作压强范围，预先设置的工作压强范围为KT3Pa IOOOPa ；接着，调整等离子体注入时间、等离子体电源的输出功率或偏置电压进入预先 设置的范围，等离子体注入时间可为1分钟到30分钟，预先设置的输出功率范围为1 100000W，预先设置的偏置电压范围为-100000 100000V ；最后，在注入腔室内产生包括掺 杂离子的等离子体，例如含有P、As或B元素的工艺气体分解成含有P、As或B元素的离子 或离子基团，这些掺杂离子或掺杂离子基团在偏置电压的加速下，被注入到黑硅中，制作形 成PN结；步骤413 保持黑硅在原位，调整等离子体浸没离子注入机的工艺参数，在已制作 PN结的黑硅上形成钝化层；其中，首先，停止充入气体，抽出在等离子体浸没离子注入机的 注入腔室内的所有气体，保持已制作PN结的黑硅在原位；然后，向等离子体浸没离子注入 机的注入腔室内充入具有钝化作用的气体，例如，具有钝化作用的气体包括02、N2O或N2,调整所述工艺气体的流量，工艺气体的流量可为Isccm lOOOsccm，使得所述注入腔室的压 强进入预先设置的工作压强范围，预先设置的工作压强范围为10_3Pa IOOOPa ；接着，调整 等离子体注入时间、等离子体电源的输出功率或偏置电压进入预先设置的范围，等离子体 注入时间可为1分钟到30分钟，预先设置的输出功率范围为1 100000W，预先设置的偏置 电压范围为-100000 100000V，在注入腔室内产生包括具有钝化作用的离子的等离子体， 例如具有钝化作用的工艺气体分解成含有具有钝化作用的离子或离子基团，这些离子或离 子基团在注入偏压的加速下，被注入到黑硅中，与硅片反应形成钝化层。在另一种实施方式中，所述步骤400可为图4所示工艺流程，相应的过程步骤421 至424所示，其中图3中的步骤411与图4中的步骤421相同，图3中的步骤412与图4中 的步骤422相同，图3中的步骤413与图4中的步骤424相同，图4的步骤只是在图3步骤 的基础上增加了步骤423。步骤423 保持黑硅在原位，调整等离子体浸没离子注入机的工艺参数，在黑硅上 掺杂硫系元素；其中，首先停止充入气体，抽出在等离子体浸没离子注入机的注入腔室内的 所有气体，保持已制成PN结的黑硅在原位；然后，向等离子体浸没离子注入机的注入腔室 内充入具有掺杂元素的工艺气体(例如含有S、Se或Te元素)，具有掺杂元素的气体包括 H2S, H2Se或H2Te,调整工艺气体的流量和具有掺杂元素的气体在工艺气体中的浓度，工艺 气体的流量可为Isccm lOOOsccm，具有掺杂元素的气体在工艺气体中的浓度为0.01% 到100%，使得注入腔室的压强进入预先设置的工作压强范围，预先设置的工作压强范围 为10_3Pa IOOOPa ；接着，调整等离子体注入时间、等离子体电源的输出功率或偏置电压进 入预先设置的范围，等离子体注入时间可为1分钟到30分钟，预先设置的输出功率范围为 1 100000W，预先设置的偏置电压范围为-100000 100000V ；最后，在注入腔室内产生包 括掺杂离子的等离子体，例如含有S、Se或Te元素的工艺气体分解成含有S、Se或Te元素 的离子或离子基团，这些掺杂离子或掺杂离子基团在偏置电压的加速下，掺入到黑硅中，实 现黑硅的硫系元素掺杂(S、Se、Te)。在又一种实施方式中，所述步骤400可为图5所示工艺流程，相应的过程步骤431 至433所示，其中图3中的步骤411与图5中的步骤431相同，图3中的步骤413与图4中 的步骤433相同，图5的步骤432只是在图3的步骤412的基础上增加了掺入硫系元素的步骤。步骤432 保持黑硅在原位，调整等离子体浸没离子注入机的工艺参数，在黑硅上 制作PN结和掺杂硫系元素；其中，首先停止充入气体，抽出在等离子体浸没离子注入机的 注入腔室内，保持黑硅在原位；然后，向等离子体浸没离子注入机的注入腔室内充入具有掺 杂元素的工艺气体(例如，含有S、Se或Te元素的气体和含有P、As或B元素的气体相混合 的工艺气体)，含有 P、As 或 B 元素的气体可为 B2H6、B (OCH3) 3、B2O3> BN, BC13、BBr3> BF3> PH3> PC13、PBr3> PF3> PF5, P2O5, P0C13、AsH3、AsCl3, AsF3 或 AsF5,含有 S、Se 或 Te 元素的气体可为 H2S, H2Se或H2Te,调整工艺气体的流量和具有掺杂元素的气体在工艺气体中的浓度，工艺 气体的流量可为Isccm lOOOsccm，具有掺杂元素的气体在工艺气体中的浓度为0.01% 到100%，使得注入腔室的压强进入预先设置的工作压强范围，预先设置的工作压强范围 为10_3Pa IOOOPa ；接着，调整等离子体注入时间、等离子体电源的输出功率或偏置电压进 入预先设置的范围，等离子体注入时间可为1分钟到30分钟，预先设置的输出功率范围为1 100000W，预先设置的偏置电压范围为-100000 100000V ；最后，在注入腔室内产生包 括掺杂离子的等离子体，例如含有P、As或B元素的工艺气体分解成含有P、As或B元素的 离子或离子基团，以及含有S、Se或Te元素的工艺气体分解成含有S、Se或Te元素的离子 或离子基团，这些掺杂离子或掺杂离子基团在偏置电压的加速下，注入至黑硅中，制作形成 PN结，同时还实现了黑硅的硫系元素掺杂(S、Se或Te)。