CN112736163A - 一种多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，公开了一种多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法，采用非晶硅薄膜沉积、激光做晶化和隔离、离子注入非晶化和选择性刻蚀等成熟方法来做多晶硅薄膜钝化的背极光伏电池制造，其中离子注入自对准分区技术可使用低成本的丝网印刷技术，基于现有生产线完成批量生产，成本相对低廉，适合光伏行业的发展需求。

Description

一种多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是一种多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法。

背景技术

太阳能电池作为一种清洁能源已经在航空航天、军事等领域得到了比较广泛的应用。太阳能电池的光电转换效率一直以来被视为影响其推广使用的重要因素。目前常见的高效晶硅太阳能电池主要有以下几种：钝化发射极背场点接触太阳能电池(P-PERC,Passivated Emitter and Rear Cell)、钝化发射极背表面全扩散太阳能电池(N-PERT,Passivated Emitter Rear Totally-diffused cell)，异质结太阳能电池(HJT,Heterojunction)，叉指式背接触太阳能电池(IBC,Interdigitated back-contact)，金属穿孔卷绕太阳能电池(MWT,Metal Wrap Through)和隧穿氧化钝化接触太阳能电池(TOPCon,Tunnel Oxide Passivated Contact)。

较之传统的太阳能电池，IBC太阳能电池的工艺流程要复杂得多。IBC太阳能电池工艺的关键问题是如何在电池背面制备出呈叉指状间隔排列的P区和N区，以及在其上分别形成金属化接触和栅线。

IBC电池的制备工艺有很多种，常见的定域掺杂的方法为掩膜法，可以通过光刻的方法在掩膜上形成需要的图形，光刻技术配合电镀非常昂贵，不适合光伏行业的应用和发展。通过丝网印刷刻蚀浆料或者阻挡型浆料来刻蚀或者挡住不需要刻蚀的部分掩膜，形成需要的图形，这种方法的成本较低，但是需要两步单独的扩散过程来分别形成P型区和N型区。

另外，还可以直接在掩膜中掺入所需要掺杂的杂质源(硼或磷源)，一般可以通过化学气相沉积的方法来形成掺杂的掩膜层。这样在后续就只需要通过高温将杂质源扩散到硅片内部即可，从而节省一步高温过程。也可在电池背面印刷一层含棚的叉指状扩散掩蔽层，掩蔽层上的绷经扩散后进入N型衬底形成P+区，而未印刷掩膜层的区域，经磷扩散后形成N+区。不过，丝网印刷方法本身的局限性，如对准的精度问题、印刷重复性问题等，都给电池结构的设计提出了一定的要求，在一定的参数条件下，较小的P、N间距和金属接触面积能带来电池效率的提升，因此，丝网印刷的方法，需在工艺重复可靠性和电池效率之间找准平衡点，这也是目前丝网印刷方法的难点所在。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法，采用非晶硅薄膜沉积、激光做晶化和隔离、离子注入非晶化和选择性刻蚀等成熟方法来做多晶硅薄膜钝化的背极光伏电池制造，其中离子注入自对准分区技术可使用低成本的丝网印刷技术，基于现有生产线完成批量生产，成本相对低廉，适合光伏行业的发展需求。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤为：

(1)在硅基底上制备第一SiO₂隧穿层，然后再沉积一层掺杂的非晶硅薄膜；

(2)制备第二SiO₂薄膜层；

(3)注入氩离子把第二SiO₂薄膜层非晶化，使第二SiO₂薄膜层成为非晶化的第二SiO₂薄膜层；

(4)激光扫描对非晶化的第二SiO₂薄膜层进行区域修补，修补区作为湿法刻蚀保护区；

(5)湿法刻蚀去除未被保护区保护的非晶化的第二SiO₂薄膜层，同时掺杂的非晶硅薄膜被减薄，保护区被保留；

(6)沉积原位掺杂的非晶硅薄膜；

(7)激光刻划完成P型非晶硅薄膜与N型非晶硅薄膜掺杂间隔的隔离，作为插指区；

(8)激光对掺杂的非晶硅薄膜区域进行激光晶化成多晶硅薄膜；

(9)利用多晶化区域薄膜的刻蚀速率大于非晶硅薄膜刻蚀速率的特点，刻蚀掉多晶硅薄膜、保护区和非晶化的第二SiO₂薄膜层；

(10)高温退火使掺杂的非晶硅薄膜转化为P插指区的多晶硅薄膜，使原位掺杂的非晶硅薄膜转化为N插指区的多晶硅薄膜；

(11)在插指区内制备插指区SiO₂薄膜，从而形成插指型多晶硅薄膜钝化背极；

(12)在步骤(11)的插指型多晶硅薄膜钝化背极的正面刻蚀绒面，用ALD沉积氧化铝钝化膜，用PECVD沉积SiN减反膜，背面先用PECVD沉积SiN减反膜，然后沉积背面金属，从而完成多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备。

