专利名称：一种降低选择性发射极太阳能电池发射极串联电阻的方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池的制作方法。具体地，本发明涉及的是一种降低选择性发射极太阳能电池发射极串联电阻的方法，
背景技术：
太阳能电池是将太阳光能转换成电能的半导体器件。现有传统丝网印刷硅太阳能电池的制作通常包括硅片表面制绒；发射极扩散；去边绝缘；磷硅玻璃去除；抗反射层沉积；网版印刷电极；热过程烧结；测试等步骤。与太阳能电池相关的原理及制作流程可以参见CN101740659A以及CN101872808A，此处引用作为参考。选择性发射极太阳能电池是一种新型高效率太阳能电池。与传统丝网印刷太阳能电池相比，选择性发射极太阳能电池采用高方阻发射极层，并在栅线电极下方的发射极层表面实现局部区域的重掺杂。现有选择性发射极太阳能电池的发射极方阻约为100Ω/口，而重掺杂区域方阻约为30Ω / 口。选择性发射极太阳能电池可以采用不同工艺流程制备，相关原理及制作流程可以参见 US6429037B1, W02007085454A1, US6091021, US20110159633A1, US20110183504A1,US201101898IOAl, ((Laser Chemical Processing (LCP) -A versatile tool formicrostructuring applications》 (Applied Physics A, Vol.93, pp.99-103,2008),((The development of etch-back processes for industrial silicon solar cells))(Proceedings of 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference andExhibition, pp.1174-1178,2010)。与传统丝网印刷太阳能电池相比，使用选择性发射极的太阳能电池具有较好的蓝光响应和较少的电极遮盖，因此能够实现更高的光电转换效率。但是，由于其发射极表面方阻较大，从而导致了电池串联电阻的增加，阻碍电池转换效率的进一步提高。在US20090007962A1中，采用在太阳能电池表面开槽的方式形成重掺杂的电流传输通道，从而降低丝网印刷太阳能电池的横向电阻损耗，达到改善电池填充因子和转换效率的目的。然而，该现有技术需要使用额外的开槽和二次掺杂工艺，工艺流程复杂，生产成本高，具体制作流程很难掌握。喷墨打印技术广泛应用于印制电路、柔性电子、太阳能电池制造等半导体行业，具有成本低，工艺简单，环境适应性好等特点。在US20090239363A1和US20100048006A1中，采用了非接触式喷墨打印方法在半导体基底中实现掺杂，此处引用作为参考。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种降低选择性发射极太阳能电池发射极串联电阻的方法。具体来说，本方法提出了一种有效降低选择性发射极太阳能电池的发射极表面串联电阻的方法，其通过优化的工艺流程在正面栅线电极之间形成中等掺杂浓度的半导体沟道，从而降低轻掺杂发射极的表面电阻以及太阳能电池的串联电阻，对太阳能电池转换效
率的提高有显著改善。为解决上述技术问题，本发明提出了一种降低选择性发射极太阳能电池发射极串联电阻的方法，其中，所述方法包括如下步骤:A、对太阳能硅片执行标准的制绒工艺，形成所述太阳能硅片表面的金字塔结构；B、使用与所述太阳能硅片极性相反的掺杂源在所述太阳能硅片上制作图形；C、对所述太阳能硅片执行标准扩散工艺，同时形成轻掺杂浓度的发射极和位于发射极内部的中等掺杂浓度的半导体沟道；此外，在所述太阳能硅片表面形成含有杂质的二氧化硅层；扩散掺杂源极性与步骤B中所述掺杂源极性相同，而与所述太阳能硅片极性相反；D、对所述太阳能硅片执行标准的去边绝缘和去二氧化硅工艺，将所述太阳能硅片侧面和背面的与所述太阳能硅片极性相反的硅片和表面的二氧化硅层完整去除；E、对所述太阳能硅片执行清洗工艺，去除掺杂源在步骤C中形成且不能在步骤D中去除的残留物；F、在所述轻掺杂发射极和中等掺杂浓度半导体沟道制备完成后，继续进行抗反射膜、选择性发射极、栅线电极、母线电极以及背电极等其他部分的制备工艺，最终完成选择性发射极太阳能电池的制作；优选的，所述步骤A中，所述太阳能硅片进行过掺杂工艺，电阻率约为0.1-3.5 Ω.cm ;优选的，所述步骤B中，通过丝网印刷、喷墨打印或物理沉积的方式制作含有掺杂源的图形；优选的，所述步骤B中，如果掺杂源是N型，则可为氮、磷、砷、锑或者含以上元素的化合物；如果掺杂源是P型，则可为硼、铝、镓、铟或者含以上元素的化合物；优选的，所述步骤B中，所制作形成的图形可以为直线、折线、曲线之一或其组合；优选的，所述步骤B中，所制作形成的图形中线条宽度为20μπι-200μπι;优选的，所述步骤C中，扩散工艺所用扩散源可为固体、液体、气体之一或其组合；优选的，所述步骤C中，所述轻掺杂浓度发射极的方阻为70Ω/ 