CN101800266B - 一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，该方法的特征是：利用在硅基片上生长P-N结时，在P-N结上自然形成的磷硅玻璃层，采用丝网印刷的方法，保留电极区下的磷硅玻璃层，由于磷硅玻璃层内含有较高的磷原子，对电极区下的磷硅玻璃层进行再扩散，使磷硅玻璃层内的磷原子扩散进硅片体内，从而在栅线电极处形成一个横向的n+/n结和一个纵向的n+/p结，构成一个选择性发射极晶体硅太阳能电池。该方法的优点在于：与晶体硅太阳能电池工业化生产工艺相兼容，不需要添加额外的设备，成本低廉，重复性好，适合工业批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池的制备方法，具体是指一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能发电是近年来发展非常迅速的清洁能源之一。在目前所有的太阳能发电中，晶体硅(包括单晶硅和多晶硅)太阳能电池产品占据了90％左右的市场份额。尽管包括非晶硅电池在内的薄膜电池提供了一种低成本产品的前景，但由于转换效率不高等原因，目前还不能完全取代晶体硅电池。因此，可以说，降低太阳电池成本，主要还是降低晶体硅太阳能电池的成本。要降低晶体硅太阳能电池的成本主要可从二方面着手：1.使用更加薄的晶体硅基片材料。2.获得更高的电池转化效率。为获得更高的电池转化效率，人们提出了选择性发射极结构晶体硅太阳能电池，与常规晶体硅太阳能电池结构相比，选择性发射极电池在正表面栅线下多了一个横向的n+/n结和一个纵向的n+/p结，这种结构有利于提高光生载流子的收集，特别是短波光生载流子的收集，从而提高短路电流Isc。在高掺杂区，晶体硅容易和电极形成欧姆接触，降低太阳能电池的串联电阻，提高填充因子FF。在低掺杂区，较低的杂质浓度可以降低少数载流子的复合几率，减小电池的反向饱和电流，提高开路电压和短路电流，最终可获得较高的电池转化效率。
目前实现选择性发射极晶体硅太阳能电池结构的制备方法主要有两步扩散 法和单部扩散法。两步扩散法指分两次高温扩散不同浓度的磷源，获得高低掺杂区域。单步扩散一般是指在硅片表面的不同区域投放不同量的杂质扩散源，随后放入扩散炉中进行高温扩散。实验室通常采用的方法是：首先用激光在硅片表面刻槽，再在硅片表面涂上磷浆，在刻槽中得到的磷浆量比刻槽外面大，然后采用单步扩散法形成高低掺杂区。或者采用两步扩散法，即对硅片表面涂上磷浆后形成进行高温扩散，再在刻槽中再次加入磷浆，进行高温扩散，形成高低掺杂区。这种方法的缺点是成本高，激光器价格昂贵，并且工艺复杂，生产效率不高。也有人采用在印刷电极时往电极浆料中掺入高浓度磷浆，这样烧结后在电极接触区获得高掺杂，但由于电极烧结时间较短，磷原子并不能扩散到硅片深处，因此，效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种与常规的工业化生产工艺相兼容的选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，该方法不需要添加额外的设备，成本低廉，重复性好，适合工业批量生产。
本发明的技术方案是：利用在硅基片上生长P-N结时，在P-N结上自然形成的磷硅玻璃层，采用丝网印刷的方法，保留电极区下的磷硅玻璃层，由于磷硅玻璃层内含有较高的磷原子，对该磷硅玻璃层进行再扩散，使磷硅玻璃层内的磷原子扩散进硅片体内，从而在栅极处形成一个横向的n+/n结和一个纵向的n+/p结，构成一个选择性发射极晶体硅太阳能电池。
本发明的具体制备步骤如下：
A.首先对晶体硅基片进行常规的清洗和制绒工艺后，放入扩散炉中进行常规磷原子扩散，在晶体硅基片上形成P-N结层，使N型层表面磷原子浓度达到1021cm-3，此时在硅基片的N型层表面自然形成一层含有磷原子的磷硅玻璃层。
B.然后采用丝网印刷法在硅基片的磷硅玻璃层上印刷一层光刻胶图案，所用的光刻胶网版图形与印刷银栅线电极的网版图形形状相似。区别在于，光刻胶网版的主栅宽度要大于银栅线电极网版主栅宽度1-2mm，光刻胶网版的细栅线宽度要大于银栅线电极网版细栅线宽度0.18-0.22mm，光刻胶网版的细栅线间距要小于银栅线电极网版的细栅线间距0.2-0.25mm。其目的是：即使丝网印刷机多次印刷间存在机械误差，也能保证金属银栅线电极印刷在磷的重掺杂区域，形成良好的欧姆接触。再将印刷好光刻胶图案的晶体硅基片放入热处理炉中，在200-300℃下进行低温热处理，使光刻胶固化。
C.使用氢氟酸去除硅基片表面没有光刻胶保护的磷硅玻璃层。
D.利用硫酸溶液去除光刻胶，使得硅基片的N型层表面露出按光刻胶网版生成的磷硅玻璃图形。
E.对上述的硅基片进行高温退火处理，退火温度为800-1000℃，使硅基片表面的磷硅玻璃层中磷原子扩散进硅片体内，从而在栅极处形成一个横向的n+/n结和一个纵向的n+/p结。
