N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法、n型硅太阳能电池及其制作方法

N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法、n型硅太阳能电池及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法、N型硅太阳能电池及其制作方法。该制作方法包括：S1、在沉积有减反射膜的硅片衬底背面的预定位置上开槽，以形成磷扩散槽区；以及S2、在具有磷扩散槽区的所述硅片衬底背面上进行磷扩散，以使磷扩散槽区内形成重掺杂，从而形成所述选择性背场。本发明不需要额外制作磷扩散阻挡层，仅利用沉积形成的减反射膜，就可以在制作选择性背场的高温磷扩散时阻止磷源向不需要重掺杂的区域扩散，仅一次高温过程就可在N型硅片衬底的背面形成掺杂浓度不同的选择性背场，避免了在高温下制作氧化层的步骤，减少了损伤，降低了能耗和成本，提高了电池的光电转换效率。
【专利说明】N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法、N型硅太阳能电池及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池【技术领域】，具体而言，涉及一种N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法、N型硅太阳能电池及其制作方法。
【背景技术】
[0002]作为清洁环保的新能源，太阳能电池的应用越来越普及。但由于这种电池的成本较高，限制了它的快速普及。为了降低制作成本，提高太阳能电池的转换效率，需要不断地研发新技术。
[0003]目前大多数太阳能光伏企业都使用P型硅材料生产太阳电池。P型硅电池的缺点是电池的效率会随着光照时间的增加而逐渐衰减，这主要是由于掺入P型硅衬底中的硼原子与衬底中的氧原子相结合产生硼氧对的结果，硼氧对起到载流子陷阱的作用，使少数载流子寿命降低，从而导致了电池效率的衰减。而N型硅衬底具有高的少数载流子寿命和对某些金属杂质的不敏感性，所以N型硅电池具有高的效率和好的稳定性。
[0004]选择性背场结构是P-N结晶体硅太阳电池生产工艺中实现高效率的方法之一。选择性背场结构有两个特征:1)在电极栅线所覆盖的区域及其附近形成高掺杂区，做电极时容易形成欧姆接触，且此区域的体电阻较小，从而降低太阳能电池的串联电阻，提高电池的填充因子F.F.;2)在电极栅线没有覆盖的区域(活性区)形成低掺杂区，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。同时,在低掺杂区和高掺杂区交界处形成的横向n+/n高低结可以提闻光生载流子的收集率，从而提闻电池的短路电流Isc。总之，选择性背场结构可以提高太阳能电池的开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子F.F.，从而使电池获得高的光电转换效率。
[0005]目前选择性背场结构一般都应用在P型硅电池的制作过程中，通常的制作如下:氧化物掩膜一次扩散法，在制绒后，通过热生长方法生长一层较薄的氧化层，然后根据丝网印刷正面电极的图在氧化层上开槽，再用弱碱清洗激光损伤层。在磷扩散时，没有开槽区域由于氧化层的阻挡作用形成低掺杂区，开槽的区域形成高掺杂区。上述选择性背场的制备方法由于需要在高温下制备氧化层，之后磷扩散时又需要经历一次高温过程，因此上述采用氧化层的方式制备选择性背场使得硅片经历高温氧化和高温磷扩散两次高温过程，尤其是在高温氧化过程中，会激活硅片中的一些杂质缺陷，降低少子寿命，对硅片质量要求较闻。
[0006]因此，如何在制备N型硅片时形成选择性背场成为目前研究的热点。

【发明内容】

