太阳能电池制备方法及太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种太阳能电池制备方法及太阳能电池。该太阳能电池制备方法包括扩散工艺，所述扩散工艺包括：S1.对预处理后的硅片进行第一次磷扩散，在其上形成N型区以及太阳能电池的PN结结构；S2.对经第一次扩散后的硅片进行第二次磷扩散，增加所述N型区表层的磷浓度。所述扩散工艺之后还包括：在680-720℃温度下，进行1680-1800秒的热处理工艺。本发明至少解决了现有技术中由于物理冶金法提纯得到的多晶硅原始片电阻率较低，而与PN结扩散条件不匹配，造成的开路电压、短路电流和转换效率低的技术问题；同时也较好的解决了电池表面浓度与金属-半导体接触的匹配问题，即提升了欧姆接触的整体性能，降低了电池串联电阻。
【专利说明】太阳能电池制备方法及太阳能电池
【技术领域】
[0001] 本公开涉及光伏设备【技术领域】，尤其涉及一种太阳能电池制备方法及太阳能电 池。
【背景技术】
[0002] 太阳能是一种清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中，大阳 能光伏利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域。为此，人们研制和开发了太阳能电 池。
[0003] 多晶硅片是形成晶体硅太阳能电池的主要载体，多晶硅片一般是由原料硅经过多 步提纯后制片形成。多晶硅片经过去油工艺--去除损伤层--制绒--扩散工艺--周 边刻蚀--去除氧化层--制氮化硅膜--丝网印刷背、正电极--烧结--测试分选等 制得太阳能电池。
[0004] 现有技术中，提纯多晶硅的技术主要有化学法和物理冶金法。随着光伏技术的不 断更新发展，降低成本、提高效率及减少环境污染等需求日益突出，研发低成本、高产能及 环保效益高的多晶硅提纯技术成为重点。化学法提纯多晶硅技术中，需要把多晶硅提纯到 8N-10N以上的纯度，再根据使用需要，对高纯多晶硅熔融掺杂高纯硼，这无疑增大了成本。 而物理冶金多晶硅提纯技术，是用类似于金属的冶炼方法提纯多晶硅，此技术不需化学反 应，特点是产能大、成本低。
[0005] 近些年，很多相关技术厂商以及研发机构都致力于研发物理冶金多晶硅提纯技 术，使得此项技术得到了进一步改善。例如，目前使用物理冶金提纯技术提纯的多晶硅，纯 度已达到6. ON-6. 5N级，已有企业开始小规模生产。而基于物理冶金法的多晶硅太阳能电 池也将随着材料质量不断提高，具有广阔的发展潜力和极具竞争力的市场前景。然而，现有 技术中，在制备基于物理冶金法的多晶硅太阳能电池工艺中，仍存在很多有待改进之处。例 如：
[0006] (1)在物理冶金法提纯多晶硅技术中，主要目的之一是把材料中的基硼降低到所 需的纯度。但因为去除基硼的技术难度较大，所以导致物理冶金法提纯得到的多晶硅中硼 含量略高，因此电阻率低于化学法提纯得到的多晶硅。例如，一般国内通过物理冶金法提 纯得到的多晶硅材料的电阻率为〇. 8-1. 5Ω · cm，明显低于化学法提纯得到的多晶硅材料 1. 8-2. 4Ω · cm的电阻率。
[0007] 这样，如果将现有技术中基于化学法的多晶硅太阳能电池的扩散工艺应用于制作 基于物理冶金法的多晶硅太阳能电池的工艺中，则会出现掺杂浓度与多晶硅原始片的电阻 率明显不匹配的问题，由此导致PN结特性较差，太阳能电池的开路电压和短路电流都较 低。
[0008] (2)为了解决太阳能电池高浓度扩散引起的电池表面"死层"效应，近几年，在制作 太阳能电池的扩散工艺中，不断的降低表面薄层的扩散浓度；这样则造成扩散层的薄层电 阻（方块电阻）不断增大。例如，2010年扩散层方块电阻多为55 Ω/□，目前扩散层方块电 阻已增加到95-100 Ω / □。随着扩散层电阻的不断增大，直接造成硅与银电极欧姆接触的 整体性能变差；而此欧姆接触可能会有较大成分的整流接触，因此会引起太阳能电池的转 换效率下降。
[0009] (3)为提高物理冶金法提纯得到的多晶硅原始片的少子寿命，制作太阳能电池前 会对硅片进行约950°C的高温磷吸杂处理，但是这样会在晶体硅体内产生大量的位错；在 830°C的较高温度扩散，也会导致新的缺陷。这些都会严重影响到基于物理冶金法的多晶硅 太阳能电池的整体性能。
【发明内容】
