一种多层掺杂源结构、高质量发射极及其可控制备方法

本发明涉及光伏电池，具体而言，涉及一种多层掺杂源结构、高质量发射极及其可控制备方法。

背景技术：

1、在晶硅电池正面制备选择性发射极(se)是提升电池效率的有效方法之一，选择发射极指在金属栅线与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂，降低金属电极与硅片的接触电阻；而在电极以外的区域进行低浓度掺杂，可以降低扩散层的复合。选择性发射极的应用能够提高电池的开路电压和填充因子，从而提高电池转化效率。而利用激光进行se的制备是产业上常用的方法，且已经在p型发射极钝化和背面接触(perc)电池上得到产业化应用，可以使电池效率提升约0.3％～0.4％。

2、对于使用n型晶硅衬底的下一代产业化高效电池——隧穿氧化层钝化接触(topcon)电池来说，激光掺杂工艺仍然是个难题。这是因为硼在硅的固溶度低于磷，目前产业激光se技术所使用的硼源为bbr3或bcl3扩散形成的硼硅玻璃(bsg)，而采用bsg作为硼源存在以下问题：1)bsg硼源中硼浓度很低，将其中的硼原子掺杂到硅中的难度较大。2)bsg中硼的固溶度高于硅中硼的固溶度，进一步增加了bsg中硼原子引入硅中的难度。3)由于bsg的主要成分是氧化硅，其高带隙、高透过率的材料特性，导致对激光的吸收利用率很低或基本不吸收。现有产业采用532nm左右的绿激光，其机理主要是作用到硅片，通过硅片的反向热效应加热bsg，并将硼引入到硅表面，其作用机理不够直接。4)采用激光进行硼的扩散推进需要很高的功率或很长的照射时间，才能达到足够的结深和方阻，这很容易对硅片表面绒面结构造成损伤。如果功率过低，则推进时的能量可能不足，激光难以将bsg中的硼掺杂进入发射极层，会导致金属化重掺区域无法达到浓度要求。

3、专利文献cn116130539a公开一种叠层固态掺杂源结构，采用介质层/掺硼非晶硅的固态源进行硼扩散，有望解决激光掺杂的问题，但介质层在高温下易受到破坏，使硼发射极的钝化性能下降。专利文献cn116994945a公开了一种介质层/掺硼氧化硅/掺硼非晶硅的扩散结构，可以避免高温退火时的层错缺陷的形成，该专利技术形成的硼发射极钝化效果有所提升，但由于介质层制备时会对硅衬底造成损伤、掺硼氧化硅对表面的硼浓度的调控难度大、方块电阻控制难、钝化质量不高等问题，制备出来的发射极的综合性能并不好，仍然具有很大改进空间。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是如何提高掺杂源对激光吸收能力，同时降低发射极表面扩散元素浓度，提升发射极钝化效果。

2、为解决上述问题，本发明第一方面提供一种多层掺杂源结构，包括层叠设置在晶硅衬底正面的介质层、氮硅化物层和掺杂源层，所述介质层为氧化硅薄膜或氮氧化硅薄膜，所述掺杂源层为功能元素掺杂的掺硼非晶硅或功能元素掺杂的掺磷非晶硅，所述掺杂源层掺杂的功能元素为碳和/或氮。

3、本发明以介质层、氮硅化物和功能元素掺杂的掺硼/磷非晶硅组成掺杂源结构，该多层掺杂源结构兼顾强激光吸收能力和高硼或磷掺杂浓度，有利于降低激光se技术所需的激光功率和光照时间，同时这种多层掺杂源结构有利于降低表面硼/磷浓度，减少缺陷，提升发射极钝化效果，促进电池效率的提升。

4、进一步地，所述掺杂源层的厚度为10～500nm，所述氮硅化物层的厚度为1～100nm，所述介质层的厚度为1～3nm。介质层的存在可减少界面缺陷，调节非激光区域的硼/磷激活浓度，提升钝化效果；氮硅化物可以避免层错缺陷的形成，调节硼/磷扩散浓度及深度；具有功能元素掺杂的掺杂源层对激光的吸收能力更强，可在低功率激光下，进行有效扩散。

