一种制作选择性掺杂结构的方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种制作选择性掺杂结构的方法。

背景技术：

太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。在常规晶体硅太阳能电池中，为了减少电极和硅片之间的接触电阻，一般要求将方块电阻控制在100ω/sqr以下，但是，此时硅片表面的复合比较大，从而造成了对太阳能电池转换效率的限制。选择性发射极太阳能电池则能很好地解决这一问题。

选择性发射极太阳能电池主要特点是金属化区域高掺杂浓度，光照区域低掺杂浓度，目的是在不降低金半接触质量的前提下提高表面钝化质量，减小表面复合和发射层的复合，提高蓝光波段的量子响应和电池性能。选择性扩散太阳能电池具有良好的金半欧姆接触；金属化区域浓扩散区结深大，烧结过程中金属等杂质不易进入耗尽区形成深能级，反向漏电小，并联电阻高；金属化高复合区域和光照区域分离，载流子复合低；光照区域掺杂浓度低，短波响应好，短路电流密度高；横向高低结前场作用明显，有利于光生载流子收集等优点。

选择性发射极太阳能电池的核心是制作选择性掺杂结构。目前，制作选择性掺杂结构的方法主要包括两步扩散法、激光掺杂法、磷浆扩散法及反向回蚀法。这些方法均存在一定的不足之处。其中，两步扩散法需要经过两次高温过程，对硅片损伤较大，同时工艺过程复杂，难以量产；激光掺杂法难以同时获得低重掺杂区方阻和低轻掺杂区表面浓度；磷浆扩散法难以控制磷浆在高温下的外扩散效应，这种外扩散会影响轻掺杂区域结的质量，同时该方法无法杜绝磷浆本身以及工艺过程中带来的污染。反向回蚀法虽然可以获得较低的轻掺杂区表面浓度，但轻掺杂区的方阻均匀性较难控制，同时该方法涉及到掩膜的印刷和去除，会增加辅料和生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制作选择性掺杂结构的方法。

本发明采取的技术方案为：一种制作选择性掺杂结构的方法，包括以下步骤：

s101、对晶体硅基体的表面作制绒和清洗处理；

s102、使用离子注入机在步骤s101处理后的晶体硅基体的正表面进行离子注入，注入完成后，在晶体硅基体的正表面形成掺杂非晶硅层；

s103、使用激光对步骤s102处理后的掺杂非晶硅层进行局部处理形成重掺杂区域；

s104、将步骤s103处理后的晶体硅基体放入清洗机中，进行化学清洗；

s105、将步骤s104处理后的晶体硅基体放入退火炉中进行高温退火处理。

其中，在步骤s101中，所述晶体硅基体为p型晶体硅基体。

其中，在步骤s102中，注入元素为磷，注入剂量为0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，注入完成后，在p型晶体硅基体的正表面形成掺磷非晶硅层。

其中，在步骤s101中，所述晶体硅基体为n型晶体硅基体。

其中，在步骤s102中，注入元素为磷，注入剂量为0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，注入完成后，在n型晶体硅基体的背表面形成掺磷非晶硅层。

其中，在步骤s102中，注入元素为硼，注入剂量为0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，注入完成后，在n型晶体硅基体的背表面形成掺硼非晶硅层。

其中，所述p型晶体硅基体或n型晶体硅基体的电阻率为0.5～15ω·cm，厚度为50～300μm。

其中，在步骤s104中，进行化学清洗的过程为：

首先将晶体硅基体放入nh4oh/h2o2混合溶液、或hcl/h2o2混合溶液、或hno3溶液，或h2o2水溶液中，温度为25-75℃，时间为2-10分钟；然后将晶体硅基体放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间为2-10分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干；或，

首先将晶体硅基体放入含有臭氧的水溶液中，时间为2-10分钟；然后将晶体硅基体放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间2-10为分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干；或，

首先将晶体硅基体放入hf/h2o2混合溶液中，时间为1-10分钟；然后将晶体硅基体放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间为2-10分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干；或，

首先将晶体硅基体放入hf/hno3混合溶液中，温度为5-15℃，时间为1-10分钟；然后将晶体硅基体放入碱性溶液中去除多孔硅，所述碱性溶液为氢氧化钾溶液，或氢氧化钠溶液，或四甲基氢氧化铵溶液，或乙二胺溶液；再将晶体硅基体放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间2-10分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干。