[0010] 针对现有技术中的部分或者全部问题，本公开提供一种太阳能电池制备方法用于 提升制备的太阳能电池的性能；进一步的，本公开还提供了一种通过该太阳能电池制备方 法制备的太阳能电池。
[0011] 本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开 的实践而习得。
[0012] 根据本公开的一个方面，一种太阳能电池制备方法，包括扩散工艺；所述扩散工艺 包括：
[0013] S1.对预处理后的硅片进行第一次磷扩散，在其上形成N型区以及太阳能电池的 PN结结构；
[0014] S2.对经第一次扩散后的硅片进行第二次磷扩散，增加所述N型区表层的磷浓度。
[0015] 在本公开的一个实施例中，所述第一次磷扩散包括：
[0016] S1L在750-850°C温度下，进行580-620秒的恒定源磷扩散；
[0017] S12.将所述步骤S11中温度升高20-30°C后，进行580-620秒的限定源磷扩散。
[0018] 在本公开的一个实施例中，所述步骤S11中恒定源磷扩散在以下气氛中进行：
[0019] 小氮流量：1180_1250ml/min ;
[0020] 大氮流量：25000-27000ml/min ;
[0021] 氧气流量：950-1050ml/min。
[0022] 在本公开的一个实施例中，所述步骤S12中限定源磷扩散在以下气氛中进行：
[0023] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0024] 在本公开的一个实施例中，所述第二次磷扩散包括：
[0025] S2L在820-830°C温度下，进行700-760秒的恒定源磷扩散。
[0026] 在本公开的一个实施例中，所述步骤S21中恒定源磷扩散在以下气氛中进行：
[0027] 小氮流量：1220-1250ml/min
[0028] 大氮流量：25000-27000ml/min
[0029] 氧气流量：1000-1050ml/min。
[0030] 在本公开的一个实施例中，所述步骤S21之后还包括：
[0031] S22 :进行280-300秒的降温处理；所述降温处理在以下气氛中进行：
[0032] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0033] 在本公开的一个实施例中，所述扩散工艺之后还包括：
[0034] 在680-720°C温度下，进行1680-1800秒的热处理工艺。
[0035] 在本公开的一个实施例中，所述热处理工艺在以下气氛中进行：
[0036] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0037] 根据本公开的另一个方面，一种通过根据上述任意一种太阳能电池制备方法制备 的太阳能电池。
[0038] 本公开的示例实施方式所提供的太阳能电池制备方法及太阳能电池，首先通过将 现有技术中的基于物理冶金法的多晶硅太阳电池的制备方法中单纯的扩散工艺改成分第 一次扩散和第二次扩散两次扩散，解决了现有技术中由于物理冶金法提纯得到的多晶硅原 始片电阻率较低，而与PN结扩散条件不匹配，造成的开路电压、短路电流和转换效率低的 技术问题；同时也较好的解决了电池表面浓度与金属-半导体接触的匹配问题，即提升了 欧姆接触的整体性能，降低了电池串联电阻，为基于物理冶金法的多晶硅太阳电池的推广 提供了有力的技术支持。此外，通过将扩散工艺与后续的热处理工艺相结合，在扩散工艺结 束后，直接降温对电池进行热处理，解决了因高温磷吸杂和扩散引起太阳能电池体内微结 构变差的问题，在一定程度上消除太阳能电池体内的部分缺陷，改善了太阳能电池的晶体 结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得 更加明显。
[0040] 图1是本公开示例实施方式中一种太阳能电池制备方法的流程示意图；
[0041] 图2A-2B是本公开示例实施方式中一种太阳能电池制备方法的工艺过程示意图。
[0042] 附图标记说明：
[0043] 10 :P 型硅片
[0044] 20 :PN 结结构
[0045] 31 :N 型区
[0046] 32 :N+ 层
[0047] 40 :银电极
[0048] S1-S3 :步骤
【具体实施方式】
