一种背接触太阳能电池的掺杂处理方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种背接触太阳能电池的掺杂处理方法。

背景技术：

太阳能电池是一种将光能转化为电能的半导体器件，较低的生产成本和较高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。对于目前常规太阳能电池，其p+掺杂区域接触电极和n+掺杂区域接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所遮挡反射，造成一部分光学损失。普通晶硅太阳能电池的正面金属电极的覆盖面积在7％左右，减少金属电极的正面覆盖可以直接提高电池的能量转化效率。

背接触电池，是一种将p+掺杂区域和n+掺杂区域均放置在电池背面(非受光面)的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。

背接触结构的太阳能电池是目前太阳能工业化批量生产的晶硅太阳能电池中能量转化效率最高的一种电池，它的高转化效率、低组件封装成本，一直深受人们青睐。但是，背接触电池制作工艺比较复杂，其中包含多道制作掩膜的工艺，该工艺要求很高的对准精度，在以往的制作方法中，大都采用半导体集成电路中所使用的光刻技术来制作背接触电池的掩膜，然而光刻技术的成本非常昂贵，就目前而言很难应用于大规模的背接触电池生产。同时还会有多步的高温过程，不仅增加了工艺的复杂性，还会提高硅片的生产成本。因此，背接触太阳能电池的掺杂处理方法，一直以来都是一个巨大的挑战。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种背接触太阳能电池的掺杂处理方法。

本发明采取的技术方案为：一种背接触太阳能电池的掺杂处理方法，包括以下步骤：

(1)、对n型晶体硅基体的前表面进行掺杂处理；

(2)、采用离子注入的方法式对n型晶体硅基体的背表面进行掺杂处理，其中，离子源为两个，以分别实现硼注入和磷注入；在n型晶体硅的背表面和离子源之间设置掩膜夹具，所述掩膜夹具上设置有第一开口和第二开口，所述第一开口用于形成n+掺杂区域，所述第二开口用于形成p+掺杂区域；硼离子和磷离子在一次注入工艺中同时完成；

(3)、将步骤(2)处理后的n型晶体硅进行退火处理，激活注入的离子，在n型晶体硅基体的背表面形成交替排列的p+掺杂区域和n+掺杂区域，实现背接触太阳能电池的背表面掺杂处理；同时在n型晶体硅基体的前表面形成n+掺杂前表面场。

其中，所述型晶体硅基体的背表面为n型晶体硅表面；或，所述n型晶体硅基体的背表面为在n型晶体硅背表面的氧化层上生长本征多晶硅层或者本征非晶硅层。

其中，

步骤(2)中，第一开口、第二开口均为线条状，所述线条状的第一开口的开口宽度为200～3000um，所述线条状的第二开口的开口宽度为200～2000um；

步骤(3)中，所述n+掺杂前表面场的方阻为100～200ω/sqr，结深为0.2～2.0μm；背表面n+掺杂区域的方阻为20～150ω/sqr，结深为0.3～2.0um；背表面p+掺杂区域的方阻为20～150ω/sqr，结深为0.3～2.0um。

其中，步骤(2)中，所述n型晶体硅基体的背表面的硼离子的注入剂量为0.5×10¹⁵/cm²～3×10¹⁵/cm²，磷离子的注入剂量为3×10¹⁵/cm²～8×10¹⁵/cm²。

其中，所述n型晶体硅背表面的氧化层为sio2，厚度为1-3nm，sio2的生长方法为高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或cvd沉积法。

其中，步骤(1)中，n型晶体硅基体前表面的掺杂处理方法为：使用离子注入机在n型晶体硅基体的前表面进行离子注入，注入元素为磷，注入剂量为1×10¹⁵/cm²～4×10¹⁵/cm²。

其中，步骤(3)中，退火处理的峰值温度为800～1100℃，退火时间为30～200min，环境气源为n2和o2。

其中，在n型晶体硅基体的前表面形成钝化减反膜；在n型晶体硅基体的背表面形成钝化膜；在n型晶体硅基体的背表面制备与背表面n+掺杂区域和背表面p+掺杂区域欧姆接触的金属电极。

其中，

所述钝化减反膜的制备方法是在n型晶体硅基体的前表面利用pecvd设备先沉积一层厚度为5～30nm的sio2介质膜，然后在所述sio2介质膜上再沉积一层厚度为40～100nm的sinx介质膜；

