专利名称：一种基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法
技术领域：
本发明涉及一种基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，属于太阳能电池制造技术领域。
背景技术：
随着人们环保意识的提高，对于清洁能源的需求日益旺盛。在人们研究的新型清洁能源中，太阳能作为一种不受地域限制的清洁能源成为了未来新能源发展的主要方向。太阳能电池是人们利用太阳的光能转换为电能的主要装置。但是，目前太阳能电池的转换效率还不能达到人们的要求。提高太阳能电池的转换效率，降低太阳能电池的制造成本成为了人们研究的热点。选择性掺杂太阳能电池是一种有效的低成本高效率的太阳能电池。选择性掺杂太阳能电池的结构特点在于在太阳能电池的上电极覆盖区域进行重掺杂降低电池的接触电阻，同时在非顶电极区进行轻掺杂，提高电池的光谱响应和降低电池中光生载流子的复合。目前进行太阳能电池选择性掺杂的方法主要有:两步扩散法、丝网印刷磷浆法、扩散掩膜法等。其中，两步扩散法是先对顶电极区重扩散，再对整个发射区轻扩散，其优点为制备工艺简单易行，但是，由于顶电极区先进行了扩散，杂质的二次分布较难控制；丝网磷浆法是用丝网在局部印刷高浓度磷浆，通过其扩散与挥发，一次扩散就能使顶电极区形成重掺杂，其他区域形成轻掺杂，但由于利用了局部的磷浆作为扩散源，必然导致表面扩散的不均匀性，这会降低电池的效率。扩散掩膜法就是先轻掺杂，再进行激光或者光刻掩膜，然后再对顶电极区进行二次重掺杂，该方法由于先进行了轻掺杂，降低了顶电极区进行选择性掺杂时与衬底的杂质浓度差，可以较好的控制电池的选择性掺杂区域，但需要用激光或光刻的方法，提高了成本，降低了生产效率。综上所述，目前主要的选择性掺杂的方法都存在一定的缺陷，因此，必须寻找一种新型的选择性掺杂的太阳能电池生产工艺。
发明内容
本发明的目的在于:克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，工艺实现简单，生产成本低，获得的太阳能电池性能良好。为了达到上述目的，本发明提出的基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，包括如下步骤:
第I步、将硅片置于湿氧环境下进行高温扩散，形成PN结，同时硅片上表面生成氧化层，该氧化层中含有高浓度的掺杂元素；
第2步、除去硅片上表面顶电极区以外的氧化层；
第3步、在硅片上表面淀积本征非晶硅层；
第4步、将硅片置于湿氧环境中进行高温扩散，使硅片非顶电极区的掺杂元素扩散入非晶硅层，降低硅片非顶电极区掺杂元素浓度，实现掺杂元素的逆向扩散；顶电极区氧化层中的掺杂元素向顶电极区扩散，实现顶电极区的重掺杂，同时非晶硅层及非顶电极区的硅片表面被氧化形成氧化层；
第5步、去除硅片表面的氧化层，完成太阳能电池的逆扩散选择性掺杂。本发明提出了一种逆扩散的选择性掺杂方法，通过非晶硅吸收非电极区的杂质，使非电极区的掺杂浓度降低，同时电极区进行了二次掺杂，导致电极区与非电极区的掺杂浓度差进一步增大，提高了选择性掺杂的效果；并且在逆扩散工艺进行时，由于受到氧化层的保护，电极区的硅片表面氧化程度低，而非电极区的硅表面则被氧化形成氧化层，从而在去除氧化层后，电极区呈现一定程度外凸，有利于后续电极的定位。本发明进一步的改进在于:
1、所述硅片为P型单晶硅，第I步中，首先将硅片置于湿氧环境下进行高温预扩散，使磷兀素扩散入娃片形成PN结，同时娃片表面被氧化形成磷娃玻璃。2、第I步中，氧化层厚度约为0.05微米，氧化层中磷元素的浓度约为lel9/cm3，高温预扩散的工艺温度为1000°c，持续时间为30分钟。3、所述硅片为N型单晶硅，第I步中，首先将硅片置于有湿氧环境下进行高温预扩散，使硼兀素扩散入娃片形成PN结，同时娃片表面被氧化形成硼娃玻璃。4、第I步中，氧化层厚度约为0.05微米，硅薄层中硼元素的浓度约为lel9/cm3，高温预扩散的工艺温度为1000°c，持续时间为30分钟。5、所述第2步中，采用丝网印刷的方法保留顶电极区的氧化层，将硅片上其它区域的氧化层利用氢氟酸缓冲液去除掉。6、所述第3步中，淀积的本征非晶硅层厚度约为40_50nm。7、所述第4步中，高温扩散的工艺温度为900°C -1100°C，持续时间为30_2分钟。8、所述第5步中，采用氢氟酸缓冲液去除硅片表面的氧化层。本发明该工艺方法的特点在于:
