专利名称：一种实现选择性发射极太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制备高效晶体硅太阳能电池的方法，属于新能 源、半导体光电子学等技术领域。
背景技术：
目前成熟商业化生产的晶体硅太阳能电池以其工艺流程简单，
便于大规模生产等优点迅速发展起来，占据了光伏市场的80%以 上的份额。目前在研究领域，小面积的单晶硅电池的实验室效率已 达到24.7%，在产业领域，常规单晶硅电池的效率为16% — 18%。 传统工艺中，太阳能电池n型发射极表面均匀掺杂，且为了减少接 触电阻、提高电池带负载能力，n型表面掺杂浓度较高。但表面杂 质浓度过高会导致扩散区能带收縮、晶格畸变、缺陷增加、"死层" 明显、电池短波响应差。如何将实验室高效电池的特征通过有效的 经济手段应用到规模化生产中， 一直是太阳能制造商追求的目标， 其中选择性发射结工艺最有望与现行工艺相结合进行规模化生产。 所谓选择性发射结，是指在金属电极下方形成重掺杂(10 20Q/口) 区域而在没有电极的部分形成轻掺杂(80 300Q/口)区域。选择 性发射结的优势在于浅浓度扩散可以减少发射区复合并避免表面 死层的存在，提高了光生载流子的收集率，从而提高了短路电流； 电极部分局部重掺杂可减小电极区复合并形成良好的欧姆接触，减 小串联电阻，提高填充因子。
选择性扩散发射极电池技术原理简单，且通过现有装备已经在 实验室实现，但如何降低制造成本是该技术产业化过程中所面临的 主要挑战。实现选择性发射结的方法有很多种，在实验室高效电池 的制作中通常采用光刻、激光开槽等方法形成。目前实验室最高效 率电池就是采用激光开槽的方法形成了选择性发射结(M.A. Green, et al., Prog. Photovoltaics Res. Appl. 9 (2001) 49)。但其工艺过程 涉及多步高温处理，不仅工艺复杂，成本昂贵，而且难以控制，很 难满足大规模生产的需要。目前很多太阳能制造商都在寻找即能降 低成本、又能大规模生产的方法，比如丝网印刷磷桨法，二次扩散 法，浆料掺杂法等。这几种方法能够在一定程度上减小成本，但是
都存在不足。丝网印刷磷浆法会带来设备污染问题(J. Horzel， J. Szlufcik， J. Nijs, Proc. 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference, May 2000, Clasgow， UK); 二次扩散法，存在电极区域 能否与重掺杂区域完全对准的问题(CN101101936A)。浆料掺杂法， 其思路是在银浆中掺入高浓度的磷源以期望在烧结的过程中能够 有磷进入电极下方区域，实现重掺杂。但是目前发现由于磷激活不 够，效果不太理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、工艺简单、便 于控制，能大规模生产的实现选择性发射极太阳能电池的制作方 法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的实现选择性发射极太阳
能电池的制作方法，其工艺步骤如下先将p型单晶硅或者多晶硅
片在常规扩散炉中进行较低浓度的n型扩散掺杂，获得80 300Q/口 的n型发射极掺杂效果；接着在常规银浆配方的基础上，在浆料中 添加质量含量为5%-0.5%的高纯金属锑微粉，充分混合均匀后作为 锑掺杂银浆；在电池正面采用丝网印刷工艺印刷锑掺杂银浆电极并 烧结。
在所述的含锑的银浆中添加质量含量为0.5% 5%的金或者镍。
所述的锑为高纯〉99.9%的金属锑单质或含锑元素的化合物微 小颗粒。
采用上述技术方案的制备选择性发射结太阳能电池的方法，该 方法核心步骤是调节常规银浆料组分，采用丝网印刷工艺印刷含锑 组分的银浆并烧结，使锑施主杂质掺杂与印刷电极同时完成。和常 规晶体硅电池工艺相比，本发明有所改进的工艺步骤如下先将p 型单晶硅或者多晶硅片在常规扩散炉中进行较低浓度的n型扩散 掺杂，获得80 300Q/口的n型发射极掺杂效果；接着在常规银浆 配方的基础上，在浆料中添加5%-0.5%的高纯金属锑微粉，充分混 合均匀后作为浆料。在电池正面采用丝网印刷工艺刷上特定掺杂后 银浆电极并烧结，在烧结过程中，银浆中的锑施主杂质扩散至硅片 中，在电极区域形成重掺杂区域，从而形成选择性发射结。选择锑 作为n型施主源，主要是单质金属锑源来源方便，且激活温度低。 同时为了进一步提高锑施主的掺杂效果，可以在银浆料中添加适当 的金、或者镍。由于金、镍和硅能形成低熔点的液态共晶相，有助于锑在硅中的扩散、掺杂以及激活。
本发明通过改进银浆料组分，添加锑掺杂源，并通过金、镍的 辅助作用，采用一步丝网印刷、烧结技术实现了太阳能电池的选择 性发射结，提高了太阳能电池的性能。该方法易于实现，设备投资 低，无污染，适用于产业化生产。本发明与其他选择性发射结工艺 相比具有如下优点选择性重掺杂区域掺杂效果好；不增加任何工 艺设备与步骤，与现有工艺完全融合；电极与选择性高掺杂区完全 对准；掺杂银浆对设备无污染。
