專利名稱：基于激光摻雜制備發(fā)射極的n型晶體硅太陽電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型晶體硅太陽電池的制備方法。
背景技術(shù)：
最開始在η型基體上制作太陽電池是在1950年，但是后來發(fā)現(xiàn)其在太空高輻射的情況下性能衰減嚴(yán)重，穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)換效率低于類似結(jié)構(gòu)的P型太陽電池。這使得P型太陽電池成為太空應(yīng)用的優(yōu)先選擇，其電池結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)技術(shù)得到不斷完善。隨后太陽電池轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用的過程中，ρ型太陽電池結(jié)構(gòu)得以沿用，成為主流。但是在地面應(yīng)用中并不存在高輻射的威脅，尤其是近來為發(fā)展高效電池而作的大量研究發(fā)現(xiàn) P型晶體硅并不一定是最佳選擇。相對(duì)于硼摻雜的ρ型基體，磷摻雜的η型基體主要具有以下優(yōu)點(diǎn)一、η型基體硼含量極低，所以由硼氧對(duì)導(dǎo)致的光致衰減并不明顯；二、η型晶體硅具有更長的少子壽命。 因此很適合用于制備高效電池。傳統(tǒng)制備硼發(fā)射極的η型太陽電池采用的是高溫?cái)U(kuò)散硼源的方法，在眾多硼擴(kuò)散方式中，用氮?dú)鈹y帶液態(tài)BBr3進(jìn)行管式擴(kuò)散的效果最好。高溫硼擴(kuò)散存在的一個(gè)問題是均勻性難以控制。在擴(kuò)散前期，BBr3K應(yīng)生成化03，后者沉積在晶體硅片表面，并在高溫作用下擴(kuò)散進(jìn)入硅基體。這與磷擴(kuò)散時(shí)POCl3先生成P2O5再沉積到晶體硅片表面的過程相類似。 不同的是，P2O5在850°C時(shí)為氣相，可以均勻沉積在晶體硅片表面。而氏03的沸點(diǎn)較高，擴(kuò)散過程中一直處于液相狀態(tài)，難以均勻覆蓋在晶體硅片表面，擴(kuò)散均勻性因而難以控制。硼擴(kuò)散的另一個(gè)問題是高溫導(dǎo)致材料性能變壞。一方面，硼原子在硅中的擴(kuò)散系數(shù)較低。與磷擴(kuò)散相比，硼擴(kuò)散需要用更高溫度或更長時(shí)間來獲得相同的方塊電阻。另一方面，硼發(fā)射極太陽電池多采用磷擴(kuò)散來制作表面場，一般還采用熱氧化方法來制作掩模。多次高溫不僅浪費(fèi)能源，還會(huì)導(dǎo)致晶體硅片少子壽命下降。在高效、低成本的新型晶體硅太陽電池研制中，激光工藝技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。對(duì)于電池前表面的發(fā)射極區(qū)域，一般可采用激光熔融預(yù)沉積雜質(zhì)源摻雜 LIMPID (laser-induced melting of predeposited impurity doing)的方法，艮口在娃基片上預(yù)先涂敷摻有某種元素的雜質(zhì)源，并且晶體硅片表面被激光加熱到熔融狀態(tài)，那么預(yù)敷的雜質(zhì)原子快速融入熔體，然后當(dāng)激光從熔區(qū)移開后，熔區(qū)的熔體開始冷卻并再結(jié)晶，摻雜原子與硅形成合金。該摻雜工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是無需掩模即能對(duì)硅基體進(jìn)行局部的有選擇性摻雜；由于是局部加熱，未受激光輻照的區(qū)域不會(huì)產(chǎn)生附加的晶格與雜質(zhì)等缺陷；工藝的環(huán)境溫度為室溫，不需要真空設(shè)施；工藝過程沒有毒性氣體，設(shè)備安全，節(jié)省空間。激光摻雜在太陽電池中的應(yīng)用例子有選擇性發(fā)射結(jié)太陽電池，半導(dǎo)體指柵太陽電池等。在電池背面，為了減小表面少子復(fù)合速率以及提高背面對(duì)入射長波的反射率，許多高效電池包括效率達(dá)7%的PERL電池、LFC電池都選擇在背面制備鈍化介質(zhì)膜系并采用點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的備電極設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。