[0007]本发明旨在提供一种N型硅太阳能电池选择性背场的制作方法、N型硅太阳能电池及其制作方法，该选择性背场的制作方法中利用减反射膜作为磷扩散时的阻挡层，简化了工艺，提高了效率。
[0008]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法，包括以下步骤:S1、在沉积有减反射膜的硅片衬底背面的预定位置上开槽，以形成磷扩散槽区；以及S2、在具有磷扩散槽区的硅片衬底背面上进行磷扩散，以使磷扩散槽区内形成重掺杂，从而形成选择性背场。
[0009]进一步地，采用腐蚀性浆料在沉积有减反射膜的硅片衬底背面的预定位置上进行开槽。
[0010]进一步地，采用腐蚀性浆料进行开槽的步骤包括:S11、通过丝网印刷法将腐蚀性浆预定温度并保温；以及S13、对硅片进行清洗、烘干，形成磷扩散槽区。
[0011]进一步地，步骤S13中采用弱碱性溶液对硅片进行清洗。
[0012]进一步地，弱碱性溶液包括氨水溶液、氢氧化钾溶液、碳酸氢铵溶液和碳酸铵溶液中的一种或多种，优选地，弱碱性溶液为氨水溶液，氨水溶液的质量浓度为2%?10%。
[0013]进一步地，预定位置为硅片衬底背面上与金属电极相对应的位置。
[0014]进一步地，在步骤S2中，采用POCl3作为磷源进行磷扩散，磷扩散的温度为810。。?870°C，扩散的时间为5?20分钟，POCl3的流量为200?800sccm。
[0015]进一步地，采用激光在减反射膜的预定位置上开槽，激光的功率为0.5?10W，脉冲宽度为IOOps?500ns，波长为300?1600nm，频率为IOOHz?200KHz，光斑的直径为5?100 μ m0
[0016]根据本发明的另一方面，提供了一种N型太阳能电池的制作方法，包括在沉积有减反射膜的硅片衬底背面上形成选择性背场，其中，选择性背场为采用上述任一种N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法制作而成。
[0017]根据本发明的又一方面，提供了一种N型硅太阳能电池，N型硅太阳能电池为采用上述任一种的N型太阳能电池的制作方法制作而成。
[0018]应用本发明的技术方案，通过在沉积有减反射膜的N型硅片衬底的预定位置上进行开槽，并在磷扩散槽区内进行重掺杂，从而形成了选择性背场。与现有技术中制备氧化层作为磷扩散时的阻挡层相比，本发明不需要额外制作磷扩散阻挡层，仅利用制作N型硅太阳能电池时沉积形成的减反射膜，就可以在制作选择性背场的高温磷扩散时阻止磷源向其它不需要重掺杂的区域扩散，进而制备出了具有高掺杂区和低掺杂区结构的选择性背场，大大提高了电池的光电转换效率。该制作方法不需要在高温下制作氧化层就可以在N型衬底硅片的背面形成掺杂浓度不同的选择性背场，进而减少了损伤，降低了能耗和生产成本，提高了生产效率，适合于大规模生产。
【专利附图】

【附图说明】
[0019]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0020]图1示出了根据本发明一种典型实施方式中制作具有选择性背场的N型硅太阳能电池的工艺流程图。
【具体实施方式】[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0022]为了解决现有技术中制作选择性背场时需要额外制作阻挡层以至于额外增加了高温过程，容易导致硅片中杂质缺陷和成本增加的问题，本发明提供了一种N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法，包括以下步骤:S1、在沉积有减反射膜的在硅片衬底背面的预定位置开槽，以形成磷扩散槽区；以及S2、在具有磷扩散槽区的硅片衬底背面上进行磷扩散，以使磷扩散槽区内形成重掺杂，从而形成选择性背场。
