微纳米绒面太阳能电池的发射极、含有其的太阳能电池、及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种微纳米绒面太阳能电池发射极的制备方法，其特征在于，所述方法为：(1)对于去除损伤层后的硅片，在重掺杂扩散的同时，通入氧气形成磷硅玻璃层；(2)对步骤(1)得到的硅片，部分去除磷硅玻璃层；(3)对步骤(2)得到的硅片，进行反应离子刻蚀；(4)去除非电极区剩余的磷硅玻璃层，或去除全部剩余的磷硅玻璃层。本发明利用一次重掺杂扩散加氧化形成较厚的PSG层作为掩膜层，不需要额外再生长掩膜层；同时，利用剩余的部分PSG层作为保护层，防止RIE直接轰击硅片表面形成损伤层，不需要额外再去损伤层；步骤简单。
【专利说明】
微纳米绒面太阳能电池的发射极、含有其的太阳能电池、及其 制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于太阳能电池制备领域，尤其涉及一种微纳米绒面太阳能电池、微纳米 绒面太阳能电池选择性发射极、含有其的太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池又称为"太阳能芯片"或"光电池"，是一种利用太阳光直接发电的光电 半导体薄片，它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况 下产生电流。
[0003] 太阳能电池的终极目标是降低成本和提高效率。目前标准的太阳能电池生产方式 下，效率的提升已经接近了极限，光伏业界都把目光聚集在了高效电池工艺上。在众多技术 中，选择性发射极结构是p-n结晶体娃太阳能电池生产工艺中有希望实现高效率的方法之 一。所谓选择性发射极结构是:在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区(深掺区），在其 他区域形成低掺杂浅扩散区（浅掺区）。结合其特征，实现选择性发射极结构的关键便是如 何形成上面所说的两个区域。
[0004] 另一方面，为了提高太阳能电池的效率，一方面要从硅衬底的pn结入手，优化其制 备工艺;另一方面要减少入射光的光学反射损失，增强电池对光的有效吸收。常用措施是对 硅衬底材料进行织构化处理、改进栅电极结构或沉积反射薄膜。相对沉积减反射薄膜而言， 绒面处理可以在入射光全波段内实现无选择性的减反射效果。
[0005] 目前针对微纳米绒面太阳能电池发射极的制备工艺流程包括:①去损伤，②RIE形 成纳米绒面，③清洗损伤层，④扩散，⑤清洗PSG AIE直接制绒会对硅衬底造成损伤，现有技 术是通过清洗来去除损伤层，但是一方面清洗去损伤需要增加额外的工艺步骤或者延长工 艺时间，另一方面清洗去损伤同时导致受光面反射率的升高，电池的光电转换效率因此受 限。
[0006] 而针对微纳米绒面太阳能电池选择性发射极，现有技术的制备工艺流程包括:① 损伤层去除，②一次重掺杂扩散，③生长掩膜层，④去除非电极栅线区域掩膜，⑤RIE形成微 纳米绒面同时形成浅结，⑥清洗掩膜及RIE后表面损失层，⑦进行边缘刻蚀、镀膜和印刷测 试，如图1所示。所述方案一次重掺杂扩散后需要单独再生长一层掩膜层;在RIE形成微纳米 绒面及浅结后，还需额外清洗掩膜层以及RIE轰击硅片表面形成的损伤层，步骤较复杂。
[0007] 本领域需要开发一种步骤简单的制备微纳米绒面太阳能电池选择性发射极的制 备方法。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种步骤简单，能够同时得到 具有微纳米绒面的太阳能电池发射极。
[0009] 本发明具体通过如下技术方案实现：
[0010] -种微纳米绒面太阳能电池发射极的制备方法，所述方法为：
[0011] (1)对于去除损伤层后的硅片，在重掺杂扩散的同时，通入氧气形成磷硅玻璃层；
