专利名称：一种基于纳米压印技术制备晶硅太阳电池局域背接触的方法
一种基于纳米压印技术制备晶硅太阳电池局域背接触的方法
球术领域
本发明涉及太阳电池领域，特别涉及一种制备晶硅太阳电池局域背接触的方法。
背景技术：
开发利用太阳能已成为世界各国可持续发展能源的战略决策。无论是发达国家，还 是发展中国家均制定了中长期发展计划，把光伏发电作为人类未来能源的希望。但作为 社会整体能源结构的组成部分，目前太阳能所占比例尚不足1%，造成这种状况的主要 原因是太阳电池的成本过高。目前，占光伏市场近90。/。的晶硅太阳电池组件的零售价格 仍然在4.83S/Wp，这其中最重要的成本是180-300微米厚的硅片的成本。近年来，硅原 料急剧短缺，价格已经上涨到300美元/公斤以上，使得原料成本己经占据了晶硅电池成 本的绝大部分。此种情况下，除非采用更薄的片子，否则任何降低成本的方法都不能使 晶硅电池的成本有较大程度的下降。因此，薄片化硅电池成为光伏领域中一个重要的研 究方向。
但是，随着硅片厚度的下降，背表面复合对太阳电池性能的影响就变得非常显著。 由于硅与金属之间的接触界面复合速率极高，会使太阳电池效率显著下降，因而，传统 的全背面接触电极，即硅片的整个背面都是背接触电极的结构就不再适合用于薄片化的 硅太阳电池。所以，局域背接触的概念被提出。在实验室中，通常采用光刻工艺在硅片 背面刻出接触区，但是这种方法成本高，产率低，并且只能制作在很小的面积上，因而 并不适合于工业化生产。中国专利申请200510123062.2公开了一种基于丝网印刷工艺的 背面点接触硅太阳电池及其制造方法。但是丝网印刷技术加工精度不高，所制备的接触 点尺寸和间隔仍然过大，利用金属浆料形成的欧姆接触也不完美。目前，更多采用的是 激光烧蚀技术，就是采用激光在硅电池背面烧蚀出几万甚至几十万个背接触点。这种技 术的缺点是如果激光器数量有限，则生产率很低；为了提高产率，必须采用足够多的激 光器，这样，生产成本就大大增加。
"纳米压印"是一种全新的纳米图形复制方法，是由美国普林斯顿大学S. Y. Chou 教授在1995年所提出的一种想法。在此技术中将具有特定图案的标准模版，以压印机 将其施加于镀有高分子光阻层的基板上，待降温后，移除模板，即可在光阻层上形成所 要图案。在信息存储、生物传感器、亚波长光学器件领域，纳米压印曝光技术已成为价
格相对较低、性能可靠、具有量产能力的制备技术。目前国际上纳米压印技术已达到每 英寸500Gbit的信息存储，曝光面积已达到6英寸。纳米压印可望成为一种大面积制备 微纳结构的工业化生产技术。因此，在不显著增加成本的基础上，纳米压印技术有希望 引入到太阳电池制备工艺中，成为制备其中所需微纳结构的有效手段。
发明内容
本发明目的是为了提高硅太阳电池局域背接触的制备精度和产率，并降低制备成 本，提出一种利用纳米压印技术来制备晶硅太阳电池局域背接触的方法。 本发明方法的具体步骤按顺序如下-
(1) 制备用于纳米压印的具有局域背接触'图形的标准模板；
(2) 在晶硅衬底背面淀积介质钝化层；
(3) 采用纳米压印技术将标准模板上的图形转印到晶硅衬底背面的介质钝化层上；
(4) 采用湿化学或者等离子体刻蚀工艺在介质钝化层上刻蚀出直达晶硅衬底背表 面上的局域背接触区；之后，去除起到刻蚀阻挡层作用的聚合层；
(5) 在整个背表面上淀积背接触电极，并通过退火形成背接触电极与晶硅衬底背 表面间的欧姆接触。
本发明步骤1的标准模板可以采用普通光刻、紫外光刻、全息光刻、电子束曝光等 或者它们中的两种或多种相结合的方法来制备。标准模板上的接触区图形是凸起的。纳 米压印的难点和成本在于标准模板的制备，但是，对于硅太阳电池局域背接触来讲，由 于特征尺寸在几百纳米到几十微米量级，相对容易制作， 一块标准模板可以重复使用， 在大规模生产中，制备标准模板所带来的成本就显得微不足道。