其中，在步骤s105中，退火的峰值温度为800-1100℃，，退火时间为30-200min，环境气源为n2和o2。

本发明的实施包括以下技术效果：

本发明工艺过程简单，相对使用离子注入进行整面均匀掺杂的工艺，仅增加激光局部处理这一道工序；相对其他制作选择性掺杂结构的方法，本方法激光处理后的重掺杂区域具有更大的结深，因而在金属化后的烧结过程中金属杂质不易进入耗尽区形成深能级，所制电池的反向漏电小，并联电阻高；注入后清洗可去除离子注入形成的表面高损伤层，有利于在退火后形成低表面浓度的高质量的轻掺杂区域，有效减小了表面复合和发射层复合，提高蓝光波段的量子响应，有利于提高所制电池的开路电压和短路电流；使用离子注入可在硅片各区域获得较为均匀的掺杂量，所以本方法所制的轻掺杂区域的方阻均匀性好。

附图说明

图1为本发明实施例的一种制作选择性掺杂结构的方法的流程图。

图2为本发明实施例的一种制作选择性掺杂结构的方法步骤s101后的硅片结构截面示意图。

图3为本发明实施例的一种制作选择性掺杂结构的方法步骤s102后的硅片结构截面示意图。

图4为本发明实施例的一种制作选择性掺杂结构的方法步骤s103后的硅片结构截面示意图。

图5为本发明实施例的一种制作选择性掺杂结构的方法步骤s104后的硅片结构截面示意图。

图6为本发明实施例2的一种制作选择性掺杂结构的方法所制得的重掺杂区域和轻掺杂区域的典型ecv曲线。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1

参见图1至图5所示，本实施例提供的一种制作选择性掺杂结构的方法，包括以下步骤：

s101、选择156mm*156mm的p型晶体硅基体10，并对p型晶体硅基体10的表面作制绒和清洗处理；p型晶体硅基体10的电阻率为0.5-15ω·cm，优选1～5ω·cm；p型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选80～200μm。

s102、使用离子注入机在步骤s101处理后的p型晶体硅基体10的正表面进行离子注入，注入元素为磷，注入剂量为0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，优选1.5×10¹⁵cm^-2～2.5×10¹⁵cm^-2。注入完成后在p型晶体硅基体10的正表面形成掺磷非晶硅层13。完成本步骤后的电池结构如图2所示。

s103、使用激光对掺磷非晶硅层13进行局部处理。激光照射区域的温度会瞬间升至1000℃以上，在高温下，这些区域中的非电活性磷完成了对硅的替位掺杂从而转变为n++重掺杂区域15，同时这些区域中的非晶硅会转变为晶体硅，表面相对掺磷非晶硅层13更加稳定和致密。完成本步骤后的电池结构如图3所示。

s104、将步骤s103处理后的p型晶体硅基体10放入清洗机中，进行化学清洗。完成本步骤后的电池结构如图4所示。化学清洗有两个目的：第一，去除离子注入形成的表面高损伤层；第二，由于n++重掺杂区域15的表面相对掺磷非晶硅层13更加稳定和致密，在清洗过程中，掺磷非晶硅层13更加容易和化学溶液反应，从而被去除的表面厚度更大，而n++重掺杂区域15被去除的厚度很小，这样有利于拉大重掺杂区域和轻掺杂区域的方阻差异。本步骤中的清洗有多种可选方案。

方案1：首先将p型晶体硅基体10放入nh4oh/h2o2的混合溶液中，温度25-75℃，时间2-10分钟；然后将p型晶体硅基体10放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间2-10分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干。

方案2：首先将p型晶体硅基体10放入hcl/h2o2的混合溶液中，温度25-75℃，时间2-10分钟；然后将p型晶体硅基体10放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间2-10分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干。

方案3：首先将p型晶体硅基体10放入hno3溶液中，温度25-75℃，时间2-10分钟；然后将p型晶体硅基体10放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间2-10分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干。

方案4：首先将p型晶体硅基体10放入含有臭氧的水溶液中(diw/o3)，时间2-10分钟；然后将p型晶体硅基体10放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间2-10分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干。

方案5：首先将p型晶体硅基体10放入h2o2水溶液中，温度为25-75℃，时间2-10分钟；然后将p型晶体硅基体10放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间2-10分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干。

方案6：首先将p型晶体硅基体10放入hf/h2o2溶液中，时间1-10分钟；然后将p型晶体硅基体10放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间2-10分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干。

