离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法
【专利摘要】本发明涉及离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，对P型单晶硅片的表面进行清洗制绒；采用离子注入的方法对制绒后的单晶硅片的一面注入磷元素，形成PN结；对单晶硅片进行高温退火并生长氧化层；在N型表面继续沉积一层钝化/减反膜；丝网印刷正电极及背面电极并烘干；经过烧结处理制作得到超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池。与现有技术相比，本发明具有可控性好、工艺简单、结面比较平坦、工艺灵活、均匀性和重复性好等优点。
【专利说明】离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备硅太阳电池的方法，尤其是涉及一种离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法。
【背景技术】
[0002]近几年来，在能源危机和气候变化等多重因素的刺激下，全球光伏市场保持持续高速发展。自从可用于商业的民用太阳能电池投入市场以来，特别是进入二十一世纪，太阳能电池的应用量增长幅度始终保持在较高速度。
[0003]太阳电池利用半导体材料的电子特性，把阳光直接转换为电能。目前，常规的商业晶体硅太阳电池工艺技术路线如下:首先进行来料分选，然后将晶体硅表面的损伤层清洗干净，并进行制绒以形成一定绒面来减少晶体硅表面反射率；再进行高温扩散制得PN结；采用PECVD方法在电池的扩散面沉积氮化硅薄膜，起到减反和钝化的作用；最后采用丝网印刷的方式制备金属电极和背场，经烧结后制得晶体硅太阳电池片。太阳电池的心脏——PN结的形成对于电池转换效率起到决定性的作用。光伏行业形成PN结的技术主要高温管炉技术，管式扩散技术可满足常规电池产品生产制造，当前采用管式扩散技术普通单晶工艺所达到的行业平均水平为18.3%。管式扩散技术在制备硅太阳电池的PN结时，会形成表面掺杂浓度较高的‘死层’，以及未激活的P杂质在结区会形成晶格缺陷，因此部分入射光产生的载流子会在缺陷处复合，对转换效率产生不利影响。针对该管式扩散技术的特点，目前晶硅太阳电池的PN结发射极向着高方阻、超浅结方向发展。然而对应高方阻，为保证电池的填充因子，正面电极必须增加栅线数目，从而增加电池前表面的遮光面积，以及增加银-硅电极区域的复合，从而抵消了高方阻、超浅结的提升作用。此外，超浅结较易烧穿，使烧结窗口变得很窄。目前，采用扩散+反刻蚀的方式可以达到低表面浓度的目的，但是该方案增加了制程及成本，且方阻较高、均匀性较难控制。针对单晶硅高效电池，为适应新的电池结构以及工艺，需要改变PN结制备方法。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的一个目的是离子注入后，利用退火完全激活掺杂杂质，使结区缺陷浓度很低，提供一种在不增加结区复合情况下制备低方阻发射极的方法，其能在不影响太阳电池的短波响应的情况下，减少正面栅线数量，从而减小电池前表面的遮光面积，以及降低银-硅电极区域的复合，提高单晶硅太阳电池的转换效率。
[0005]本发明的另一个目的是利用离子注入掺杂的深度和浓度能精确控制的特点以及退火后深PN结不会增加结区少子复合的特点，利用杂质在退火过程无源推进的过程，提供一种超低表面浓度PN结发射极的方法，能降低表面复合速率，改善太阳电池的短波响应，提高单晶硅太阳电池的转换效率。
[0006]本发明的另一个目的是提供一种稳定制备低方阻、超低掺杂表面浓度发射极单晶硅太阳电池的方法，其不需要复杂的扩散工艺，能大大提高工艺稳定性。[0007]本发明的另一个目的是提供一种制备超低掺杂表面浓度发射极单晶硅太阳电池，不需要高温扩散+反刻蚀工艺，能大大降低生产成本，同时提高工艺稳定性。
[0008]本发明的另一个目的是提供一种制备低方阻、超低掺杂表面浓度发射极单晶硅太阳电池，不需要800°C _900°C的高温扩散工艺，能大大降低能耗和生产过程中废气的排放量，是一种制备太阳电池PN结的环保型方法。
[0009]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0010]离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，包括以下步骤:
[0011](I)对P型单晶硅片的表面进行清洗制绒；
[0012](2)采用离子注入的方法对制绒后的单晶硅片的一面注入磷元素，形成PN结；
[0013](3)对单晶硅片进行高温退火并生长氧化层；
[0014](4)在N型表面继续沉积一层钝化/减反膜；
