专利名称：硼铝共掺背面场硅太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池器件制造技术领域，尤其涉及一种硼铝共掺背面场硅太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
晶体硅太阳电池是目前产量最大、应用最广的光伏产品，P型晶体硅太阳能电池占据了全球80%的光伏市场。晶体硅太阳能电池一般是由金属栅线电极、钝化减反膜、发射极、硅衬底、背面场和背电极所组成，形成n+/p/p+的结构。其中，由于背面场在电池的背面形成了 PP+高低结，明显降低了少数载流子在背表面的复合速度，提高电池的开路电压，故它是提高太阳能电池效率必不可少的工艺方法。目前工业生产普遍采用的是硅铝合金的方法制备太阳能电池的背面场。该方法工艺简单，成本较低，且在烧结的过程中铝能起到吸杂的作用，可以进一步提高衬底的少子寿命。但是，由于铝在硅中的固溶度较低，铝背场中铝的掺杂浓度只能达到3X1018/cm3，或者更低，这就限制了铝背场的作用，很难使电池特性 得到进一步的提高。故我们需要寻找一种新方法来提高背面场的掺杂浓度，进而提高太阳能电池的开路电压。由于硼在硅中的固溶度要远高于铝在硅中的固溶度，故采用硼的掺杂可以提高背面场掺杂浓度。传统的高温扩散的方法制备硼背场需要较高的温度和较长的时间，这不但会降低衬底的质量而且还会大大提高电池的制备成本，故是不可取的。目前，在太阳能电池制备过程中，离子注入技术开始受到更多的关注。它有诸如不受靶材料固溶度的限制、可实现大面积均匀的掺杂、可精确的控制掺杂的数量和掺杂浓度等优点。但是，离子注入会产生严重的晶格缺陷，需后续复杂的退火过程进行缺陷消除和杂质的激活，这增加了电池制备的难度和成本。Lolgen等验证了硼原子可以在850°C条件下，通过常规的铝背场烧结的过程掺入到背面场中，形成硼铝共掺背面场。他们采用的是将I %的硼粉掺入到铝浆中，再进行常规的烧结过程。这种方法可以使硼的掺杂浓度达到3X IO1Vcm3，铝的掺杂浓度达到3X1018/cm3。但是该方法存在如下缺点硼粉难以在铝浆中实现均匀的分布，这会导致背面场硼掺杂的不均匀；烧结过程中，硼需要一定的时间才能扩散到铝硅液相态中，而烧结的过程一般只需要数十秒，这难以保证硼能充分的掺入背面场中。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种硼铝共掺背面场硅太阳能电池及其制备方法，该方法通过硼离子注入和硅铝合金相结合的方法来实现背面场的硼铝共掺，可以提高背面场的掺杂浓度，降低背表面的复合速度，从而提高太阳能电池的开路电压。具有易实现、成本低、效果好的优点。本发明提供一种硼铝共掺背面场硅太阳能电池，包括一 P型硅衬底；
一 η型发射极，该η型发射极位于P型硅衬底上；一迎光面钝化层，该迎光面钝化层生长在η型发射极上，该迎光面钝化层上开有电极窗口 ；一金属栅线电极，该金属栅线电极制作在迎光面钝化层上的电极窗口内，该金属栅线电极与η型发射极接触；一硼铝共掺背面场，该硼铝共掺背面场制作在P型硅衬底的下面；一金属背电极，该金属背电极制作在硼铝共掺背面场的下面。本发明还提供一种硼铝共掺背面场硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤步骤I :在P型硅衬底的正面制作η型发射极；
步骤2 :在P型硅衬底的背面形成硼的重掺杂；步骤3 :在η型发射极的正面制备迎光面钝化层，该迎光面钝化层上开有电极窗Π ；步骤4 :在P型硅衬底硼重掺杂面进行硅铝合金，形成硼铝共掺背面场；步骤5 :在迎光面钝化层的正面制作金属栅线电极，该金属栅线电极通过迎光面钝化层的电极窗口与η型发射极接触；步骤6 :在硼铝共掺背面场的背面制作金属背电极。从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果I、利用本发明，可以省去硼离子注入后的复杂的退火过程，铝背场烧结过程中对硅的再结晶过程起到了对注入损伤层的修复，同时形成硼和铝的共掺，提高背面场的掺杂浓度，从而提高太阳能电池的开路电压，提高电池的效率。2、利用本发明，设备上仅增加一台离子注入机，工艺上仅增加一步硼离子注入，与现有电池的制备工艺相兼容。
