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CN111816731B - 一种制作hbc电池背面掺杂非晶硅的方法 - Google Patents

一种制作hbc电池背面掺杂非晶硅的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种制作HBC电池背面掺杂非晶硅的方法，包括：在N型抛光后的硅片的背面生长本征的氢化非晶硅层；在氢化非晶硅层上印刷硼浆，烘干；在氢化非晶硅层上印刷磷浆，烘干；将印刷好的硅片放入激光器中进行激光实现掺杂，得到P区及N区需要达到的方阻值；给电池片表面镀上掩膜作为抛光阻挡层；用激光切割P区和N区之间的位置，去除中间的掩膜。本发明的方法能够保证背面掺杂非晶硅的均匀性及生长速率。

Description

一种制作HBC电池背面掺杂非晶硅的方法
技术领域
本发明涉及太阳能HBC电池制造工艺，具体涉及一种制作HBC电池背面掺杂非晶硅的方法。
背景技术
能源作为社会发展的三大支柱，不仅是人类生产活动进行和发展的动力，同时对人类社会经济发展也起着巨大的推动作用。数十年来，世界各国为了自身的发展，大力开采化石燃料。然而化石燃料的过度使用却对空气造成了严重的污染，已成为全球性的重大问题。为应对传统化石能源对环境造成的影响，须减少传统化石能源的消费比重，开发太阳能、风能和生物能等绿色能源。其中，太阳能作为理想的可再生能源，符合环境保护和可持续发展的要求，因此受到了各个国家的广泛关注。
光伏发电作为太阳能技术应用中的一种，近年来有了飞速的发展。在技术创新、降低上网电价方面起到了显著作用。随着国家“光伏领跑者计划”、“超级领跑者计划”，目前市场上迫切需要降低电池制造成本和提高电池转换效率以在2020年实现光伏发电平价上网。因此，N型高效单晶硅太阳电池成为企业研究的热点技术。
N型异质结背接触(HBC)单晶硅太阳能电池兼具异质结(HIT)和背接触(IBC)两种电池的优点，可获得高的开路电压和大的短路电流，实验室效率已经达到26.63％，其发展潜力已得到证明，是未来N型高效太阳能电池的发展方向之一。目前HBC太阳能电池还未实现大规模的产业化，其复杂的工艺流程和生产的成本较高是导致目前还未规模化生产的主要原因。复杂的工艺流程主要是在制作背面呈指状交叉分布的N型a-Si：H层和P型a-Si：H层，工艺步骤较多且复杂。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种制作HBC电池背面掺杂非晶硅的方法。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种制作HBC电池背面掺杂非晶硅的方法，包括以下步骤：
(1)在N型抛光后的硅片的背面生长本征的氢化非晶硅层；
(2)在步骤(1)得到的氢化非晶硅层上印刷硼浆，烘干；
(3)在步骤(2)得到的氢化非晶硅层上印刷磷浆，烘干；
(4)将步骤(3)得到的印刷好的硅片放入激光器中进行激光实现掺杂，得到P区及N区需要达到的方阻值；
(5)采用APCVD方式给电池片表面镀上掩膜作为抛光阻挡层；
(6)用激光切割P区和N区之间的位置，去除中间的掩膜；
(7)用KOH溶液对步骤(6)得到的硅片进行抛光形成P区、N区之间的隔离；并用HF去除掩膜。
进一步地，步骤(1)中，本征的氢化非晶硅层厚度为100-150nm，其中1-10nm作为背表面的钝化层，其余的作为掺杂非晶硅层。
进一步地，步骤(4)中，激光功率为20-35W，激光波长为530nm。
进一步地，步骤(5)中，掩膜厚度为80-100nm。
进一步地，步骤(5)中，镀上掩膜的过程中，温度为300℃左右。
进一步地，步骤(6)中，激光功率为35W，激光波长为530nm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明制作方法未采用非晶硅的原位掺杂，原位掺杂会导致非晶硅镀膜的不均匀且降低非晶硅的生长速率，工艺时间较长。本发明的方法能够保证背面掺杂非晶硅的均匀性及生长速率。本发明中非晶硅均采用本征非晶硅生长，相对于原位掺杂的方式非晶硅的生长，本发明的制备方法能够避免磷烷及硼烷限制非晶硅的生长造成局部的不均匀和生长速率变慢。本发明中，非晶硅厚度100-150nm之间硅片内均匀性3％以内，生长速率为10nm/min，时间10-15min。传统非晶硅的原位掺杂，制得非晶硅厚度100-150nm之间片内均匀性5.6％，生长速率4.2nm/min，时间为24-36min。
