旋涂硼源激光掺杂制作N型选择性发射极双面电池的方法与流程

本发明涉及n型双面太阳能电池领域，尤其是涉及一种旋涂硼源激光掺杂制作n型选择性发射极双面电池的方法。

背景技术：

近三十年来太阳能光伏技术的研究开发与产业实践，确立了基于晶体硅衬底的硅晶光伏技术的主流地位。按照晶硅衬底的导电类型区分，硅片可分为p型和n型两种。n型晶硅电池由于其高少子寿命和无光致衰减等天然优势，具有更大的效率提升空间和稳定性，成为行业关注和研究的热点。

当正面发射区掺杂浓度过高时，发射区少子的复合速率会增加，当掺杂浓度过低时，又会增加金属电极与硅的接触电阻，降低电池电性能。

目前，大部分电池产线采用bbr3气相反应硼扩散制程，公开号为cn103633190a的发明专利申请文件中公开了一种晶体硅太阳能电池硼扩散的装置和方法。该装置由炉管、硼源瓶以及尾气瓶组成。硼源瓶中的液态硼源先经载气(氮气)进行气化后通过炉管壁上的进气口送入扩散炉内，紧接着在氮气和氧气的气氛下进行沉积扩散。该专利的缺点是气路系统复杂、工序繁重，而且bbr3有较强的腐蚀性和毒性。文献[j.mater.sci.technol.,2013,29(7):652-654]报道了一种由硼硅纳米粒子组成的硼浆，以及通过丝网印刷的方式将硼浆印制在硅片表面进行硼扩散制程。这种方法的缺点在于需要添置专门的丝网印刷设备、硼浆的制备也较为复杂。文献[j.phys.chem.lett.,2013,4(21):3741–3746]报道了一种有机硼聚合物(聚乙烯基硼酸频哪醇酯-pvbape)，并利用匀胶机将pvbape旋涂在硅片表面进行硼扩散制程。这种旋涂硼扩散技术的特点是操作简单、设备成本低、扩散质量好、生产效率高，但pvbape合成复杂、价格昂贵、硼含量低，不符合工业化生产的要求。公开号为cn106784053a的发明申请专利文件中公示了本发明公开了一种n型选择性发射极双面电池，包括n型基体，n型基体，一侧依次设置有重掺杂发射极区域、轻掺杂发射极区域、正面钝化减反膜、正面电极，另一侧依次设置有磷掺杂背场区域、背面钝化减反膜和背面电极；其中：正面电极穿过正面钝化减反膜与重掺杂发射区域形成欧姆接触；背面电极穿过背面钝化减反膜与磷掺杂背场区域形成欧姆接触。该专利n型基体的正面电极的重掺杂发射极采用丝网印刷阻挡浆料刻蚀工艺、通过bsg的激光掺杂、丝网印刷含硼浆料高温退火、离子注入工艺中的其中一种形成。该形成选择性发射极的方式较复杂或成本较高，不宜在工业化中应用。中国专利cn105390374a公开了一种改善n型晶硅双面太阳电池硼旋涂方法，包括硅片预清洗；硅片制绒；硅片氧化；清洗甩干；液态硼扩散源旋涂烘干等六个步骤。该方法改进提高了液态硼扩散源完全覆盖硅片表面的成品率，进而增加硅片pn结的均匀性，但该方法未对旋涂硼源扩散后形成的bsg有效利用，后道工序直接洗掉表面的bsg，从而正面发射极方阻低，硼掺杂浓度高，导致电池发射极复合多，电池转换效率低。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种旋涂硼源激光掺杂制作n型选择性发射极双面电池的方法，解决了产业化中现有技术存在的一些问题。在n型双面电池生产中，制约电池效率的主要因素其中之一是电极金属化与硅本体的接触电阻大和表面硼掺杂浓度高带来的少子复合速率增加。本发明采用旋涂硼源涂覆在正面，经扩散炉中扩散形成轻掺杂发射极，采用扩散后形成的bsg激光掺杂形成重掺杂发射极。该方法采用的硼源制备方法简单，成本较其它硼扩散方法低，选择性发射极采用硼源扩散后形成的bsg激光掺杂，与其它形成选择性发射极相比操作简单，可广泛应用于工业化生产当中。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