[0049] 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形 式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将 全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附 图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
[0050] 此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施 例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而， 本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更 多，或者可以采用其它的方法、材料、组元等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或 者操作以避免模糊本公开的各方面。
[0051] 本示例实施方式中首先提供了一种太阳能电池制备方法。该太阳能电池制备方法 中，首先将现有技术中一次扩散工艺改成两次扩散工艺的组合，从而更加适用于基于物理 冶金法的多晶硅太阳电池的制备。具体而言，如图1中所示，本示例实施方式中，所述扩散 工艺包括：
[0052] S1.如图2A中所示，对预处理后的硅片进行第一次磷扩散，在其上形成N型区31 以及太阳能电池的PN结结构20 ;本示例实施方式中，所述硅片优选为基于物理冶金法的多 晶硅。第一次扩散工艺的主要目的是形成基于物理冶金法的多晶硅太阳电池的PN结。例 如该步骤可以包括：
[0053] S11.对经过低温退火、氧化处理等预处理工艺的P型硅片10在扩散炉中首先进行 恒定源扩散，恒定源磷扩散优选在750-850°C温度下进行，持续时间约为580秒至620秒。 并且，经过发明人的多次实践验证，发现恒定源磷扩散在800°C温度下进行，且持续时间为 600秒时，整体效果最佳。
[0054] S12.接着在所述步骤S11停源后，升高温度，进行限定源扩散。例如，将所述步骤 S11中温度升高20-30°C后，进行580秒至620秒的限定源磷扩散，形成N型区31以及太阳 能电池的PN结结构20。并且，经过发明人的多次实践验证，发现限定源磷扩散持续时间为 600秒时，整体效果最佳。
[0055] 为了解决太阳能电池高浓度扩散引起的电池表面"死层"效应，步骤S1中的扩散 浓度通常较低；这样则造成扩散层的薄层电阻（方块电阻）不断增大；而随着扩散层电阻 的不断增大，则会造成硅与银电极40欧姆接触的整体性能变差。因此在本示例实施方式 中，在所述步骤S1之后还包括：
[0056] S2.如图2B中所示，对经第一次扩散后的硅片进行第二次磷扩散，增加所述N型 区31表层的磷浓度，从而可以使得使电池表面与银电极40形成良好金属-半导体的欧姆 接触，降低太阳能电池的串联电阻，进而提升太阳能电池的转换效率。具体而言，第二次磷 扩散的温度优选高于第一次磷扩散，而且优选加大磷源流量，如此就可以提高太阳能电池 N 型区31 (发射区）表层的磷浓度，使N型区31最上面薄层形成扩散浓度相对较高重掺杂N+ 层32且不影响PN结结构20实际的磷扩散浓度，从而部分弥补太阳能电池表面磷浓度低的 劣势，在一定程度改善太阳能电池表面的欧姆接触性能。例如该步骤可以包括：
[0057] S21.对经过步骤S1之后得到的硅片进行恒定源扩散。该恒定源磷扩散优选在 820-830°C温度下进行，持续时间约为700秒至760秒。在步骤S2中，之所以进行短时间的 限定源扩散，是为了防止该步骤中扩散的磷过多深入步骤S1中形成的N型区31表层之下， 而大幅度改变步骤S1中磷扩散的浓度。
[0058] 由上可知，步骤S1和步骤S2中磷扩散的浓度、温度均不同，从而既可以避免引起 太阳能电池表面"死层"效应，满足扩散制结的要求，又可以降低表面扩散电阻，使得使太阳 能电池表面与银电极40形成良好金属-半导体的欧姆接触。
[0059] 为改善高温磷吸杂、扩散带来的太阳能电池体内的新缺陷，解决其造成的太阳能 电池微结构变差的问题，本示例实施方式中还在扩散工艺之后增加了一定时间的热处理工 艺，从而在一定程度上修复由于高温磷吸杂、扩散造成太阳能电池微结构变差的问题，同时 也可以降低因高温引起电池片翘曲和隐裂的几率。具体而言，在扩散工艺之后的热处理工 艺可以包括：
