一种太阳能电池选择性发射极的制备方法与流程

本发明属于太阳能光伏组件领域，具体涉及一种太阳能电池选择性发射极的制备方法。

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，更低的生产成本和更高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。要想获得高效率的太阳能电池，其表面必须具有良好的钝化和较低的表面复合速率，从而获得较高的开压、电流和效率。而在现有的普通晶硅太阳能电池制备技术中，普遍采用均匀掺杂的发射极。为了降低发射极的表面复合，提升晶硅太阳能电池的短波响应，必须降低发射极的表面掺杂浓度；然而，为了降低金属接触复合和接触电阻，则必须提高发射极的表面掺杂浓度。为了解决这一矛盾的技术问题，选择性发射极(selectiveemitter)是一个非常好的选择，其具体结构是：(1)在电极栅线以下及其附近区域形成重掺杂区，以提高开路电压，降低接触电阻，提高填充因子；(2)在非栅线区域形成浅掺杂区，以获得较好的表面钝化效果，提高短波响应和载流子收集率，从而提高短路电流。

在现有技术中，普通晶硅太阳能电池选择性发射极的制备方法主要分为两次扩散工艺和一次扩散工艺。其中，两次扩散工艺主要是先在晶体硅片绒面上生长扩散掩膜，再蚀刻开槽出电极栅线区域，然后，通过两次热扩散(重扩散和轻扩散)形成重掺杂和浅掺杂的结构。

专利cn201966219u及cn102214709b所公开的技术方案中，采用两步扩散的方法，先进行低表面浓度扩散形成轻掺杂区域，然后掩膜并开膜，来进行高表面浓度扩散，从而形成重掺杂区域。显然，两次扩散工艺需要较多的工序与设备，很大程度上提高了生产成本；此外，多次高温扩散会对硅片的少子寿命产生负面影响，限制了转化效率的进一步提升。

专利cn104022187b及cn102214709b所公开的技术方案中则采用一步扩散的方法形成重掺杂区域，然后掩膜回刻蚀以制备轻掺杂区域。专利cn102386280b所公开的技术方案则先在表面旋涂掺杂源，然后进行高温热处理形成轻掺杂区域，然后采用激光掺杂的方式形成重掺杂区域。然而，现有的一步扩散方法制备得到的选择性发射极中的轻掺杂区域的表面浓度较高，影响太阳能电池的性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种太阳能电池选择性发射极的制备方法，该方法分别通过不同的扩散源对轻、重掺杂区域进行控制，使得轻、重掺杂区域在制备过程中能够灵活调节，从而获得更好性能的发射极。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种太阳能电池选择性发射极的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供硅基体，所述硅基体的表面包括用于与金属接触电极接触的金属接触区域和位于所述金属接触区域以外的非金属接触区域；

(2)在所述硅基体表面的非金属接触区域上设置含掺杂源扩散阻挡层，所述含掺杂源扩散阻挡层包括含有掺杂源的掺杂层，以及设置在所述掺杂层上的阻挡层；

(3)对硅基体进行掺杂并使所述掺杂层中的掺杂源进入所述非金属接触区域，在硅基体表面设置有含源硅玻璃层的非金属接触区域形成选择性发射极的轻掺杂区域，在硅基体表面未设置含源硅玻璃层的金属接触区域形成选择性发射极的重掺杂区域。

本发明提供的选择性发射极的制备方法中，以含有掺杂源的掺杂层作为选择性发射极轻掺杂区域的掺杂源，选择性发射极的重掺杂区域通过外部掺杂源掺杂形成，同时阻挡层对外部掺杂源掺杂起到阻挡作用，防止外部掺杂源进入轻掺杂区域，从而一方面得到较低表面浓度、较浅结深的轻掺杂区域，另一方面实现轻掺杂区域和重掺杂区域分别控制，便于轻掺杂区域和重掺杂区域的调节，有利于提高发射极性能。