具体地，所述的硅基底是P型硅基底，所述的掺杂的非晶硅薄膜是硼掺杂的非晶硅薄膜，所述的原位掺杂的非晶硅薄膜是磷掺杂的N型非晶硅薄膜。

具体地，所述的硅基底是N型硅基底，所述的掺杂的非晶硅薄膜是磷掺杂的非晶硅薄膜，所述的原位掺杂的非晶硅薄膜是硼掺杂的P型非晶硅薄膜。

本发明的太阳能电池的制备方法实用、可靠、经济，且制备的插指型太阳能电池的正面没有遮挡光线的电极，背面电极与半导体材料的接触界面的载流子复合率低。

附图说明

图1—图12是实施例一的多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法的流程图。

图13—图24是实施例二的多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

一种多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)在P型硅基底101上制备第一SiO₂隧穿层102，然后再沉积一层硼掺杂的P型非晶硅薄膜103，如图1所示；

(2)制备第二SiO₂薄膜层104，如图2所示；

(3)注入氩离子把第二SiO₂薄膜层104非晶化，使其成为非晶化的第二SiO₂薄膜层104′，如图3所示；

(4)激光扫描对非晶化的第二SiO₂薄膜层104′的某些区域进行修补，修补区可以作为湿法刻蚀保护区105，如图4所示；

(5)湿法刻蚀去除未被保护区105保护的非晶化的第二SiO₂薄膜层104′，同时硼掺杂的P型非晶硅薄膜103被减薄，保护区105被保留，如图5所示；

(6)沉积原位磷掺杂的N型非晶硅薄膜106，使得其极性反向，如图6所示；

(7)激光刻划完成P型非晶硅薄膜与N型非晶硅薄膜掺杂间隔的隔离，作为插指区107，如图7所示；

(8)激光对磷掺杂的N型非晶硅薄膜106区域进行激光晶化成多晶硅薄膜106′，如图8所示；

(9)利用多晶化区域薄膜的刻蚀速率大于非晶硅薄膜刻蚀速率的特点，刻蚀掉多晶硅薄膜106′、保护区105和非晶化的第二SiO₂薄膜层104′，如图9所示；

(10)高温退火使硼掺杂的非晶硅薄膜103转化为P插指区的多晶硅薄膜103′，使磷掺杂的非晶硅薄膜106转化为N插指区的多晶硅薄膜106″，如图10所示；

(11)在插指区107内制备插指区SiO₂薄膜108，从而形成插指型多晶硅薄膜钝化背极，如图11所示；

(12)在步骤(11)的插指型多晶硅薄膜钝化背极的正面刻蚀绒面109，用ALD沉积氧化铝钝化膜110，用PECVD沉积SiN减反膜111，背面先用PECVD沉积SiN减反膜112，再在背面沉积背面金属113，从而完成多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备，如图12所示。

该实施例制备的多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备，如图12所示，包括由P型硅基底101，P型硅基底101背面的第一SiO₂隧穿层102、被插指区107绝缘隔离的N插指区的多晶硅薄膜106″和P插指区的多晶硅薄膜103′以及插指区SiO₂薄膜108构成的多晶硅薄膜钝化背极，该插指型多晶硅薄膜钝化背极正面由内向外依次的绒面109、氧化铝钝化膜110、SiN减反膜111，以及该插指型多晶硅薄膜钝化背极背面由内向外依次的SiN减反膜112、背面金属113。

实施例二

一种多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)在N型硅基底201上制备第一SiO₂隧穿层202，然后再沉积一层磷掺杂的N型非晶硅薄膜203，如图13所示；