[0012] ⑵对步骤(1)得到的硅片，部分去除磷硅玻璃层；
[0013] (3)对步骤(2)得到的硅片，进行反应离子刻蚀；
[0014] (4)对步骤(3)得到的硅片，去除非电极区剩余的磷硅玻璃层，或去除全部剩余的 磷硅玻璃层。
[0015] 本发明提供的方法为先进行重掺杂扩散，并在重掺杂扩散的同时通入氧气形成较 厚的磷硅玻璃层(PSG)，所述PSG可直接作为掩膜层;之后通过现有技术对PSG进行部分去 除，将其减薄;随后用反应离子刻蚀(RIE)进行刻蚀，此时，由于PSG较薄，RIE在刻蚀掉PSG以 后，进一步对掺杂硅进行刻蚀，得到发射结，并且同时在硅面上形成微纳米绒面。
[0016] 对本发明所述的磷硅玻璃层，其中含有杂质，不适宜作为正面钝化膜，但是对于电 极下的区域，由于电极材料会烧穿介质膜和硅衬底形成欧姆接触，并且电极区本身就是强 复合区，所以电极下的磷硅玻璃可以不去除，当然也可以选择全部去除。
[0017] 当所述微纳米绒面太阳能电池发射极为微纳米绒面太阳能电池选择性发射极时， 所述方法包括如下步骤：
[0018] (1)对于去除损伤层后的硅片，在重掺杂扩散的同时，通入氧气形成磷硅玻璃层；
[0019] (2)对步骤(1)得到的硅片，部分去除浅掺区的磷硅玻璃层；
[0020] (3)对步骤(2)得到的硅片，对浅掺区进行反应离子刻蚀；
[0021] (4)对步骤(3)得到的硅片，去除剩余的磷硅玻璃层。
[0022] 图2给出了本发明微纳米绒面太阳能电池选择性发射极的制备工艺流程图，图2中 的进行边缘刻蚀、镀膜和印刷测试与现有技术的操作一致。
[0023] 本发明提供的方法为一次重掺杂扩散，并在重掺杂扩散的同时通入氧气形成较厚 的磷硅玻璃层(PSG)，所述PSG可直接作为掩膜层;之后通过现有技术对浅掺区的PSG进行部 分去除；随后用反应离子刻蚀(RIE)进行刻蚀，此时，由于浅掺区的PSG较薄，RIE在刻蚀掉浅 掺区的PSG以后，进一步对此区域的掺杂硅进行刻蚀，得到浅掺杂发射结，并且同时在浅掺 区的硅面上形成微纳米绒面;之后通过现有技术除去覆盖在深掺区的剩余的PSG，完成对微 纳米绒面太阳电池选择性发射极的基础制备。
[0024]本发明提供的方法在RIE过程中，重掺区PSG较厚，浅掺区PSG较薄，经过刻蚀后，浅 掺区的PSG被完全刻蚀掉，且有部分之前被遮盖的硅被刻蚀，并经过RIE形成微纳米绒面，在 这个过程中，上述薄层PSG能保护硅衬底，将RIE的损伤降到最低;而重掺区由于覆盖的PSG 较厚，在RIE过程中并不能够完全被刻蚀，因此保护了重掺区的表面，没有形成绒面也没有 形成损伤层，综上，在后续步骤中可以不进行额外的清洗去除损伤。
[0025] 本发明利用一次重掺杂扩散加氧化形成较厚的PSG层作为掩膜层，不需要额外再 生长掩膜层；同时，利用剩余的部分PSG层作为保护层，防止RIE直接轰击硅片表面形成损伤 层，不需要额外再去损伤层;步骤简单；同时也可以避免清洗去损伤导致的反射率上升，制 备得到的微纳米绒面太阳能电池选择性发射极的电性能优异。
[0026] 优选地，步骤(2)所述"部分去除浅掺区的磷硅玻璃层"为将浅掺区的磷硅玻璃层 减薄至反应离子刻蚀的刻蚀厚度以内。
[0027] 优选地，步骤(2)所述"部分去除浅掺区的磷硅玻璃层"为将浅掺区的磷硅玻璃层 减薄至 5 ~8nm，例如 6 · 5nm、7 · 2nm、7 · 7nm 等。
[0028] 优选地，所述重掺杂扩散的方阻为40~70Ω，例如43Ω、47Ω、52Ω、55Ω、58Ω、63 Ω、68 Ω 等。
[0029] 优选地，所述氧气的通入量为5000~lOOOOsccm。
[0030] 步骤(1)所述"形成的磷硅玻璃层"厚度在反应离子刻蚀的刻蚀厚度以外。
[0031 ] 优选地，步骤（1)所述磷娃玻璃层的厚度为30~50nm，例如33nm、37nm、42nm、47nm 等。
