全铝掺杂n型太阳能电池的制备方法
【专利摘要】本发明的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，包括：提供一个N型半导体衬底；在N型半导体衬底正面形成N+层；在N+层上形成氮化硅薄膜；在N型半导体衬底背面形成全铝背场；在氮化硅薄膜上制备正电极；对N型半导体衬底进行高温烧结，使正电极与N+层相接触，并在N型半导体衬底背面形成P型层；在全铝背场表面制备背电极；低温烧结背电极。本发明的制备方法，采用全背场网版进行印刷，经高温烧结能够形成良好的PN结，从而提高了太阳能电池的光电性能；经过低温烧结制备出背电极，克服了传统银铝背电极只能在高温下完成烧结的问题，由于背电极烧结深度低，不会对PN结产生影响，能够进行后期组件焊接，且符合组件加工力学性能指标。
【专利说明】全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造【技术领域】，具体涉及一种全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，太阳能电池发展迅速，传统的P型硅太阳能电池占据着很大的市场。然而，P型硅通常采用硼掺杂，在P型硅太阳能电池中会存在大量的硼-氧对，这样使得P型硅太阳能电池的性能衰减较快。相比之下，N型硅太阳能电池采用磷掺杂，由于不存在硼-氧对，能够克服P型硅太阳能电池的光致衰减效应，同时，其还具有对大部分金属离子(金离子除外)的污染不敏感、较长的少子寿命和扩散长度等优势，因此，N型硅太阳能电池逐渐成为研究的热点。
[0003]目前，N型硅太阳能电池形成PN结的方法有硼扩散法、离子注入法、铝烧结法等，其中，铝烧结法具有制备工艺简单、与传统电池制备工艺相兼容、时间短等优点，成为制备N型太阳能电池的重要工艺。通常情况下，N型太阳能电池的制备方法主要包括以下两种工艺:
[0004]工艺一:
[0005]步骤Ml:对N型半导体衬底进行表面处理和双面制绒；
[0006]步骤M2:双面扩散硼处理；
[0007]步骤M3:双面沉积氮化硅薄膜；
[0008]步骤M4:单面沉积二氧化硅薄膜；
[0009]步骤M5:采用热磷酸去除半导体衬底背面的氮化硅薄膜；
[0010]步骤M6:对半导体衬底背面进行磷扩散形成N+层；
[0011]步骤M7:采用氢氟酸溶液去除上述二氧化硅薄膜和正面的氮化硅薄膜；
[0012]步骤M8:刻蚀去除由于上述磷扩散在硅片侧面边缘形成的扩散层；
[0013]步骤M9:在半导体衬底的正面沉积氧化铝和氮化硅薄膜，在半导体衬底的背面沉积氮化硅薄膜；
[0014]步骤MlO:丝网印刷正电极和背电极；
[0015]步骤Ml 1:烧结上述半导体衬底；
[0016]步骤M12:对半导体衬底的背面进行激光开孔；
[0017]步骤M13:在半导体衬底的背面蒸镀金属铝。
[0018]工艺二:
[0019]步骤N1:对N型半导体衬底进行双面制绒；
[0020]步骤N2:双面扩散磷，形成双面的N+层；
[0021]步骤N3:湿法刻蚀，去除背面和侧面边缘的N+层；
[0022]步骤N4:在半导体衬底的正面沉积氮化硅薄膜；
[0023]步骤N5:依次印刷银铝浆背电极、铝背电场和正电极；[0024]步骤N6:高温烧结上述半导体衬底。
[0025]上述工艺一非常复杂，掩膜的种类和成膜顺序会稍有差异，但整体思路相同，需要增加硼扩散炉、铝蒸镀设备和激光设备才能利用现有的P型太阳能电池的生产线，由于铝蒸镀设备不利于大规模生产且造价昂贵，从而增加了制造成本，因此，工艺一不适合目前的大规模工业生产。
[0026]上述工艺二的各个制备步骤与目前P型太阳能电池的生产工艺相兼容，可以在现有的设备规模的基础上进行制造，并且避免增加不必要的成本。然而，由于在同一高温下，银铝浆的烧结深度比纯铝扩散深度大、金属银的掺杂不能形成PN结等因素，如果采用现有的先印刷银铝浆背电极、再印刷铝背电场的工艺步骤，将导致在背电极处不能够完全形成PN结，从而使得整个器件出现严重的漏电问题。再者，如果采用全背场网版，先印刷背电场再印刷背电极，那么，在后续的高温烧结后，将导致其无法进行焊接形成电池组件。因此，急需改进现有的N型太阳能电池的制备方法，从而使其在原有设备规模的基础上制备出性能优良的N型太阳能电池。
【发明内容】
[0027]为了克服上述问题，本发明旨在提供一种N型太阳能电池的制备方法，从而制备出性能良好的PN结，提高太阳能电池的光电性能，并能够进行后期组件的焊接，符合组件加工的力学性能指标。
[0028]本发明提供的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0029]步骤SOl:提供一个N型半导体衬底；
[0030]步骤S02:在所述N型半导体衬底的正面形成N+层；