為了克服PERL電池成本高、過程繁瑣的缺點(diǎn)，研究人員嘗試用激光燒蝕代替?zhèn)鹘y(tǒng)光刻介質(zhì)膜開孔工藝，取得了不錯(cuò)的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型太陽電池的制備方法，該方法工序簡單、成本低、可以大規(guī)模化生產(chǎn)，有利于產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是按以下技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型太陽電池的制備方法為其制備過程具體的步驟為(1)對(duì)晶體硅片進(jìn)行清洗制絨，在該晶體硅片前表面涂敷硼酸；(2)在涂有硼酸的晶體硅片的前表面利用激光面掃描的方法制成電池的發(fā)射極， 并清洗；(3)采用Al203/Si&疊層介質(zhì)膜鈍化電池前后表面；(4)在電池的前表面鍍SiNx減反膜，電池背面采用激光燒蝕技術(shù)形成局域開孔；(5)采用絲網(wǎng)印刷制電極及燒結(jié)測試，完成電池的制備過程。其中，步驟(1)中所述的晶體硅片為η型單晶體硅片或多晶體硅片。使用的硼酸為固體硼酸溶于酒精制成的濃度為 5. 0%的溶液，所述涂覆方法是采用旋涂的方法。步驟⑵采用的激光的參數(shù)為功率1 1000W、波長1100 200nm的脈沖或連續(xù)激光光束。本發(fā)明的有益效果是(1)采用少子壽命更高而且光致衰減效應(yīng)不明顯的η型晶體硅片制備電池，利于生產(chǎn)高效率的太陽電池；(2)采用的硼源是硼酸，毒性很低，成本低，污染小，將硼酸溶于酒精中并用旋涂的方法利于均勻覆蓋在電池表面；(3)與傳統(tǒng)的η型太陽電池的發(fā)射極制備方法相比，本發(fā)明采用的是全激光摻雜的方法，避免了高溫?cái)U(kuò)散所帶來的一系列問題，且方便快捷，安全易行，便于大規(guī)模生產(chǎn)；(4)采用Al203/Si02疊層介質(zhì)膜鈍化電池前后表面，并在背面采用激光燒蝕技術(shù)形成局域開孔，可以有效的減小表面少子復(fù)合速率以及提高背面對(duì)入射長波的反射率；(5)采用常規(guī)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備電極，成本低、無污染、可以大規(guī)?；a(chǎn)，方便產(chǎn)業(yè)化。
具體實(shí)施例方式以下列舉具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。需要指出的是，實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，不代表本發(fā)明的保護(hù)范圍，其他人根據(jù)本發(fā)明的提示做出的非本質(zhì)的修改和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1本發(fā)明提出的基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型晶體硅太陽電池的制備方法，下面以η型單晶硅太陽電池為例，說明其制備步驟如下(1)對(duì)晶體硅片進(jìn)行清洗制絨，在晶體硅片前表面旋涂濃度為3. 0%硼酸；
(2)將晶體硅片固定放在激光工作臺(tái)上，采用一臺(tái)波長為532nm的脈沖激光器，設(shè)置激光脈沖頻率為20 40KHz，掃描速度為200 400mm/s，激光功率為3 4W，用經(jīng)聚焦后達(dá)到微米量級(jí)直徑的光斑照射到太陽電池表面進(jìn)行面掃描制成發(fā)射極，并清洗；(3)采用Al203/Si&疊層介質(zhì)膜鈍化電池前后表面；(4)在電池的前表面鍍SiNx減反膜，背面采用激光燒蝕技術(shù)形成局域開孔；(5)采用常規(guī)絲網(wǎng)印刷制成電極并燒結(jié)測試，完成電池的制備過程。實(shí)施例2本發(fā)明提出的基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型晶體硅太陽電池的制備方法，下面以η型單晶硅太陽電池為例，說明其制備步驟如下(1)對(duì)晶體硅片進(jìn)行清洗制絨，在晶體硅片前表面旋涂濃度為5. 0%硼酸；(2)將晶體硅片固定放在激光工作臺(tái)上，采用一臺(tái)波長為355nm的脈沖激光器，設(shè)置激光脈沖頻率為20 50KHz，掃描速度為200 400mm/s，激光功率為1 3W，用經(jīng)聚焦后到微米量級(jí)直徑的光斑照射到太陽電池表面進(jìn)行面掃描制成發(fā)射極，并清洗；(3)采用Al203/Si&疊層介質(zhì)膜鈍化電池前后表面；(4)在電池前表面鍍SiNx減反膜，背面采用激光燒蝕技術(shù)形成局域開孔；(5)采用常規(guī)絲網(wǎng)印刷制電極并燒結(jié)測試，完成電池的制備過程；實(shí)施例3本發(fā)明提出的基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型晶體硅太陽電池的制備方法，下面以η型單晶硅太陽電池為例，說明其制備步驟如下(1)對(duì)晶體硅片進(jìn)行清洗制絨，在晶體硅片前表面旋涂濃度為5. 