[0032] 优选地，步骤（3)所述反应离子刻蚀的条件为：离子源高频射频功率为1000~ 1500W，低频射频功率设置为150~500W，SF 6(六氟化硫)流量设置为600~1000sccm，02流量 设置为1000~1800sccm，Cl2流量设置为400~600sccm，带速为100~160cm/min。
[0033] 优选地，步骤(2)所述"部分去除浅掺区的磷硅玻璃层"的去除方法包括腐蚀性浆 料腐蚀去除或激光刻蚀去除中的任意1种。
[0034] 本发明对步骤（2)所述"部分去除浅掺区的磷硅玻璃层"的去除方法不做具体限 定，任何本领域能够实现"部分去除浅掺区的磷硅玻璃层"的方法均可用于本发明。
[0035] 优选地，步骤(4)所述"去除剩余的磷硅玻璃层"的去除方法包括印刷腐蚀性浆料 去除或激光刻蚀去除。
[0036] 本发明对步骤(2)所述"部分去除浅掺区的磷硅玻璃层"和步骤(3)所述"去除剩余 的磷硅玻璃层"的去除方法不做具体限定，任何本领域能够实现去除磷硅玻璃层的方法均 可用于本发明。
[0037] 本发明目的之二是提供一种如目的之一所述的方法制备得到的微纳米绒面太阳 能电池选择性发射极，所述为纳米绒面的尺寸为100~500nm，例如120nm、150nm、180nm、 21Onm、250nm、280nm、320nm、360nm、380nm、430nm、450nm、480nm等。
[0038] 优选地，所述微纳米绒面太阳能电池选择性发射极具有:重掺杂，方阻范围为40~ 70 Ω ;为浅掺杂，方阻范围为150~250 Ω，表面为微纳米绒面结构的特征。
[0039] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0040] 本发明利用一次重掺杂扩散加氧化形成较厚的PSG层作为掩膜层，不需要额外再 生长掩膜层；同时，利用剩余的部分PSG层作为保护层，防止RIE直接轰击硅片表面形成损伤 层，不需要额外再去损伤层;步骤简单；同时也可以避免清洗去损伤导致的反射率上升，制 备得到的微纳米绒面太阳能电池选择性发射极的电性能优异。
【附图说明】
[0041 ]图1是本领域现有微纳米绒面太阳能电池选择性发射极的制备工艺流程图；
[0042]图2是本发明微纳米绒面太阳能电池选择性发射极的制备工艺流程图。
【具体实施方式】
[0043]为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施 例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0044] 实施例1
[0045] -种为纳米绒面太阳能电池选择性发射极的制备方法，通过对于去除损伤层后的 硅片，在重掺杂扩散的同时，通入氧气形成磷硅玻璃层，具体如下：
[0046] (1)通源，设定温度为770°C，时间为450s，携带POCl3的氮气流量为1500sccm，氧气 流量为llOOsccm，保持压力的氮气流量为22000sccm;
[0047] (2)通源，设定温度为835°C，时间为750s，携带POCl3的氮气流量为1800sccm，氧气 流量为llOOsccm，保持压力的氮气流量为22000sccm;
[0048] (3)推进，设定温度为780°C，时间为1000 s，大氮气流量为22000sccm;
[0049] (4)氧化，设定温度为760°C，时间为2000s，氧气流量为lOOOOsccm，保持压力的氮 气流量为lOOOOsccm，扩散方块方阻在60 Ω，磷硅玻璃厚度为40μπι;
[0050] (5)扩散后的硅片进行PSG部分刻蚀，印刷腐蚀性浆料在硅片非电极区域，静置 2min，超声清洗Imin，盐酸溶液清洗3min，水洗3min，甩干，剩余PSG厚度为6nm;