[0060] S3.在680-720°C温度下，进行1680-1800秒的热处理工艺。并且，经过发明人的 多次实践验证，发现该热处理工艺持续时间为1800秒时，整体效果最佳。
[0061] 此外，太阳能电池的光衰减与太阳能电池体内氧浓度有密切的关系，氧浓度高会 造成太阳能电池的光衰减增大，所以要尽量降低太阳能电池的体内的氧含量；而在整个太 阳能电池制作过程中，扩散工艺通氧最多。因此，本示例实施方式中，为了降低太阳能电池 的光衰减，需要特别注意在扩散工艺中保证扩散质量的前提下，降低氧气流量；而且，在热 处理工艺过程则优选不通氧气，只通一定量的氮气。
[0062] 举例而言，本示例实施方式中，各步骤中的工艺条件参数可以如下：
[0063] 所述步骤S11 (恒定源磷扩散）中工艺条件参数可以为：
[0064] 磷源：高纯液态三氯氧磷（PC103);
[0065] 时间：600 秒；
[0066] 温度：800°C ;
[0067] 小氮（携带液态磷源）流量：1180-1250ml/min (可根据硅片的电阻率调整）；
[0068] 大氮流量：25000-27000ml/min (可根据源瓶的磷源量微调）；
[0069] 氧气流量：950-1050ml/min(可根据通磷源量微调）。
[0070] 所述步骤S12(限定源磷扩散）中工艺条件参数可以为：
[0071] 时间：600 秒；
[0072] 石英管内各温区的温度：炉口 842-846°C、温区二829-832°C、温区三820-824°C、 温区四 820-822°C、炉尾 822-830°C ;
[0073] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0074] 所述步骤S21 (恒定源磷扩散）中工艺条件参数可以为：
[0075] 时间：700-760 秒；
[0076] 石英管内各温区的温度：炉口 842-846°C，温区二829-832°C，温区三820-824°C， 温区四820-822°C，炉尾822-830°C (不同扩散炉管可微调）；
[0077] 小氮（携带液态磷源）流量：1220_1250ml/min ;
[0078] 大氮流量：25000-27000ml/min ;
[0079] 氧气流量：1000-1050ml/min。
[0080] 在本公开的一个实施例中，所述步骤S21之后还可以包括：
[0081] S22 :进行280-300秒的降温处理；所述步骤S12中工艺条件参数可以为：
[0082] 各温区的温度：炉口 832-836°C、温区二819-822°C、温区三810-814°C、温区四 810-812°C、炉尾 812-820°C ;
[0083] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0084] 在扩散工艺之后的所述热处理工艺的工艺条件参数可以为：
[0085] 温度：680-700 ? ;
[0086] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0087] 最后，分别用RTS-4型四探针测试仪和WT-1200型少子寿命测试仪测试对得到的 太阳能电池进行测试，得到的测试结果如下：
[0088] 扩散后平均薄层电阻：78-85 Ω /□;
[0089] 平均少子寿命：4· 886-5. 310 μ s。
[0090] 将本不例实施方式中的太阳能电池制备方法应用于规格为156*156mm的基于物 理冶金法的多晶硅太阳电池的小规模生产中，得到的产品测试结果表明：太阳能电池的开 路电压（Uoc)平均提高3-7mV，短路电流（Isc)平均提高100-200mA，串联电阻（Rs)平均降 低0· 6πιΩ，转换效率平均值（η)从17. 01%提高至17. 40%以上，光衰减可降低到0· 1% (标准光衰条件，连续光照72小时）。
[0091] 可以看出，通过本示例实施方式中的太阳能电池制备方法制备的太阳能电池的性 能明显得到改善。因此，本示例实施方式中还提供了一种通过根据上述任意一种太阳能电 池制备方法制备的太阳能电池。
[0092] 综上所述，本发明中的太阳能电池制备方法及通过该方法制备的太阳能电池中主 要将现有技术中的基于物理冶金法的多晶硅太阳电池的制备方法中单纯的扩散工艺改成 分第一次扩散和第二次扩散两次扩散，又与后续的热处理工艺相结合。采用本发明中方法 制作的基于物理冶金法的多晶硅太阳电池的性能明显得到改善。例如：
