一种选择性发射极的制备方法和太阳能电池与流程

本申请涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种选择性发射极的制备方法以及涉及一种太阳能电池。

背景技术：

太阳能电池的选择性发射极(se，selectiveemitter)结构，是在掺杂层(也可称为扩散层)上金属电极与硅基底的接触区域(电极欧姆接触区域)进行重掺杂，而金属电极之间非金属接触区域进行轻掺杂。此结构可有效的降低金属区的接触电阻及金属复合，提高开路电压。同时非金属接触区域即轻掺杂区的俄歇复合降低且短波量子效率有效提高，从而提高其短路电流。因此，期望开发一种用于制备选择性发射极结构的工艺，以提升太阳能电池的转换效率。

技术实现要素：

本发明提供了一种选择性发射极的制备方法，该制备方法基于氧化分凝的方式制备选择性发射极，进而提升太阳电池转换效率。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

根据本申请的一个方面，提供一种选择性发射极的制备方法，包括以下步骤：

s1：提供硅基底，在硅基底的表面形成掺杂层，所述掺杂层包括掺杂元素且具有第一掺杂浓度；

s2：在所述掺杂层的表面形成掩膜；

s3：从所述掩膜中去除一部分材料，露出掺杂层，以形成至少一个第一区域；掩膜未被去除的区域为至少一个第二区域，其用作掺杂层的保护层；

s4：对包括所述掩膜的掺杂层进行高温氧化处理，以至少在所述至少一个第一区域形成氧化层；其中，所述至少一个第一区域的部分掺杂元素析出至所述氧化层，所述第一区域具有第二掺杂浓度且所述第二掺杂浓度小于所述第一掺杂浓度；以及

s5：去除所述掩膜和所述氧化层，得到选择性发射极。

优选地，在步骤s4中，所述高温氧化处理使用的氧化剂包括氧气和/或h2o。

优选地，在步骤s4中，所述高温氧化处理在500-1200℃的温度下进行。

优选地，在步骤s4中，所述高温氧化处理后得到的氧化物层的厚度为40-300nm。

可选地，在步骤s4中，进行所述高温氧化处理后对硅基底的表面进行退火处理。

可选地，所述掩膜层包括氧化硅、氮化硅、碳化硅或有机薄膜中的一种或多种。

可选地，所述掩膜层的厚度大于或等于20nm。

可选地，经氧化处理后的掺杂层的第一区域(非掩膜保护区域)的方阻在20-130ohm/sq的范围内，第二区域(掩膜保护区域)的方阻在80-400ohm/sq的范围内，且第一区域的方阻大于第二区域的方阻。

根据本申请的另一个方面，提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括硅基底位于所述硅基底上的选择性发射极，其中，所述选择性发射极可以通过上述方法制备。所述太阳能电池还可以包括位于所述硅基底表面的至少一层钝化层以及与所述选择性发射极形成欧姆接触的电极，所述电极用于收集电流。

采用氧化分凝的方式在硅基底的表面形成选择性发射极，工艺更为简单，而且可以通过调节掺杂工艺、掩膜厚度和氧化工艺分别控制选择性发射极轻掺杂和重掺杂区域的方阻，与后续钝化及其金属化匹配性很高。采用氧化的方式析出掺杂元素，可以有效去除轻掺杂表面的富掺杂层(富硼层或富磷层)，降低未激活掺杂原子造成的复合损失，进一步提升太阳电池的开路电压和转换效率，而且不会使用激光或者化学方法刻蚀硅片表面，不会造成表面损伤，不会对选择性发射极的提效效果产生负面影响。

附图说明

图1是根据本申请实施例所示的选择发射极制备的流程图；

图2a～2e是根据本申请实施例所述的选择性发射极制备的示意图；和

图3是根据本申请实施例所示的在氧化处理后以及氧化处理加退火处理后的掺杂曲线。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。

需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。除非另有定义或说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。

本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，包括a和b且a和b都是实数。例如数值范围“800-900”表示本文中已经全部列出了“800-900”之间的全部实数，“800-900”只是这些数值组合的缩略表示。

