专利名称：一种新型ibc 结构n型硅异质结电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及晶体硅太阳能电池制造领域，具体为一种新型IBC (Interdigitated back-contacted)结构 N 型硅异质结电池。
背景技术：
在能源短缺、环境污染问题日益突出的背景下，发展可再生能源已成为全球的重大课题，利用太阳能则是发展可再生能源的一个重点方向，世界光伏市场在过去十年一直保持着年均30%以上的高速增长，2009年增幅更是达到惊人的152. 8%。产量由2008年的 7. 91GW增至2009年的近20GW。与国外先进电池制备技术相比，我国晶硅太阳电池制备技术还是相对落后，基本流程由在P型N型硅衬底上以制绒、扩散、刻蚀、沉积减反膜、丝网印刷方法制造太阳电池。然而P型晶硅电池受氧的影响会出现性能上的衰退。而N型电池硼含量少，性能的稳定性高于P型晶硅电池。同时由于N型电池的少子寿命更高，这对于制备更高效的太阳电池奠定了基础。目前，现有的N型晶硅太阳电池主要为前发射极N型电池，主要是通过在N型衬底上通过表面硼扩散的方法制备PN结，然后通过丝网印刷，蒸镀等方法制备前电极。但是此种N型晶硅电池前表面的磷原子在紫外光的作用下，仍然可以和衬底中的氧形成硼氧键， 在长时间的紫外光照射下，电池仍有衰退现象，因此不利于太阳电池效率的提升。同时此传统电池的有栅极的遮挡，并且在900度左右的高温硼扩散过程，降低了 N型硅衬底的少子寿命，使得电池效率的进一步提高受到限制。
实用新型内容实用新型目的为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种结构合理， 工艺简单，光电转换率较高的IBC结构的N型异质结电池及其制造方法。技术方案为了实现上述目的，本实用新型所述的一种新型IBC结构N型硅异质结电池，它包括N型硅衬底、氮化硅薄膜、三氧化二铝薄膜、本征非晶硅、P型非晶硅、N型重掺杂区、电池的正极、电池的负极；所述N型硅衬底前表面覆有三氧化二铝薄膜，三氧化二铝层薄膜上覆有氮化硅薄膜；所述N型硅衬底的背表面沉积本征非晶硅和P型非晶硅，本征非晶硅和P型非晶硅上设有凹槽，凹槽底部为N型重掺杂区，凹槽内设有电极负极；P型非晶硅背表面设有电池的正极。本实用新型还公开了一种新型IBC结构N型硅异质结电池的制备方法，该方法的具体步骤如下(a)选择N型硅衬底，且N型硅衬底的电阻率在0.3 Ω+cm到6 Ω+cm之间，少子寿命大于300us ；(b)对N型硅衬底表面绒面化并进行化学清洗；(c)在N型硅衬底的背表面沉积本征非晶硅和P型非晶硅；[0011](d)制备N型重掺杂区；(e)在N型硅衬底的前表面制备三氧化二铝薄膜；(f)在三氧化二铝薄膜的前表面制备氮化硅薄膜；( g)制作电池的正极和负极；(h)退火。本实用新型中所述(b)对N型硅衬底表面绒面化并进行化学清洗的方法为对于 N型硅衬底，采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液在衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，氢氧化钠或氢氧化钾溶液的浓度范围为0. 5% 2. 5% ；随后用盐酸和氢氟酸混合溶液进行清洗；盐酸氢氟酸配比为1:2 1:3 ；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为0. 8% 1. 11表面绒面化的目的是形成由金字塔形状的绒面，增加太阳光在表面的折射次数， 增加光线在硅衬底中的光程，提高太阳光的利用率。化学清洗的目的是去除表面的杂质，为后续的扩散准备。