(2)本发明通过印刷硼浆及磷浆的方法实现了PN区的直接分离，不需要额外增加掩膜及清洗工艺，减少了工艺步骤及生产成本。
(3)本发明采用了激光掺杂，可以精准的控制掺杂浓度，增加工艺优化的窗口；通过改变激光的功率及频率可以调试掺杂的浓度；相对于常规的沉积工艺容易受到温度，气体及射频电源波动等的影响，但是激光掺杂具有更高的稳定性。
(4)本发明热制成较少，减少了高功率机台用量，自动化插卸片，清洗机台的数量，机台成本大幅减少；电费机台运行成本也大大降低，为HBC电池实现量产减少了生产成本，提高了生产速度与生产效率。
附图说明
图1是本发明制得的本征的氢化非晶硅的示意图。
图2是本发明在非晶硅层上印刷硼浆和磷浆后的示意图。
图3是本发明用激光将浆料分别掺杂进本征非晶硅中，形成P区及N区的示意图。
图4是本发明采用APCVD方式给电池片表面镀上掩膜的示意图。
图5是本发明用激光切割P区和N区之间的位置，去除中间的掩膜的示意图。
图6是本发明进行抛光并去除掩膜后的示意图。
图7是本发明通过优化发射区P型非晶硅掺杂浓度，HBC电池对应的电性能参数示意图，从图7各图中可以看出，掺杂浓度在1E18cm-3后对效率各参数影响不大，所以需保证掺杂浓度要高于1E18cm-3。
图8是本发明通过优化发射区N型非晶硅掺杂浓度，HBC电池对应的电性能参数示意图，从图8各图中可以看出，掺杂浓度控制在1E19cm-3到1E20cm-3时效率达到较优条件。
图9是本发明中背表面本征10nm非晶硅时，制得的HBC电池对应的电性能参数示意图，从图9各图中可以看出，本征非晶硅的厚度控制在10nm以下会达到较优的效果。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当指出的是，具体实施方式只是对本发明的详细说明，不应视为对本发明的限定。
实施例1
如图1-6所示，一种制作HBC电池背面掺杂非晶硅的方法，包括以下步骤：
(1)在N型抛光片的背面采用PECVD生长本征的氢化非晶硅层(i-a-Si：H)，沉积温度为200℃，沉积功率为50W，沉积压力为200Pa，通入氢气及硅烷生长厚度约为100nm，其中10nm作为背表面的钝化层，其余的作为掺杂非晶硅层。
(2)在非晶硅层上印刷硼浆，印刷图形与金属化电极P区网板图形一致，并在100℃条件下进行烘干5min。在一些优选的方式中，印刷宽度可以根据网板的线宽进行调整。
(3)在非晶硅层上印刷磷浆，印刷图形与金属化电极N区网板图形一致，并在100℃条件下进行烘干5min。在一些优选的方式中，印刷宽度可以根据网板的线宽进行调整。
在上述步骤(2)和(3)中，磷浆和硼浆的印刷顺序可互换，但二者必须间隔开，不能相互接触。
(4)将印刷好的硅片放入激光器中进行激光实现掺杂，得到P区及N区需要达到的方阻值，其中，P区80-100欧姆，N区20-40欧姆；具体地，用激光将浆料(硼浆和磷浆)分别掺杂进本征氢化非晶硅中，形成P区及N区，掺杂深度需空出10-15nm，用于本征氢化非晶硅层对表面进行钝化，在一些优选的方式中，通过改变激光功率和激光频率去调试方阻。本实施例中，激光功率为20W，激光波长为530nm。
(5)采用APCVD(常压化学气相淀积)给工艺中的硅片表面(即步骤(4)制得的硅片表面)镀上掩膜作为抛光阻挡层；在一些优选的方式中，掩膜厚度为80nm，采用APCVD方式镀掩膜通入氧气和硅烷可以实现低温沉积，沉积温度为300℃左右，氧气与硅烷的流量比为3：1，以氮气作为稀释气体，可以较好的保留本征氢化非晶硅的钝化性能，掩膜不会与KOH溶液反应，可以保护P区及N区不被抛光。
(6)用激光切割P区和N区之间的位置，去除中间的掩膜，为抛光做准备；激光功率为35W，激光波长为530nm。
(7)硅片进行清洗：用KOH溶液进行抛光形成P区、N区之间的隔离，去除激光损伤；用HF去除掩膜。在一些优选的方式中，KOH溶液中，KOH/H2O的质量比为千分之八。
实施例2
如图1-6所示，一种制作HBC电池背面掺杂非晶硅的方法，包括以下步骤：
(1)在N型抛光片的背面生长本征的氢化非晶硅层(i-a-Si：H)，厚度约为120nm，其中10nm作为背表面的钝化层，其余的作为掺杂非晶硅层。
(2)在非晶硅层上印刷硼浆，印刷图形与金属化电极P区网板图形一致，并在100℃条件下进行烘干5min。