对于等离子体浸没离子注入机的工艺参数，注入腔室的本底压强范围可为 ICT7Pa lOOOPa，优选地可为ICT5Pa 10Pa，更为优选地可为ICT5Pa ICT3Pa ；注入腔室 的工作压强范围可为ICT3Pa lOOOPa，优选为0. OlPa lOOPa，更为优选地可为0. IPa 50Pa ；工艺气体的流量可为1 lOOOsccm，优选为10 lOOsccm，更为优选地可为20 80sccm;等离子体电源的输出功率为1 100000W，优选为10 50000W，更为优选地可为 300 5000W ；所施加偏置电压为-100000 100000V，优选为-50000 50000V，更为优选 地可为-10000 OV ；脉宽为Ius ls，优选为Ius 0. ls，更为优选地可为Ius Ims ；占 空比为 99%，优选为10% 90%，更为优选地可为20% 80%，等离子体电源的频 率为直流 IOGHz，优选为IMHz 5GHz，更为优选地可为13. 56MHz 5GHz ；可施加偏置电 压的电源的频率为直流 IOGHz。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限制本发 明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
一种原位制备太阳能电池的方法，其特征在于，所述方法包括(a)对硅片进行预处理；(b)将经预处理后的所述硅片放置于等离子体浸没离子注入机的注入腔室内，利用等离子体浸没离子注入工艺，完成黑硅的制备，在所述黑硅上制作PN结以及形成钝化层；(c)将所述已完成PN结制作和钝化层形成的黑硅从所述等离子体浸没离子注入机取出，在所述黑硅的背面制备金属背电极，在所述钝化层上制备金属栅极，经封装后形成太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的原位制备太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤(b)进一 步包括如下步骤(bl)将经预处理后的硅片放置于等离子体浸没离子注入机的注入腔室内，使得所述硅 片与可施加偏置电压的电源电气连接；(b2)调整所述等离子体浸没离子注入机的若干工艺参数，使得在所述注入腔室内产生 包括具有刻蚀作用的离子和具有钝化作用的离子的等离子体，所述具有刻蚀作用的离子、 所述具有钝化作用的离子注入至所述硅片内，并且与所述硅片发生反应，形成黑硅；(b3)保持所述黑硅在原位，再次调整所述等离子体浸没离子注入机的若干工艺参数， 使得在所述注入腔室内产生包括掺杂离子的等离子体，所述掺杂离子注入至所述黑硅内， 形成PN结；(b4)保持所述已形成PN结的黑硅在原位，又一次调整所述等离子体浸没离子注入机 的若干工艺参数，使得在所述注入腔室内产生包括具有钝化作用的离子的等离子体，所述 具有钝化作用的离子注入至所述黑硅内，并且与所述黑硅发生反应，形成钝化层。
3.根据权利要求2所述的原位制备太阳能电池的方法，其特征在于所述工艺参数包 括注入腔室的本底压强和工作压强，注入至所述注入腔室内的工艺气体的流量，抽取所述 注入腔室内的工艺气体的速度，所述工艺气体的组成成分、组成比例和浓度，所述等离子体 浸没离子注入机的等离子体电源的输出功率和频率，所述可施加偏置电压的电源所施加的 偏置电压，以及等离子体注入时间。
4.根据权利要求3所述的原位制备太阳能电池的方法，其特征在于所述偏置电压由 多种偏置电压组合而成；通过调节所述等离子体注入时间、所述注入气体的流量和组成比 例、所述等离子体电源的输出功率或所述偏置电压来改变注入所述黑硅内的掺杂离子的浓 度。