[0031]步骤S03:在所述N+层上形成氮化硅薄膜；
[0032]步骤S04:在所述N型半导体衬底的背面形成全铝背场；
[0033]步骤S05:在所述氮化硅薄膜上制备正电极；
[0034]步骤S06:对所述N型半导体衬底进行高温烧结，使所述正电极与所述N+层相接触，并在所述N型半导体衬底的背面形成P型层；
[0035]步骤S07:在所述全铝背场表面制备背电极；
[0036]步骤S08:低温烧结所述背电极。
[0037]优选地，形成所述全铝背场的方法包括:采用不含背电极图形的全背场网版，在所述N型半导体衬底背面印刷形成所述全铝背场。
[0038]优选地，采用丝网印刷法制备成所述正电极和所述背电极。
[0039]优选地，所述的背电极的浆料采用低温烧结型银浆。
[0040]优选地，所述低温烧结的温度为70_570°C。
[0041]优选地，所述高温烧结的温度为600-1000°C。
[0042]优选地，采用等离子体增强化学气相沉积制备所述氮化硅薄膜。
[0043]优选地,步骤S02具体包括:
[0044]步骤Al:对所述N型半导体衬底进行表面处理,在所述N型半导体衬底的正面和背面形成绒面；
[0045]步骤A2:对所述N型半导体衬底的正面和背面进行磷扩散，从而形成N+层；[0046]步骤A3:采用湿法刻蚀，去除所述N型半导体衬底背面和侧面边缘由于所述磷扩散形成的N+层。
[0047]优选地，所述绒面的形状为金字塔形状。
[0048]优选地，步骤A3还包括，采用湿法刻蚀去除所述N型半导体衬底背面和侧面边缘的由于磷扩散形成的磷硅材料。
[0049]本发明的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，首先采用不含背电极图形的全背场网版制备全铝背场，并经过高温烧结，形成良好的PN结；然后采用低温烧结银浆为浆料，经过低温烧结制备出背电极，克服了传统银铝背电极只能在高温下完成烧结的问题，由于背电极的烧结温度低，使得背电极的烧结深度小于铝扩散的深度，不会影响到PN结的质量，并且低温烧结避免了背电极和全铝背场形成银铝掺杂，使其能够进行后期组件焊接工艺，且符合组件加工力学性能指标。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1为本发明的一个较佳实施例中形成的全铝掺杂N型太阳能电池的结构示意图
[0051]图2为本发明的一个较佳实施例的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法的流程示意图
[0052]图3为本发明的一个较佳实施例中采用的全背场网版的图形结构示意图
[0053]图4为传统的背电场网版的图形结构示意图
【具体实施方式】
[0054]体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本发明。
[0055]以下结合附图1-4，通过具体实施例对本发明全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、明晰地达到辅助说明本发明实施例的目的。
[0056]如前所述，如果采用现有的制备N型太阳能电池的背电场网版，在背电极处，银铝浆的掺杂形成的PN结不完整，漏电严重；此外，如果采用全背场网版制备铝背场，以及传统高温烧结浆料制备背电极，在高温烧结后其焊接性能非常差。因此，本发明对传统的背电场网版进行了改进，采用全背场网版，这样有利于形成完整的PN结；并对工艺步骤进行了改进，以及采用了低温烧结型浆料来制备背电极，由于采用了低温烧结背电极，从而避免了背电极和全铝背场的相互掺杂，使其能够进行后期组件的焊接。
[0057]下面请参阅附图1，图1为本发明的一个较佳实施例中形成的全铝掺杂N型太阳能电池的结构示意图。本发明的该较佳实施例中，N型硅衬底5表面为金字塔绒面3，N+层4位于硅衬底5的正面，在金字塔绒面3的表面沉积有氮化硅薄膜2，正电极I穿过氮化硅薄膜2和金字塔绒面3与N+层4相接触；在N型硅衬底5的背面表面设置有全铝背场7，在全铝背场7的表面设置有背电极8，在N型硅衬底5与全铝背场7相接触区域形成有P型层6。需要说明的是，本发明的N型半导体衬底可以但不限于为N型硅衬底，还可以为其它N型半导体衬底等，在该较佳实施例中，采用N型硅衬底进行描述，该N型硅衬底可以为N型单晶硅衬底，但这不用于限制本发明的范围；并且，本发明中的绒面可以为具有凹凸不平的形状的表面，可以但不限于为金字塔形状，比如还可以为线状、树枝状、管状等等，在该较佳实施例中，采用金字塔绒面，但这不用于限制本发明的范围。
[0058]以下将结合附图2-4对本发明的制备上述全铝掺杂N型太阳能电池的方法作详细说明。