本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。

太阳能电池的选择性发射极(se，selectiveemitter)结构，是在掺杂层(也可称为扩散层)上金属电极与硅基底的接触区域(电极欧姆接触区域)进行重掺杂，而金属电极之间非金属接触区域进行轻掺杂。此结构可有效的降低金属区的接触电阻及金属复合，提高开路电压。同时非金属接触区域即轻掺杂区的俄歇复合降低且短波量子效率有效提高，从而提高其短路电流。

对于制备太阳能电池se结构，可以采用：1)激光掺杂方式实现选择性发射极，然而会限制轻掺区和重掺区的掺杂浓度差，进而限制了电池效率的提升幅度，而且易造成激光区域损伤，影响电池效率提升；2)反刻方式形成选择性发射极，可能会破坏电池表面制绒后的金字塔结构，降低其减反射效果，影响电池效率提升；3)两步扩散方法形成选择性发射极，工艺复杂，两步扩散会导致富掺杂层原子数量增加，复合增强，影响电池效率提升。

因此，为克服现有技术的不完善，本申请实施例提供一种制备选择性发射极的方法，首先在硅基底表面形成掺杂层，所述掺杂层用于提供选择性发射极结构中的重掺杂区，然后采用氧化分凝的方式实现选择性发射极结构中高方阻区域的轻掺杂，可以有效去除表面的重掺杂层，降低未激活掺杂原子造成的复合损失，进一步提升太阳电池的开路电压和转换效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1～图2e，其中，图1为本申请实施例所示的选择性发射极制备的流程图，图2a～图2e为本申请实施例所示的选择性发射极制备的示意图。

s1：提供硅基底1，在硅基底1的表面形成掺杂层2，所述掺杂层2包括掺杂元素且具有第一掺杂浓度。在一些实施例中，所述掺杂层2可以形成作为硅基底1的一部分。

可选地，所述硅基底可以包括但不限于单晶硅、多晶硅和/或类单晶等。例如，所述硅基底1为单晶硅基底，所述基底的电阻率为0.5～3.5ω·cm，厚度为150～270μm。

在一些实施例中，所述硅基底可以为p型基底或n型基底。当所述硅基底为p型基底时，所述掺杂层为n型掺杂层，从而形成pn结结构。当所述硅基底为n型基底时，所述掺杂层为p型掺杂层，从而形成pn结结构。

所述掺杂层可以通过高温扩散(亦称为热扩散)、浆料掺杂或者离子注入等方法形成。在一个实施方式中，采用高温扩散方法在硅片表现形成具有0.3-2.0μm厚度的掺杂层。

例如，可以对p型基底进行磷掺杂，具体地，将基底置于管式扩散炉内，采用三氯氧磷液态源作为扩散源(或掺杂源)，并使恒温区的温度维持在810℃左右，对基底进行磷扩散，持续一定的扩散时间(比如40min)，掺杂结深为0.2～1.0μm，进而形成具有第一掺杂浓度的磷重掺层。

又例如，可以对n型基底进行硼掺杂，具体地，将基底置于管式扩散炉内，采用三溴化硼液态源作为扩散源(或掺杂源)，并使恒温区的温度维持在850℃左右，对基底进行硼扩散，持续一定的扩散时间(比如40min)，掺杂结深为0.2～1.0μm，进而形成具有第一掺杂浓度的硼重掺层。

需要说明的是，所述形成的掺杂层是重掺层，即所述第一浓度具有相对较高的浓度，以便提供选择性发射极结构中的重掺区。

在一些实施例中，所述硅基底可以经过预处理。例如，对所述硅基底进行制绒处理以实现硅基底表面的织构化，可以形成金字塔状的表面结构。可选地，采用碱溶液(比如氢氧化钠或氢氧化钾溶液)对基底腐蚀一定的时间形成金字塔形貌。