本发明中，含有掺杂源的掺杂层可以为含有掺杂源的硅玻璃薄膜，阻挡层可以为氧化硅薄膜，其中，含有掺杂源的硅玻璃薄膜的厚度可以为10纳米-100纳米(例如10纳米、15纳米、20纳米、25纳米、30纳米、35纳米、40纳米、45纳米、50纳米、55纳米、60纳米、65纳米、70纳米、75纳米、80纳米、85纳米、90纳米、95纳米、100纳米等)，作为阻挡层的氧化硅薄膜的厚度可以为30纳米-100纳米(例如30纳米、35纳米、40纳米、45纳米、50纳米、55纳米、60纳米、65纳米、70纳米、75纳米、80纳米、85纳米、90纳米、95纳米、100纳米等)。上述含掺杂源的硅玻璃薄膜以及作为阻挡层的氧化硅薄膜可采用常压化学气相沉积法(apcvd)或等离子增强化学气相沉积法(pecvd)进行沉积形成。

当然，本发明中含有掺杂源的掺杂层不限于含有掺杂源的硅玻璃薄膜，其他能够作为轻掺杂区域掺杂源的材料均可；阻挡层也不限于氧化硅薄膜，其他能够阻挡外部掺杂源进入轻掺杂区域的材料均可。

进一步地，本发明中，所述含掺杂源扩散阻挡层还可以包括过滤层，所述过滤层位于所述掺杂层和所述硅基体之间，需要说明的是，此处过滤层的含义是能够对掺杂源进入轻掺杂区域起到一定的阻挡作用，但不会完全阻挡掺杂源进入轻掺杂区域。通过设置过滤层，可进一步降低轻掺杂区域的表面浓度，得到更低表面浓度、更浅结深的轻掺杂区域。

本发明中，所述过滤层可以为氧化硅薄膜，该氧化硅薄膜的厚度可以为1纳米至20纳米(例如1纳米、2纳米、3纳米、4纳米、5纳米、6纳米、7纳米、8纳米、9纳米、10纳米、11纳米、12纳米、13纳米、14纳米、15纳米、16纳米、17纳米、18纳米、19纳米、20纳米等)。该作为过滤层的氧化硅薄膜可采用常压化学气相沉积法(apcvd)或等离子增强化学气相沉积法(pecvd)进行沉积形成。

如上文所述，过滤层不限于氧化硅薄膜，其他可对掺杂源起到一定阻挡作用的材料均可，例如多晶硅、非晶硅和/或微晶硅等硅薄膜，或者氧化硅薄膜和硅薄膜叠层膜。

本发明中，所述的步骤(2)可以包括：

步骤(21)，在所述硅基体的全部表面上设置所述含掺杂源扩散阻挡层；

步骤(22)，去除位于所述硅基体的金属接触区域上的含掺杂源扩散阻挡层。

其中，步骤(22)中可使用激光去除位于所述硅基体的金属接触区域上的含掺杂源扩散阻挡层。具体可采用皮秒、亚秒或纳秒激光器。

可以理解的是，本发明中，硅基体表面的金属接触区域的图案，也即选择性发射极的重掺杂区域的图案与金属接触电极图案相对应，在步骤(22)中，可根据金属接触电极的设计，采用与金属接触电极图案相对应的激光图形对硅基体表面进行扫描，激光照射位置处的含掺杂源扩散阻挡层被去除。