[0023]通过在沉积有减反射膜的N型硅片衬底的预定位置上进行开槽形成磷扩散槽区，并对磷扩散槽区内进行重掺杂，从而得到了选择性背场。与现有技术中制备氧化层作为磷扩散时的阻挡层相比，本发明不需要额外制作磷扩散阻挡层，仅利用制作N型硅太阳能电池时沉积形成的减反射膜，就可以在制作选择性背场的高温磷扩散时阻止磷源向其它不需要重掺杂的区域扩散，进而制备出了具有高掺杂区和低掺杂区结构的选择性背场，大大提高了电池的光电转换效率。该制作方法无需专门制作掩膜的高温过程，就可以在N型衬底硅片的背面形成掺杂浓度不同的选择性背场，避免了现有技术中磷扩散时在高温下制作氧化层时造成的损伤，降低了能耗，因而降低了生产成本，提高了生产效率，适合于大规模生产。
[0024]本发明中的预定位置是指金属电极下方所覆盖的区域，通过在金属电极下方进行重掺杂，而在其他区域进行轻掺杂，可以减小表面复合，提高了磷扩散所形成的背场的钝化性能，从而获得更高的开路电压和短路电流。
[0025]设置减反射膜后，为了使得磷源能够在特定区域内进行掺杂扩散，需要在减反射膜上待掺杂的区域进行开槽。其中开槽的方式包括很多种，根据本发明的一种优选实施方式，采用腐蚀性浆料在沉积有减反射膜的硅片衬底背面的预定位置进行开槽。采用腐蚀性浆料进行开槽不需要使用大型仪器设备，与现有工艺相比容易集成，在印刷及化学清洗时也不需要米购新设备。
[0026]具体地，采用腐蚀性浆料进行开槽的步骤包括:S11、通过丝网印刷法将腐蚀性浆料印刷在减反射膜的预定位置上；S12、将印刷有腐蚀性浆料的硅片加热至预定温度并保温；以及S13、对硅片进行清洗、烘干，形成磷扩散槽区。优选地，预定温度为200?350°C，保温I?5分钟。
[0027]首先确定印刷电极的位置，然后对应地在硅片衬底背场上的减反射膜上采用丝网印刷技术印刷一层腐蚀性浆料，其中丝网的图案要与将来印刷金属浆料时所用丝网相对应，以保证所形成的选择性背场的结构较好，较大程度地提高太阳能电池的转换效率。减反射膜一般采用氮化硅膜，将丝网印刷后的硅片加热，通过加热使得位于减反射膜表面上的腐蚀性浆料与减反射膜反应，进而将金属栅线区所对应的减反射膜腐蚀掉。其中将加热的温度控制为200°C?350°C，其目的是加快浆料与氮化硅的反应速度，提高生产效率，如果加热的温度低于200°C，则会使得反应速率较慢，影响产量；如果加热的温度高于350°C，则会使得反应过于剧烈，或者腐蚀浆料过快干燥而不能充分地与氮化硅反应。因此，经综合考虑，本发明将加热的温度控制在上述温度范围内保持I?5分钟，能够得到深度和大小均匀一致的磷扩散槽区。在硅片上制备好磷扩散槽区后，将烘干后的硅片置于扩散炉中，通入磷源扩散，形成选择性背场。[0028]其中预定位置为硅片衬底背面上与金属电极相对应的位置，即印刷后形成的磷扩散槽区的形状及位置与背面印刷金属电极图案一致。优选地，腐蚀性浆料为含磷酸浆料，优选采用德国Merck公司生产的Smart3000。
[0029]腐蚀完成后，将硅片进行清洗以去除腐蚀浆料和减反射膜反应后的产物及残余腐蚀浆料，这样在硅片上就形成了用于磷扩散的磷扩散槽区。优选地，步骤S13中采用弱碱性溶液对硅片进行清洗。弱碱性溶液为氨水、KOH溶液、碳酸氢铵溶液和碳酸铵溶液中的一种或多种，优选地，弱碱性溶液为氨水溶液，氨水溶液的质量浓度为2%?10%。本发明优选采用氨水溶液对硅片进行清洗，但并不局限于此，只要能够将腐蚀浆料与减反射膜反应后生成的反应物及残留在硅片上的腐蚀浆料彻底清洗掉即可，优选采用氨水溶液清洗，主要是考虑到其弱碱性以及氨水溶液中不含金属离子，有利于腐蚀浆料的去除，且不会引入其它杂质离子，如果引入其它杂质离子，会造成PID等问题。
[0030]为了便于工序流转及进行磷扩散，需要对清洗后的硅片进行烘干，优选地，步骤S13中的烘干温度为50?90°C，烘干的时间为10?60s。将清洗后的硅片置于上述温度范围内进行烘干，避免了减反射膜受到损坏。