旋涂硼源激光掺杂制作n型选择性发射极双面电池的方法，采用的步骤为：n型硅片制绒、正面采用旋涂法旋涂有机硼源后烘干、扩散炉中扩散形成正面轻掺杂发射极、正面bsg激光掺杂形成重掺杂发射极、背面清洗去psg、背面磷扩散形成磷背场、正反面沉积减反射钝化膜、印刷正背面电极完成电池制作。

进一步地，正面旋涂时将制绒甩干后的硅片表面先旋涂一层预湿液，每片预湿液的量为0.3～1ml，然后再旋涂硼源，硼源的量为0.5～2ml，旋转速度为1000～4000r/min，旋转时间为2～10s，最后将硅片在150～300℃条件下烘干5～30s。

进一步地，将正面旋涂好硼源的硅片放入管式扩散炉中进行高温扩散，扩散温度控制在930～1000℃，形成正面浅掺杂发射极和厚度为40～100nm的bsg，扩散后表面方阻控制在80～200ohm/sq。

进一步地，正面的重掺杂发射极采用bsg激光掺杂法完成，重掺杂发射极区域的方阻控制在10～70ohm/sq。

进一步地，激光掺杂时采用波长为355nm或532nm的激光，光斑采用方形光斑，激光功率在20w-50w之间，基频为100khz-360khz。

进一步地，正反面沉积的减反射钝化膜为sinx、sio2、sioxny、al2o3或tio2薄膜中的一种或者多种，厚度为50～100nm。

进一步地，背面磷掺杂背表面场区域采用高温pocl3扩散、pecvd沉积psg退火、离子注入高温退火或丝网印刷磷源高温退火工艺中的其中一种形成。

进一步地，正面电极和背面电极采用丝网印刷方式形成，正面电极穿过正面减反射钝化膜与重掺杂发射极形成欧姆接触，背面电极穿过背面钝化减反射膜与磷背表面场形成欧姆接触。

与现有技术相比，本发明采用旋涂硼源涂覆在正面，经扩散炉中扩散形成轻掺杂发射极，采用激光掺杂工艺方法使扩散后形成的bsg形成部分重掺杂发射极，激光掺杂bsg工艺有效降低了电极与硅的接触电阻，轻掺杂发射极区低掺杂浓度有效减少了正表面少子复合速率，有效提高电池的电性能。在现有产线上只需增加一台激光掺杂机即可，解决了产线技术中电池转换效率低的技术问题。

附图说明

图1为制作得到的n型选择性发射极双面电池构造示意图。

图中，1-正面金属电极、2-减反射钝化层、3-轻掺杂发射极、4-重掺杂发射极、5-n型硅基体、6-磷扩散层、7-减反射钝化膜、8-背面金属电极。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种旋涂硼源激光掺杂制作n型选择性发射极双面电池的方法，解决了产业化中现有技术存在的一些问题。在n型双面电池生产中，制约电池效率的主要因素其中之一是电极金属化与硅本体的接触电阻大和表面硼掺杂浓度高带来的少子复合速率增加。本发明采用旋涂硼源涂覆在正面，经扩散炉中扩散形成轻掺杂发射极，采用扩散后形成的bsg激光掺杂形成重掺杂发射极。该方法采用的硼源制备方法简单，成本较其它硼扩散方法低，选择性发射极采用硼源扩散后形成的bsg激光掺杂，与其它形成选择性发射极相比操作简单，可广泛应用于工业化生产当中，采用的步骤为：

1、n型硅片制绒；

2、正面采用旋涂法旋涂有机硼源后烘干，在旋涂时将制绒甩干后的硅片表面先旋涂一层预湿液，每片预湿液的量为0.3～1ml，然后再旋涂硼源，硼源的量为0.5～2ml，旋转速度为1000～4000r/min，旋转时间为2～10s，最后将硅片在150～300℃条件下烘干5～30s；