本实用新型中所述步骤(d)制备N型重掺杂区的方法为(dll)开槽采用激光开槽，或印刷腐蚀浆料开槽；(dl2)喷磷源；采用喷洒的方式在N型硅衬底表面涂上一层浓度为5%到10%磷酸；(dl3)激光掺杂用355nm的UV激光在开槽处激光掺杂；(dll)中，激光开槽的方法为采用355nm的UV激光在N型硅衬底的背表面开槽， 去除本征非晶硅和P型非晶硅，开槽的宽度在IOOnm到300nm ；(dll)中，印刷腐蚀浆料开槽的方法为把腐蚀浆料印刷到开槽的位置，去除本征非晶硅和P型非晶硅，开槽的宽度在IOOnm到300nm ；开槽后用纯水把浆料洗掉；磷源的主要作用是为重掺杂N型区提供杂质源，激光掺杂是在开槽的区域形成N 型重掺杂区。本实用新型中所述步骤(d)制备N型重掺杂区的方法还可采用如下方法(d21)喷磷源；采用喷洒的方式在N型硅衬底表面涂上一层浓度为5%到10%磷酸；(d22)开槽、激光掺杂采用355nm的UV激光在对本征非晶硅和P型非晶硅开槽的同时掺杂；掺杂的宽度在IOOnm到300nm。磷源的主要作用是为重掺杂N型区提供杂质源，激光掺杂是在开槽的区域形成N 型重掺杂区。本实用新型中所述步骤(C)在N型硅衬底的背表面沉积本征非晶硅和P型非晶硅的方法为在180°C 250°C的温度下生长IOnm 20nm的本征非晶硅，制备非晶硅的气体是 SiH4 ^PH2，SiH4和H2的比例为1:10 1 1，然后在180°C 250°C的温度下生长IOnm 25nm的P型非晶硅，制备P型非晶硅气体为SiH4、H2和TMB (B (CH3) 3 ;SiH4和H2的比例为1:10 1:200，SiH4和TMB的比例为1:1 1:4。本征非晶硅主要起钝化的作用，P型的非晶硅和本征非晶硅同单晶硅衬底形成异质结。本实用新型中所述步骤(e)在N型硅衬底的前表面制备三氧化二铝薄膜的方法为在400°C的温度下，原子层ALD沉积30nm的三氧化二铝薄膜，ALD所用的源可以是Al (CH3) 3。和H2O,或者O3，或者AlCl3和H2O ；三氧化二铝薄膜所带的负电荷是在1 X IO12 cm—2 至Ij 3 X 1013cm—2。三氧化二铝薄膜主要除起到钝化作用；再则因为三氧化二铝薄膜带负电荷而在前表面诱导出发射极。本实用新型中所述步骤(f)制备氮化硅薄膜的方法为采用等离子化学气相沉积的方法制备73nm到79nm厚的氮化硅薄膜；所用的源是Si (OC2H5) 4，或者SiH4和N2O ；氮化硅薄膜的主要作用是电池的减反射层，同时起到钝化作用。本实用新型中所述(g)制作电池的正极和负极的制作方法为采用蒸镀或丝网印刷的方法在电池的背面做Ag电极；电极的厚度为0. 2um到Ium ；本实用新型中电池的正极和负极全部在电池的背面，主要在电池中起收集电流的作用。本实用新型中所述步骤(h)退火是指电池在150°C到220°C的气氛中退火30分钟到60分钟。有益效果本实用新型与现有技术相比具有如下优点本实用新型中利用激光掺杂和PECVD沉积非晶硅，使得整个过程没有高温扩散过程，最大限度的保留了硅衬底的少数载流子寿命，降低了高温过程对N型硅衬底的损伤；同时IBC结构的电池使得电池片充分利用太阳光谱，最大限度的提高电池的短路电流密度，为更高效的太阳电池提供了发展空间；没有P型重掺区，使得太阳电池的稳定性提高。
图1为本实用新型所述电池的结构剖视图。图2为本实用新型实施例1和2的制备方法流程图。图3为本实用新型实施例3的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。实施例1如图1所示的一种新型IBC结构N型硅异质结电池，包括N型硅衬底1、氮化硅薄膜2、三氧化二铝薄膜3、本征非晶硅4、P型非晶硅5、N型重掺杂区6、电池的正极7、电池的负极8 ；所述N型硅衬底1前表面覆有三氧化二铝薄膜3，三氧化二铝层薄膜3上覆有氮化硅薄膜2 ；所述N型硅衬底1的背表面沉积本征非晶硅4和P型非晶硅5，本征非晶硅 4和P型非晶硅5上设有凹槽，凹槽底部为N型重掺杂区6，凹槽内设有电极负极8 ；P型非晶硅5背表面设有电池的正极7。