步骤2在晶硅衬底背面淀积的介质钝化层，可以是能够钝化晶硅衬底表面的任何物 质，比如非晶硅、氧化硅、氮化硅、氧化铝等，其具体制备方法在太阳电池领域都是所 熟知的。介质钝化层可以是单层的，也可以是多层的。当介质钝化层为多层的时，这些 介质钝化层是逐层淀积的。比如，对于双层的介质钝化层，可以是先淀积一层非晶硅钝 化层，然后再在非晶硅钝化层上淀积一层氮化硅钝化层。淀积钝化层的目的是为了降低 非接触区硅背表面上的复合速率。
步骤3采用的将标准模板上的图形转印到介质钝化层上的纳米压印技术，可以采用 目前纳米压印技术领域内的成熟的技术，比如热压印(HEL)、紫外压印(UV—NIL)、 步进一闪光压印(S — FIL))和微接触印刷(uCP)等。以热压印为例，在介质钝化层表面上 旋涂一层聚合物薄膜，将其放入压印机加热并且把标准模板压在聚合物薄膜上，再把温 度降低到聚合物凝固点附近并且把标准模板与聚合物层相分离，就在介质钝化层上做出
了凹陷的接触区图形，之后如果必要，可以稍作腐蚀以除去凹处边缘残留的聚合物，露 出接触区图形下的介质钝化层表面。
步骤4采用合适的湿化学或者等离子体刻蚀工艺在介质钝化层上刻蚀出直达晶硅衬 底背表面上的局域背接触区。比如，对氧化硅、氮化硅钝化层，可以采用稀的HF溶液 进行刻蚀。此时，纳米压印过程中剩余的聚合物层起到刻蚀阻挡层的作用。刻蚀进行到 露出晶硅衬底背表面或者略微过刻蚀一点儿为止。之后，去除聚合物阻挡层。
步骤5采用常规接触电极制备工艺将背接触电极淀积到背表面上。背接触电极可以 是各种合适的金属，为一些特殊目的，还可以是导电的氧化物，或者它们的叠层结构。 背接触电极透过刻蚀的局域接触区与晶硅衬底背表面接触。然后，对电池进行后续处理， 比如在真空或者惰性或者还原气氛下退火，使背接触电极在局域接触区内与晶硅衬底背 表面之间形成良好的欧姆接触。这里需要注意的，形成欧姆接触的工艺不能破坏非接触 区上介质钝化层的钝化性能。
可选的，为提高太阳电池性能，在晶硅衬底背面上淀积介质钝化层之前，还可以先 制备出背场结构，比如，对于p型硅衬底，可以是铝背场或者硼背场。这些背场结构和 制备技术在太阳电池技术领域是熟知的。
利用本发明的方法，可以提高局域背接触区域的尺寸精度，标准模版的图形可以重 复的转印到大量电池衬底上，从而提高了产率，降低了制备成本。
图l本发明方法的一种工艺流程图。其中，l为标准模板，2为晶硅衬底，3为介质 钝化层，4为聚合物，5为背接触电极。
图2本发明方法的另一种工艺流程图。其中，l为标准模板，2为晶硅衬底，3为介 质钝化层，4为聚合物，5为背接触电极，6为背场结构。
具体实施例方式
以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
本发明制备步骤如下
首先采用普通光刻、紫外光刻、全息光刻、电子束曝光等或者其中的两种或多种相 结合的方法制备标准模板1;然后在晶硅衬底2背面淀积介质钝化层3，所述的介质钝 化层3可以是单层的，也可以是多层的，当介质钝化层3为多层的时，这些介质钝化层 是逐层淀积的，比如，对于双层的介质钝化层3，可以是先淀积一层非晶硅钝化层3a， 然后再在非晶硅钝化层3a上淀积一层氮化硅钝化层3b;再采用纳米压印技术将标准模 板1上的图形转印到介质钝化层3上；接着采用湿化学或者等离子体刻蚀工艺在介质钝
化层3上刻蚀出直达晶硅衬底2背表面上的局域背接触区；之后去除起到刻蚀阻挡层作 用的聚合层4;最后在整个背表面上淀积背接触电极5，对电池进行后续处理，比如在
真空或者惰性或者还原气氛下退火，使背接触电极5在局域接触区内与晶硅衬底2背面