(2)制备第二SiO₂薄膜层204，如图14所示；

(3)注入氩离子把第二SiO₂薄膜层204非晶化，使其成为非晶化的第二SiO₂薄膜层204′，如图15所示；

(4)激光扫描对非晶化的第二SiO₂薄膜层204′的某些区域进行修补，修补区可以作为湿法刻蚀保护区205，如图16所示；

(5)湿法刻蚀去除未被保护区205保护的非晶化的第二SiO₂薄膜层204′，同时磷掺杂的N型非晶硅薄膜203被减薄，保护区205被保留，如图17所示；

(6)沉积原位硼掺杂的P型非晶硅薄膜206，实现极性反向的补偿掺杂，如图18所示；

(7)激光刻划完成P型非晶硅薄膜与N型非晶硅薄膜掺杂间隔的绝缘，作为插指区207，如图19所示；

(8)激光对硼掺杂的P型非晶硅薄膜206区域进行激光晶化成多晶硅薄膜206′，如图20所示；

(9)利用多晶化区域薄膜的刻蚀速率大于非晶硅薄膜刻蚀速率的特点，刻蚀掉多晶硅薄膜206′、保护区205和非晶化的第二SiO₂薄膜层204′，如图21所示；

(10)高温退火使磷掺杂的非晶硅薄膜203转化为N插指区的多晶硅薄膜203′，使硼掺杂的非晶硅薄膜206转化为P插指区的多晶硅薄膜206″，如图22所示；

(11)在插指区207内制备插指区SiO₂薄膜208，从而形成插指型多晶硅薄膜钝化背极，如图23所示；

(12)在步骤(11)的插指型多晶硅薄膜钝化背极的正面刻蚀绒面209，用ALD沉积氧化铝钝化膜210，用PECVD沉积SiN减反膜211，背面先用PECVD沉积SiN减反膜212，再在背面金属化213，从而完成多晶硅薄膜钝化背极太阳能电池的制备，如图24所示。

该实施例制备的多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备，如图24所示，包括由N型硅基底201，N型硅基底201背面的第一SiO₂隧穿层202、被插指区207绝缘隔离的P插指区的多晶硅薄膜206″和N插指区的多晶硅薄膜203′以及插指区SiO₂薄膜208构成的插指型多晶硅薄膜钝化背极，该插指型多晶硅薄膜钝化背极正面由内向外依次的绒面209、氧化铝钝化膜210、SiN减反膜211，以及该插指型多晶硅薄膜钝化背极背面由内向外依次的SiN减反膜212、背面金属213。

以上所述仅是本发明的最佳实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明的技术方案进行若干变形或者等同替换，也能达到本发明的技术效果，也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤为：

(1)在硅基底上制备第一SiO₂隧穿层，然后再沉积一层掺杂的非晶硅薄膜；

(2)制备第二SiO₂薄膜层；

(3)注入氩离子把第二SiO₂薄膜层非晶化，使第二SiO₂薄膜层成为非晶化的第二SiO₂薄膜层；

(4)激光扫描对非晶化的第二SiO₂薄膜层进行区域修补，修补区作为湿法刻蚀保护区；

(5)湿法刻蚀去除未被保护区保护的非晶化的第二SiO₂薄膜层，同时掺杂的非晶硅薄膜被减薄，保护区则被保留；

(6)沉积原位掺杂的N型非晶硅薄膜；

(7)激光刻划完成P型非晶硅薄膜与N型非晶硅薄膜掺杂间隔的隔离，作为插指区；

(8)激光对原位掺杂的N型非晶硅薄膜区域进行激光晶化成多晶硅薄膜；

(9)利用多晶硅薄膜的刻蚀速率大于非晶硅薄膜刻蚀速率的特点，刻蚀掉多晶硅薄膜、保护区和非晶化的第二SiO₂薄膜层；

(10)高温退火使掺杂的非晶硅薄膜转化为P插指区的多晶硅薄膜，使原位掺杂的非晶硅薄膜转化为N插指区的多晶硅薄膜；

(11)在插指区内制备插指区SiO₂薄膜，从而形成插指型多晶硅薄膜钝化背极；

(12)在步骤(11)的插指型多晶硅薄膜钝化背极的正面刻蚀绒面，用ALD沉积氧化铝钝化膜，用PECVD沉积SiN减反膜，背面先用PECVD沉积SiN减反膜，然后沉积背面金属，从而完成多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备。

2.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述的硅基底是P型硅基底，所述的掺杂的非晶硅薄膜是硼掺杂的非晶硅薄膜，所述的原位掺杂的N型非晶硅薄膜是磷掺杂的N型非晶硅薄膜。

3.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述的硅基底是N型硅基底，所述的掺杂的非晶硅薄膜是磷掺杂的非晶硅薄膜，所述的原位掺杂的非晶硅薄膜是硼掺杂的P型非晶硅薄膜。

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