口 -140Ω/ □;所述中等掺杂浓度半导体沟道的方阻为30Ω / □ -65Ω / □;优选的，所述步骤E中，采用氢氧化铵双氧水混合溶液、氢氟酸溶液以及盐酸双氧水混合溶液，依次清洗所述太阳能硅片；优选的，所述步骤F中，选择性发射极电池的制备可以采用不同方法，相关原理及制作流程可以参见 US6429037B1，W02007085454A1, US6091021, US20110159633A1,US20110183504A1, US20110189810A1,《Laser Chemical Processing(LCP)-A versatiletool for microstructuring applications》(Applied Physics A, Vol.93, pp.99-103,2008),〈〈The development of etch-back processes for industrial silicon solarcells)) (Proceedings of 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference andExhibition,pp.1174-1178,2010)。本发明的方法制备选择性发射极太阳能电池的过程中，首先使用与太阳能硅片极性相反的掺杂源在太阳能硅片上制作图形，再经过扩散工艺在太阳能硅片内同时形成轻掺杂的发射极以及位于发射极内的中等掺杂浓度半导体沟道。所述半导体沟道的形貌、尺寸和分布由所述掺杂源图形决定。所述中等掺杂浓度半导体沟道与电池发射极同时形成，无需使用其他热处理过程。所述中等掺杂浓度半导体沟道的制备过程具有自对准特性，后续工艺无需使用对准技术。所述中等掺杂浓度半导体沟道在正面栅线电极之间形成良好的电流通道，从而提高栅线电极的载流子收集能力，大幅降低太阳能电池的串联电阻；由于太阳能电池发射极方阻的降低，栅线电极之间可以采用更宽的间隔设计，从而减少电极遮盖，增加太阳能电池对太阳光的吸收。因此，在选择性发射极太阳能电池中采用所述中等掺杂浓度半导体沟道能够达到改善填充因子，短路电流以及电池转换效率的目的。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种降低选择性发射极太阳能电池发射极串联电阻的方法中，经过对太阳能硅片执行标准的制绒后，在太阳能硅片表面形成金字塔结构的情形；图2显示的是在图1所示基础上，使用与太阳能硅片极性相反的掺杂源在太阳能硅片上制作图形的情形；图3显示的是在图2所示基础上，通过标准扩散工艺形成轻掺杂浓度的发射极和中等掺杂浓度的半导体沟道的情形；图4显示的是在图3所示基础上，在太阳能硅片上执行标准的去边绝缘和去二氧化娃工艺后的情形；图5显示的是在图4所示基础上，继续完成淀积Si3N4抗反射膜，丝网印刷背电极，激光掺杂选择性发射极，光镀正电极以及烧结等工艺后，最终完成选择性发射极太阳能电池的情形；图6显示的是完成制作的选择性发射极太阳能电池的俯视图，标明太阳能电池母线电极、栅线电极以及半导体沟道的相对位置关系。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
。其中，相同的部件采用相同的标号。基于背景技术中的相关现有技术的描述，在本发明的下述实例中，对于太阳能电池的加工技术不再详细说明其原理，以节约篇幅。以下将描述的基于本发明的一个具体实施实例是一种降低激光掺杂选择性发射极太阳能电池发射极串联电阻的方法，并参照图1-6的流程进行详细描述，如图所示。所述方法包括如下步骤:A、对所述P型太阳能硅片I执行标准的制绒工艺，形成所述太阳能硅片I表面的金字塔结构2，如图1所示；B、使用喷墨打印法将含磷掺杂源3喷涂在所述太阳能硅片I上形成图形，如图2所示；所述含磷掺杂源3可为磷的化合物，如H3P04，POCl3, H(OPOOH)nOH, HPO3, H3PO3, H3PO2,也可为掺磷的有机溶剂；C、对所述太阳能硅片I进行标准扩散工艺，形成轻掺杂浓度的N型发射极4，方阻为100Ω/ □左右；同时，在发射极内部形成中等掺杂浓度的N型半导体沟道5，方阻为50Ω/ □左右，如图3所示；扩散工艺所用含磷扩散源可为固体、液体、气体之一或其组合，如 P2O5, POCl3, PH3 ；D、对所述太阳能硅片I执行标准的去边绝缘和去含磷二氧化硅工艺，将所述太阳能硅片I侧面和背面的N型硅片和表面的含磷二氧化硅6完整去除，如图4所示；E、采用氢氧化铵双氧水混合溶液、氢氟酸溶液以及盐酸双氧水混合溶液，依次对所述太阳能硅片I执行清洗工艺，去除含磷掺杂源3在步骤C中形成且不能在步骤D中去除的残留物；F、在所述轻掺杂浓度发射极4和中等掺杂浓度半导体沟道5的制程完成后，继续进行淀积Si3N4抗反射膜9，丝网印刷背电极10，激光掺杂选择性发射极7，光镀栅线电极8和母线电极11，以及烧结等工艺，最终完成选择性发射极太阳能电池的制作，如图5和图6所示；相关制作流程可以参见CN101740659A，CN101872808A及US6429037B1。