本发明中，步骤(3)所述的掺杂过程中可以采用扩散的方法进行掺杂，利用扩散过程中的高温使含掺杂源的掺杂层中的掺杂源进入硅基体的非金属接触区域形成轻掺杂区域。

对于制备选择性发射极来说，含掺杂源的掺杂层中掺杂源以及步骤(3)掺杂过程中的掺杂源相同，但是与硅基体的掺杂类型相反，掺杂源具体可以为磷(p)或硼(b)。

本发明中，掺杂源的类型可以与硅基体的掺杂类型相同，从而形成具有轻掺杂区域和重掺杂区域的选择性表面场。

在步骤(3)中对硅基体进行掺杂后会在硅基体的重掺杂区域表面形成含掺杂源的硅玻璃(例如磷硅玻璃或硼硅玻璃)，因此，在步骤(3)之后，还可以包括以下步骤：

使用氢氟酸(hf)去除在掺杂过程中于重掺杂区域表面上生长的含掺杂源的硅玻璃。

在去除生长在重掺杂区域表面的含掺杂源硅玻璃之后，进一步根据阻挡层、掺杂层、过滤层具体的材料，选择合适的方法将阻挡层、掺杂层、过滤层去除。

可以理解的是，当采用氧化硅薄膜作为阻挡层及过滤层，含掺杂源硅玻璃作为掺杂层时，可使用氢氟酸将重掺杂区域表面上生长的含掺杂源的硅玻璃、阻挡层、掺杂层以及过滤层一起去除。

在去除阻挡层、掺杂层、过滤层之后，可根据太阳能电池的具体结构，在形成的选择性发射极上形成太阳能电池的其他部分，包括但不限于形成钝化层、形成电极等。

其中，在轻掺杂区域和重掺杂区域上沉积钝化层薄膜，所述的钝化层薄膜可以是二氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)、二氧化钛(tio2)、氮氧化硅(sioxn1-x)及多晶硅中的一种的单层薄膜或多种的多种薄膜的叠层薄膜，优选厚度为40～200nm(例如40nm、50nm、100nm、150nm、200nm等)，可以采用低压化学气相沉积法(lpcvd)或等离子增强化学气相沉积法(pecvd)进行沉积。

在所述重掺杂区域上设置金属接触电极，可以使用丝网印刷的方式进行设置。

本发明提供的制备方法中，步骤(1)中提供硅基体可以包括对硅基体进行清洗，以及对需要设置选择性发射极的硅基体表面进行制绒、湿刻或者抛光的步骤。对硅基体表面进行制绒、湿刻或者抛光后，可再次对硅基体进行清洗。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在硅基体表面的非金属接触区域设置含掺杂源扩散阻挡层，其中的含掺杂源的掺杂层作为对非金属接触区域进行掺杂的掺杂源，在非金属接触区域形成选择性发射极的轻掺杂区域，选择性发射极的重掺杂区域通过外部掺杂形成，阻挡层则阻挡外部掺杂源进入轻掺杂区域，从而一方面得到较低表面浓度、较浅结深的轻掺杂区域，另一方面实现轻掺杂区域和重掺杂区域分别控制，便于轻掺杂区域和重掺杂区域的调节，有利于提高发射极性能。并且，本发明还可在含掺杂源的掺杂层和硅基体之间设置过滤层，得到更低表面浓度、更浅结深的选择性发射极的轻掺杂区域。

采用本发明提供的制备方法得到的选择性发射极中，轻掺杂区域的方阻可达到100ohm/sq-200ohm/sq，表面浓度可达到1.0e¹⁸atoms/cm³-1.0e²⁰atoms/cm³，重掺杂区域的方阻可达到10ohm/sq-100ohm/sq，表面浓度为4.0e¹⁹atoms/cm³-2.0e²¹atoms/cm³。

附图说明

以下通过附图对本发明作进一步的说明。

图1实施例1所述步骤(1)沉积含掺杂源掺杂层和阻挡层后的结构示意图。

图2实施例1所述步骤(2)开膜后的结构示意图。

图3实施例1所述步骤(3)掺杂后的结构示意图。

图4实施例1所述步骤(4)去除硅玻璃后的结构示意图。

图5实施例1所述步骤(5)制备钝化层后的结构示意图。

图6实施例1所制得的太阳能电池选择性发射极的结构示意图。

附图标记：1-硅基体；2-含掺杂源掺杂层；3-阻挡层；4-轻掺杂区域；5-重掺杂区域；6-磷硅玻璃；7-钝化层薄膜；8-金属接触电极。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明作进一步的说明。