所述钝化膜的制备方法是在n型晶体硅基体的背表面利用pecvd设备沉积一层厚度为30～80nm的sinx介质膜；

所述金属电极的制备方法是通过丝网印刷的方法在n型晶体硅基体的背表面p+掺杂区域上印刷银铝浆，在背表面n+掺杂区域上印刷银浆，然后进行烧结处理。

其中，进行步骤(1)之前，对所述n型晶体硅基体的前表面作制绒处理；所述n型晶体硅基体的电阻率为0.5～15ω·cm；厚度为50～300μm。

本发明的实施包括以下技术效果：

本发明采用离子注入的方法进行背表面掺杂，离子源为两个，分别可以实现硼注入和磷注入，硅片背表面与离子源之间设置掩膜夹具，单次实现选择性注入硼离子和磷离子，再进行退火，在其上设置交替排列的p+和n+掺杂区域，相比现有的背接触电池结构，本发明中的离子注入的掩膜夹具，能形成更好的掺杂区域，且简化电池的制备流程，因此所制电池拥有更高的电池转换效率和产能输出。采用本发明掺杂处理方法制备的背接触太阳能电池在完成前后表面的钝化膜覆盖后其隐开路电压(impliedvoc)可达700mv以上，暗饱和电流密度j0<20fa/cm²，印刷电极制成背接触电池后，其短波段的内量子效率达95％以上。

附图说明

图1为本发明实施例中背接触太阳能电池的掺杂处理方法步骤一后的电池结构截面示意图。

图2为本发明实施例中背接触太阳能电池的掺杂处理方法步骤二后的电池结构截面示意图。

图3为本发明实施例中背接触太阳能电池的掺杂处理方法步骤三后的电池结构截面示意图。

图4为本发明实施例中背接触太阳能电池的掺杂处理方法步骤四后的电池结构截面示意图。

图5为本发明实施例中背接触太阳能电池的掺杂处理方法步骤五后的电池结构截面示意图。

图6为本发明实施例中背接触太阳能电池的掺杂处理方法步骤六后的电池结构截面示意图。

图7为本发明实施例中背接触太阳能电池的掺杂处理方法步骤二中使用的掩膜结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

参见图1至图7所示，本实施例提供的一种背接触太阳能电池的掺杂处理方法，包括以下步骤

(1)、选择156mm*156mm的n型晶体硅基体10，并对n型晶体硅基体10的前表面作制绒处理；n型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15ω·cm，优选1～5ω·cm；n型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选80～200μm；完成本步骤后的电池结构如图1所示。

(2)、采用离子注入的方法在步骤(1)处理后的n型晶体硅基体10的背表面上进行背表面掺杂，其中离子源为两个，分别可以实现硼注入和磷注入，硅片背表面与离子源之间设置掩膜夹具，单次实现选择性注入硼离子和磷离子，硼注入剂量为0.5×10¹⁵/cm²～3×10¹⁵/cm²，优选1.5×10¹⁵/cm²～2.5×10¹⁵/cm²；磷注入剂量为3×10¹⁵/cm²～8×10¹⁵/cm²，优选4×10¹⁵/cm²～6×10¹⁵/cm²。离子注入时，在n型晶体硅基体10背表面和离子束之间设置掩膜40。掩膜40的材质为石墨，如图7所示，掩膜40上设置线条状的第一开口401和线条状的第二开口402，线条状的第一开口401的开口宽为200～3000um，线条状的第二开口402开口宽为200～2000um。掩膜40上的开口图案还可以为其他任意排布的周期或准周期阵列，其图案可以根据需要有多种选择，此处不作限定，仅进行举例列举。完成本步骤后的电池结构如图2所示。

(3)、在步骤(1)中使用离子注入机n型晶体硅基体10前表面进行离子注入，注入元素为磷，注入剂量为1×10¹⁵/cm²～4×10¹⁵/cm²，优选1×10¹⁵/cm²～3×10¹⁵/cm²。完成本步骤后的电池结构如图3所示。

(4)、将步骤(3)处理后的n型晶体硅基体10放入退火炉中进行高温退火处理，退火的峰值温度为800～1100℃，优选为850～1000℃，退火时间为30～200min，优选为60～200min，环境气源优选为n2和o2。退火完成后即形成n+前表面场13、背表面n+掺杂区域12和背表面p+掺杂区域11。其中，掩膜40上的第一开口401和第二开口402分别对应的n型晶体硅基体10背表面区域为背表面n+掺杂区域12和背表面p+掺杂区域11。其中，n+前表面场13为轻掺杂，其方阻为50～200ω/sqr，结深为0.2～2.0μm。背表面n+掺杂区域12的方阻为20～150ω/sqr，结深为0.3～2.0μm。背表面p+掺杂区域11的方阻为20～150ω/sqr，结深为0.3～2.0μm。完成本步骤后的电池结构如图5所示。