[0015](5)丝网印刷正电极及背面电极并烘干；
[0016](6)经过烧结处理制作得到超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池。
[0017]步骤⑴中所述的清洗制绒制作得到的绒面为尺寸在0.1?100微米的金字塔、倒金字塔或凹坑状结构所形成的表面。
[0018]步骤(2)具体包括以下步骤:将硅片表面充分清洗(包括采用氨水/双氧水清洗；HC1/HF清洗)后，使用离子注入机将P离子以5?30KeV的注入能量分I?8次扫描植入硅片，随后清洗硅片表面，在退火后硅片方阻控制在50?90 Ω.cm。
[0019]第一次清洗采用氨水/双氧水、HC1/HF对硅片表面进行充分清洗。
[0020]第二次清洗采用氨水/双氧水、硫酸/双氧水、盐酸/双氧水、氢氟酸对硅片表面进行清洗。
[0021]离子注入是一种对半导体进行掺杂的方法。将杂质电离成离子并聚焦成离子束，在电场中加速而获得极高的动能后，注入到硅中而实现掺杂。注入到半导体中的受主或施主杂质大部分都停留在间隙位置处，经过适当温度的退火处理，可以使注入杂质原子的全部或大部分从间隙位置进入替位位置而释放出载流子，从而改变半导体的电特性；同时退火处理也可以减少注入损伤。本发明利用了离子注入法的高可控性，并通过高温退火，使P型单晶硅片中形成预定的低方阻、超低掺杂表面浓度发射极。
[0022]步骤(3)中所述的高温退火的温度为850?900°C。
[0023]步骤(6)所述的烧结处理的温度为850?1000°C。
[0024]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0025]1、可控性好；离子注入法能精确控制掺杂的浓度分布和掺杂深度，因而可以适用于低方阻、超低掺杂表面浓度发射极掺杂浓度分布的要求；
[0026]2、工艺简单:发明中仅通过注入配合高温退火，降低了低方阻、超低表面浓度发射极硅电池的制作成本；
[0027]4、结面比较平坦:该发明采用的离子注入法所制备的PN结结面较为平坦，有利于提高选择性发射极电池的电性能；
[0028]5、工艺灵活:可以穿透表面薄膜注入到下面的衬底中，也可以采用多种材料作掩蔽膜，如SiO2、SiNx或光刻胶等；
[0029]6、均匀性和重复性好:这在大规模生产应用中保证了硅太阳电池的产品质量。【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明制作得到的硅太阳电池的结构示意图。
[0031]图中，I为银正电极、2为SiNx薄膜、3为SiO2薄膜、4为η型硅、5为ρ型硅。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0033]实施例1
[0034]离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，包括以下步骤:
[0035](I)对P型单晶硅片的表面进行清洗制绒，制作得到的绒面为尺寸在0.1?100微米的金字塔、倒金字塔或凹坑状结构所形成的表面；
[0036](2)采用离子注入的方法对制绒后的单晶硅片的一面注入磷元素，形成PN结，具体包括以下步骤:将硅片表面充分清洗(包括采用氨水/双氧水清洗；HC1/HF清洗)后，使用离子注入机将P离子以30KeV的注入能量扫描植入硅片，随后可以采用清洗步骤(包括采用氨水/双氧水、硫酸/双氧水、盐酸/双氧水、氢氟酸)清洗硅片表面，在退火后硅片方阻控制在50 Ω.cm。离子注入是一种对半导体进行掺杂的方法。将杂质电离成离子并聚焦成离子束，在电场中加速而获得极高的动能后，注入到硅中而实现掺杂。注入到半导体中的受主或施主杂质大部分都停留在间隙位置处，经过适当温度的退火处理，可以使注入杂质原子的全部或大部分从间隙位置进入替位位置而释放出载流子，从而改变半导体的电特性；同时退火处理也可以减少注入损伤。本发明利用了离子注入法的高可控性，并通过高温退火，使P型单晶硅片中形成预定的低方阻、超低掺杂表面浓度发射极。
[0037](3)控制温度为850°C，对单晶硅片进行高温退火并生长氧化层；
[0038](4)在N型表面继续沉积一层钝化/减反膜；
[0039](5)丝网印刷正电极及背面电极并烘干；
[0040](6)控制温度为850°C，经过烧结处理制作得到超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池，制作得到的硅太阳电池的结构如图1所示，包括自上而下的SiNx薄膜2、SiO2薄膜
3、η型硅4以及ρ型硅5，其中η型硅4作为硅太阳电池的离子注入的发射极，P型硅5作为硅太阳电池的衬底硅，在SiNx薄膜2上有丝网印刷得到的银正电极I。
[0041]实施例2