3、扩散炉中扩散形成正面轻掺杂发射极，控制管式扩散炉的温度，扩散温度控制在930～1000℃，形成正面浅掺杂发射极和具有一定厚度的bsg，bsg厚度一般在40～100nm，扩散后表面方阻控制在80～200ohm/sq

4、正面的重掺杂发射极采用bsg激光掺杂法完成，激光掺杂时采用波长为355nm或532nm的激光，光斑采用方形光斑，激光功率在20w-50w之间，基频为100khz-360khz，重掺杂发射极区域的方阻控制在10～70ohm/sq；

5、背面清洗去psg；

6、采用高温pocl3扩散、pecvd沉积psg退火、离子注入高温退火或丝网印刷磷源高温退火工艺中的一种进行背面磷扩散形成磷背场；

7、正反面沉积减反射钝化膜，沉积的减反射钝化膜可以是sinx、sio2、sioxny、al2o3或tio2薄膜中的一种或者多种，厚度为50～100nm；

8、采用丝网印刷方式形成正面电极和背面电极，正面电极穿过正面减反射钝化膜与重掺杂发射极形成欧姆接触，背面电极穿过背面钝化减反射膜与磷背表面场形成欧姆接触完成电池制作。制作得到的n型选择性发射极双面电池的结构如图1所示，在n型硅基体5的正反表面上分别掺杂轻掺杂发射极3、重掺杂发射极4和磷扩散层6，在轻掺杂发射极3的上表面还有减反射钝化层2，并且印刷有正面金属电极1，磷扩散层6的上表面还有减反射钝化膜7，并且印刷有背面金属电极8。

以下是更加详细的实施案例，通过以下实施案例进一步说明本发明的技术方案以及所能够获得的技术效果。

实施例1

采用电阻率为1～8的n型硅片，将其制绒后甩干，硅片表面首先旋涂1ml预湿液，再旋涂0.5ml硼源，旋涂速度设定在2500r/min，旋转时间为5s，最后在200℃下将硼源中的有机相烘干。将旋涂硼源的硅片放入管式扩散炉中扩散形成正面发射极，正面方阻控制在60-70之间。

完成上述操作后，采用5％～10％hf酸清洗去除硅片背面氧化物，背面的磷掺杂背场采用pclo3高温扩散方法形成，扩散方阻控制在60～100ohm/sq。

进一步地，使用5％～10％hf酸清洗去除正面及背面的氧化物，采用sinx/sio2叠层钝化方式形成正面及背面的钝化减反射膜，薄膜厚度控制在50～100nm之间。

在上述实施例中，正面电极和背面电极采用丝网印刷方式，烧结炉烧结使电极金属化，正面电极穿过叠层减反射钝化膜与发射极接触，背面电极穿过叠层减反射钝化膜与磷背表面场接触。

实施例2

采用电阻率为1～8的n型硅片，将其制绒后甩干，硅片表面首先旋涂1ml预湿液，再旋涂0.5ml硼源，旋涂速度设定在2500r/min，旋转时间为5s，最后在200℃下将硼源中的有机相烘干。将旋涂硼源的硅片放入管式扩散炉中扩散形成轻掺杂发射极，扩散后硅片表面形成厚厚的bsg，采用激光掺杂形成重掺杂发射极。

在上述实施例中，轻掺杂发射极区域的方阻为80～200ohm/sq，重掺杂发射极区域的方阻为10～70ohm/sq。

完成上述操作后，采用5％～10％hf酸清洗去除硅片背面氧化物，背面的磷掺杂背场采用pclo3高温扩散方法形成，扩散方阻控制在60～100ohm/sq。

进一步地，使用5％～10％hf酸清洗去除正面及背面的氧化物，采用sinx/sio2叠层钝化方式形成正面及背面的钝化减反射膜，薄膜厚度控制在50～100nm之间。

在上述实施例中，正面电极和背面电极采用丝网印刷方式，烧结炉烧结使电极金属化，正面电极穿过叠层减反射钝化膜与发射极接触，背面电极穿过叠层减反射钝化膜与磷背表面场接触。