[00511 (6)反应离子刻蚀，离子源高频射频功率为1300W，低频射频功率设置为300W，SF6 (六氟化硫)流量设置为800sccm，02流量设置为1500sccm，Cl2流量设置为500sccm，带速为 150cm/min，刻蚀后浅掺区方阻为180Ω，重掺区方阻保持60Ω不变，即得到选择性发射极。
[0052] 对比例1
[0053] -种为纳米绒面太阳能电池选择性发射极的制备方法，与实施例1的区别在于不 进行步骤(4)的氧化，且对步骤(5)~(6)进行适应性调整，具体如下：
[0054] (1)通源，设定温度为770°C，时间为450s，携带POCl3的氮气流量为1500sccm，氧气 流量为llOOsccm，保持压力的氮气流量为22000sccm;
[0055] (2)通源，设定温度为830 °C，时间为650s，携带POCl3的氮气流量为1800sccm，氧气 流量为llOOsccm，保持压力的氮气流量为22000sccm;
[0056] (3)推进，设定温度为780°C，时间为1500s，保持压力的氮气流量为22000sccm，扩 散方块方阻在60 Ω ;
[0057] (4)生长掩膜层，掩膜层厚度为70nm;
[0058] (5)印刷腐蚀性浆料，静置15min，腐蚀非电极区域的掩膜层，超声清洗lmin，盐酸 溶液清洗3min，水洗3min，甩干；
[0059] (6)反应离子刻蚀，离子源高频射频功率为1300W，低频射频功率设置为300W，SF6 (六氟化硫)流量设置为800sccm，〇2流量设置为1500sccm，Cl2流量设置为500sccm，带速为 150cm/min，刻蚀后浅掺区方阻为180欧姆，重掺区方阻保持60Ω不变；
[0060] (7)化学法去除反应离子刻蚀表面损伤层及电极区掩膜层，HF酸溶液清洗5min， 0.5 %浓度的NaOH溶液清洗3min，HF+盐酸溶液清洗3min，水洗3min，甩干，化学清洗后，浅掺 区方阻为180 Ω，重掺区方阻保持60 Ω不变，即得到选择性发射极。
[0061 ] 实施例2
[0062] -种为纳米绒面太阳能电池选择性发射极的制备方法，包括如下步骤：
[0063] (1)通源，设定温度为780°C，时间为600s，携带POCl3的氮气流量为1500sccm，氧气 流量为llOOsccm，保持压力的氮气流量为22000sccm;
[0064] (2)通源，设定温度为845°C，时间为900s，携带POCl3的氮气流量为1800sccm，氧气 流量为llOOsccm，保持压力的氮气流量为22000sccm;
[0065] (3)推进，设定温度为780°C，时间为1000s，大氮气流量为22000sccm;
[0066] (4)氧化，设定温度为760 °C，时间为2000s，氧气流量为5000SCCm，保持压力的氮气 流量为lOOOOsccm，扩散方块方阻在40 Ω，磷硅玻璃厚度为50μπι;
[0067] (5)PSG部分刻蚀，印刷腐蚀性浆料在硅片非电极区域，静置2min，超声清洗lmin， 盐酸溶液清洗3min，水洗3min，甩干，剩余PSG厚度为8nm;
[0068] (6)反应离子刻蚀，离子源高频射频功率为1000W，低频射频功率设置为150W，SF6 (六氟化硫)流量设置为600sccm，〇2流量设置为1000 sccm，Cl2流量设置为400sccm，带速为 lOOcm/min，刻蚀后浅掺区方阻为160Ω，重掺区方阻保持40Ω不变，即得到选择性发射极。 [0069] 实施例3
[0070] -种为纳米绒面太阳能电池选择性发射极的制备方法，包括如下步骤：
[0071] (1)通源，设定温度为770°C，时间为450s，携带POCl3的氮气流量为1500sccm，氧气 流量为llOOsccm，保持压力的氮气流量为22000sccm;
[0072] (2)通源，设定温度为830 °C，时间为600s，携带POCl3的氮气流量为1800sccm，氧气 流量为llOOsccm，保持压力的氮气流量为22000sccm;