上述新型IBC结构N型硅异质结电池的制备方法如下(a)选择N型硅衬底，且N型硅衬底的电阻率在6 Ω+cm，少子寿命大于300us ；(b)采用氢氧化钾溶液对N型单晶硅衬底表面绒面化，在N型硅衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，并用盐酸和氢氟酸的混合溶液进行化学清洗；氢氧化钾溶液的浓度范围为2. 5% ；盐酸和氢氟酸混合溶液中，盐酸氢氟酸配比为1:2. 5 ；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为1. 1% ；(c)在N型硅衬底的背表面沉积本征非晶硅和P型非晶硅；在250°C的温度下生长20nm的本征非晶硅，制备非晶硅的气体是SiH4和H2，SiH4和H2的比例为1 1，然后在 2500C的温度下生长IOnm的P型非晶硅，制备P型非晶硅气体为SiH4、H2和TMB (B (CH3) 3 ； SiH4禾口 H2的比例为1:10，SiH4和TMB的比例为1:1 ；(d)制备N型重掺杂区；(dll)开槽采用激光开槽，采用355nm的UV激光在N型硅衬底的背表面开槽，去除本征非晶硅和P型非晶硅，开槽的宽度在220nm ；(dl2)喷磷源；采用喷洒的方式在N型硅衬底表面涂上一层浓度为7%磷酸；(dl3)激光掺杂用355nm的UV激光在开槽处激光掺杂；在开槽的区域形成N型重掺杂区；(e)在N型硅衬底的前表面制备三氧化二铝薄膜；在400°C的温度下，原子层ALD沉积30nm的三氧化二铝薄膜，ALD所用的源可以是 A1(CH3)3。和吐0，三氧化二铝薄膜所带的负电荷是在3X IO13CnT2 ；(f)在三氧化二铝薄膜的前表面制备氮化硅薄膜；采用等离子化学气相沉积的方法制备79nm厚的氮化硅薄膜；所用的源是=SiH4和 N2O5(g)制作电池的正极和负极；采用蒸镀方法在电池的背面做Ag电极；电极的厚度为 0. 2um ；(h)退火在220°C的气氛中退火60分钟。实施例2新型IBC结构N型硅异质结电池的结构同实施例1 ；实施例2中新型IBC结构N型硅异质结电池的制备方法如下(a)选择N型硅衬底，且N型硅衬底的电阻率在5 Ω+cm;(b)采用氢氧化钾溶液对N型单晶硅衬底表面绒面化，在N型硅衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，并用盐酸和氢氟酸的混合溶液进行化学清洗；氢氧化钾溶液的浓度为1. 5% ；盐酸和氢氟酸混合溶液中，盐酸氢氟酸配比为1:2 ；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为0. 9% ；(c)在N型硅衬底的背表面沉积本征非晶硅和P型非晶硅；在200°C的温度下生长12nm的本征非晶硅，制备非晶硅的气体是SiH4和H2，SiH4和H2的比例为1:5，然后在 2200C的温度下生长20nm的P型非晶硅，制备P型非晶硅气体为SiH4、H2和TMB (B (CH3) 3 ； SiH4禾口 H2的比例为1:50, SiH4和TMB的比例为1:2 ；(d)制备N型重掺杂区；(dll)开槽印刷腐蚀浆料开槽，把腐蚀浆料印刷到开槽的位置，去除本征非晶硅和P型非晶硅，开槽的宽度在ISOnm ；开槽后用纯水把浆料洗掉；(dl2)喷磷源；采用喷洒的方式在N型硅衬底表面涂上一层浓度为5%磷酸；(dl3)激光掺杂用355nm的UV激光在开槽处激光掺杂；在开槽的区域形成N型重掺杂区； (e)在N型硅衬底的前表面制备三氧化二铝薄膜； 在400°C的温度下，原子层ALD沉积30nm的三氧化二铝薄膜，ALD所用的源可以是 O3 ；三氧化二铝薄膜所带的负电荷是在5 X IO12 cm-2 ；(f)在三氧化二铝薄膜的前表面制备氮化硅薄膜；采用等离子化学气相沉积的方法制备73nm厚的氮化硅薄膜；所用的源是=SiH4和 N2O ；(g)制作电池的正极和负极；采用丝网印刷的方法在电池的背面做Ag电极；电极的厚度为0. 