F.使用常规的等离子体化学气相沉积法(PECVD)生长氮化硅薄膜和丝网印刷法制备金属银栅线电极和背面的铝背场，最后进行高温烧结，形成选择性发射极晶体硅太阳能电池。
所说的晶体硅包括单晶硅和多晶硅。
本发明的制备方法的优点在于：利用在P-N结生长过程中自然形成的磷硅玻璃层，进行再扩散，获得高低掺杂区，从而在栅线电极处形成一个横向的n+/n结和一个纵向的n+/p结，构成一个选择性发射极晶体硅太阳能电池，该方法与晶体硅太阳能电池工业化生产工艺相兼容，不需要添加额外的设备，成本低廉，重复性好，适合工业批量生产。
附图说明
图1为本发明的选择性发射极晶体硅太阳电池的结构示意图。
图2为磷扩散后表面生成磷硅玻璃层的结构示意图。
图3为丝网印刷光刻胶后的结构示意图。
图4为去除没有光刻胶保护的磷硅玻璃后的结构示意图。
图5为去除光刻胶后按光刻胶网版生成的磷硅玻璃图形。
图6为经过高温扩散处理后的不同掺杂浓度区域的结构示意图。
图7为本实施例所用的丝网印刷光刻胶网版结构示意图。
图8为本实施例所用的丝网印刷银栅线电极网版结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
所涉及的选择性发射极晶体硅太阳电池结构如图1所示，其中1为银栅线电极，2为铝背场，图中的n+、n和p分别在栅线电极处形成一个横向的n+/n结和一个纵向的n+/p结，在栅线电极以外区形成一个p-n结。
本实施方式的具体步骤如下：
1.P型晶体硅基片(包括单晶硅和多晶硅)经过清洗和制绒工艺后，放入扩散炉中进行常规磷原子扩散，扩散后硅片表面方块电阻约40Ω/□左右，并且在硅片表面生长出一层含有磷原子的磷硅玻璃层3，表面磷原子浓度达到1021cm -3左右，见图2。
2.使用丝网印刷法在硅基片的磷硅玻璃层3上印刷上光刻胶4(可以为正胶或者负胶)，然后在200-300℃下低温热处理，使光刻胶固化，见图3。丝网印刷法所用的光刻胶网版如图7所示。与印刷银栅线电极的网版图形形状相似，见图8。区别在于，光刻胶网版的主栅宽度从2mm增加到3mm，细栅线宽度从 0.12mm增加到0.32mm，细栅线间距从2.7mm减少到2.5mm。这样设计的目的是，即使丝网印刷机多次印刷间存在机械误差，也能保证金属银栅线电极印刷在磷的重掺杂区域，形成良好的欧姆接触，从而提高生产工艺的稳定性与可重复性。
3.将硅片放入氢氟酸中，去除硅片表面没有光刻胶保护的磷硅玻璃层，随后取出，用去离子水冲洗干净，见图4。
4.将硅片放入硫酸溶液中，在40℃温度下去除光刻胶4，使得硅基片正表面上露出按光刻胶网版生成的磷硅玻璃图形，见图5。
5.将上述硅基片放入扩散炉或者退火炉中，在空气中高温退火，退火温度900℃，使硅基片表面的磷硅玻璃层中磷原子扩散进硅片体内，从而在栅线电极下形成高磷浓度掺杂区，形成一个横向的n+/n结和一个纵向的n+/p结。再将硅片放入氢氟酸中去除残余的磷硅玻璃，随后用等离子刻蚀的方法去掉硅片边缘部分，见图6。
6.使用常规的PECVD工艺生长氮化硅薄膜5，作为减反膜，用丝网印刷法印刷银栅线电极1和背面的铝背场2，最后进行高温烧结，形成选择性发射极晶体硅太阳能电池，见图1。
Claims (2)
1.一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：
A.首先对晶体硅基片进行常规的清洗和制绒工艺，而后放入扩散炉中进行常规磷原子扩散，在晶体硅基片上形成P-N结层，使N型层表面磷原子浓度达到1021cm-3，此时在硅基片的N型层表面自然形成一层含有磷原子的磷硅玻璃层；
B.然后采用丝网印刷法在硅基片的磷硅玻璃层上印刷一层光刻胶图案，所用的光刻胶网版图形与印刷银栅线电极的网版图形形状相似；区别在于，光刻胶网版的主栅宽度要大于银栅线电极网版主栅宽度1-2mm，光刻胶网版的细栅线宽度要大于银栅线电极网版细栅线宽度0.18-0.22mm，光刻胶网版的细栅线间距要小于银栅线电极网版的细栅线间距0.2-0.25mm；再将印刷好光刻胶图案的晶体硅基片放入热处理炉中，在200-300℃下进行低温热处理，使光刻胶固化；
C.使用氢氟酸去除硅基片表面没有光刻胶保护的磷硅玻璃层；
D.利用硫酸溶液去除光刻胶，使得硅基片的N型层表面露出按光刻胶网版生成的磷硅玻璃图形；
E.对上述的硅基片进行高温退火处理，退火温度为800-1000℃，使硅基片表面的磷硅玻璃层中磷原子扩散进硅基片体内，从而在栅线电极处形成一个横向的n+/n结和一个纵向的n+/p结；
F.使用常规的等离子体化学气相沉积法生长氮化硅薄膜和丝网印刷法制备金属银栅线电极(1)和背面的铝背场(2)，最后进行高温烧结，形成选择性发射极晶体硅太阳能电池。
2.根据权利要求1的一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所说的晶体硅包括单晶硅和多晶硅。
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