一种硼掺杂选择性发射极及其制备方法和应用与流程

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种硼掺杂选择性发射极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、硼掺杂选择性发射极，简单来说就是在n型(磷掺杂)晶硅衬底上不同区域实现差异化硼掺杂，即在预印刷电极区域进行重掺杂，在非印刷电极区域进行轻掺杂。

2、常规的硼掺杂匀质结，往往难以在voc(开路电压)、isc(短路电流)、ff(填充因子)电学参数上取得很好的平衡，而硼掺杂选择性发射极却可以做的很好：在预印刷电极区域进行重掺杂，可以降低rs(串联电阻)，从而改善ff，同时重掺杂有助于降低浆料烧穿对电池片的复合，进而提升voc；在非印刷电极区域进行轻掺杂，有助于表面复合的降低，促进voc提升，同时还可以改善短波响应，提升isc。因此硼掺杂选择性发射极相比硼掺杂匀质结有望可以提升晶硅电池光电转换效率。

3、现有硼掺杂选择性发射极的制备工艺有多种，包括etch-back法、二次扩散法、印刷硼浆法、激光熔融bsg法等。

4、etch-back法，即先在硅片整面进行重掺杂，然后沉积栅线掩膜，然后利用酸或者碱腐蚀溶液去刻蚀无栅线保护区域，从而腐蚀得到轻掺杂区域，该方法优点在于方阻调控灵活，但是存在缺点即腐蚀过程难以控制，均匀性较差。

5、印刷硼浆法：即先在硅片表面进行轻掺杂然后印刷栅线状硼浆料，经过高温使得硼浆料中硼元素掺杂进去以形成局部重掺杂，然后再洗掉硼浆料。该方法硼浆料成本较高且目前只有国外几家公司供货，同时步骤相对比较繁琐。

6、二次扩散法，即先沉积掩膜，然后激光开膜或者光刻开膜以去除栅线区域的掩盖，然后进行掺杂，有掩膜保护区域无法实现掺杂，而无掩膜区域实现重掺杂。然后去除掩膜，再进行一次轻掺杂。此方法需要掩膜有一定厚度来实现对第一次重掺杂的阻挡，同时需要掩膜在高温下不引入污染。并且工艺过程比较繁琐，掺杂源消耗较大。

7、激光熔融bsg法，即通过高能激光使得硅片表面瞬间液化，利用硼在固态和液态硅中的扩散速率差异实现瞬间局部重掺杂。该方法比较简单，已经在磷掺杂选择性发射极领域应用广泛，但是由于硼的半径更大，激光熔融bsg法的掺杂量有限，且激光损伤比较严重，因此效率提升幅度不显著。

8、例如，有技术方案公开了一种硼掺杂选择性发射极的制备方法，在已经形成表面掺杂层的硅基体表面形成一层局域掩膜，然后进行高温氧化过程，无掩膜区域表面会发生表面氧化，表面掺杂硼原子被消耗，方阻升高；而掩膜区域由于掩膜覆盖，掩膜抑制硅片表面与氧气接触而发生氧化，因此该区域不发生氧化反应，保持相对无掩膜区稍低的方阻。但是该方法存在着明显的弊端：

9、1.对掩膜要求比较高且苛刻，高温氧化处理温度在1000℃以上，掩膜需要有较好耐热性的同时还需要确保高温下不能引入新的污染杂质；

10、2.实验发现，该方案制备的硼掺杂选择性发射极需要立即使用，否则很容易损失电性能，甚至是严重降低电性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种改进的硼掺杂选择性发射极的制备方法。

2、本发明同时提供了一种上述方法制备的硼掺杂选择性发射极。

3、本发明同时提供了一种包括上述方法制备的硼掺杂选择性发射极的太阳能电池及其制备方法。

4、本发明的发明人在大量实验研究基础上，为克服现有技术中在制备硼掺杂选择性发射极时存在的缺陷，尤其是解决了局部掩膜设置方式进行硼掺杂选择性发射极的制备时存在的对掩膜要求高，产品电性能随着存放时间延长而发生显著降低的问题；