1、不同于传统的选择性掺杂工艺，采用的是先全片重掺杂，后逆向扩散受光面杂质，降低受光面的杂质掺杂浓度的方法。2、应用本征非晶硅薄膜吸收电池表面已掺杂区域的杂质，使得电池表面不会被其他不同元素污染。3、保留电极区的磷硅玻璃作为高温杂质逆向扩散工艺的电极杂质保护层，保证了电极区的重掺杂。4、在杂质逆向扩散过程中采用湿法氧化的方法，使非晶硅层氧化，减少了去除非晶娃薄I旲的步骤，提闻了生广效率。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1是本发明方法的工艺流程示意图。图2是本发明实施例一方法所得到的硅片杂质分布仿真示意图。图3是本发明实施例二方法所得到的硅片杂质分布仿真示意图。图4是本发明实施例三方法所得到的硅片杂质分布仿真示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。实施例一
如图1所示为本发明基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法的流程示意图，具体包括如下步骤:
la、将P型单晶硅片置于湿氧环境下进行高温预扩散，使磷元素扩散入硅片形成PN结，同时硅片表面形成厚度约为0.05微米的磷硅玻璃层1，磷硅玻璃层I中磷元素的浓度约为lel9/cm3 ;高温预扩散的工艺温度为1000°C，持续时间为30分钟；
2a、采用丝网印刷的方法保留顶电极区的磷硅玻璃，将硅片上其它区域的磷硅玻璃利用氢氟酸缓冲液去除掉；
3a、在硅片上表面淀积厚度约为40nm的本征非晶硅层2 ；
4a、将硅片置于湿氧的环境中进行高温扩散，使硅片非顶电极区的掺杂元素(磷)扩散入非晶硅层，降低硅片非顶电极区掺杂元素浓度，实现掺杂元素逆向扩散；顶电极区氧化层中的掺杂元素(磷)向顶电极区扩散，实现顶电极区的重掺杂，同时非晶硅层及非顶电极区的硅片表面被氧化形成磷硅玻璃层I ;高温扩散的工艺温度为900°C，持续时间为30分钟；5a、采用氢氟酸缓冲液去除硅片表面的磷硅玻璃，完成太阳能电池的逆扩散选择性掺杂。利用仿真软件对本实施例一方法进行仿真后，硅片内杂质分见图2。仿真结果图中的曲线分别表示掺杂元素(磷)的浓度、以及PN结的位置。实施例二
本实施例的步骤与实施例一相同，区别在于步骤4a (第四步)中干氧环境下高温扩散的工艺参数，本实施例中，高温扩散的工艺温度为1000°C，持续时间为5分钟。利用仿真软件对本实施例二方法进行仿真后，硅片内杂质分见图3。仿真结果图中的曲线分别表示掺杂元素(磷)的浓度、以及PN结的位置。实施例三
本实施例的步骤与实施例一相同，区别在于步骤4a (第四步)中干氧环境下高温扩散的工艺参数，本实施例中，高温扩散的工艺温度为1100°C，持续时间为2分钟。利用仿真软件对本实施例三方法进行仿真后，硅片内杂质分见图4。仿真结果图中的曲线分别表示掺杂元素(磷)的浓度、以及PN结的位置。对比本发明三个实施例，从仿真结果图中可以看出，随着逆向扩散工艺的高温扩散温度的升高，电池的PN结在不断的加深。电池的表面的杂质浓度先增加后减小，但顶电极区的杂质浓度随着温度的增加而逐步增加。顶电极区的重掺杂杂质主要向电池体内进行扩散，横向扩散较小，这与在电池表面淀积本征非晶硅层有关，过多的横向扩散杂质被非晶硅层吸收。这说明应用非晶硅层作为电池的逆扩散层，可以起到限制重掺杂区杂质横向扩散作用。轻掺杂区域的杂质浓度比较接近，较低的扩散温度可以有效地形成浅结，提高电池短波光谱响应，综合比较之后，可知步骤4a (第四步)中采用扩散温度900°C、扩散持续时间30分钟是较好的杂质逆扩散工艺条件。本发明实施例部分以P型单晶硅为例对本发明工艺进行了详细说明，对N型单晶硅进行选择性掺杂的工艺及条件与之类似，区别仅在于掺杂元素由磷换成了硼，本领域技术人员完全可以通过了解本实施例部分，举一反三来实现对N型单晶硅的逆扩散选择性掺杂。