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图对本发明进行详细说明，其中图I是硼铝共掺背面场硅太阳能电池的第一实施例结构示意图；图2是硼铝共掺背面场硅太阳能电池的第二实施例结构示意图；图3是硼铝共掺背面场硅太阳能电池的制备方法流程图。
具体实施例方式请参阅图I及图2，本发明提供一种硼铝共掺背面场硅太阳能电池，包括P型硅衬底1，该P型硅衬底I为单晶硅片或多晶硅片。η型发射极2，该η型发射极2位于ρ型硅衬底I上，该η型发射极2可通过高温磷扩散或磷离子注入的方法形成。该η型发射极2的表面掺杂浓度为I X IO18-I X IO2Vcm3,掺杂深度为O. 2-2 μ m。迎光面钝化层3，该迎光面钝化层3生长在η型发射极2上，用于钝化η型发射极2的表面悬挂键，降低电池前表面的复合。该迎光面钝化层3上开有电极窗口，用于η型发射极的电极接触。该迎光面钝化层3可以为SiO2或SiNx，SiO2通过高温热氧化或PECVD的方法形成，SiNx通过PECVD的方法形成。 金属栅线电极4，该金属栅线电极4制作在迎光面钝化层3上的电极窗口内，该金属栅线电极4通过迎光面钝化层3上的电极窗口与η型发射极2接触。该金属电极4为银(Ag)、铝(Al)、钛(Ti)、钯(Pd)、铬(Cr)、金(Au)、镍(Ni)和铜(Cu)中的一种或多种金属，用于正面电极的引出。硼铝共掺背面场5，该硼铝共掺背面场5制作在ρ型硅衬底I的下面，该硼铝共掺背面场5为层状结构(参阅图I)或为局域点状结构(参阅图2)。该硼铝共掺背面场5为局域点状结构时，在P型硅衬底I的背面无硼铝共掺背面场5的区域制备钝化膜7，该钝化膜7上开有多个透孔，该透孔与硼铝共掺背面场5对应，硼铝共掺背面场5通过该透孔与金属背电极6接触。所述硼铝共掺背面场5硼的掺杂峰值浓度为lX1019-5X102°/cm3，掺杂深度为1-20 μ m;铝的掺杂峰值浓度为lX1018-2X1019/Cm3，掺杂深度为1_20 μ m。所述钝化膜7的材料为SiO2或Al2O3,或Al203/SiNx、Si02/SiNx双层钝化膜。金属背电极6，该金属背电极6制作在硼铝共掺背面场5的下面，用于背面电极的 引出。当硼铝共掺背面场5为层状结构时(参阅图I)，金属背电极6全部与硼铝共掺背面场5接触；当硼铝共掺背面场5为局域点状结构时(参阅图2)金属背电极6通过钝化膜7上的透孔与硼铝共掺背面场5接触。该金属背电极6为银(Ag)、铝(Al)、钛(Ti)、钯(Pd)、铬(Cr)、金(Au)、镍(Ni)和铜(Cu)中的一种或多种金属。请参阅图3并结合参阅图I及图2，本发明提供一种硼铝共掺背面场硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤步骤I :在ρ型硅衬底I的正面制作η型发射极2，并以此形成电池的ρη结。将硅片放入高温扩散炉的石英管内，在810-880°C高温下，以高纯氮气携带三氯氧磷进入石英炉管内，使磷原子通过扩散进入到P型硅衬底I的表面，通过控制扩散的温度、通磷源的时间和再分布时间，可以获得表面掺杂浓度为I X IO18-I X IO2Vcm3,掺杂深度为O. 2_2 μ m的η型发射极2。另外，本实施例还可以通过磷离子注入形成η型发射极2，磷离子注入在室温条件下进行，注入的剂量为I X IO14-I X IO1Vcm2,能量为5-lOOkeV，此时形成的磷掺杂深度较浅，集中在P型硅衬底I的表面，且注入层存在晶格损伤，故磷离子注入后需进行高温退火以消除注入损伤和激活杂质离子。高温退火可以采用红外快速退火炉，退火温度为700-1000°C，时间为5-120s ;也可以采用常规慢速退火炉，退火温度为700-1000°C，时间为10_120min。步骤2 :在ρ型硅衬底I的背面形成硼的重掺杂。硼的重掺杂是采用硼离子注入的方法，硼离子注入在室温下进行，注入的剂量为5X1014-5X1016/cm2，能量为50_500keV，此时形成的硼的掺杂较重，深度较浅。