在本发明所述的实施例中，采用四探针方阻测试仪对太阳能电池选择性发射极的方阻进行测试，采用ecv测试仪对太阳能电池选择性发射极的表面浓度和结深进行测试。

实施例1

本实施例提供一种太阳能电池选择性发射极的制备方法，包括以下步骤：

步骤101，采用hcl+h2o2及氢氟酸对制绒后的p型硅基体进行清洗；

步骤102，利用常压化学气相沉积法(apcvd)在清洗好的硅基体1的全部表面上依次生长一层磷硅玻璃(psg)薄膜(作为含掺杂源掺杂层2)和一层氧化硅薄膜(作为阻挡层3)，即磷硅玻璃薄膜位于氧化硅薄膜和硅基体1之间，如图1所示；

磷硅玻璃薄膜的厚度为100nm，生长温度为480℃，生长出的磷硅玻璃薄膜中磷的浓度为10％；

氧化硅层的厚度为100nm，生长温度为490℃；

步骤103，根据金属接触电极的图案设计，使用皮秒激光器去除位于硅基体1表面用于与金属接触电极接触的金属接触区域上的磷硅玻璃薄膜和氧化硅薄膜，保留位于硅基体表面金属接触区域以外的非金属接触区域上的磷硅玻璃薄膜和氧化硅薄膜，如图2所示；

步骤104，使用炉管磷扩散工艺对硅基体进行掺杂，扩散工艺包括通源步骤和推进步骤，温度均为900℃，通源步骤携带扩散源pocl3的氮气、氧气和常规氮气流量分别为850sccm、1000sccm和14000sccm，通源步骤和推进步骤时间分别为30分钟和30分钟，在金属接触区域形成选择性发射极的重掺杂区域5，同时在扩散过程中，磷硅玻璃薄膜中的磷元素进入非金属接触区域形成选择性发射极的轻掺杂区域4，氧化硅薄膜阻挡外部掺杂源进入轻掺杂区域；在扩散过程中，还在氧化硅薄膜表面和重掺杂区域5的表面上生长出一层磷硅玻璃6，如图3所示；

步骤105，使用氢氟酸去除扩散过程中生长的磷硅玻璃以及步骤102中生长的磷硅玻璃薄膜和氧化硅薄膜。

完成上述步骤之后，对所得选择性发射极的方阻、表面浓度和结深进行测试，结果见表-1。

实施例2

本实施例提供一种太阳能电池选择性发射极的制备方法，包括以下步骤：

步骤201，采用hcl+h2o2及氢氟酸对制绒后的n型硅基体进行清洗；

步骤202，利用等离子增强化学气相沉积法(pecvd)在清洗好的硅基体的全部表面上依次生长一层硼硅玻璃(bsg)薄膜(作为含掺杂源掺杂层)和一层氧化硅薄膜(作为阻挡层)，即硼硅玻璃薄膜位于氧化硅薄膜和硅基体之间；

硼硅玻璃薄膜的厚度为60nm，生长温度为380℃，生长出的硼硅玻璃薄膜中硼的浓度为3.4％。

氧化硅层的厚度为60nm，生长温度为490℃；

步骤203，根据金属接触电极的图案设计，使用皮秒激光器去除位于硅基体表面用于与金属接触电极接触的金属接触区域上的硼硅玻璃薄膜和氧化硅薄膜，保留位于硅基体表面金属接触区域以外的非金属接触区域上的硼硅玻璃薄膜和氧化硅薄膜；

步骤204，使用炉管硼扩散工艺对硅基体进行掺杂，扩散工艺包括通源步骤和推进步骤，温度均为925℃，通源步骤携带扩散源bbr3的氮气、氧气和常规氮气流量分别为500sccm、250sccm和33000sccm，通源步骤和推进步骤时间分别为20分钟和80分钟,在金属接触区域形成选择性发射极的重掺杂区域，同时在扩散过程中，硼硅玻璃薄膜中的硼元素进入非金属接触区域形成选择性发射极的轻掺杂区域，氧化硅薄膜阻挡外部掺杂源进入轻掺杂区域；在扩散过程中，还在氧化硅薄膜表面和重掺杂区域的表面上生长出一层硼硅玻璃；