5、经分析发现，现有局部掩膜设置方式，在高温氧化推进后，虽然采用氢氟酸将硅片上的bsg层和掩膜层清洗去除，但是，正是由于掩膜的存在，在掩膜区域对应的下方位置还存在着一层难以被氧化的富硼层(brl，其成分主要是b4si和/或b6si，在沉积硼源过程中生成)，长时间放置在空气中，反而会形成不期待的钝化层，进而严重影响电性能；而该富硼层简单地采用氢氟酸溶液难以去除，通常需氧化变成bsg层后再采用氢氟酸去除(在正常的硼扩散中，当在硅片表面沉积的硼量较大时，也会在界面处堆积而形成富硼层(brl)，但是在高温推进氧化的过程中，会被氧化而形成bsg层)；

6、因此，基于上述分析发现，本发明创新地提出：在沉积硼源并设置局部掩膜之后，将无掩膜保护区域的硼硅玻璃层去除，也即变相地显著减少了无掩膜保护区域(对应非印刷电极区域)的硼源，再将局部掩膜直接去除，剩下掩膜保护区域的硼源得以保持不变，之后再进行高温硼扩散推进以及高温氧化操作，如此，不仅避免了掩膜也遭受高温处理的过程，对掩膜的要求则大大降低，尤其是避免了掩膜中的物质在高温下扩散至硅基体中，减少新杂质引入的可能，而且还在实现选择性硼掺杂的基础上将不期待的富硼层也转化为便于被去除的硼硅玻璃层，实现了电性能在存放或存储过程中的保持，也不需要额外的工序去除不期待的富硼层。

7、为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：一种硼掺杂选择性发射极的制备方法，该制备方法包括：

8、在硅基体的正面沉积硼源，依次形成硼掺杂层、富硼层和硼硅玻璃层，获得第一中间体；

9、在所述第一中间体的预印刷电极区域形成掩膜，去除无掩膜保护区域的硼硅玻璃层后再去除掩膜，获得第二中间体；

10、将所述第二中间体在保护气氛下进行加热处理以使硼发生扩散，然后在加热条件下进行氧化，获得第三中间体；

11、将所述第三中间体上存在的硼硅玻璃层去除。

12、根据本发明的一些优选方面，所述硅基体为电阻率为0.5-3ω·cm的n型单晶硅片。

13、根据本发明的一些优选方面，沉积硼源的方式包括：在850-950℃下，通过通入硼化合物和氧气，在所述硅基体的正面沉积硼源。

14、进一步地，所述硼化合物的通入量为250-500sccm，氧气的通入量为500-1500sccm。

15、在本发明的一些实施方式中，所述硼化合物为三氯化硼。

16、进一步地，控制硼化合物和氧气的通入时间为10-30min。

17、进一步地，控制体系的压强在100-300pa。

18、在本发明的一些实施方式中，所述第一中间体中，硼在所述硅基体中的掺杂深度为0.2-0.6μm，掺杂峰值浓度为1×1020-3×1020个/cm3。

19、在本发明的一些实施方式中，所述第一中间体的表面方阻在80-140ω/sq。

20、根据本发明的一些具体方面，所述掩膜为耐酸性掩膜，耐受的酸至少包含氢氟酸，可以便于在采用酸蚀刻无掩膜保护区域的硼硅玻璃层时不会破坏掩膜。

21、进一步地，在本发明的一些实施方式中，所述掩膜为能够溶解在有机溶剂中的树脂型掩膜。当然，如果掩膜如果采用其他材质，则可以根据掩膜的特性进行去除。

22、在本发明的一些实施方式中，所述掩膜的形成方法为光刻法、丝网印刷法或光固化法。

23、在本发明的一些实施方式中，所述光刻法包括：烘干所述第一中间体，然后旋涂光刻正胶，进行光刻胶软烘，进行曝光，使曝光区域的光刻胶发生变性，将曝光区域光刻胶清洗去除，未曝光区域光刻胶保存，进行硬烘，得到形成在所述第一中间体的预印刷电极区域的掩膜。