应该特别强调的是，现有技术中虽然类似提及了一些太阳能电池领域或者半导体领域所采用的加工工艺，但是在实际应用过程中，加工工艺乃是存在一定顺序的，每个步骤都会对其后的步骤产生影响，从而决定后续步骤的顺序及其参数。因此，在判断本发明与现有技术的区别以及创造性的时候，本领域技术人员应当明了，并非两个或者多个现有技术就可以毫无意义的组合出本发明的各个步骤，从而能够获得同样的效果；相反，本领域技术人员更应该了解，为了获得特定的技术效果，本发明对各个步骤进行了精心的优化处理，从而依序获得了具备创造性的工艺流程，并且，本发明的工艺流程的次序安排与在前的参数选择存在必然的联系。例如，在本发明的方法制作的太阳能电池中，首先在制绒后的太阳能硅片表面使用喷墨打印技术沉积掺杂源，通过精确设计打印图形结构，从而控制形成半导体沟道的形貌和尺寸；另外，由于喷墨打印形成的掺杂源在扩散工艺进行前已完成，因而可以直接通过一次扩散工艺同时形成轻掺杂浓度的发射极和中等掺杂浓度的半导体沟道，大大简化了工艺流程。由此可见，现有技术中，无论是太阳能电池领域，还是半导体领域，都没有公开或者暗示本发明所提供的这种方法的步骤顺序，而且，正是本发明的各个步骤的排列决定了不同的材料选择和参数范围，因而才有了之后的步骤顺序和参数的选择。因此，本发明所要求保护的方法在太阳能电池领域和半导体领域均没有被公开或者暗示，而且本发明的方法所获得的技术效果也是现有技术难以预料的。本领域技术人员应当了解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种降低选择性发射极太阳能电池发射极串联电阻的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: A、对太阳能硅片执行标准的制绒工艺，形成太阳能硅片表面的金字塔结构； B、使用与所述太阳能硅片极性相反的掺杂源在所述太阳能硅片上制作图形； C、对所述太阳能硅片执行标准扩散工艺，同时形成轻掺杂浓度的发射极和位于发射极内部的中等掺杂浓度的半导体沟道；此外，在所述太阳能硅片表面形成含有杂质的二氧化硅层；扩散掺杂源极性与所述太阳能硅片极性相反； D、对所述太阳能硅片执行标准的去边绝缘和去二氧化硅工艺，将所述太阳能硅片侧面和背面的与所述太阳能硅片极性相反的硅片和表面的二氧化硅层完整去除； E、对所述太阳能硅片执行清洗工艺，去除含有掺杂源的残留物； F、在所述轻掺杂发射极和中等掺杂浓度半导体沟道制备完成后，继续进行抗反射膜、选择性发射极、栅线电极、母线电极以及背电极等其他部分的制备工艺，最终完成选择性发射极太阳能电池的制作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，通过丝网印刷、喷墨打印或物理沉积的方式制作含有掺杂源的图形。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，如果掺杂源是N型，则可为氮、磷、砷、锑或者含有以上元素的化合物，如果掺杂源是P型，则可为硼、铝、镓、铟或者含有以上元素的化合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，所制作形成的图形可以为直线、折线、曲线之一或其组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，所制作形成的图形中线条宽度为 20 μ m-200 μ m。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，扩散工艺所用扩散源可为固体、液体、气体之一或其组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，所述轻掺杂浓度发射极的方阻为70 Ω / 口 -140 Ω / 口，所述中等掺杂浓度半导体沟道的方阻为30 Ω / □ -65 Ω / 口。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤E中，采用氢氧化铵双氧水混合溶液、氢氟酸溶液以及盐酸双氧水混合溶液，依次清洗所述太阳能硅片。
全文摘要
一种降低选择性发射极太阳能电池发射极串联电阻的方法，其中，所述方法包括使用与太阳能硅片极性相反的掺杂源在太阳能硅片上形成图形；对太阳能硅片执行扩散工艺，同时形成轻掺杂浓度的发射极以及在发射极内部的中等掺杂浓度的半导体沟道。本发明的方法制作太阳能电池的过程中，经过一次扩散工艺同时形成发射极以及位于发射极内的半导体沟道，无需使用其他热处理过程；半导体沟道的制备具有自对准特性，后续工艺无需使用对准技术。中等掺杂浓度半导体沟道在正面栅线电极之间形成电流通道，提高栅线电极的载流子收集能力，大幅降低电池串联电阻，达到改善电池填充因子，短路电流以及电池转换效率的目的。
文档编号H01L31/18GK103187474SQ201110443880
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者张博, 张炯, 向勇 申请人:张博, 张炯