[0031]待烘干步骤完成后，将制备有扩散槽的硅片置于扩散炉中进行磷扩散，根据本发明的一种优选实施方式，在步骤S2中，采用POCl3作为磷源进行磷扩散，磷扩散的温度为810?870°C，扩散的时间为5?20分钟，P0C13的流量为200?800sccm。将磷扩散的温度和时间控制在上述范围内，能够保证磷在硅片内部进行充分扩散，形成较好的选择性背场，又不会造成硅片及减反射膜的损伤。
[0032]除了采用腐蚀性浆料进行开槽外，根据本发明的另一种典型实施方式，采用激光在N型硅片的减反射膜的预定位置上开槽以形成磷扩散槽区。优选地，激光的功率为0.5?10W，脉冲宽度为IOOps?500ns，波长为300?1600nm，频率为IOOHz?200KHz，光斑的直径为5?100 μ m。
[0033]本发明所设置的磷扩散槽区的形状可以为圆孔、长条或线型，其中线型形状可以为直线也可以为曲线。
[0034]根据本发明的另一方面，提供了一种N型太阳能电池的制作方法，包括在沉积有减反射膜的硅片衬底背面上形成选择性背场，其中，选择性背场为采用上述任一种N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法制作而成。如图1所示，制作N型太阳能电池的方法一般包括:对硅片进行表面预处理后制作发射极和背场；在背场上沉积形成减反射膜；在减反射膜上制作选择性背场；以及印刷正负电极并烧结。
[0035]在制作N型硅片时，首先对硅片进行表面制绒，为了增强钝化效果，对制绒后的硅片进行化学腐蚀抛光和清洗。通过抛光可以减少硅片背面的表面积，增强背反射率，较好地改善钝化的效果。抛光后在硅片上制作P-η结和背场，通过PECVD在背场上沉积形成减反射膜，减反射膜的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光，本发明优选采用氮化硅减反射。在减反射膜上制作选择性背场后，采用丝网印刷的方式来制作正电极和背电极。
[0036]根据本发明的又一方面，还提供了 一种N型硅太阳能电池，该N型硅太阳能电池为采用上述的方法制作而成。
[0037]下面结合具体实施例进一步说明本发明的优势:[0038]实施例1
[0039]I)将N型硅片表面清洁后送入盛放有质量百分比浓度为1%的氢氧化钾溶液和异丙醇的混合液(体积比为1:10)的制绒槽中，在60°C表面制绒20分钟。对制绒后的硅片在8°C的硝酸-氢氟酸混合液中背面抛光，之后采用氢氧化钾溶液和氢氟酸溶液依次进行清洗。在清洗后的硅片表面制作发射极和背场。
[0040]2)采用硅烷和氨气作为原料，采用PECVD法在350°C下在制作完发射极和背场的表面进行沉积，得到厚度为IOOnm的氮化硅层。
[0041]3)采用丝网印刷法将德国Merck公司生产的腐蚀性衆料Smart3000印刷在位于娃片衬底背面的氮化硅减反射膜上的预定位置上，然后将具有腐蚀性浆料的硅片放入烧结炉中加热至200°C，保持5分钟，然后冷却至室温，采用质量浓度为2%的氨水溶液对硅片表面进行清洗，在50°C烘干60s，得到一系列直线形磷扩散槽区。直线的长度为153mm，宽度为50 μ m，直线之间的间隔为1000 μ m。
[0042]4)将步骤3)中得到的具有磷扩散槽区的硅片放入扩散炉中，通入P0C13作为磷源(P0C13的流量为200sccm)，在810°C下沉积扩散20分钟，得到重掺杂的选择性背场。
[0043]5)之后米用银含量为75wt%的银衆在娃片正面和背面印刷电极,之后将娃片置于在820°C下进行烧结，得到具有选择性背场的N型硅片。
[0044]实施例2
[0045]I)将N型硅片表面清洁后送入盛放有质量百分比浓度为1%的氢氧化钾溶液和异丙醇的混合液(体积比为1:10)的制绒槽中，在60°C表面制绒20分钟。对制绒后的硅片在8°C的硝酸-氢氟酸混合液中背面抛光，之后采用氢氧化钾溶液和氢氟酸溶液依次进行清洗。在清洗后的硅片表面制作发射极和背场。
[0046]2)采用硅烷和氨气作为原料，采用PECVD法在350°C下在制作完发射极和背场的表面进行沉积，得到厚度为IOOnm的氮化硅层。