5.根据权利要求4所述的原位制备太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤(b2)包 括如下步骤抽取所述注入腔室内的气体，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的本底压强范 围，所述预先设置的本底压强范围为10_7Pa IOOOPa ；向所述注入腔室充入工艺气体，所述工艺气体包括具有刻蚀作用的气体和具有钝化作 用的气体，调整所述工艺气体的流量和组成体积比，使得所述注入腔室的压强进入预先设 置的工作压强范围，所述预先设置的工作压强范围为10_3Pa IOOOPa ；调整所述等离子体注入时间、所述等离子体电源的输出功率或所述偏置电压进入预先 设置的范围，在所述注入腔室内产生包括具有刻蚀作用的离子和具有钝化作用的离子的等 离子体，所述具有刻蚀作用的离子、所述具有钝化作用的离子注入至所述硅片内，并且与所述硅片发生反应，形成黑硅；所述等离子体注入时间为1分钟到30分钟，所述预先设置的输 出功率范围为1 100000W，所述预先设置的偏置电压范围为-100000 100000V。
6.根据权利要求5所述的原位制备太阳能电池的方法，其特征在于所述工艺气体的 流量为Isccm IOOOsccm ；所述具有刻蚀作用的气体包括SF6、CF4, CHF3> C4F8, NF3> SiF4, (丨6、冊、8卩3、卩卩3、(12、!1(1、5让2(12、5比14、8(13或冊『；所述具有钝化作用的气体包括02、N20 或队；所述具有刻蚀作用的气体与所述具有钝化作用的气体之间的体积比范围为0. 01 100。
7.根据权利要求4所述的原位制备太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤(b3)包 括如下步骤停止向所述注入腔室充入所述工艺气体，抽出所述注入腔室内的所有气体，保持所述 黑硅在原位；向所述注入腔室充入工艺气体，所述工艺气体包括具有掺杂元素的气体，调整所述工 艺气体的流量和所述具有掺杂元素的气体在所述工艺气体中的浓度，使得所述注入腔室的 压强进入预先设置的工作压强范围，所述预先设置的工作压强范围为10_3Pa IOOOPa ；调整所述等离子体注入时间、所述等离子体电源的输出功率或所述偏置电压进入预先 设置的范围，在所述注入腔室内产生包括掺杂离子的等离子体，所述掺杂离子注入至所述 黑硅内，所述掺杂离子包括B离子、P离子或As离子，形成PN结；所述等离子体注入时间为 1分钟到30分钟，所述预先设置的输出功率范围为1 100000W，所述预先设置的偏置电压 范围为-100000 100000V。
8.根据权利要求7所述的原位制备太阳能电池的方法，其特征在于所述具有掺杂元 素的气体包括 B2H6、B (OCH3) 3、B2O3> BN、BC13、BBr3> BF3> PH3> PC13、PBr3, PF3, PF5, P2O5> POCl3, AsH3、AsC13、AsF3或AsF5 ；所述工艺气体的流量为Isccm lOOOsccm，所述具有掺杂元素的 气体在所述工艺气体中的浓度为0. 01%到100%。
9.根据权利要求8所述的原位制备太阳能电池的方法，其特征在于所述具有掺杂元 素的气体还包括H2s、H2Se或H2Te ；所述掺杂离子还包括S离子、Se离子或Te离子。
10.根据权利要求4所述的原位制备太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤(b4)包 括如下步骤停止向所述注入腔室内充入所述工艺气体，抽出所述注入腔室内的所有气体，保持所 述已形成PN结的黑硅在原位；向所述注入腔室充入工艺气体，所述工艺气体包括具有钝化作用的气体，调整所述工 艺气体的流量，使得所述注入腔室的压强进入预先设置的工作压强范围，所述预先设置的 工作压强范围为KT3Pa IOOOPa ；调整所述等离子体注入时间、所述等离子体电源的输出功率或所述偏置电压进入预先 设置的范围，在所述注入腔室内产生包括具有钝化作用的离子的等离子体，所述具有钝化 作用的离子注入至所述黑硅内，形成钝化层；所述等离子体注入时间为1分钟到30分钟，所 述预先设置的输出功率范围为1 100000W，所述预先设置的偏置电压范围为-100000 100000V。
全文摘要
本发明公开了一种原位制备太阳能电池的方法，属于太阳能电池制造技术领域。所述制备方法包括对硅片进行预处理；将经预处理后的硅片放置于等离子体浸没离子注入机的注入腔室内，利用等离子体浸没离子注入工艺，完成黑硅的制备，在所述黑硅上制作PN结和形成钝化层；将已完成PN结制作和钝化层形成的黑硅从等离子体浸没离子注入机取出，在黑硅的背面制备金属背电极，在钝化层上制备金属栅极，经封装后制成太阳能电池。本发明原位制备太阳能电池的方法能够在原位实现黑硅制备、PN结制作和钝化层成形，从而大大减少了制备太阳能电池所需的设备，大幅降低了太阳能电池的制作成本，并且工艺过程简单，易于控制。
文档编号H01L31/18GK101950779SQ201010274489
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者刘杰, 刘邦武, 夏洋, 李勇滔, 李超波, 汪明刚 申请人:中国科学院微电子研究所;嘉兴科民电子设备技术有限公司