(3)在非晶硅层上印刷磷浆，印刷图形与金属化电极N区网板图形一致，并在100℃条件下进行烘干5min。
(4)将印刷好的硅片放入激光器中进行激光实现掺杂，得到P区及N区需要达到的方阻值，其中，P区80-100欧姆，N区20-40欧姆；具体地通过改变激光功率和激光频率去调试方阻，本实施例中，激光功率为30W，激光波长为530nm。
(5)用APCVD(常压化学气相淀积)给电池片表面镀上掩膜作为抛光阻挡层；在一些优选的方式中，掩膜厚度为90nm，采用APCVD方式镀掩膜可以实现低温沉积，温度为300℃左右，可以较好的保留本征氢化非晶硅的钝化性能，掩膜不会与KOH溶液反应，可以保护P区及N区不被抛光。
(6)用激光切割P区和N区之间的位置，去除中间的掩膜，为抛光做准备；激光功率为35W，激光波长为530nm。
(7)硅片进行清洗：用KOH溶液进行抛光形成P区、N区之间的隔离，去除激光损伤；用HF去除掩膜。在一些优选的方式中，KOH/H2O的质量比为千分之八。
实施例3
如图1-6所示，一种制作HBC电池背面掺杂非晶硅的方法，包括以下步骤：
(1)在N型抛光片的背面生长本征的氢化非晶硅层(i-a-Si：H)，厚度约为150nm，其中15nm作为背表面的钝化层，其余的作为掺杂非晶硅层。
(2)在非晶硅层上印刷硼浆，印刷图形与金属化电极P区网板图形一致，并在100℃条件下进行烘干5min。
(3)在非晶硅层上印刷磷浆，印刷图形与金属化电极N区网板图形一致，并在100℃条件下进行烘干5min。
(4)将印刷好的硅片放入激光器中进行激光实现掺杂，得到P区及N区需要达到的方阻值，其中，P区80-100欧姆，N区20-40欧姆；具体地通过改变激光功率和激光频率去调试方阻，本实施例中，激光功率为35W，激光波长为530nm。
(5)用APCVD(常压化学气相淀积)给电池片表面镀上掩膜作为抛光阻挡层；在一些优选的方式中，掩膜厚度为100nm，采用APCVD方式镀掩膜可以实现低温沉积，温度为300℃左右，可以较好的保留本征氢化非晶硅的钝化性能，掩膜不会与KOH溶液反应，可以保护P区及N区不被抛光。
(6)用激光切割P区和N区之间的位置，去除中间的掩膜，为抛光做准备；激光功率为35W，激光波长为530nm。
(7)硅片进行清洗：用KOH溶液进行抛光形成P区、N区之间的隔离，去除激光损伤；用HF去除掩膜。在一些优选的方式中，KOH/H2O的质量比为千分之八。
与传统制备方法相比，本发明非晶硅均采用本征非晶硅生长，相对于原位掺杂的方式非晶硅的生长，本发明的制备方法能够避免磷烷及硼烷限制非晶硅的生长造成局部的不均匀和生长速率变慢。
通过优化发射区P型非晶硅掺杂浓度，HBC电池对应的电性能参数，如图7所示，通过优化发射区N型非晶硅掺杂浓度，HBC电池对应的电性能参数，如图8所示，背表面本征非晶硅不同厚度时，制得的HBC电池对应的电性能参数，如图9所示。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种制作HBC电池背面掺杂非晶硅的方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)在N型抛光后的硅片的背面生长本征的氢化非晶硅层；
(2)在步骤(1)得到的氢化非晶硅层上印刷硼浆，烘干；
(3)在步骤(2)得到的氢化非晶硅层上印刷磷浆，烘干；
(4)将步骤(3)得到的印刷好的硅片放入激光器中进行激光实现掺杂，得到P区及N区需要达到的方阻值；
(5)采用APCVD方式给电池片表面镀上掩膜作为抛光阻挡层；
(6)用激光切割P区和N区之间的位置，去除中间的掩膜；
(7)用KOH溶液对步骤(6)得到的硅片进行抛光形成P区、N区之间的隔离；并用HF去除掩膜；
本征的氢化非晶硅层厚度为100-150nm，其中1-15nm作为背表面的钝化层，其余的作为掺杂非晶硅层；
步骤(5)中，镀上掩膜的过程中，沉积温度为300℃，氧气与硅烷的流量比为3：1，以氮气作为稀释气体；掩膜厚度为80-100nm；
步骤(4)中，激光功率为20-35W，激光波长为530nm；
步骤(6)中，激光功率为35W，激光波长为530nm；
通过印刷硼浆及磷浆的方法实现了PN区的直接分离；
步骤(7)中，KOH溶液中，KOH/H2O的质量比为千分之八。
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