步骤205，使用氢氟酸去除扩散过程中生长的硼硅玻璃以及步骤202中生长的硼硅玻璃薄膜和氧化硅薄膜。

完成上述步骤之后，对所得选择性发射极的方阻、表面浓度和结深进行测试，结果见表-1。

实施例3

本实施例提供一种太阳能电池选择性发射极的制备方法，包括以下步骤：

步骤301，采用hcl+h2o2及氢氟酸对制绒后的n型硅基体进行清洗；

步骤302，利用等离子增强化学气相沉积法(pecvd)在清洗好的硅基体的全部表面上依次生长一层厚度为5nm的下层氧化硅薄膜(作为过滤层)，厚度为80nm的硼硅玻璃薄膜(作为含掺杂源的掺杂层)，以及厚度为80nm的上层氧化硅薄膜(作为阻挡层)，即磷硅玻璃薄膜位于两层氧化硅薄膜之间；

其中，下层氧化硅薄膜的生长温度为490℃；

硼硅玻璃薄膜生长温度为380℃，生长出的硼硅玻璃薄膜中硼的浓度为3.4％；

上层氧化硅薄膜的生长温度为490℃；

步骤303，根据金属接触电极的图案设计，使用皮秒激光器去除位于硅基体表面用于与金属接触电极接触的金属接触区域上的硼硅玻璃薄膜和氧化硅薄膜，保留位于硅基体表面金属接触区域以外的非金属接触区域上的硼硅玻璃薄膜和氧化硅薄膜；

步骤304，使用炉管硼扩散工艺对硅基体进行掺杂，扩散工艺包括通源步骤和推进步骤，温度均为925℃，通源步骤携带扩散源bbr3的氮气、氧气和常规氮气流量分别为500sccm、250sccm和33000sccm，通源步骤和推进步骤时间分别为20分钟和80分钟,在金属接触区域形成选择性发射极的重掺杂区域，硼硅玻璃薄膜中的硼元素进入非金属接触区域形成选择性发射极的轻掺杂区域，上层氧化硅薄膜阻挡外部掺杂源进入轻掺杂区域，下层氧化硅薄膜对硼硅玻璃薄膜中的硼元素起到一定的阻挡作用；在扩散过程中，还在上层氧化硅薄膜表面和重掺杂区域的表面上生长出一层硼硅玻璃；

步骤305，使用氢氟酸去除扩散过程中生长的硼硅玻璃以及步骤302中生长的硼硅玻璃薄膜、上层氧化硅薄膜和下层氧化硅薄膜。

完成上述步骤之后，对所得选择性发射极的方阻、表面浓度和结深进行测试，结果见表-1。

实施例4

本实施例提供一种太阳能电池选择性发射极的制备方法，包括以下步骤：

步骤401，采用hcl+h2o2及氢氟酸对制绒后的p型硅基体进行清洗；

步骤402，利用等离子增强化学气相沉积法(pecvd)在清洗好的硅基体的全部表面上依次生长一层厚度为6nm的下层氧化硅薄膜(作为过滤层)，厚度为30nm的磷硅玻璃薄膜(作为掺杂源的掺杂层)，以及厚度为60nm的上层氧化硅薄膜(作为阻挡层)，即磷硅玻璃薄膜位于两层氧化硅薄膜之间；

其中，下层氧化硅薄膜的生长温度为490℃；

磷硅玻璃薄膜的生长温度为480℃，生长出的磷硅玻璃薄膜中磷的浓度为10％；

上层氧化硅薄膜的生长温度为490℃；

步骤403，根据金属接触电极的图案设计，使用亚秒激光器去除位于硅基体表面用于与金属接触电极接触的金属接触区域上的磷硅玻璃薄膜、上层氧化硅薄膜和下层氧化硅薄膜，保留位于硅基体表面金属接触区域以外的非金属接触区域上的磷硅玻璃薄膜、上层氧化硅薄膜和下层氧化硅薄膜；