之间形成良好的欧姆接触。
可选的，为提高太阳电池性能，在晶硅衬底2背面上淀积介质钝化层3之前，还可 以先制备出背场结构6，比如，对于p型晶硅衬底，可以是铝背场或者硼背场。 实施例l
如图1所示，步骤1，采用普通光刻技术制备用于纳米压印的具有局域背接触图形 的标准模板1;步骤2，采用等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)设备在晶硅衬底2 背面淀积介质钝化层3;步骤3，采用热压印技术将标准模板1上的图形转印到介质钝 化层3上，具体包括在介质钝化层3表面上旋涂一层聚合物4，将其放入压印机加热 并且把标准模板1压在聚合物4上，再把温度降低到聚合物4凝固点附近并把标准模板 l与聚合物4相分离，最后进行选择性腐蚀去除图形底部残余的聚合物；步骤4，采用 湿化学刻蚀工艺在介质钝化层3上刻蚀出直达晶硅衬底2背表面上的局域背接触区，之 后采用化学腐蚀去除聚合层4;步骤5，采用热蒸发方法在整个背表面上淀积背接触电 极5，并在氢还原气氛下退火，使背接触电极5在刻蚀出的局域背接触区内与晶硅衬底 1背面之间形成欧姆接触。
实施例2
如图2所示，步骤l，采用紫外光刻技术制备用于纳米压印的具有局域背接触图形 的标准模板l;步骤2,采用硼扩散工艺在p型的晶硅衬底2背面制备背场结构6:步骤 3，采用等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)设备在背场结构6表面上淀积介质钝化 层3，包括先淀积非晶硅钝化层3a，然后再在非晶硅钝化层3a上淀积氮化硅钝化层3b; 步骤4，采用热压印技术將标准模板1上的图形转印到介质钝化层3上，具体包括在 介质钝化层3表面上旋涂一层聚合物4，将其放入压印机加热并且把标准模板1压在聚 合物4上，再把温度降低到聚合物4凝固点附近并把标准模板1与聚合物4相分离，最 后进行选择性腐蚀去除图形底部残余的聚合物；步骤5，采用湿化学刻蚀工艺在介质钝 化层3上刻蚀出直达背场结构6表面上的局域背接触区，之后采用化学腐蚀去除聚合层 4;步骤6，采用热蒸发方法在整个背表面上淀积背接触电极5，并在氢还原气氛下退火， 使背接触电极5在刻蚀出的局域背接触区内与背场结构6之间形成欧姆接触。
权利要求
1、一种基于纳米压印技术制备晶硅太阳电池局域背接触的方法，其特征在于制备步骤按顺序包括(1)制备用于纳米压印的具有局域背接触图形的标准模板(1)；(2)在晶硅衬底(2)背面淀积介质钝化层(3)；(3)采用纳米压印技术将标准模板(1)上的图形转印到晶硅衬底(2)背面的介质钝化层(3)上；(4)采用湿化学或者等离子体刻蚀工艺在介质钝化层(3)上刻蚀出直达晶硅衬底(2)背表面上的局域背接触区，之后去除起到刻蚀阻挡层作用的聚合层(4)；(5)在整个背表面上淀积背接触电极(5)，并通过退火形成背接触电极(5)与晶硅衬底(2)背面间的欧姆接触。
全文摘要
一种基于纳米压印技术制备晶硅太阳电池局域背接触的方法。步骤如下制备具有局域接触图形的纳米压印标准模板(1)；在晶硅衬底(2)背面淀积介质钝化层(3)；采用纳米压印技术将标准模板上的图形转移到介质钝化层(3)上；采用湿化学腐蚀或者等离子刻蚀工艺在介质钝化层(3)上刻蚀出直达晶硅衬底(2)表面的局域接触区，去除聚合物层(4)；在整个背表面上淀积背接触电极(5)，背接触电极(5)通过刻蚀出的局域接触区与晶硅衬底(1)之间形成欧姆接触。
文档编号H01L31/18GK101359701SQ20081011996
公开日2009年2月4日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者王文静, 雷 赵 申请人:中国科学院电工研究所