步骤3 :在η型发射极2的正面制备钝化层3，该钝化层3上开有电极窗口，用于用于η型发射极的电极接触。迎光面钝化层3可以为PECVD方法形成的SiNx薄膜，厚度为70-80nm,也可以为高温热氧化或PECVD的方法形成的SiO2薄膜，厚度为lOO-llOnm。迎光面钝化层3同时起到钝化η型发射极2表面的悬挂键和降低电池表面光反射的作用。步骤4 :在ρ型硅衬底I硼重掺杂面进行硅铝合金，形成硼铝共掺背面场5。该硼铝共掺背面场5为层状结构(参阅图I)或为局域点状结构(参阅图2)，该硼铝共掺背面场5中硼的掺杂峰值浓度为I X 1019-5 X IO2Vcm3,掺杂深度为1_20 μ m ;铝的掺杂峰值浓度为I X 1018-2 X IO1Vcm3,掺杂深度为1_20 μ m。该硼招共掺背面场5为局域点状结构时,在娃铝合金之前，需在P型硅衬底I的背面无硼铝共掺背面场5的区域制备一层钝化膜7，该钝化膜7用于钝化ρ型硅衬底I的背表面无硼铝共掺背面场5的区域的悬挂键。该钝化膜7上开有多个透孔，该透孔与硼铝共掺背面场5对应，可以使硼铝共掺背面场5与金属背电极6接触。该透孔可以采用光刻或激光辐照的方法形成。该钝化膜7的材料为SiO2或Al2O3,或Al203/SiNx、Si02/SiNx双层钝化膜。所述SiO2可以采用热氧化或PECVD的方法形成，所述Al2O3可以采用原子层沉积的方法形成，所述SiNx采用PECVD的方法形成。单层SiO2钝化膜7的厚度为50-200nm ;单层Al2O3钝化膜7的厚度为5_60nm ;Al203/SiNx双层钝化膜7中Al2O3 厚度为 5-50nm，SiNx 厚度为 50_100nm ；Si02/SiNx双层钝化膜 7 中 SiO2 厚度为 10_50nm，SiNx厚度为50-100nm。所述在硼重掺杂面进行硅铝合金的方法为先采用丝网印刷、热蒸发或磁控溅射，在硼重掺杂面形成铝膜，再通过高温烧结形成硼铝共掺背面场5。所述的烧结方式为常规慢速烧结炉，烧结峰值温度为700-100(TC ;或红外快速烧结炉烧结，烧结的峰值温度为700-100(TC ;或脉冲激光烧结，脉冲激光为脉冲宽度在飞秒、皮秒和纳秒数量级的大功率激光，其单脉冲功率密度在IO-IOOOmJ/cm2之间，其波长在266_1064nm之间。
步骤5 :在迎光面钝化层3的正面制作金属栅线电极4。该金属栅线电极4通过迎光面钝化层3上的电极窗口与η型发射极2接触，用于正面电极的引出。金属栅线电极4可以采用热蒸发或磁控溅射方法形成，为银(Ag)、铝(Al)、钛(Ti)、钯(Pd)、铬(Cr)、金(Au)、镍(Ni)和铜(Cu)中的一种或多种金属，此时需先采用光刻和氢氟酸缓冲液腐蚀的方法形成迎光面钝化层3上的电极窗口，再进行金属蒸镀和剥离工艺来形成金属栅线电极4 ;也可以采用丝网印刷银浆的方法形成金属栅线电极4，此时直接在迎光面钝化层3上丝网印刷银浆，再高温烧结使银浆穿透迎光面钝化层3，使金属栅线电极4与η型发射极2接触，此时不需单独进行迎光面钝化层3上的电极窗口的制备。步骤6 :在硼铝共掺背面场5的背面制作金属背电极6，用于背面电极的引出。金属背电极6可以采用热蒸发、磁控溅射或丝网印刷的方法形成，为银(Ag)、铝(Al)、钛(Ti)、钯(Pd)、铬(Cr)、金(Au)、镍(Ni)和铜(Cu)中的一种或多种金属。以上所述的具体实施方式
，对于本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种硼铝共掺背面场硅太阳能电池，包括 一 P型娃衬底； 一 η型发射极,该η型发射极位于P型娃衬底上； 一迎光面钝化层，该迎光面钝化层生长在η型发射极上，该迎光面钝化层上开有电极窗口 ； 一金属栅线电极，该金属栅线电极制作在迎光面钝化层上的电极窗口内，该金属栅线电极与η型发射极接触； 一硼铝共掺背面场，该硼铝共掺背面场制作在P型硅衬底的下面； 一金属背电极，该金属背电极制作在硼铝共掺背面场的下面。
2.根据权利要求I所述的硼铝共掺背面场硅太阳电池，其中硼铝共掺背面场为层状结构或为局域点状结构。