[0059]请参阅图2，图2为本发明的一个较佳实施例的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法的流程示意图。本发明的该较佳实施例中全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0060]步骤SOl:提供一个N型半导体衬底；
[0061]具体的，在本实施例中，N型半导体衬底采用N型硅衬底；而本发明的N型半导体衬底可以但不限于为N型硅衬底，也可以为N型锗衬底或氮化镓衬底等。以下在本实施例中，以N型硅衬底进行描述，但这不用于限制本发明的范围。
[0062]步骤S02:在N型半导体衬底的正面形成N+层；
[0063]具体的，在本实施例中，形成N+层的方法可以包括以下步骤:
[0064]步骤Al:对N型硅衬底进行表面处理,在N型硅衬底的正面和背面形成绒面；
[0065]步骤A2:对N型半导体衬底的正面和背面进行磷扩散，从而形成N+层；
[0066]步骤A3:采用湿法刻蚀，去除N型硅衬底背面和侧面边缘由于上述磷扩散形成的N.层。
[0067]这里，所形成的绒面的形状可以但不限于为金字塔形状；在本发明中，其也可以为线状、树枝状、管状等，凡是具有凹凸不平的形貌的表面均可以作为本发明的绒面。磷扩散的制备过程可以采用常规的工艺，本发明对此不作任何限制。
[0068]此外，在本发明的本实施例中，步骤A3还包括，采用湿法刻蚀去除N型硅衬底背面和侧面边缘由于上述磷扩散形成的磷硅材料。这是由于在磷扩散的过程中，磷不可避免地会与硅衬底中的硅发生反应，生成磷硅材料，比如磷硅玻璃等，因此，在采用湿法刻蚀去除N型硅衬底背面和侧面边缘的N+层的时候，也要将该磷硅材料去除，否则，将影响到后续铝的扩散和PN结的质量。
[0069]当然，在本发明中，在N型半导体衬底的正面形成N+层的方法也可以为直接在正面制备绒面，然后对绒面进行磷扩散形成N+层；也可以为直接在正面进行磷扩散形成N+层等，本发明对此不作限制。而本实施例中的该形成过程对利用现有的P型硅生产线来进行制备工艺更加有利。
[0070]步骤S03:在N+层上形成氮化硅薄膜；
[0071]具体的，本实施例中，在N型硅衬底的正面中形成N+层之后，可以但不限于采用等离子体增强化学气相沉积制备该氮化硅薄膜，所采用的工艺参数比如反应压强、气体流量、反应时间、反应温度等，可以根据实际工艺需要来设定，本发明对此不作任何限制。
[0072]步骤S04:在N型半导体衬底的背面形成全铝背场；
[0073]具体的，本实施例中，在N型硅衬底的背面形成全铝背场采用不含背电极图形的全背场网版，在N型硅衬底背面印刷形成全铝背场。这里，为了将全铝背场和背电极依次进行先后制备，将传统的背场网版中的背电极图形去掉，形成不含背电极图形的全背场网版，这样就可以单独进行全铝背场的制备。请参阅图3和图4，图3为本发明的一个较佳实施例中采用的全背场网版的图形结构示意图，图4为传统的背电场网版的图形结构示意图。与常规的背电场网版相比，本发明的全背场网版没有设置背电极的不透浆区域图形，因此称为全背场网版。而采用传统的背电场网版，会导致背电极处产生严重的漏电现象。需要说明的是，本发明的采用全背场网版形成全铝背场的方法以及该全背场网版，不仅可以应用于N型半导体衬底，还可以应用于P型半导体衬底，即可以应用于制备具有全铝背场的N型或P型太阳能电池，其使用过程相同或类似，本实施例中以采用全背场网版制备全铝背场进而制备N型太阳能电池，然而制备P型太阳能电池的方法可以与制备本实施例中的N型太阳能电池的方法相同，因此本发明对采用全背场网版制备具有全铝背场的P型太阳能电池的过程不再进行赘述。
[0074]本实施例中全铝背场的形成可以采用丝网印刷法，而在本发明中，全铝背场的形成可以但不限于采用丝网印刷法，还可以采用表面蒸镀、溅射等方法制备铝背场，然而，由于丝网印刷技术具有操作简便、成本低廉等特点，因此本实施例中采用丝网印刷法来制备全铝背场。
[0075]步骤S05:在氮化硅薄膜上制备正电极；
[0076]具体的，在本实施例中，可以采用丝网印刷法在N型硅衬底正面的氮化硅薄膜上形成正电极。
[0077]步骤S06:对N型半导体衬底进行高温烧结，使正电极与N+层相接触，并在N型半导体衬底的背面形成P型层；
[0078]具体的，在本实施例中，对整个N型硅衬底进行高温烧结，所形成的正电极穿过氮化硅薄膜与N+层相接触，高温烧结的温度可以但不限于为600-1000°C，高温烧结可以使全铝背场以及正电极，均与N型硅衬底形成欧姆接触；并且，高温条件下，全铝背场与N型硅衬底相接触的表面区域生长出一层富含铝的硅层，该硅层为P型层。
[0079]步骤S07:在全铝背场表面制备背电极；