7um ；(h)退火在200°C的气氛中退火40分钟。实施例3新型IBC结构N型硅异质结电池的结构同实施例1 ；实施例3中新型IBC结构N型硅异质结电池的制备方法如下(a)选择N型硅衬底，且N型硅衬底的电阻率在0.3 Ω+cm;(b)采用氢氧化钾溶液对N型单晶硅衬底表面绒面化，在N型硅衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，并用盐酸和氢氟酸的混合溶液进行化学清洗；氢氧化钾溶液的浓度为0. 5% ；盐酸和氢氟酸混合溶液中，盐酸氢氟酸配比为1:3 ；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为0. 8% ；(c)在N型硅衬底的背表面沉积本征非晶硅和P型非晶硅；在180°C的温度下生长15nm的本征非晶硅，制备非晶硅的气体是SiH4和H2，SiH4和H2的比例为1:1，然后在 1800C的温度下生长IOnm的P型非晶硅，制备P型非晶硅气体为SiH4、H2和TMB (B (CH3) 3 ； SiH4禾口 H2的比例为1:60, SiH4和TMB的比例为1:4 ；(d)制备N型重掺杂区；(d21)喷磷源；采用喷洒的方式在N型硅衬底表面涂上一层浓度为10%磷酸；(d22)开槽、激光掺杂采用355nm的UV激光在对本征非晶硅和P型非晶硅开槽的同时掺杂；掺杂的宽度在IOOnm ；(e)在N型硅衬底的前表面制备三氧化二铝薄膜；在400°C的温度下，原子层ALD沉积30nm的三氧化二铝薄膜，ALD所用的源可以是 AlCl3和H2O;三氧化二铝薄膜所带的负电荷是在2 X IO13CnT2 ；(f)在三氧化二铝薄膜的前表面制备氮化硅薄膜；采用等离子化学气相沉积的方法制备77nm厚的氮化硅薄膜；所用的源是=SiH4和 N2O5(g)制作电池的正极和负极；采用丝网印刷的方法在电池的背面做Ag电极；电极的厚度为Ium ；(h)退火在190°C的气氛中退火30分钟。
权利要求1. 一种新型IBC结构N型硅异质结电池，其特征在于它包括N型硅衬底(1)、氮化硅薄膜(2)、三氧化二铝薄膜(3)、本征非晶硅(4)、P型非晶硅(5)、N型重掺杂区(6)、电池的正极(7)、电池的负极(8)；所述N型硅衬底(1)前表面覆有三氧化二铝薄膜(3)，三氧化二铝层薄膜(3)上覆有氮化硅薄膜(2)；所述N型硅衬底(1)的背表面沉积本征非晶硅(4) 和P型非晶硅(5)，本征非晶硅(4)和P型非晶硅(5)上设有凹槽，凹槽底部为N型重掺杂区(6)，凹槽内设有电极负极(8) ；P型非晶硅(5)背表面设有电池的正极(7)。
专利摘要本实用新型公开了一种新型IBC结构N型硅异质结电池，其中N型硅衬底前表面覆有三氧化二铝薄膜，三氧化二铝层薄膜上覆有氮化硅薄膜；所述N型硅衬底的背表面沉积本征非晶硅和P型非晶硅，本征非晶硅和P型非晶硅上设有凹槽，凹槽底部为N型重掺杂区，凹槽内设有电极负极；P型非晶硅背表面设有电池的正极。本实用新型中利用激光掺杂和PECVD沉积非晶硅，使得整个过程没有高温扩散过程，最大限度的保留了硅衬底的少数载流子寿命，降低了高温过程对N型硅衬底的损伤；同时IBC结构的电池使得电池片充分利用太阳光谱，最大限度的提高电池的短路电流密度；没有P型重掺区，使得太阳电池的稳定性提高。
文档编号H01L31/18GK202134564SQ201120189308
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者张斌, 李晓强, 沙泉, 邢国强, 陶龙忠, 高艳涛 申请人:合肥海润光伏科技有限公司