專利名稱：N型晶硅太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，具體而言，涉及一種N型晶硅太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
單晶硅太陽能電池已經(jīng)被大規(guī)模應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，其良好的穩(wěn)定性和成熟的工藝流程是其大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝流程如圖I所示。首先需要對(duì)硅片進(jìn)行清洗，通過化學(xué)清洗達(dá)到對(duì)硅片表面的結(jié)構(gòu)化處理；然后將清洗后的硅片進(jìn)行擴(kuò) 散工藝，硅片經(jīng)硼擴(kuò)散工藝形成P-N結(jié)；之后對(duì)形成P-N結(jié)的硅片進(jìn)行周邊刻蝕工藝，以去掉在擴(kuò)散工藝中硅片邊緣所形成的導(dǎo)電層；然后經(jīng)過化學(xué)清洗工藝，以除去在擴(kuò)散過程中在硅片表面形成的玻璃層；然后經(jīng)PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)工藝沉積減反射膜氮化硅膜；最后再依次經(jīng)絲網(wǎng)印刷工藝、燒結(jié)工藝等制作得到符合要求的單晶硅太陽能電池。對(duì)于傳統(tǒng)的P型太陽能電池，其發(fā)射極是經(jīng)磷擴(kuò)散形成的N型表面，亦是電池的受光面，通常采用選擇性發(fā)射極技術(shù)來提高硅片表面鈍化性能，其基本原理是在活性區(qū)域進(jìn)行較小濃度的淺摻雜(方阻在20 90歐姆之間)，而在金屬電極下方區(qū)域進(jìn)行較大濃度的重?fù)诫s。減小光學(xué)活性區(qū)域的摻雜濃度一方面可以減小表面復(fù)合，從而獲得更高的開路電壓，另一方面因?yàn)榭s減了表面死層的厚度從而提高了量子效率，所以有利于獲得更高的短路電流；而提高金屬電極下方區(qū)域的摻雜濃度一方面可以降低該區(qū)域的薄層電阻，從而減小金屬接觸電阻，另外由于該區(qū)域發(fā)射極厚度也會(huì)隨摻雜濃度的增加而增加，從而可以增大電池?zé)Y(jié)工藝窗口。對(duì)于N型太陽能電池,它具有磷擴(kuò)散形成的背表面場(chǎng)，為了提高背場(chǎng)的鈍化性能，同樣可以采用選擇性背場(chǎng)工藝，其基本原理和結(jié)構(gòu)與選擇性發(fā)射極一樣。以N型晶硅太陽能電池為例，目前廣泛使用腐蝕漿料技術(shù)來制備選擇性背場(chǎng)，如圖2所示，其基本原理是在硅片的背場(chǎng)表面使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷一層腐蝕性漿料，其中絲網(wǎng)的圖案要與將來印刷金屬漿料時(shí)所用絲網(wǎng)相對(duì)應(yīng)，以保證腐蝕漿料只存在于光活性區(qū)域。硅片經(jīng)加熱后，腐蝕漿料在硅片表面發(fā)生反應(yīng)，使這些區(qū)域的磷的濃度下降，相應(yīng)的提高了背場(chǎng)的薄層電阻，而未印刷腐蝕漿料的金屬柵線區(qū)內(nèi)磷的濃度則不發(fā)生變化。這樣就在金屬柵線區(qū)形成了相對(duì)高摻雜的深擴(kuò)散區(qū)，而在其它區(qū)域形成了相對(duì)低摻雜淺擴(kuò)散區(qū)。使用如上所述的腐蝕漿料技術(shù)制備的選擇性背場(chǎng)，從金屬柵線區(qū)到活性區(qū)薄層電阻逐漸升高，在制作金屬電極時(shí)，往往由于電極落在這些高方阻區(qū)域而導(dǎo)致接觸電阻升高，以致電池的填充因子下降明顯。而且，由于腐蝕漿料只能降低活性區(qū)域的摻雜濃度，而不會(huì)改變金屬柵線區(qū)的摻雜濃度，所以從一開始就需要制備有較高濃度的磷背場(chǎng)，這樣就提高了磷擴(kuò)散工藝的生產(chǎn)時(shí)間和原料成本，同時(shí)為了制備有較高均勻性的背場(chǎng)也對(duì)擴(kuò)散技術(shù)提出了更高的要求。