[0047]3)采用丝网印刷法将德国Merck公司生产的腐蚀性衆料Smart3000印刷在氮化娃减反射膜的预定位置上，然后将具有腐蚀性浆料的硅片放入烧结炉中加热至350°C，保持I分钟，然后冷却至室温，采用质量浓度为2%的氨水溶液对硅片表面进行清洗，在90°C烘干10s，得到一系列直线形磷扩散槽区。直线的长度为153mm，宽度为50 μ m，直线之间的间隔为 1000 μ m。
[0048]4)将步骤3)中得到的具有磷扩散槽区的硅片放入扩散炉中，通入POCl3作为磷源(POCl3的流量为200SCCm)，在870°C下沉积扩散5分钟，得到重掺杂的选择性背场。
[0049]5)之后采用银浆(银浆中的银含量为75wt%)在正面和背面印刷电极，之后将硅片置于820°C下进行烧结，得到具有选择性背场的N型硅片。
[0050]实施例3
[0051]I)将N型硅片表面清洁后送入盛放有质量百分比浓度为1%的氢氧化钾溶液和异丙醇的混合液(体积比为1:10)的制绒槽中，在60°C表面制绒20分钟。对制绒后的硅片在8°C的硝酸-氢氟酸混合液中背面抛光，之后采用氢氧化钾溶液和氢氟酸溶液依次进行清洗。在清洗后的硅片表面制作发射极和背场。
[0052]2)采用硅烷和氨气作为原料，采用PECVD法在350°C下在制作完发射极和背场的表面进行沉积，得到厚度为IOOnm的氮化硅层。[0053]3)采用丝网印刷法将德国Merck公司生产的腐蚀性浆料Smart3000印刷在氮化硅减反射膜上的预定位置上，然后将具有腐蚀性浆料的硅片放入烧结炉中加热至280°C，保持I分钟，然后冷却至室温，采用质量浓度为10%的氨水溶液对硅片表面进行清洗，在70°C烘干35s，得到一系列直线型磷扩散槽区。直线的长度为153mm，宽度为50μπι，直线之间的间隔为 1000 μ m。
[0054]4)将步骤3)中得到的具有磷扩散槽区的硅片放入扩散炉中，通入P0C13作为磷源(P0C13的流量为500SCCm)，在850°C下沉积扩散15分钟，得到重掺杂的选择性背场。
[0055]5)之后采用银浆(银浆中的银含量为75wt%)在正面和背面印刷电极，之后将硅片置于在820°C下进行烧结，得到具有选择性背场的N型硅片。
[0056]实施例4
[0057]与实施例3中的操作步骤与方法均相同，不同之处在于实施例4中印刷腐蚀浆料后未采用氨水溶液进行清洗，而是采用质量浓度为15%的氢氧化钠溶液清洗。
[0058]实施例5
[0059]I)将N型硅片表面清洁后送入盛放有质量百分比浓度为1%的氢氧化钾溶液和异丙醇的混合液(体积比为1:10)的制绒槽中，在60°C表面制绒20分钟。对制绒后的硅片在8°C的硝酸-氢氟酸混合液中背面抛光，之后采用氢氧化钾溶液和氢氟酸溶液依次进行清洗。在清洗后的硅片表面制作发射极和背场。
[0060]2)采用硅烷和氨气作为原料，采用PECVD法在350°C下在制作完发射极和背场的表面进行沉积，得到厚度为IOOnm的氮化硅层。
[0061]3)采用丝网印刷法将德国Merck公司生产的腐蚀性衆料Smart3000印刷在氮化娃减反射膜上，然后将具有腐蚀性浆料的硅片放入烧结炉中加热至150°C，保持8分钟，然后冷却至室温，采用质量浓度为1%的氨水溶液对硅片表面进行清洗，在35°C烘干5s，得到一系列直线型磷扩散槽区。直线的长度为153mm，宽度为50 μ m，直线之间的间隔为1000 μ m。
[0062]4)将步骤3)中得到的具有磷扩散槽区的硅片放入扩散炉中，通入POCl3作为磷源(P0C13的流量为150SCCm)，在780°C下沉积扩散25分钟，得到重掺杂的选择性背场。
[0063]5)之后采用银浆(银浆中的银含量为75wt%)在正面和背面印刷电极，之后将硅片置于在820°C下进行烧结，得到具有选择性背场的N型硅片。
[0064]实施例6