[0073] (3)推进，设定温度为780°C，时间为1000s，大氮气流量为22000sccm;
[0074] (4)氧化，设定温度为760 °C，时间为2000s，氧气流量为8000SCCm，保持压力的氮气 流量为lOOOOsccm，扩散方块方阻在70 Ω，磷硅玻璃厚度为30μπι;
[0075] (5)PSG部分刻蚀，印刷腐蚀性浆料在硅片非电极区域，静置2min，超声清洗lmin， 盐酸溶液清洗3min，水洗3min，甩干，剩余PSG厚度为5nm;
[0076] (6)反应离子刻蚀，离子源高频射频功率为1000W，低频射频功率设置为150W，SF6 (六氟化硫)流量设置为600sccm，〇2流量设置为1000 sccm，Cl2流量设置为400sccm，带速为 lOOcm/min，刻蚀后浅掺区方阻为200Ω，重掺区方阻保持70Ω不变，即得到选择性发射极。 [0077]性能测试：
[0078] 测试实施例1~3和对比例1得到的为纳米绒面太阳能电池选择发射极的电性能， 测试结果如表1所示：
[0079] 表1为实施例1和对比例1的性能测试结果
[0081] 其中，Voc为开路电压，是当太阳能电池处于开路状态时，对应光电流的大小产生 电动势；
[0082] Isc为短路电流，是光照下的P-N结，外电路短路时，从P端流出，经过外电路，从N端 流入的电流；
[0083] FF为填充因子，定义为FF=[(Im*Vm)/(Isc*Voc)]*100% ;
[0084] EFF为太阳能电池的转化效率，定义为EFF = Pm/MS，即受光照射的太阳能电池的最 大功率与入射到该电池上的全部功率的百分比，M为标准辐照强度lOOOW/m2; S为电池的面 积。
[0085] 从测试结果可以看出，本发明通过在一次重掺杂扩散加氧化形成较厚的PSG层作 为掩膜层，不仅省略了再生长掩膜层的步骤;同时，利用剩余的部分PSG层作为保护层，防止 RIE直接轰击硅片表面形成损伤层，不需要额外再去损伤层;步骤简单；同时也可以避免清 洗去损伤导致的反射率上升，制备得到的微纳米绒面太阳能电池选择性发射极的电性能优 异。
[0086] 实施例4
[0087] -种为纳米绒面太阳能电池发射极的制备方法，包括如下步骤：
[0088] (1)通源，设定温度为780°C，时间为600s，携带POCl3的氮气流量为1500sccm，氧气 流量为llOOsccm，保持压力的氮气流量为22000sccm;
[0089] (2)通源，设定温度为845°C，时间为900s，携带POCl3的氮气流量为1800sccm，氧气 流量为llOOsccm，保持压力的氮气流量为22000sccm;
[0090] (3)推进，设定温度为780°C，时间为1000 s，大氮气流量为22000sccm;
[0091] (4)氧化，设定温度为760°C，时间为2000s，氧气流量为lOOOOsccm，保持压力的氮 气流量为lOOOOsccm，扩散方块方阻在40 Ω，磷硅玻璃厚度为50μπι;
[0092] (5)扩散后的硅片进行PSG部分清洗，HF溶液清洗60s，，盐酸溶液清洗3min，水洗 3min，甩干，剩余PSG厚度为5nm;
[0093] (6)反应离子刻蚀，离子源高频射频功率为1300W，低频射频功率设置为300W，SF6 (六氟化硫)流量设置为800sccm，〇2流量设置为1500sccm，Cl2流量设置为500sccm，带速为 150cm/min，刻蚀后方阻为100Ω，即得到所需的发射极。
[0094]
【申请人】声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程， 但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细 工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进， 对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的 保护范围和公开范围之内。