[0042]离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，包括以下步骤:
[0043](I)对P型单晶硅片的表面进行清洗制绒，制作得到的绒面为尺寸在0.1?100微米的金字塔、倒金字塔或凹坑状结构所形成的表面；
[0044](2)采用离子注入的方法对制绒后的单晶硅片的一面注入磷元素，形成PN结，具体包括以下步骤:将硅片表面充分清洗(包括采用氨水/双氧水清洗；HC1/HF清洗)后，使用离子注入机将P离子以5KeV的注入能量分8次扫描植入硅片，随后可以采用清洗步骤(包括采用氨水/双氧水、硫酸/双氧水、盐酸/双氧水、氢氟酸)清洗硅片表面，在退火后硅片方阻控制在90 Ω.cm。离子注入是一种对半导体进行掺杂的方法。将杂质电离成离子并聚焦成离子束，在电场中加速而获得极高的动能后，注入到硅中而实现掺杂。注入到半导体中的受主或施主杂质大部分都停留在间隙位置处，经过适当温度的退火处理，可以使注入杂质原子的全部或大部分从间隙位置进入替位位置而释放出载流子，从而改变半导体的电特性；同时退火处理也可以减少注入损伤。本发明利用了离子注入法的高可控性，并通过高温退火，使P型单晶硅片中形成预定的低方阻、超低掺杂表面浓度发射极。
[0045](3)控制温度为900°C，对单晶硅片进行高温退火并生长氧化层；
[0046](4)在N型表面继续沉积一层钝化/减反膜；
[0047](5)丝网印刷正电极及背面电极并烘干；
[0048](6)控制温度为1000°C，经过烧结处理制作得到超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池。
[0049]实施例3
[0050]采用标准制绒方法，所致绒面金字塔尺寸?2um，经HC1/HF清洗后使用离子注入机以15KeV的注入能量植入2.8E15剂量的P，随后经过氨水/双氧水清洗-HCl清洗-HF清洗后，将硅片在5?20% O2浓度的氧化性气氛中以830?860°C退火10?20min，(退火后方阻为80?85Q/sq，ECV测试显示磷杂质的表面浓度为< 3E20/cm3、结深为0.3?
0.5um)，完成退火后使用PECVD镀?80nm厚度的SiNx膜，最后采用丝网印刷完成金属化及烧结，完成后电池效率可达19.34%转化效率。
【权利要求】
1.离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)对P型单晶硅片的表面进行清洗制绒； (2)采用离子注入的方法对制绒后的单晶硅片的一面注入磷元素，形成PN结； (3)对单晶硅片进行高温退火并生长氧化层； (4)在N型表面继续沉积一层钝化/减反膜； (5)丝网印刷正电极及背面电极并烘干； (6)经过烧结处理制作得到超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池。
2.根据权利要求1所述的离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，其特征在于，步骤(I)中所述的清洗制绒制作得到的绒面为尺寸在0.1?100微米的金字塔、倒金字塔或凹坑状结构所形成的表面。
3.根据权利要求1所述的离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，其特征在于，步骤(2)具体包括以下步骤:将硅片表面充分清洗后，使用离子注入机将P离子以5?30KeV的注入能量分I?8次扫描植入硅片，随后清洗硅片表面，在退火后硅片方阻控制在50?90 Ω.cm。
4.根据权利要求3所述的离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，其特征在于，第一次清洗采用氨水/双氧水、HC1/HF对硅片表面进行充分清洗。
5.根据权利要求3所述的离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，其特征在于，第二次清洗采用氨水/双氧水、硫酸/双氧水、盐酸/双氧水、氢氟酸对硅片表面进行清洗。
6.根据权利要求1所述的离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，其特征在于，步骤(3)中所述的高温退火的温度为850?900°C。
7.根据权利要求1所述的离子注入制作超低表面掺杂浓度的低方阻硅太阳电池方法，其特征在于，步骤(6)所述的烧结处理的温度为850?1000°C。
【文档编号】H01L31/18GK103811582SQ201210445413
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】周利荣, 沈培俊, 李怀辉, 张忠卫, 胡剑豪 申请人:上海神舟新能源发展有限公司