[0093] 1)太阳能电池的开路电压（平均值）从现有的0· 625-0. 630V提高到 0· 630-0. 633V，短路电流（平均值）从原来的8. 18-8. 30Α提高到8. 35-8. 44Α。
[0094] 2)具有良好的欧姆接触扩散：烧结后太阳能电池的平均串联电阻从原来的 3. 0-3. 3m Ω 降低到 2. 4-2. 7m Ω。
[0095] 3)降低了太阳能电池的光衰减：整个扩散过程的氧气量，通氧量都较低；因此太 阳能电池体内的氧浓度较低，所以电池片的光衰减可降到0. 1%。
[0096] 4)通过最后的低温热处理工艺，改善了由于高温等原因引起的太阳能电池晶体结 构变差的情况。
[0097] 本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。 必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反地，在不脱离本公开的精神和 范围内所作的更动与润饰，均属本公开的专利保护范围。
【权利要求】
1. 一种太阳能电池制备方法，包括扩散工艺；其特征在于，所述扩散 工艺包括：
51. 对预处理后的硅片进行第一次磷扩散，在其上形成N型区以及太阳能电池的PN结 结构；
52. 对经第一次扩散后的硅片进行第二次磷扩散，增加所述N型区表层的磷浓度。
2. 根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述第一次磷扩散包括：
511. 在750-850°C温度下，进行580-620秒的恒定源磷扩散；
512. 将所述步骤S11中温度升高20-30°C后，进行580-620秒的限定源磷扩散。
3. 根据权利要求2所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述步骤S11中恒定源磷 扩散在以下气氛中进行： 小氮流量：1180-1250ml/min ; 大氮流量：25000-27000ml/min ; 氧气流量：950-1050ml/min。
4. 根据权利要求2所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述步骤S12中限定源磷 扩散在以下气氛中进行： 大氮流量：20000-22000ml/min。
5. 根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述第二次磷扩散包括： S21.在820-830°C温度下，进行700-760秒的恒定源磷扩散。
6. 根据权利要求5所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述步骤S21中恒定源磷 扩散在以下气氛中进行： 小氮流量：1220-1250ml/min 大氮流量：25000-27000ml/min 氧气流量：1000_1050ml/min。
7. 根据权利要求5所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述步骤S21之后还包 括： S22 :进行280-300秒的降温处理；所述降温处理在以下气氛中进行： 大氮流量：20000-22000ml/min。
8. 根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述扩散工艺之后还包 括： 在680-720°C温度下，进行1680-1800秒的热处理工艺。
9. 根据权利要求8所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述热处理工艺在以下 气氛中进行： 大氮流量：20000-22000ml/min。
10. -种通过根据权利要求1-9任意一项所述的太阳能电池制备方法制备的太阳能电 池。
【文档编号】H01L31/18GK104157736SQ201410403111
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】和江变, 郭凯华, 郭永强, 倪明镜, 段敏, 李健 申请人:内蒙古日月太阳能科技有限责任公司, 内蒙古大学