0%硼酸；(2)將晶體硅片固定放在激光工作臺(tái)上，采用一臺(tái)波長為532nm的連續(xù)激光器，設(shè)置激光脈沖頻率為20 40KHz，掃描速度為200 400mm/s，激光功率為3 4W，用經(jīng)聚焦后達(dá)到微米量級(jí)直徑的光斑照射到太陽電池表面進(jìn)行面掃描制成發(fā)射極，并清洗；(3)采用Al203/Si&疊層介質(zhì)膜鈍化電池前后表面；(4)在電池前表面鍍SiNx減反膜，背面采用激光燒蝕技術(shù)形成局域開孔；(5)采用常規(guī)絲網(wǎng)印刷制電極并燒結(jié)測試，完成電池的制備過程。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，如果對(duì)本發(fā)明的各種改動(dòng)或變型不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變型屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也包含這些改動(dòng)和變型。
權(quán)利要求
1.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型太陽電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)對(duì)晶體硅片進(jìn)行清洗制絨，在該晶體硅片前表面涂敷硼酸；(2)在涂有硼酸的晶體硅片的前表面利用激光面掃描的方法制成電池的P-N結(jié)，并清洗；(3)采用Al203/Si&疊層介質(zhì)膜鈍化電池前后表面；(4)在電池的前表面鍍SiNx減反膜，電池背面采用激光燒蝕技術(shù)形成局域開孔；(5)采用絲網(wǎng)印刷制電極及燒結(jié)測試，完成電池的制備過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型太陽電池的制備方法，其特征在于，上述步驟(1)中所述的晶體硅片為η型晶體硅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型太陽電池的制備方法， 其特征在于，上述步驟(1)所述的硼酸為固體硼酸溶于酒精制成的濃度為 5.0%的溶液，所述涂覆方法是采用旋涂的方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型太陽電池的制備方法，其特征在于，上述步驟(2)采用的激光的參數(shù)為功率1 1000W、波長1100 200nm的脈沖或連續(xù)激光光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型太陽電池的制備方法，其特征在于，步驟C3)采用Al203/Si&疊層介質(zhì)膜鈍化電池前后表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光摻雜制備發(fā)射極的η型太陽電池的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述的電池背面采用激光燒蝕技術(shù)形成局域開孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于激光摻雜制備發(fā)射極的n型太陽電池的制備方法，該方法是在旋涂有硼酸的n型基體上用全激光面掃描的方法制備發(fā)射極，隨后采用Al2O3/SiO2疊層介質(zhì)膜鈍化電池前后表面，前表面鍍SiNx減反膜，背面采用激光燒蝕技術(shù)形成局域開孔，最后用常規(guī)絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)的方法形成電極并制成電池。本發(fā)明方法工序簡單、成本低、利于生產(chǎn)高效率的太陽電池，可以大規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102368510SQ20111035779
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者葉小帥, 朱彥斌, 梁宗存, 沈輝 申請(qǐng)人:中山大學(xué)