实施例1与实施例2所得n型双面太阳电池电性能如下：

从上述实测实施例数据可以得到，实施例1为传统的旋涂硼源法，硼扩散后洗去正面的bsg，而实施例2为本专利的实施具体内容之一，采用激光掺杂bsg形成重掺杂发射极，获得了电池串联电阻(rs)小，电池性能更优的实验结果，从而可以证明本专利中激光掺杂旋涂硼源扩散后bsg显著提高了电池电性能。

实施例3

采用电阻率为1～8的n型硅片，将其制绒后甩干，硅片表面首先旋涂1ml预湿液，再旋涂0.5ml硼源，旋涂速度设定在2500r/min，旋转时间为5s，最后在200℃下将硼源中的有机相烘干。将旋涂硼源的硅片放入管式扩散炉中扩散形成轻掺杂发射极，扩散后硅片表面形成厚厚的bsg，采用激光掺杂形成重掺杂发射极。

在上述实施例中，轻掺杂发射极区域的方阻为80～200ohm/sq，重掺杂发射极区域的方阻为10～70ohm/sq。

完成上述操作后，采用5％～10％hf酸清洗去除硅片背面氧化物，背面的磷掺杂背场采用离子注入退火形成，扩散方阻控制在60～100ohm/sq。

进一步地，使用5％～10％hf酸清洗去除正面及背面的氧化物，采用sioxny薄膜作为正面及背面的减反射钝化膜，薄膜厚度控制在50～100nm之间。

在上述实施例中，正面电极和背面电极采用丝网印刷方式，烧结炉烧结使电极金属化，正面电极穿过叠层减反射钝化膜与发射极接触，背面电极穿过叠层减反射钝化膜与磷背表面场接触。

实施例4

采用电阻率为1～8的n型硅片，将其制绒后甩干，硅片表面首先旋涂1ml预湿液，再旋涂0.5ml硼源，旋涂速度设定在2500r/min，旋转时间为5s，最后在200℃下将硼源中的有机相烘干。将旋涂硼源的硅片放入管式扩散炉中扩散形成轻掺杂发射极，扩散后硅片表面形成厚厚的bsg，采用激光掺杂形成重掺杂发射极。

在上述实施例中，轻掺杂发射极区域的方阻为80～200ohm/sq，重掺杂发射极区域的方阻为10～70ohm/sq。

完成上述操作后，采用5％～10％hf酸清洗去除硅片背面氧化物，背面的磷掺杂背场采用pclo3高温扩散方法形成，扩散方阻控制在60～100ohm/sq。

进一步地，使用5％～10％hf酸清洗去除正面及背面的氧化物，正面采用sinx/al2o3叠层薄膜，背面采用sioxny薄膜，正面及背面的薄膜厚度控制在50～100nm之间。

在上述实施例中，正面电极和背面电极采用丝网印刷方式，烧结炉烧结使电极金属化，正面电极穿过叠层减反射钝化膜与发射极接触，背面电极穿过叠层减反射钝化膜与磷背表面场接触。

实施例5

采用电阻率为1～8的n型硅片，将其制绒后甩干，硅片表面首先旋涂1ml预湿液，再旋涂0.5ml硼源，旋涂速度设定在2500r/min，旋转时间为5s，最后在200℃下将硼源中的有机相烘干。将旋涂硼源的硅片放入管式扩散炉中扩散形成轻掺杂发射极，扩散后硅片表面形成厚厚的bsg，采用激光掺杂形成重掺杂发射极。

在上述实施例中，轻掺杂发射极区域的方阻为80～200ohm/sq，重掺杂发射极区域的方阻为10～70ohm/sq。

完成上述操作后，采用5％～10％hf酸清洗去除硅片背面氧化物，背面的磷掺杂背场采用丝网印刷磷浆高温扩散方法形成，扩散方阻控制在60～100ohm/sq。

进一步地，使用5％～10％hf酸清洗去除正面及背面的氧化物，正面采用sinx/al2o3叠层薄膜，背面采用sioxny薄膜，正面及背面的薄膜厚度控制在50～100nm之间。

在上述实施例中，正面电极和背面电极采用丝网印刷方式，烧结炉烧结使电极金属化，正面电极穿过叠层减反射钝化膜与发射极接触，背面电极穿过叠层减反射钝化膜与磷背表面场接触。