另外制備和清洗腐蝕漿料的過程，會(huì)消耗大量的水，也會(huì)產(chǎn)生大量有害有毒的污染物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種N型晶硅太陽能電池及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的選擇性背場(chǎng)導(dǎo)致填充因子下降的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種N型晶硅太陽能電池的制備方法，包括擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕、沉積減反射層、印刷及燒結(jié)步驟，在擴(kuò)散制結(jié)步驟之前包括選擇性背場(chǎng)的制備過程，該選擇性背場(chǎng)的制備過程包括1)、在硅片基體上擴(kuò)散形成一層淺摻雜的磷背場(chǎng)；以及2)、利用激光垂直照射磷背場(chǎng)上欲形成金屬柵線區(qū)的區(qū)域使區(qū)域內(nèi)所摻雜的磷元素富集，形成選擇性背場(chǎng)。進(jìn)一步地，上述步驟2)中采用的激光的功率為0. 5 10W，脈沖寬度為IOOps 500ns，波長為300 1600nm，頻率為IOOHz 200KHz，光斑的直徑為5 IOOum0進(jìn)一步地，上述步驟2)中激光照射的時(shí)間為4 10s。進(jìn)一步地，上述制備方法在制備選擇性背場(chǎng)之前還包括采用堿液對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕在硅片的表面形成金字塔形絨面，并對(duì)經(jīng)過腐蝕的硅片進(jìn)行清洗得到硅片基體。 進(jìn)一步地，上述制備方法在選擇性背場(chǎng)的制備過程之后的步驟包括:A、在具有選擇性背場(chǎng)的硅片基體的正面進(jìn)行硼擴(kuò)散制結(jié)形成P_n結(jié)；B、將具有p-n結(jié)的硅片基體依次進(jìn)行刻蝕、清洗和減反射層沉積；以及C、在經(jīng)過步驟B處理的硅片基體的選擇性背場(chǎng)的欲形成金屬柵線區(qū)的區(qū)域印刷金屬漿料并燒結(jié)，形成N型晶硅太陽能電池。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種N型晶硅太陽能電池，該N型晶硅太陽能電池通過上述的制備方法制備而成。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，在制備背場(chǎng)時(shí)只需要在硅片基體的背面制備淺摻雜的背場(chǎng)，從而節(jié)約了磷的使用量，縮短了磷擴(kuò)散工藝的生產(chǎn)時(shí)間，進(jìn)而提高了 N型晶硅太陽能電池的生產(chǎn)效率；采用激光照射使照射區(qū)域的磷向局部富集并向硅片基體內(nèi)擴(kuò)散，形成的選擇性背場(chǎng)從活性區(qū)到金屬柵線區(qū)薄層電阻逐漸降低，進(jìn)而在制備金屬電極時(shí)更容易形成良好的歐姆接觸并獲得更好的填充因子；此外，使用激光照射硅片基體，操作簡單，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人有害的污染物。


構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)中單晶硅太陽能電池的制作工藝流程；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中采用腐蝕漿料技術(shù)得到的N型晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了本發(fā)明的N型晶硅太陽能電池的制備方法；以及圖4示出了采用本發(fā)明的制備方法得到的N型晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。在本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種N型晶硅太陽能電池的制備方法，包括擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕、沉積減反射層、印刷及燒結(jié)步驟，在擴(kuò)散制結(jié)步驟之前包括選擇性背場(chǎng)的制備過程，選擇性背場(chǎng)的制備過程包括1)、在娃片基體上擴(kuò)散形成一層淺摻雜的磷背場(chǎng)；以及2)、利用激光照射磷背場(chǎng)上欲形成金屬柵線區(qū)的區(qū)域使區(qū)域內(nèi)所摻雜的磷元素富集，形成選擇性背場(chǎng)。圖4示出了按照上述制備過程制備的選擇性背場(chǎng)，在制備背場(chǎng)時(shí)只需要在硅片基體的背面制備淺摻雜的背場(chǎng)，從而節(jié)約了磷的使用量，縮短了磷擴(kuò)散工藝的生產(chǎn)時(shí)間，進(jìn)而提高了 N型晶硅太陽能電池的生產(chǎn)效率；采用激光照射使照射區(qū)域的磷向局部富集并向硅片基體內(nèi)擴(kuò)散，形成的選擇性背場(chǎng)從活性區(qū)到金屬柵線區(qū)薄層電阻逐漸降低，進(jìn)而在制備金屬電極時(shí)更容易形成良好的歐姆接觸并獲得更好的填充因子；此外，使用激光照射硅片基體，操作簡單，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人有害的污染物。