步骤404，使用炉管磷扩散工艺对硅基体进行掺杂，扩散工艺包括通源步骤和推进步骤，温度均为900℃，通源步骤携带扩散源pocl3的氮气、氧气和常规氮气流量分别为850sccm、1000sccm和14000sccm，通源步骤和推进步骤时间分别为30分钟和30分钟，在金属接触区域形成选择性发射极的重掺杂区域，磷硅玻璃薄膜中的磷元素进入非金属接触区域形成选择性发射极的轻掺杂区域，上层氧化硅薄膜阻挡外部掺杂源进入轻掺杂区域，下层氧化硅薄膜对磷硅玻璃薄膜中的磷元素起到一定的阻挡作用；在扩散过程中，还在上层氧化硅薄膜表面和重掺杂区域的表面上生长出一层磷硅玻璃；

步骤405，使用氢氟酸去除扩散过程中生长的磷硅玻璃以及步骤402中生长的磷硅玻璃薄膜、上层氧化硅薄膜和下层氧化硅薄膜。

完成上述步骤之后，对所得选择性发射极的方阻、表面浓度和结深进行测试，结果见表-1。

实施例5

本实施例提供一种太阳能电池选择性发射极的制备方法，包括以下步骤：

步骤501，采用hcl+h2o2及氢氟酸对制绒后的p型硅基体进行清洗；

步骤502，利用常压化学气相沉积法(apcvd)在清洗好的硅基体的全部表面上依次生长一层厚度为20nm的下层氧化硅薄膜(作为过滤层)，厚度为60nm的磷硅玻璃薄膜(作为掺杂源的掺杂层)，以及厚度为100nm的上层氧化硅薄膜(作为阻挡层)，即磷硅玻璃薄膜位于两层氧化硅薄膜之间；

其中，下层氧化硅薄膜的生长温度为490℃；

磷硅玻璃薄膜的生长温度为480℃，生长出的磷硅玻璃薄膜中磷的浓度为8％；

上层氧化硅薄膜的生长温度为490℃；

步骤503，根据金属接触电极的图案设计，使用纳秒激光器去除位于硅基体表面用于与金属接触电极接触的金属接触区域上的磷硅玻璃薄膜、上层氧化硅薄膜和下层氧化硅薄膜，保留位于硅基体表面金属接触区域以外的非金属接触区域上的磷硅玻璃薄膜、上层氧化硅薄膜和下层氧化硅薄膜；

步骤504，使用炉管磷扩散工艺对硅基体进行掺杂，扩散工艺包括通源步骤和推进步骤，温度均为900℃，通源步骤携带扩散源pocl3的氮气、氧气和常规氮气流量分别为850sccm、1000sccm和14000sccm，通源步骤和推进步骤时间分别为30分钟和30分钟，在金属接触区域形成选择性发射极的重掺杂区域，磷硅玻璃薄膜中的磷元素进入非金属接触区域形成选择性发射极的轻掺杂区域，上层氧化硅薄膜阻挡外部掺杂源进入轻掺杂区域，下层氧化硅薄膜对磷硅玻璃薄膜中的磷元素起到一定的阻挡作用；在扩散过程中，还在上层氧化硅薄膜表面和重掺杂区域的表面上生长出一层磷硅玻璃；

步骤505，使用氢氟酸去除扩散过程中生长的磷硅玻璃以及步骤502中生长的磷硅玻璃薄膜、上层氧化硅薄膜和下层氧化硅薄膜。

完成上述步骤之后，对所得选择性发射极的方阻、表面浓度和结深进行测试，结果见表-1。

表-1

从上述表-1数据可以看出，采用本发明的制备方法得到的选择性发射极的重掺杂区域具有较高的表面浓度、较深的结深和较低的方阻，同时，轻掺杂区域具有较低的表面浓度、较浅的结深和较高的方阻。

需要指出的是，上述实施例仅是对本发明作进一步的说明，而不是限制，在与本发明相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的保护范围内。