24、进一步地，其中未曝光区域为栅线状等间距分布，栅线宽度在30-100μm，间隔为0.8-1.5mm。

25、进一步地，在本发明的一些实施方式中，光刻胶型号为az5214，旋涂转速为1000-4000r/min，旋转时间为30-60s，前烘条件为90-110℃、200-300s，软烘条件为90-110℃、80-100s；曝光光源为365nm紫光，曝光时间为8-15s，采用显影液清洗并经过去离子水清洗以将曝光区域光刻胶去除，显影液选用含tmah溶液(浓度1％-5％)，显影时间在45-60s，去离子水清洗60-120s，硬烘条件为90-110℃、2-4min。

26、所述丝网印刷法包括：使用丝网印刷方式将树脂材料涂覆至所述第一中间体的正面，丝网印刷图形为预印刷电极形状。

27、在本发明的一些实施方式中，采用氢氟酸水溶液去除无掩膜保护区域的硼硅玻璃层，所述氢氟酸中氟化氢的质量百分含量为10％-30％。

28、根据本发明的一些优选方面，所述保护气氛通过通入保护气体形成，所述保护气体的通入量为2000-5000sccm，所述保护气体包括氮气或惰性气体。

29、根据本发明的一些优选方面，控制硼发生扩散的过程中，体系的压强在500-1000pa。

30、根据本发明的一些优选方面，控制所述加热处理的温度为950-1000℃，处理时间为15-25min。

31、根据本发明的一些优选方面，控制所述加热条件的温度为1020-1060℃，处理时间为40-70min。

32、根据本发明的一些优选方面，所述氧化通过通入氧气进行，氧气的通入量为10000-20000sccm。

33、根据本发明的一些优选方面，控制所述氧化过程中，压强保持在500-1000pa。

34、在本发明的一些实施方式中，采用质量百分含量为5％-25％的氢氟酸将所述第三中间体上存在的硼硅玻璃层去除。

35、本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的制备方法制成的硼掺杂选择性发射极，所述硼掺杂选择性发射极包括预印刷电极区域和非印刷电极区域，其预印刷电极区域的方阻为60-150ω/sq，非印刷电极区域的方阻为150-300ω/sq。

36、本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的硼掺杂选择性发射极在制备太阳能电池中的应用。

37、根据本发明的一个具体方面，所述太阳能电池为钝化接触电池。

38、本发明提供的又一技术方案：一种太阳能电池的制备方法，该太阳能电池包括硼掺杂选择性发射极，该太阳能电池的制备方法包括制备硼掺杂选择性发射极的工序，该工序采用上述所述的硼掺杂选择性发射极的制备方法。

39、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

40、本发明基于现有技术中在制备硼掺杂选择性发射极时存在的缺陷，创新地提出先进行高源量硼源沉积以及正面轻掺杂，然后利用局部掩膜去除无掩膜保护处主要硼源，接着去除掩膜，露出掩膜保护下的硼源，然后进行高温推进和氧化，掩膜下保护区域由于高源量硼源的存在，硼源中硼原子会扩散进入硅片，硼掺杂量增加，形成重掺杂，而硼源明显减少的区域(非掩膜保护区域)由于硼源的缺失(硼硅玻璃层被去除)，因此不会有足量额外的硼原子进入硅片，硅片中已有的硼原子会进行再分布，形成轻掺杂，实现了选择性的硼掺杂。相比现有制备方法，本发明方法至少实现了：过程容易控制、掺杂均匀性好、成本低、无需二次通源、掩盖无需经过高温，不会引入污染、方阻调控空间更大、提效空间大等优点。