在本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述步驟2)中采用的激光的功率為0. 5 10W，脈沖寬度為IOOps 500ns，波長為300 1600nm，頻率為IOOHz 200KHz，光斑的直徑為5 100 y m。當(dāng)采用上述參數(shù)限定的激光對(duì)硅片基體進(jìn)行照射時(shí)，既能實(shí)現(xiàn)快速形成選擇性背場(chǎng)的目的，又不會(huì)對(duì)活性區(qū)、生長在硅片基體表面的磷背場(chǎng)產(chǎn)生影響。適當(dāng)調(diào)節(jié)激光照射的時(shí)間能夠得到不同性能表現(xiàn)的選擇性背場(chǎng)，優(yōu)選激光照射的時(shí)間為4 10s。經(jīng)過4 IOs照射后，該區(qū)域內(nèi)的富集后的磷的濃度以及向硅片基體內(nèi)延伸的深度能夠很好地降低該區(qū)域的薄層電阻。為了增加N型晶硅太陽能電池的受光面積并降低反射率，優(yōu)選制備方法在制備選擇性背場(chǎng)之前還包括采用堿液對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕在硅片的表面形成金字塔形絨面，并對(duì)經(jīng)過腐蝕的硅片進(jìn)行清洗得到硅片基體。其中，可用于本發(fā)明的堿液包括但不限于氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液等無機(jī)堿液和四乙基氫氧化氨、乙二胺等有機(jī)堿液。在本發(fā)明另一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖3所示，上述制備方法在選擇性背場(chǎng)的制備過程之后的步驟包括A、在具有選擇性背場(chǎng)的硅片基體的正面進(jìn)行硼擴(kuò)散制結(jié)形成p-n結(jié)；B、將具有p-n結(jié)的硅片基體依次進(jìn)行刻蝕、清洗和減反射層沉積；以及C、在經(jīng)過步驟B處理的硅片基體的選擇性背場(chǎng)的欲形成柵線區(qū)的區(qū)域印刷金屬漿料并燒結(jié)，形成N型晶硅太陽能電池。制備的減反射層可以有效地降低光反射率，從而提高N型晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。在本發(fā)明另一種典型的實(shí)施方式中，還提供了一種N型晶硅太陽能電池，如圖4所示，該N型晶硅太陽能電池通過本發(fā)明的制備方法制備而成。通過本發(fā)明的方法制備得到N型晶硅太陽能電池具有采用激光照射形成的選擇性背場(chǎng)具有較好的鈍化性能，從而使其具有較好的光電轉(zhuǎn)化效率。以下將結(jié)合實(shí)施例和對(duì)比例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的有益效果。實(shí)施例I采用質(zhì)量濃度為5%的氫氧化鈉溶液對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕在硅片的表面形成金字塔形絨面，并采用氫氟酸對(duì)經(jīng)過腐蝕的硅片進(jìn)行清洗得到硅片基體；采用純POCl3的氣體在硅片基體上擴(kuò)散形成一層淺摻雜的背場(chǎng)；利用功率為5. 0W、脈沖寬度為200ns、波長為lOOOnm、頻率為90KHz、光斑的直徑為50 y m的激光照射背場(chǎng)上欲形成金屬柵線區(qū)的區(qū)域，IOs后形成選擇性背場(chǎng)；在具有選擇性背場(chǎng)的硅片基體的正面進(jìn)行硼擴(kuò)散制結(jié)形成P-n結(jié)；將具有P-n結(jié)的硅片基體依次進(jìn)行等離子刻蝕、化學(xué)清洗和沉積形成SiNx減反射層；在經(jīng)過上述步驟處理的硅片基體的選擇性背場(chǎng)的欲形成柵線區(qū)的區(qū)域印刷銀漿料并燒結(jié)，形成實(shí)施例I的N型晶硅太陽能電池。