3.根据权利要求2所述的硼铝共掺背面场硅太阳电池，其中硼铝共掺背面场为局域点状结构时，在P型硅衬底的背面无硼铝共掺背面场的区域制备钝化膜，该钝化膜上开有多个透孔，该透孔与硼铝共掺背面场对应。
4.根据权利要求2所述的硼铝共掺背面场硅太阳电池，其中所述硼铝共掺背面场硼的掺杂峰值浓度为lX1019-5X102°/cm3，掺杂深度为1_20 μ m ;铝的掺杂峰值浓度为IX 1018-2 X IO1Vcm3,掺杂深度为 1-20 μ m。
5.根据权利要求3所述的硼铝共掺背面场硅太阳电池，其中所述钝化膜的材料为SiO2或 Al2O3,或 Al203/SiNx、Si02/SiNx 双层钝化膜。
6.一种硼铝共掺背面场硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤 步骤I :在P型硅衬底的正面制作η型发射极； 步骤2 :在P型硅衬底的背面形成硼的重掺杂； 步骤3 :在η型发射极的正面制备迎光面钝化层，该迎光面钝化层上开有电极窗口 ； 步骤4 :在P型硅衬底硼重掺杂面进行硅铝合金，形成硼铝共掺背面场； 步骤5 :在迎光面钝化层的正面制作金属栅线电极，该金属栅线电极通过迎光面钝化层的电极窗口与η型发射极接触； 步骤6 :在硼铝共掺背面场的背面制作金属背电极。
7.根据权利要求6所述的硼铝共掺背面场硅太阳能电池的制备方法，其中硼铝共掺背面场为层状结构或为局域点状结构。
8.根据权利要求7所述的硼铝共掺背面场硅太阳电池的制备方法，其中硼铝共掺背面场为局域点状结构时，在P型硅衬底的背面无硼铝共掺背面场的区域制备钝化膜，该钝化膜上开有多个透孔，该透孔与硼铝共掺背面场对应。
9.根据权利要求7所述的硼铝共掺背面场硅太阳电池的制备方法，其中所述硼铝共掺背面场硼的掺杂峰值浓度为lX1019-5X102°/cm3，掺杂深度为1_20 μ m ;铝的掺杂峰值浓度为 I X 1018-2 X IO1Vcm3,掺杂深度为 1-20 μ m。
10.根据权利要求8所述的硼铝共掺背面场硅太阳电池的制备方法，其中所述钝化膜7的材料为SiO2或Al2O3,或Al203/SiNx、Si02/SiNx双层钝化膜。
11.根据权利要求7所述的硼铝共掺背面场硅太阳电池的制备方法，其中所述硼的重掺杂是采用硼离子注入的方法，硼离子注入的剂量为5X1014-5X1016/cm2，能量为50-500keVo
12.根据权利要求6所述的硼铝共掺背面场硅太阳能电池的制备方法，其中所述在硼重掺杂面进行硅铝合金的方法为先采用丝网印刷、热蒸发或磁控溅射，在硼重掺杂面形成铝膜，再通过烧结形成硼铝共掺背面场。
13.根据权利要求12所述的硼铝共掺背面场硅太阳能电池的制备方法，其中，所述的烧结方式为常规慢速烧结炉烧结，烧结的峰值温度为700-100(TC ;或红外快速烧结炉烧结，烧结的峰值温度为700-100(TC ;或脉冲激光烧结，脉冲激光为脉冲宽度在飞秒、皮秒和纳秒数量级的大功率激光，其单脉冲功率密度在lO-lOOOmJ/cm2之间，其波长在266_1064nm之间。
全文摘要
一种硼铝共掺背面场硅太阳能电池，包括一p型硅衬底；一n型发射极，该n型发射极位于p型硅衬底上；一迎光面钝化层，该迎光面钝化层生长在n型发射极上，该迎光面钝化层上开有电极窗口；一金属栅线电极，该金属栅线电极制作在迎光面钝化层上的电极窗口内，该金属栅线电极与n型发射极接触；一硼铝共掺背面场，该硼铝共掺背面场制作在p型硅衬底的下面；一金属背电极，该金属背电极制作在硼铝共掺背面场的下面。本发明可以通过硼离子注入和硅铝合金相结合的方法来实现背面场的硼铝共掺，可以提高背面场的掺杂浓度，降低背表面的复合速度，从而提高太阳能电池的开路电压。具有易实现、成本低、效果好的优点。
文档编号H01L31/068GK102832268SQ20121033305
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者范玉杰, 韩培德, 梁鹏, 邢宇鹏, 叶舟, 胡少旭 申请人:中国科学院半导体研究所