[0080]具体的，本实施例中，可以但不限于采用丝网印刷法进行背电极的制备，特别的，背电极采用的浆料为低温烧结型材料，可以为低温烧结型银浆；该低温烧结型银浆可以采用常规的低温烧结型银浆料即可完成低温烧结，这样，背电极可以在较低的温度下进行烧结，从而有效避免了大量的银元素扩散进入P型层，避免穿透P型层。
[0081]步骤S08:低温烧结背电极。
[0082]具体的，本实施例中，低温烧结的温度可以但不限于为70°C _570°C，经低温烧结后，背电极与全铝背场可以形成欧姆接触。由于在较低的温度下烧结背电极材料，使背电极的烧结深度远小于常规高温烧结条件下的烧结深度，这样，可以避免背电极穿透P型层而导致漏电现象的发生。同时能够有效避免背电极和全铝背场的相互掺杂，使其能够进行后期组件的焊接。
[0083]综上所述，本发明的全铝掺杂N型太阳能电池的方法，通过采用不含背电极图形的全背场网版首先制备全铝背场，再制备背电极，并将全铝背场与背电极分别采用高温烧结和低温烧结，高温烧结有利于在N型半导体衬底中形成P型层，从而形成良好的PN结，并且高温烧结可以使全铝背场和正电极均与N型半导体衬底形成良好的欧姆接触；低温烧结背电极，不仅可以减小背电极的烧结深度，还可以避免背电极与全铝背场形成银铝掺杂，从而不会影响PN结的质量，还能够进行后期组件的焊接，符合组件加工力学性能指标。采用本发明的方法制备出的N型太阳能电池的开路电压、短路电流、并联电阻、填充因子和光电转换效率等都有了明显的提高，并且可以利用现有的P型太阳能电池的生产线来进行制备，避免增加不必要的成本，还可以完成后续组件的焊接，更加有利于大规模批量生产。
[0084]以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤SOl:提供一个N型半导体衬底； 步骤S02:在所述N型半导体衬底的正面形成N+层； 步骤S03:在所述N+层上形成氮化硅薄膜； 步骤S04:在所述N型半导体衬底的背面形成全铝背场； 步骤S05:在所述氮化硅薄膜上制备正电极； 步骤S06:对所述N型半导体衬底进行高温烧结，使所述正电极与所述N+层相接触，并在所述N型半导体衬底的背面形成P型层； 步骤S07:在所述全铝背场表面制备背电极； 步骤S08:低温烧结所述背电极。
2.根据权利要求1所述的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，其特征在于，形成所述全铝背场的方法包括:采用不含背电极图形的全背场网版，在所述N型半导体衬底背面印刷形成所述全铝背场。
3.根据权利要求1所述的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，其特征在于，采用丝网印刷法制备形成所述正电极和所述背电极。
4.根据权利要求1所述的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述的背电极的浆料采用低温烧结型银浆。
5.根据权利要求1所述的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述低温烧结的温度为70-570°C。
6.根据权利要求1所述的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述高温烧结的温度为600-1000°C。
7.根据权利要求1所述的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积制备所述氮化硅薄膜。
8.根据权利要求1所述的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S02具体包括: 步骤Al:对所述N型半导体衬底进行表面处理，在所述N型半导体衬底的正面和背面形成绒面； 步骤A2:对所述N型半导体衬底的正面和背面进行磷扩散，从而形成N+层； 步骤A3:采用湿法刻蚀，去除所述N型半导体衬底背面和侧面边缘由于所述磷扩散形成的N+层。
9.根据权利要求8所述的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述绒面的形状为金字塔形状。
10.根据权利要求8所述的全铝掺杂N型太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤A3还包括，采用湿法刻蚀去除所述N型半导体衬底背面和侧面边缘的由于所述磷扩散形成的磷硅材料。
【文档编号】H01L31/18GK103746043SQ201410042959
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】傅建奇, 张勤杰, 李秀青, 华永云, 顾生刚 申请人:北京七星华创电子股份有限公司