对硅基底的表面的形状不作限定，可以是金字塔形状、抛光表面、黑硅表面或去损伤表面等。例如，如果选择性电极用在基底的正面，则硅基底的表面一般是金字塔或者黑硅表面，用于减少入射光的反射。如果选择性电极用在基底的背面，则硅基底的表面一般是去损伤或者抛光表面。

s2：在所述掺杂层的表面形成掩膜3。

所述形成的掩膜可以用于提供所述掺杂层中特定区域的保护层，以使被掩膜覆盖的区域在后续氧化工艺中不被氧化。

可选地，所述掩模包括氧化硅、氮化硅、碳化硅或有机薄膜中的一种或多种。在一些实施例中，所述掩膜的厚度大于或等于20nm。所述掩膜可以通过本领域常用的化学气相沉积、旋涂、印刷或者热氧化等方法形成在掺杂层的表面上，在此不再赘述。

s3：从所述掩膜3中去除一部分材料，露出掺杂层，以形成至少一个第一区域24，其中所述掩膜未被去除的区域为至少一个第二区域(25)。所述保留的掩模用于提供所述至少一个第二区域的保护层。

在一些实施例中，可以通过物理或者化学方法选择性地去除所述掩模3。例如，所述物理方法可以包括超声清洗法。所述化学方法可以包括氢氟酸(hf)腐蚀法。具体地，采用2-10wt％浓度的hf选择性去除掺杂层表面的掩膜3，腐蚀时间范围在2-30min。

s4：对包括所述掩膜的掺杂层进行高温氧化处理，以在所述至少一个第一区域形成氧化层；其中，所述至少一个第一区域的部分掺杂元素析出至所述氧化层，所述至少一个第一区域具有第二掺杂浓度，且所述第二掺杂浓度小于所述第一掺杂浓度。

在本步骤中，高温氧化处理可以在500-1200℃的温度下，采用干氧或湿氧工艺对所述包括掩膜的掺杂层进行氧化处理。

如图2d所示，当进行高温氧化时，所使用的氧化剂(氧气和/或水蒸气)与掺杂层中的硅发生氧化反应生成氧化硅(siox)层22。由于氧化硅的熔融温度高于掺杂层的熔融温度，导致氧化硅层22在冷却过程中，形成氧化硅固相和掺杂层液相21的混合相，掺杂元素(磷或硼)在固相和液相中的浓度发生分化，从而导致掺杂元素向氧化硅固相迁移。而在这个过程，由于被掩膜覆盖的掺杂层的至少一个第二区域25被保护，所述氧化剂无法到达该区域，从而所述至少一个第二区域25并不会被氧化，所述第二区域25中的掺杂元素浓度不降低或仅发生小幅度降低。

掺杂层经过高温氧化处理，由于氧化分凝原理，被氧化的第一区域24中的部分掺杂元素析出至所述氧化层，导致掺杂浓度降低，而被掩膜保护的掺杂层的第二区域25中的掺杂元素的浓度未降低或发生很小程度的降低。因此，经过所述高温氧化处理的掺杂层产生了具有第二掺杂浓度的轻掺杂区域(即，第一区域24)和具有第一掺杂浓度的重掺杂区域(即，第一区域25)。轻掺杂区域的方阻相对于高温氧化前降低，而重掺杂区域的方阻相对于高温氧处理前保持不变或仅小幅升高。这样，轻掺杂区域和重掺杂区域就形成了选择性发射极。

对于高温氧化工艺，氧化剂为氧气时，被称为干氧氧化。氧化剂为水时，湿氧氧化。在一个实施方式中，采用湿氧氧化的方法进行高温氧化。湿氧氧化可以在较低的温度下和时间内形成较厚的氧化层，可以在更短的时间内析出更多的掺杂元素硼。高温氧化时，氧化温度优选在600-900℃的范围内。温度过低导致氧化层的形成速度太慢，耗费时间长。而氧化温度过高则带来不必要的能源消耗。

掺杂层的表面经氧化处理后得到的氧化物层的厚度优选在40-300nm的范围内。氧化层的厚度小于40nm时，会导致析出至氧化层的掺杂元素过少而无法形成有效的轻掺杂区域和重掺杂区域。而当氧化层的厚度大于300nm时，则会导致形成氧化层的时间过长，增加不必要的能耗增加。由于氧化膜的厚度与高温氧化的温度和时间长度有关，因此，可以通过氧化温度和时间来调整氧化膜的厚度。