(5)、将步骤(4)处理后的n型晶体硅基体10放入清洗机中，去除前表面和背表面的氧化层并进行烘干。然后在n型晶体硅基体10的前表面用pecvd(等离子增强化学气相沉积)的方法先沉积一层厚度为5～30nm的siox介质膜20，然后在siox介质膜20上再沉积一层sinx介质膜22，膜的厚度为40～80nm；在n型晶体硅基体10的背表面用pecvd或ald(原子层沉积)的方法制作一层alox介质膜21，膜的厚度为4～20nm，然后在alox介质膜21的表面再沉积一层sinx膜23，sinx膜23的厚度为20～50nm。硅基体前表面的siox介质膜20与sinx介质膜22的作用为硅基体前表面的钝化和光的减反射；硅基体背表面的alox介质膜21与sinx介质膜23的作用为硅基体背表面的钝化，同时sinx介质膜23也起到了对alox介质膜21的保护作用。完成本步骤后的电池结构如图6所示。

(6)、通过丝网印刷的方法在步骤(5)处理后的n型晶体硅基体10的背表面p+掺杂区域11上印刷银铝合金浆料，在背表面n+掺杂区域12上印刷银浆。印刷结束后将n型晶体硅基体10传送入带式烧结炉进行烧结形成欧姆接触，烧结后银铝合金浆料形成与背表面p+掺杂区域11欧姆接触的p+金属电极30，与背表面n+掺杂区域12欧姆接触的n+金属电极31。完成本步骤后的电池结构如图7所示。至此即完成本发明背接触太阳能电池的制作。

优选地，所述n型晶体硅基体的背表面为n型晶体硅表面；或，所述n型晶体硅基体的背表面为在n型晶体硅背表面氧化层上生长本征多晶硅层或者本征非晶硅层；当所述n型晶体硅基体的背表面为在n型晶体硅背表面氧化层上生长本征多晶硅层或者本征非晶硅层时，所述n型背表面氧化层为sio2，厚度为1-3nm，sio2的生长方法为高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或cvd沉积法。

本实施例的背接触太阳能电池的掺杂处理方法无需使用复杂的介质膜掩膜生长就可形成交替排列的p+掺杂区域和n+掺杂区域，极大地简化了工艺流程；n+前表面场、背表面n+掺杂区域和背表面p+掺杂区域在一次高温工序中共同形成，极大减少了高温工序数目，节约了生产成本。

参见图6所示，本实施例的一种背接触太阳能电池，包括n型晶体硅基体10，n型晶体硅基体10的前表面从内到外依次为轻掺杂的n+前表面场13和钝化减反膜；n型晶体硅基体10的背表面从内到外依次为掺杂区域、钝化膜和金属电极，掺杂区域包括背表面n+掺杂区域12和背表面p+掺杂区域11，背表面n+掺杂区域12上设置有n+金属电极31，背表面p+掺杂区域11上设置有p+金属电极30。背表面p+和n+掺杂区域12的图案为线条状开口图案或者点状开口图案，线条状开口图案宽50～400μm，点状开口图案的直径为500～1500μm。

优选地，n+前表面场13的方阻为50～200ω/sqr，结深为0.2～2.0μm；背表面n+掺杂区域12的方阻为20～150ω/sqr，结深为0.3～2.0μm；背表面p+掺杂区域11的方阻为20～150ω/sqr，结深为0.3～2.0μm。n型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15ω·cm，n型晶体硅基体10的厚度为50～300μm；p+金属电极30为银铝合金电极，n+金属电极31为银电极。钝化减反膜是siox介质膜20和sinx介质膜22，钝化膜是alox介质膜21和sinx介质膜23，钝化减反膜的厚度为45～110nm，钝化膜的厚度为24～70nm。

上述结构的背接触太阳能电池在完成前后表面的钝化膜覆盖后，经测试，其隐开路电压(impliedvoc)可达700mv以上，暗饱和电流密度j0<20fa/cm²，印刷电极制成的背接触电池后，其短波段的内量子效率达95％以上。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。