實(shí)施例2采用質(zhì)量濃度為5%的氫氧化鉀溶液對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕在硅片的表面形成金字塔形絨面，并采用氫氟酸對(duì)經(jīng)過腐蝕的硅片進(jìn)行清洗得到硅片基體；采用純POCI3的氣體在硅片基體上擴(kuò)散形成一層淺摻雜的背場(chǎng)，方阻約30 Q ;利用功率為8. 0W、脈沖寬度為500ns、波長為500nm、頻率為200KHz、光斑的直徑為5 y m的激光照射背場(chǎng)上欲形成金屬柵線區(qū)的區(qū)域，5s后形成選擇性背場(chǎng)；在具有選擇性背場(chǎng)的硅片基體的正面進(jìn)行硼擴(kuò)散制結(jié)形成p-n結(jié)；將具有P-n結(jié)的硅片基體依次進(jìn)行等離子刻蝕、化學(xué)清洗和沉積形成SiNx減反射層；在經(jīng)過上述步驟處理的硅片基體的選擇性背場(chǎng)的欲形成柵線區(qū)的區(qū)域印刷銀漿料并燒結(jié)，形成實(shí)施例2的N型晶硅太陽能電池。實(shí)施例3 采用質(zhì)量濃度為10%的乙二胺溶液對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕在硅片的表面形成金字塔形絨面，并采用氫氟酸對(duì)經(jīng)過腐蝕的硅片進(jìn)行清洗得到硅片基體；采用純POCI3的氣體在硅片基體上擴(kuò)散形成一層淺摻雜的背場(chǎng)；利用功率為6. 0W、脈沖寬度為loops、波長為1500nm、頻率為100Hz、光斑的直徑為lOOym的激光照射背場(chǎng)上欲形成金屬柵線區(qū)的區(qū)域，6s后形成選擇性背場(chǎng)；在具有選擇性背場(chǎng)的硅片基體的正面進(jìn)行硼擴(kuò)散制結(jié)形成P-n結(jié)；將具有P-n結(jié)的硅片基體依次進(jìn)行等離子刻蝕、化學(xué)清洗和沉積形成SiNx減反射層；在經(jīng)過上述步驟處理的硅片基體的選擇性背場(chǎng)的欲形成柵線區(qū)的區(qū)域印刷銀漿料并燒結(jié)，形成實(shí)施例3的N型晶硅太陽能電池。實(shí)施例4采用質(zhì)量濃度為5%的氫氧化鈉溶液對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕在硅片的表面形成金字塔形絨面，并采用氫氟酸對(duì)經(jīng)過腐蝕的硅片進(jìn)行清洗得到硅片基體；采用純POCI3的氣體在硅片基體上擴(kuò)散形成一層淺摻雜的背場(chǎng)；利用功率為2. 0W、脈沖寬度為80ps、波長為1800nm、頻率為100Hz、光斑的直徑為80 y m的激光照射背場(chǎng)上欲形成金屬柵線區(qū)的區(qū)域，12s后形成選擇性背場(chǎng)；在具有選擇性背場(chǎng)的硅片基體的正面進(jìn)行硼擴(kuò)散制結(jié)形成P-n結(jié)；將具有p-n結(jié)的硅片基體依次進(jìn)行等離子刻蝕、化學(xué)清洗和沉積形成SiNx減反射層；在經(jīng)過上述步驟處理的硅片基體的選擇性背場(chǎng)的欲形成柵線區(qū)的區(qū)域印刷銀漿料并燒結(jié)，形成實(shí)施例4的N型晶娃太陽能電池。對(duì)比例I采用質(zhì)量濃度為5%的氫氧化鉀溶液對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕在硅片的表面形成金字塔形絨面，并采用氫氟酸對(duì)經(jīng)過腐蝕的硅片進(jìn)行清洗得到硅片基體；采用純POCI3的氣體在硅片基體上擴(kuò)散形成一層淺摻雜的背場(chǎng)，方阻約30 Q ;在硅片基體的正面進(jìn)行硼擴(kuò)散制結(jié)形成P-n結(jié)；將具有p-n結(jié)的硅片基體依次進(jìn)行等離子刻蝕、化學(xué)清洗和沉積形成SiNx減反射層；在經(jīng)過上述步驟處理的硅片基體的均勻背場(chǎng)的欲形成柵線區(qū)的區(qū)域印刷銀漿料并燒結(jié)，形成對(duì)比例I的N型晶硅太陽能電池。對(duì)比例2采用質(zhì)量濃度為5%的氫氧化鉀溶液對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕在硅片的表面形成金字塔形絨面，并采用氫氟酸對(duì)經(jīng)過腐蝕的硅片進(jìn)行清洗得到硅片基體；采用純POCI3的氣體在硅片基體上擴(kuò)散形成一層淺摻雜的背場(chǎng)，方阻約30 Q ;在硅片基體的正面進(jìn)行硼擴(kuò)散制結(jié)形成P-n結(jié)；在硅片背表面涂上一層腐蝕性漿料，該腐蝕漿料只存在于硅片背面欲形成金屬電極的區(qū)域以外并腐蝕這些區(qū)域使其方阻升高，經(jīng)過烘干、清洗等步驟后，制得選擇性背場(chǎng)。將具有P-n結(jié)的硅片基體依次進(jìn)行等離子刻蝕、化學(xué)清洗和沉積形成SiNx減反射層；在經(jīng)過上述步驟處理的硅片基體的選擇性背場(chǎng)的欲形成柵線區(qū)的區(qū)域印刷銀漿料并燒結(jié)，形成對(duì)比例2的N型晶硅太陽能電池。對(duì)實(shí)施例I至4以及對(duì)比例I和對(duì)比例2的N型晶硅太陽能電池進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表I。表I