方案7：首先将p型晶体硅基体10放入hf/hno3溶液中，温度为5-15℃，时间1-10分钟；然后将p型晶体硅基体10放入碱性溶液中去除多孔硅，碱性溶液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、四甲基氢氧化铵溶液或乙二胺溶液；然后将p型晶体硅基体10放入hf或hf/hcl混合溶液中，时间2-10分钟；最后使用去离子水进行漂洗并烘干。

s105、将步骤104处理后的p型晶体硅基体10放入退火炉中进行高温退火处理。退火的峰值温度为800～1100℃，优选为850～1000℃，退火时间为30～200min，优选为60～200min，环境气源优选为n2和o2。在退火过程中，掺磷非晶硅层13中非电活性的磷完成对硅的替位掺杂，从而将掺磷非晶硅层13转变为n+轻掺杂区域16，同时n++重掺杂区域15在退火过程中会进行重构，其结深会进一步增加。退火完成后，n+轻掺杂区域16的方阻为100～200ω/sqr，n++重掺杂区域15的方阻为10-40ω/sqr。完成本步骤后的电池结构如图5所示。至此即完成本发明选择性掺杂结构的制备。

实施例2

参见图1至图5所示，本实施例提供的一种制作选择性掺杂结构的方法，包括以下步骤：

s101、选择156mm*156mm的n型晶体硅基体10，并对n型晶体硅基体10的表面作制绒和清洗处理；n型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15ω·cm，优选1～5ω·cm；n型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选80～200μm。

s102、使用离子注入机在步骤s101处理后的n型晶体硅基体10的背表面进行离子注入，注入元素为磷，注入剂量为0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，优选1.5×10¹⁵cm^-2～2.5×10¹⁵cm^-2。注入完成后在n型晶体硅基体10的背表面形成掺磷非晶硅层13。完成本步骤后的电池结构如图2所示。

s103、使用激光对掺磷非晶硅层13进行局部处理。激光照射区域的温度会瞬间升至1000℃以上，在高温下，这些区域中的非电活性磷完成了对硅的替位掺杂从而转变为n++重掺杂区域15，同时这些区域中的非晶硅会转变为晶体硅，表面相对掺磷非晶硅层13更加稳定和致密。完成本步骤后的电池结构如图3所示。

s104和s105参照实施例1中的方案实施，至此获得n++重掺杂区域15和n+轻掺杂区域16，从而完成本发明选择性掺杂结构的制备。

实施例3

参见图1至图5所示，本实施例提供的一种制作选择性掺杂结构的方法，包括以下步骤：

s101、选择156mm*156mm的n型晶体硅基体10，并对n型晶体硅基体10的表面作制绒和清洗处理；n型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15ω·cm，优选1～5ω·cm；n型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选80～200μm。

s102、使用离子注入机在步骤s101处理后的n型晶体硅基体10的前表面进行离子注入，注入元素为硼，注入剂量为0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，优选1.5×10¹⁵cm^-2～2.5×10¹⁵cm^-2。注入完成后在n型晶体硅基体10的背表面形成掺硼非晶硅层13。完成本步骤后的电池结构如图2所示。

s103、使用激光对掺硼非晶硅层13进行局部处理。激光照射区域的温度会瞬间升至1000℃以上，在高温下，这些区域中的非电活性硼完成了对硅的替位掺杂从而转变为p++重掺杂区域15，同时这些区域中的非晶硅会转变为晶体硅，表面相对掺硼非晶硅层13更加稳定和致密。完成本步骤后的电池结构如图3所示。

s104和s105参照实施例1中的方案实施，至此获得p++重掺杂区域15和p+轻掺杂区域16，从而完成本发明选择性掺杂结构的制备。

以实施例2为例，测试了重掺杂区域和轻掺杂区域的ecv曲线。如图6所示，重掺杂区域的方阻为30ω/sqr，其结深达到1.7um，重掺杂区域结深大，金属化后的烧结过程中金属杂质不易进入耗尽区形成深能级，所制电池的反向漏电小，并联电阻高。轻掺杂区域的方阻为175ω/sqr，轻掺杂区域表面浓度低，可提高表面钝化质量，减小表面复合和发射层复合，提高蓝光波段的量子响应，有利于提高所制电池的开路电压和短路电流。

本实施例提供的选择性掺杂结构的制备方法，通过离子注入、激光局部处理、清洗和退火等等一系列操作处理后，可以在晶体硅的表面形成具有重掺杂区域和轻掺杂区域的选择性掺杂结构。本方法工艺过程简单，相对使用离子注入进行整面均匀掺杂的工艺，仅增加激光局部处理一道工序；相对其他制作选择性掺杂结构的方法，本方法激光处理后的重掺杂区域具有更大的结深，因而在金属化后的烧结过程中金属杂质不易进入耗尽区形成深能级，所制电池的反向漏电小，并联电阻高；注入后清洗可去除离子注入形成的表面高损伤层，有利于在退火后形成低表面浓度的高质量的轻掺杂区域，有效减小了表面复合和发射层复合，提高蓝光波段的量子响应，有利于提高所制电池的开路电压和短路电流。使用离子注入可在硅片各区域获得较为均匀的掺杂量，所以本方法所制的轻掺杂区域的方阻均匀性好。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。