[0065]与实施例3中的操作步骤与方法均相同，不同之处在于实施例6中未采用丝网印刷腐蚀性浆料的方式，而是采用激光法在具有减反射膜的硅片背面上开设一系列圆孔作为磷扩散槽区，圆孔的直径为30 μ m,圆孔之间的间隔为500 μ m。所述激光的功率为10W，脉冲宽度为500ns，波长为1600nm，频率为100Hz，光斑的直径为100 μ m。
[0066]对实施例1至6和对比例I中制备的N型硅片进行封装等操作，得到太阳能电池片，采用Halm测试仪器测定太阳能电池片的Uoc，Isc, FF, Eff，具体性能数据见表I。
[0067]表I
[0068]
【权利要求】
1.一种N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、在沉积有减反射膜的硅片衬底背面的预定位置上开槽，以形成磷扩散槽区；以及 52、在具有所述磷扩散槽区的所述硅片衬底背面上进行磷扩散，以使所述磷扩散槽区内形成重掺杂，从而形成所述选择性背场。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，采用腐蚀性浆料在沉积有减反射膜的所述硅片衬底背面的所述预定位置上进行开槽。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，采用腐蚀性浆料进行开槽的步骤包括: 511、通过丝网印刷法将所述腐蚀性浆料印刷在所述减反射膜的所述预定位置上； 512、将印刷有所述腐蚀性浆料的所述硅片加热至预定温度并保温；以及 513、对所述硅片进行清洗、烘干，形成所述磷扩散槽区。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S13中采用弱碱性溶液对所述硅片进行清洗。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述弱碱性溶液包括氨水溶液、氢氧化钾溶液、碳酸氢铵溶液和碳酸铵溶液中的一种或多种，优选地，所述弱碱性溶液为氨水溶液，所述氨水溶液的质量浓度为2%?10%。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述预定位置为所述硅片衬底背面上与金属电极相对应的位置。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用POC13作为磷源进行磷扩散，所述磷扩散的温度为810°C?870°C，扩散的时间为5?20分钟，所述POC13的流量为200?800sccm。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，采用激光在所述减反射膜的所述预定位置上开槽，所述激光的功率为0.5?10W，脉冲宽度为IOOps?500ns，波长为300?1600nm，频率为IOOHz?200KHz，光斑的直径为5?100 μ m。
9.一种N型太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括在沉积有减反射膜的硅片衬底背面上形成选择性背场，其中，所述选择性背场为采用权利要求1至8中任一项所述的N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法制作而成。
10.一种N型硅太阳能电池，其特征在于，所述N型硅太阳能电池为采用权利要求9中的制作方法制作而成。
【文档编号】H01L31/068GK103762279SQ201410046279
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月10日 优先权日:2014年2月10日
【发明者】张生利, 郎芳, 史金超, 李高非, 胡志岩, 熊景峰 申请人:英利集团有限公司, 英利能源（中国）有限公司, 保定天威英利新能源有限公司