实施例6

旋涂硼源激光掺杂制作n型选择性发射极双面电池的方法：

n型硅片制绒；

正面旋涂时将制绒甩干后的硅片表面先旋涂一层预湿液，每片预湿液的量为0.3ml，然后再旋涂硼源，硼源的量为0.5ml，旋转速度为1000r/min，旋转时间为2s，最后将硅片在150℃条件下烘干30s；

将正面旋涂好硼源的硅片放入管式扩散炉中进行高温扩散，扩散温度控制在930℃，形成正面浅掺杂发射极和40nm厚度的bsg，扩散后表面方阻控制在80～200ohm/sq；

扩散炉中扩散形成正面轻掺杂发射极；

正面bsg激光掺杂形成重掺杂发射极，采用bsg激光掺杂法完成，重掺杂发射极区域的方阻控制在10ohm/sq，激光掺杂时采用波长为355nm的激光，光斑采用方形光斑，激光功率在20w，基频为100khz；

背面清洗去psg；

采用高温pocl3扩散工艺在背面磷扩散形成磷背场；

正反面沉积厚度为50nm的sinx减反射钝化膜；

印刷正背面电极，正面电极穿过正面减反射钝化膜与重掺杂发射极形成欧姆接触，背面电极穿过背面钝化减反射膜与磷背表面场形成欧姆接触，从而完成电池制作。

实施例7

旋涂硼源激光掺杂制作n型选择性发射极双面电池的方法：

n型硅片制绒；

正面旋涂时将制绒甩干后的硅片表面先旋涂一层预湿液，每片预湿液的量为0.5ml，然后再旋涂硼源，硼源的量为1ml，旋转速度为3000r/min，旋转时间为5s，最后将硅片在200℃条件下烘干20s；

将正面旋涂好硼源的硅片放入管式扩散炉中进行高温扩散，扩散温度控制在950℃，形成正面浅掺杂发射极和60nm厚度的bsg，扩散后表面方阻控制在80～200ohm/sq；

扩散炉中扩散形成正面轻掺杂发射极；

正面bsg激光掺杂形成重掺杂发射极，采用bsg激光掺杂法完成，重掺杂发射极区域的方阻控制在50ohm/sq，激光掺杂时采用波长为5532nm的激光，光斑采用方形光斑，激光功率在30w，基频为200khz；

背面清洗去psg；

采用离子注入高温退火工艺在背面磷扩散形成磷背场；

正反面沉积厚度为80nm的sioxny减反射钝化膜；

印刷正背面电极，正面电极穿过正面减反射钝化膜与重掺杂发射极形成欧姆接触，背面电极穿过背面钝化减反射膜与磷背表面场形成欧姆接触，从而完成电池制作。

实施例8

旋涂硼源激光掺杂制作n型选择性发射极双面电池的方法：

n型硅片制绒；

正面旋涂时将制绒甩干后的硅片表面先旋涂一层预湿液，每片预湿液的量为1ml，然后再旋涂硼源，硼源的量为2ml，旋转速度为～4000r/min，旋转时间为10s，最后将硅片在300℃条件下烘干5s；

将正面旋涂好硼源的硅片放入管式扩散炉中进行高温扩散，扩散温度控制在1000℃，形成正面浅掺杂发射极和100nm厚度的bsg，扩散后表面方阻控制在80～200ohm/sq；

扩散炉中扩散形成正面轻掺杂发射极；

正面bsg激光掺杂形成重掺杂发射极，采用bsg激光掺杂法完成，重掺杂发射极区域的方阻控制在70ohm/sq，激光掺杂时采用波长为532nm的激光，光斑采用方形光斑，激光功率在50w，基频为360khz；

背面清洗去psg；

采用丝网印刷磷源高温退火工艺在背面磷扩散形成磷背场；

正反面沉积厚度为100nm的tio2减反射钝化膜；

印刷正背面电极，正面电极穿过正面减反射钝化膜与重掺杂发射极形成欧姆接触，背面电极穿过背面钝化减反射膜与磷背表面场形成欧姆接触，从而完成电池制作。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。