对掺杂层的表面进行氧化处理后，还可以对硅基底的表面进行退火处理。对掺杂层进行高温氧化处理后，尤其是对硼掺杂层而言，经高温氧化后的表面会形成凹型掺杂曲线，退火可以修饰掺杂曲线形状，从面实现更好的硅表面的钝化效果。如图3所示，氧化后的曲线以虚线表示。从虚线可以看出，随着硅深度的变化，纵坐标、掺杂浓度下降幅度较大。经过退火处理后，掺杂曲线变得更加平稳，在更长的硅深度内，保持掺杂基本不变。这就意味着通过退火处理，可以使掺杂层的浓度整体均匀，性能更好。

s5：去除掩膜3和氧化层22，得到选择性发射极。

选择性发射极包括轻掺杂的至少一个第一区域24和重掺杂的至少一个第二区域25的掺杂层，如图2e所示。可选地，所述第一区域的方阻范围在20-130ohm/sq，所述第二区域的方阻范围在80-400ohm/sq。

为了形成所述选择发射极，所述第一区域的方阻大于第二区域的方阻。所述第一区域的方阻和第二区域的方阻可以根据掺杂元素、如上所述的方法形成不同的轻掺杂层来调整。

采用氧化分凝的方式在硅基底的表面形成选择性发射极，工艺更为简单，而且可以通过调节掺杂工艺、掩膜厚度和氧化工艺分别控制选择性发射极轻掺杂和重掺杂区域的方阻，与后续钝化及其金属化匹配性很高。采用氧化的方式析出掺杂元素，可以有效去除轻掺杂表面的富掺杂层(富硼层或富磷层)，降低未激活掺杂原子造成的复合损失，进一步提升太阳电池的开路电压和转换效率。上述方法不会使用激光或者化学方法刻蚀硅片表面，不会造成表面损伤，不会对选择性发射极的提效效果产生负面影响。

本申请还提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括硅基底以及在其表面(例如基地正面)形成的选择性发射极结构。所述选择性发射极结构具有第一掺杂浓度的重掺区和具有第二掺杂浓度的轻掺区，其中所述第一掺杂浓度大于第二掺杂浓度。所述太阳能电池还包括在其基底表面沉积的至少一层钝化层。所述钝化层包括但不限于氮化硅、氮氧化硅、氧化铝。所述太阳能电池进一步包括与所述选择性发射极形成欧姆接触的电极，所述电极用于收集太阳能通过电池转化的电流。

在一些实施例中，所述太阳能电池可以通过以下步骤形成：

利用图1所述的选择性发射极制备方法形成硅基底表面的选择发射极结构，在此不再赘述；

对基底表面进行蚀刻，以去除掺杂过程中形成的磷硅玻璃或硼硅玻璃；

在基底的背面形成背面钝化层；

在基底的正面形成正面钝化层和/或减反射层，其中所述减反射层可以采用与所述钝化层相同或相似的膜层；

钝化处理的方法包括但不限于等离子体增强化学气相层积(plasmaenhancedchemicalvapordeposition,pecvd)，原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)、化学气相层沉积(chemicalvapordeposition，cvd)和物理气相沉积(physicalvapourdeposition，pvd)等。

通过丝网印刷工艺并烧结形成正面和/或背面的电极；

在一些实施例中，在基底的背面形成背面电极，所述背面电极可以穿透和/或部分穿透所述钝化层与所述基底形成欧姆接触。例如，可以采用丝网印刷技术在基底背面印刷导电浆料，并烘干烧结，形成栅线状的背面电极。所述背面电极的导电浆料可以为具有穿透性的导电银浆，经烧结后能穿透钝化层进而与基底电学相连。

在一些实施例中，在基底的正面形成正面电极，所述正面电极可以穿透和/或部分穿透所述减反层和/或钝化层与所述基底上的选择性发射极中的重掺区形成欧姆接触。可选地，所述正面电极可以为栅线结构。例如，可以采用丝网印刷技术在基底正面印刷导电浆料，并烘干，形成栅线状的正面电极。所述正面电极的导电浆料可以为具有穿透性的导电银浆，经烧结后能穿透所述减反层和/或钝化层进而通过重掺区与基底电学相连。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

需要指出的是，本专利申请文件的一部分包含受著作权保护的内容。除了对专利局的专利文件或记录的专利文档内容制作副本以外，著作权人保留著作权。