综上所述，本发明是一种成本低、工艺简单、便于控制，能大 规模生产的实现选择性发射极太阳能电池的制作方法。该技术简单 实用，完全和现有太阳能电池工艺兼容，能明显提高太阳能电池的 光电转换效率，具有广泛的产业化价值。
具体实施例方式
下面结合具体的实例进一步阐述本发明。
实施例1:
1、 选择P型单晶硅片，晶相<100>，电阻率为0.5Q.cm，去除 硅片表面损伤，形成减反表面织构及化学清洗；
2、 采用管式扩散炉，在P0Cl3气氛中进行轻掺杂扩散，扩散 后发射极的方块电阻为100Q/口；
3、 清洗去磷硅玻璃，并采用等离子刻蚀法去除周边及背面PN
结；
4、 沉积氮化硅减反层及表面钝化，氮化硅采用PECVD法沉 积，厚度30nm,并在后序工艺中实现体内缺陷的钝化；
5、 在电池正面采用丝网印刷工艺印刷锑掺杂银漿，金属锑质 量含量为1.0%，掺杂的锑为高纯>99.9%的金属锑单质；
6、 印刷背电极，烧结，烧结采用快速高温烧结。 实施例2:
1、 选择P型单晶硅片，晶相<100>，电阻率为1.0 Q.cm，去 除硅片表面损伤，形成减反表面织构及化学清洗；
2、 采用管式扩散炉，在POCh气氛中进行轻掺杂扩散，扩散 后发射极的方块电阻为200Q/口；
3、 清洗去磷硅玻璃，并用等离子刻蚀法去除周边及背面PN
结；
4、 沉积减反层及表面钝化，先用开管炉生长一层10nm的 SK)2，再在其上沉积50nm的氮化硅，氮化硅采用PECVD法沉积，
并在后序工艺中实现体内缺陷的钝化；
5、 在电池正面采用丝网印刷工艺印刷锑和镍掺杂的银浆，锑 质量含量为5%，掺杂的锑为高纯>99.9%的金属锑单质；镍质量含 量为5%;
6、 印刷背电极，烧结，烧结采用快速高温烧结。 实施例3:
1、 选择P型单晶硅片，晶相<100>，电阻率为10 Q.cm，硅 片经RCA工艺清洗后，制绒得到"金字塔"型织构；
2、 采用管式扩散炉，在POCl3气氛中进行轻掺杂扩散，扩散 后n型发射极的方块电阻为100Q/口；
3、 清洗去磷硅玻璃，并采用等离子刻蚀法去除周边及背面PN
结；
4、 沉积减反层及表面钝化，先用开管炉生长一层10nm的Si02， 再在其上沉积50nm的氮化硅，氮化硅采用PECVD法沉积；
5、 在电池正面采用丝网印刷工艺印刷混合有锑和金的银浆， 锑质量含量为1.0%,掺杂的锑为含锑元素的化合物微小颗粒，金 质量含量为0.5%;
6、 印刷背电极，烧结，烧结采用快速高温烧结。 实施例4:
1、 选择P型多晶硅片，电阻率为1.0 Q.cm，硅片经RCA工 艺清洗、制绒形成表面织构；
2、 采用管式扩散炉，在POCh气氛中进行轻掺杂扩散，扩散 后n型发射极的方块电阻为80Q/口；
3、 清洗去磷硅玻璃，并采用等离子刻蚀法去除周边及背面PN
结；
4、 沉积减反层及表面钝化，先用开管炉生长一层10nm的Si02， 再在其上沉积50nm的氮化硅，氮化硅采用PECVD法沉积；
5、 在电池正面采用丝网印刷工艺印刷混合有锑和金的银浆， 锑质量含量为0.5%,金质量含量为0.5%;
6、 印刷背电极，烧结，烧结采用快速高温烧结。
权利要求
1.一种实现选择性发射极太阳能电池的制作方法，其特征是其工艺步骤如下先将p型单晶硅或者多晶硅片在常规扩散炉中进行较低浓度的n型扩散掺杂，获得80～300Ω/□的n型发射极掺杂效果；接着在常规银浆配方的基础上，在浆料中添加质量含量为5％-0.5％的高纯金属锑微粉，充分混合均匀后作为锑掺杂银浆；在电池正面采用丝网印刷工艺印刷锑掺杂银浆电极并烧结。
2、 根据权利要求1所述的实现选择性发射极太阳能电池的制 作方法，其特征是在所述的含锑组分的银浆中添加质量含量为 0.5% 5%的金或者镍。
3、 根据权利要求1或所述的实现选择性发射极太阳能电池的 制作方法，其特征是所述的锑为高纯>99.9%的金属锑单质或含 锑元素的化合物。
全文摘要
本发明公开了一种实现选择性发射极太阳能电池的制作方法，其工艺步骤如下先将p型单晶硅或者多晶硅片在常规扩散炉中进行较低浓度的n型扩散掺杂，获得80～300Ω/□的n型发射极掺杂效果；接着在常规银浆配方的基础上，在浆料中添加质量含量为5％-0.5％的高纯金属锑微粉，充分混合均匀后作为锑掺杂银浆；在电池正面采用丝网印刷工艺印刷锑掺杂银浆电极并烧结。本发明是一种成本低、工艺简单、便于控制，能大规模生产的实现选择性发射极太阳能电池的制作方法。该技术简单实用，完全和现有太阳能电池工艺兼容，能明显提高太阳能电池的光电转换效率，具有广泛的产业化价值。
文档编号H01L31/18GK101369612SQ200810143090
公开日2009年2月18日 申请日期2008年10月10日 优先权日2008年10月10日
发明者青 万, 棋 周, 易宗凤, 斌 赵 申请人:湖南大学