因此本文不再赘述。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，包括如下步骤: 第I步、将硅片置于湿氧环境下进行高温扩散，形成PN结，同时硅片上表面生成氧化层，该氧化层中含有高浓度的掺杂元素； 第2步、除去硅片上表面顶电极区以外的氧化层； 第3步、在硅片上表面淀积本征非晶硅层； 第4步、将硅片置于湿氧环境中进行高温扩散，使硅片非顶电极区的掺杂元素扩散入非晶硅层，降低硅片非顶电极区掺杂元素浓度，实现掺杂元素的逆向扩散；顶电极区氧化层中的掺杂元素向顶电极区扩散，实现顶电极区的重掺杂，同时非晶硅层及非顶电极区的硅片表面被氧化形成氧化层； 第5步、去除硅片表面的氧化层，完成太阳能电池的逆扩散选择性掺杂。
2.根据权利要求1所述的基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，其特征在于:所述硅片为P型单晶硅，第I步中，首先将硅片置于湿氧环境下进行高温预扩散，使磷元素扩散入娃片形成PN结，同时娃片表面被氧化形成磷娃玻璃。
3.根据权利要求2所述的基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，其特征在于 第I步中，生成的氧化层厚度约为0.05微米，氧化层中磷元素的浓度约为lel9/cm3，高温扩散的工艺温度为1000°C，持续时间为30分钟。
4.根据权利要求1 所述的基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，其特征在于:所述硅片为N型单晶硅，第I步中，首先将硅片置于湿氧环境下进行高温预扩散，使硼元素扩散入娃片形成PN结，同时娃片表面被氧化形成硼娃玻璃。
5.根据权利要求4所述的基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，其特征在于:第I步中，氧化层厚度约为0.05微米，氧化层中硼元素的浓度为lel9/cm3，高温预扩散的工艺温度为1000°c，持续时间为30分钟。
6.根据权利要求1所述的基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，其特征在于:所述第2步中，采用丝网印刷的方法保留顶电极区的氧化层，将硅片上其它区域的氧化层利用氢氟酸缓冲液去除掉。
7.根据权利要求1所述的基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，其特征在于:所述第3步中，淀积的本征非晶娃层厚度约为40-50nm。
8.根据权利要求1所述的基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，其特征在于:所述第4步中，高温扩散的工艺温度为900°C -1100°C，持续时间为30-2分钟。
9.根据权利要求1所述的基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，其特征在于:所述第5步中，采用氢氟酸缓冲液去除硅片表面的氧化层。
全文摘要
本发明涉及一种基于逆扩散的太阳能电池选择性掺杂方法，步骤如下将硅片置于有氧环境下进行高温扩散形成PN结，同时硅片上表面被氧化；除去硅片顶电极区以外的氧化层；在硅片上表面淀积本征非晶硅层；将硅片置于湿氧环境中进行高温扩散，使非顶电极区的掺杂元素逆向扩散入非晶硅层，顶电极区氧化层中的掺杂元素向顶电极区扩散，同时非晶硅层及非顶电极区的硅片表面被氧化形成氧化层；去除硅片表面的氧化层，完成太阳能电池的逆扩散选择性掺杂。本发明采用逆扩散的方法，通过非晶硅吸收非顶电极区的杂质，使非顶电极区的掺杂浓度降低，同时顶电极区进行了二次掺杂，导致顶电极区与非顶电极区的掺杂浓度差进一步增大，提高了选择性掺杂的效果。
文档编号H01L31/18GK103165758SQ201310111198
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者花国然, 王强, 朱海峰, 姚滢, 张华 申请人:南通大学