5、进一步地，所述氮硅化物层中氮元素的含量为0.5at％～50at％。氮硅化物层具有如下多重作用：1)避免高温退火时由非晶硅相对于单晶硅衬底外延生长导致的层错等晶体缺陷，显著提升非激光区域发射级发射极钝化效果；2)氮硅化物具有很好的硼的阻挡作用，可有效降低非激光区域的表面硼浓度，从而进一步改善其钝化效果；3)通过调控氮硅化物层的厚度和氮含量，可对方阻和结深及钝化性能进行调节。

6、进一步地，所述掺杂源层中功能元素的含量为0.1at％～10at％，硼/磷掺杂浓度为5e17～5e21cm-3。掺杂源层含有较高的/磷浓度，对激光吸收能力强，功能元素c、n的掺杂可有效降低薄膜结晶率及硼/磷的激活浓度，使发射极表面浓度降低，提升钝化性能。

7、本发明第二方面提供一种高质量发射极的可控制备方法，使用上述的多层掺杂源结构，所述可控制备方法包括以下步骤：

8、s1、在晶硅衬底的正面制备一层介质层；

9、s2、对介质层进行等离子体处理；

10、s3、在介质层表面沉积氮硅化物层；

11、s4、在氮硅化物层表面沉积掺杂源层，得到掺杂源结构；

12、s5、对设计的电极区域进行激光处理，使硼或磷扩散至晶硅衬底；

13、s6、进行高温退火处理，使激光处理区域发生硼或磷二次扩散，非激光处理区域发生硼或磷扩散；

14、s7、去除剩余的掺杂源结构，晶硅衬底的正面形成选择性发射极结构。

15、进一步地，所述步骤s1中，介质层的制备方法选自湿化学法、高温氧化法、臭氧氧化法、等离子辅助氧化法中的一种。介质层作为硼/磷扩散的阻挡层，可有效降低非激光区域的表面硼/磷浓度，从而进一步改善其钝化效果；通过调控介质层的厚度，可对方阻和结深进行调节。

16、进一步地，所述步骤s2中，等离子体选自h2、ar、n2o、c2o、nh3中的一种或多种。使用等离子体对介质层进行处理，可以提升其质量，调节化学成分，有利于提升其阻挡效果。

17、进一步地，所述步骤s3中采用化学气相沉积技术制备氮硅化物层，所述步骤s4中采用化学气相沉积技术制备掺杂源层。使用cvd技术沉积氮硅化物层和掺杂源层，避免了常规bbr3热扩散炉的使用，节约生产成本，且可以保证沉积均匀，使得发射极方阻具有很高的均匀性。

18、进一步地，所述步骤s5中，采用激光对源层进行表面处理。功能元素掺杂的掺硼/磷非晶硅对光吸收能力远大于bsg，在相同的激光功率和照射时间下可进行更有效的硼/磷扩散，因此使用较低功率和较短的光照时间达到与常规bsg源层相同的掺杂效果，有利于降低激光对绒面的损伤和激光工艺成本。

19、进一步地，所述步骤s6中，高温过程会使掺杂源结构中的功能元素扩散进入硅衬底。

20、进一步地，所述步骤s7具体包括：所述步骤s7具体包括：采用碱液湿法刻蚀去除掺杂源层，采用氢氟酸湿法刻蚀氮硅化物层和介质层，再采用碱液刻蚀硅晶硅衬底表面，碱液选自koh、naoh、tmah、氨水及tmah/ipa混合溶液中的一种。该步骤刻蚀去除多层掺杂源结构，并去除少量具有高硼浓度和硼相关缺陷的表面，有利于提升发射极的钝化性能。

21、本发明第三方面提供一种高质量发射极，由上述的可控制备方法制得。采用本发明的工艺制备的高质量发射极，可有效降低发射极与金属电极接触电阻，同时降低电极外区域的复合，非激光区域在退火之后形成的发射极钝化性能优异。选择性发射极结构的激光处理区域方阻在几十到几百ω/sq区间可调，通常为40～150ω/sq，非激光处理区域方阻在几十到几千ω/sq区间可调，通常为100～350ω/sq。

22、进一步地，所述高质量发射极含有氮元素。氮元素进入发射极，可以抑制硅内微缺陷。