【主权项】
1. 一种微纳米绒面太阳能电池发射极的制备方法，其特征在于，所述方法为： (1) 对于去除损伤层后的硅片，在重掺杂扩散的同时，通入氧气形成磷硅玻璃层； (2) 对步骤(1)得到的硅片，部分去除磷硅玻璃层； (3) 对步骤(2)得到的硅片，进行反应离子刻蚀； (4) 对步骤(3)得到的硅片，去除非电极区剩余的磷硅玻璃层，或去除全部剩余的磷硅 玻璃层。2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当所述微纳米绒面太阳能电池发射极为 微纳米绒面太阳能电池选择性发射极时，所述方法包括如下步骤： (1) 对于去除损伤层后的硅片，在重掺杂扩散的同时，通入氧气形成磷硅玻璃层； (2) 对步骤(1)得到的硅片，部分去除浅掺区的磷硅玻璃层； (3) 对步骤(2)得到的硅片，对浅掺区进行反应离子刻蚀； (4) 对步骤(3)得到的硅片，去除剩余的磷硅玻璃层。3. 如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述"部分去除浅掺区的磷 硅玻璃层"为将浅掺区的磷硅玻璃层减薄至反应离子刻蚀的刻蚀厚度以内； 优选地，步骤(2)所述"部分去除浅掺区的磷硅玻璃层"为将浅掺区的磷硅玻璃层减薄 至5~8nm〇4. 如权利要求1~3之一所述的制备方法，其特征在于，所述重掺杂扩散的方阻为40~ 70 Ω ； 优选地，所述氧气的通入量为5000~lOOOOsccm; 优选地，步骤(1)所述"形成的磷硅玻璃层"厚度在反应离子刻蚀的刻蚀厚度以外； 优选地，步骤（1)所述磷娃玻璃层的厚度为30~50nm。5. 如权利要求1~4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述反应离子刻蚀的条 件为:离子源高频射频功率为1000~1500W，低频射频功率设置为150~500W，SF 6流量设置 为600~1000sccm，〇2流量设置为1000~1800sccm，Cl2流量设置为400~600sccm，带速为100 ~160cm/min〇6. 如权利要求1~5之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述"部分去除磷硅玻 璃层"的去除方法包括腐蚀性浆料腐蚀去除或激光刻蚀去除中的任意1种； 优选地，步骤(4)所述"去除剩余的磷硅玻璃层"的去除方法包括印刷腐蚀性浆料去除 或激光刻蚀去除。7. -种如权利要求1~6之一所述的方法制备得到的微纳米绒面太阳能电池发射极，其 特征在于，所述为纳米绒面的尺寸为100~500nm。8. -种如权利要求1~6之一所述的方法制备得到的微纳米绒面太阳能电池的选择性 发射极，其特征在于，所述为纳米绒面的尺寸为100~500nm; 所述微纳米绒面太阳能电池选择性发射极具有印刷电极的区域为重掺杂，方阻范围为 40~70 Ω ;非印刷电极的区域为浅掺杂，方阻范围为150~250 Ω，表面为微纳米绒面结构的 特征。9. 一种微纳米绒面太阳电池，其特征在于，所述微纳米绒面太阳电池的电极为权利要 求7所述的微纳米绒面太阳能电池发射极，或权利要求8所述的微纳米绒面太阳能电池的选 择性发射极。10. -种微纳米绒面太阳电池的制备方法，其特征在于，所述微纳米绒面太阳电池的发 射极通过权利要求1~6之一所述的方法制备。
【文档编号】H01L31/18GK106057921SQ201610571334
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月20日
【发明人】王俊, 王栩生, 邢国强
【申请人】苏州阿特斯阳光电力科技有限公司