權(quán)利要求
1.一種N型晶硅太陽能電池的制備方法，包括擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕、沉積減反射層、印刷及燒結(jié)步驟，其特征在于，在所述擴(kuò)散制結(jié)步驟之前包括選擇性背場(chǎng)的制備過程，所述選擇性背場(chǎng)的制備過程包括 1)、在娃片基體上擴(kuò)散形成一層淺摻雜的磷背場(chǎng)；以及 2)、利用激光垂直照射所述磷背場(chǎng)上欲形成金屬柵線區(qū)的區(qū)域使所述區(qū)域內(nèi)所摻雜的磷元素富集，形成所述選擇性背場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中采用的激光的功率為0.5 10W，脈沖寬度為IOOps 500ns，波長為300 1600nm，頻率為IOOHz 200KHz，光斑的直徑為5 100 V- m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中所述激光照射的時(shí)間為4 10s。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法在制備所述選擇性背場(chǎng)之前還包括采用堿液對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕在所述硅片的表面形成金字塔形絨面，并對(duì)經(jīng)過腐蝕的硅片進(jìn)行清洗得到所述硅片基體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法在所述選擇性背場(chǎng)的制備過程之后的步驟包括 A、在具有所述選擇性背場(chǎng)的硅片基體的正面進(jìn)行硼擴(kuò)散制結(jié)形成p_n結(jié)； B、將具有所述p_n結(jié)的硅片基體依次進(jìn)行刻蝕、清洗和減反射層沉積；以及 C、在經(jīng)過所述步驟B處理的硅片基體的選擇性背場(chǎng)的欲形成金屬柵線區(qū)的區(qū)域印刷金屬漿料并燒結(jié)，形成所述N型晶硅太陽能電池。
6.一種N型晶硅太陽能電池，其特征在于，所述N型晶硅太陽能電池通過權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的制備方法制備而成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種N型晶硅太陽能電池及其制備方法。該制備方法包括擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕、沉積減反射層、印刷及燒結(jié)步驟，在擴(kuò)散制結(jié)步驟之前包括選擇性背場(chǎng)的制備過程，選擇性背場(chǎng)的制備過程包括1)在硅片基體上擴(kuò)散形成一層淺摻雜的磷背場(chǎng)；以及2)利用激光垂直照射磷背場(chǎng)上欲形成金屬柵線區(qū)的區(qū)域使區(qū)域內(nèi)所摻雜的磷元素富集，形成選擇性背場(chǎng)。本發(fā)明在制備背場(chǎng)時(shí)只需要在硅片基體的背面制備淺摻雜的背場(chǎng)，節(jié)約了磷的使用量，縮短了擴(kuò)散時(shí)間；采用激光照射使照射區(qū)域的磷向局部富集并向硅片基體內(nèi)擴(kuò)散，形成的選擇性背場(chǎng)從活性區(qū)到金屬柵線區(qū)薄層電阻逐漸降低，進(jìn)而在制備金屬電極時(shí)更容易形成良好的歐姆接觸并獲得更好的填充因子。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK102769072SQ20121027134
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者李高非, 楊德成, 熊景峰, 胡志巖, 郎芳 申請(qǐng)人:英利集團(tuán)有限公司