專利名稱：通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池制作領(lǐng)域，具體涉及一種通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。半導(dǎo)體材料具有一定的禁帶寬度，當(dāng)能量大于半導(dǎo)體材料禁帶寬度的一束光垂直入射到PN結(jié)表面，光子將在離表面一定深度的范圍內(nèi)被吸收，而入射光將在結(jié)區(qū)及結(jié)附近的空間激發(fā)電子空穴對(duì)，產(chǎn)生在空間電荷區(qū)的光生電子和空穴在結(jié)電場(chǎng)的作用下分離，形成自n區(qū)向p區(qū)的光生電流。 同時(shí)，由光生載流子漂移并堆積形成一個(gè)與光生電流反向的正向結(jié)電流。當(dāng)光生電流和正向結(jié)電流達(dá)到穩(wěn)定態(tài)的時(shí)候，Pn結(jié)兩端建立起穩(wěn)定的電勢(shì)差，即光生電壓。通過(guò)連接外部電路，可以向外輸出功率。一個(gè)典型的P型硅太陽(yáng)能電池采用的是n+ p的結(jié)構(gòu)。表面n+區(qū)的高摻雜可獲得高注入比，稱其為發(fā)射區(qū)。輕摻雜的P區(qū)則為基區(qū)。從電學(xué)性能上考慮，越高的n區(qū)摻雜濃度，帶來(lái)越高的開(kāi)路電壓，從而可以提高太陽(yáng)電池的效率。量子效率一般用來(lái)表征光電流和入射光的關(guān)系，反映的是對(duì)短路電流有貢獻(xiàn)的光生載流子密度與入射光子密度之比。短波長(zhǎng)的光子主要在電池表面區(qū)被吸收，產(chǎn)生在靠近表面一層的光生載流子必須擴(kuò)散到勢(shì)壘區(qū)，因?yàn)楣馍d流子必須在勢(shì)壘區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)電荷的分離，這是光伏電壓產(chǎn)生的必要條件。如果發(fā)射區(qū)厚度過(guò)寬，大于電子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，產(chǎn)生在發(fā)射區(qū)的光生載流子擴(kuò)散不到勢(shì)壘區(qū)，對(duì)光生電流無(wú)貢獻(xiàn)，勢(shì)必降低量子效率。因此電池設(shè)計(jì)要求發(fā)射區(qū)厚度盡可能薄。綜合以上兩點(diǎn)，n型發(fā)射區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)是薄的和高摻雜的。傳統(tǒng)的P型太陽(yáng)能電池一般采用擴(kuò)散磷的辦法制作n型發(fā)射區(qū)，這種方法，受到溫度等工藝條件的影響，發(fā)射區(qū)不可能做到很淺。部分人選擇用離子注入磷的辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，控制發(fā)射區(qū)濃度和深度精確，而且處理過(guò)程為低溫。但這樣也會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題，一方面高濃度的磷注入在硅表面會(huì)產(chǎn)生大量缺陷，增加表面態(tài)密度，從而增加了表面復(fù)合速率，降低了少子壽命和電池效率。另一方面注入的結(jié)深和濃度需要同時(shí)滿足電池表面的金屬和硅片的歐姆接觸，業(yè)界非常成熟的絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)工藝條件沒(méi)法直接運(yùn)用，需要另行摸索工藝條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供了一種通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法，可提高開(kāi)路電壓和電池效率，并且可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是
一種通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法，其特征在于，所述具體制作步驟包括
對(duì)P型單晶或多晶硅片進(jìn)行去損傷層和表面制絨；在硅片的正面指定區(qū)域進(jìn)行圖形化的擴(kuò)散制結(jié)；
去除硅片邊緣處PN結(jié)，并去除磷硅玻璃；
在硅片絨面一側(cè)離子注入砷，然后對(duì)硅片進(jìn)行快速熱退火；
硅片的絨面?zhèn)扔玫入x子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)沉積氮化硅；
絲網(wǎng)印刷硅片正面的電極漿料以及硅片背面的背場(chǎng)漿料；
共燒結(jié)形成歐姆接觸。對(duì)于上述技術(shù)方案，發(fā)明人還有進(jìn)一步的詳細(xì)優(yōu)化實(shí)施措施。進(jìn)一步，在硅片絨面一側(cè)離子注入砷，能量為IkeV-lMkeV，劑量大于lel4。 進(jìn)一步，在硅片絨面一側(cè)離子注入砷后對(duì)硅片進(jìn)行快速熱退火的處理過(guò)程為，在900度-1200度的溫度范圍內(nèi)處理5s-30min。在硅片的正面指定區(qū)域進(jìn)行圖形化的擴(kuò)散制結(jié)，其中指定區(qū)域?yàn)橹蠼饘倥c硅片形成歐姆接觸的區(qū)域，其處理流程包括
在硅片正面采用熱氧化或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)或者低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)沉積氧化硅或者氮化硅；
在硅片正面印刷刻蝕性漿料或激光刻蝕選擇性去除指定區(qū)域的氧化硅；
在硅片正面單面擴(kuò)散三氯氧磷(P0C13)，在指定區(qū)域形成正面n+擴(kuò)散層，擴(kuò)散溫度可選為840度-860度，時(shí)間為20min-30min ；
去除掩膜的氧化硅或氮化硅。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
本發(fā)明描述了一種通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法，通過(guò)該方法制作的晶體硅太陽(yáng)能電池一方面采用離子注入砷形成表面的N型區(qū)域，可以同時(shí)具備高摻雜和淺結(jié)的功能，從而提高開(kāi)路電壓和電池效率，而且相對(duì)于磷，退火后高劑量的砷并不會(huì)在娃表面引起太多缺陷，也有益于降低娃片的表面態(tài)密度，提高少子壽命；另一方面娃片的金屬與硅片的歐姆接觸仍采用傳統(tǒng)的擴(kuò)散制結(jié)的方法，這樣本方法就與現(xiàn)在光伏電池制造領(lǐng)域常規(guī)的擴(kuò)散制結(jié)和絲網(wǎng)印刷燒結(jié)技術(shù)完全兼容，無(wú)需摸索新的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
圖I為本發(fā)明實(shí)施例的晶體硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意 其中1、硅基底；2、n+擴(kuò)散層；3、離子注入砷所形成n+區(qū)域；4、氮化硅抗反膜；5、背電場(chǎng)；6、正電極。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。實(shí)施例
本實(shí)施例描述了一種離子注入砷工藝形成的晶體硅太陽(yáng)能電池，從其正面到背面(正面指的是受光面，背面指的是非受光面)依次包括正面的銀金屬正電極6，氮化硅抗反膜4，正面的離子注入砷所形成的n+區(qū)域3 (以下簡(jiǎn)稱n+區(qū)域3)，正面指定區(qū)域擴(kuò)散磷形成的n+擴(kuò)散層2，硅基底I以及背面的鋁背電場(chǎng)5。具體的制作工藝步驟如下
對(duì)P型晶體娃基底I進(jìn)行去損傷層和表面制續(xù)；
在硅基底I的正面指定區(qū)域進(jìn)行圖形化的擴(kuò)散制結(jié)。在硅基底I正面沉積氧化硅或者氮化硅，沉積方式可以采用熱氧化、PECVD或者LPCVD，在硅基底I正面印刷刻蝕性漿料或激光刻蝕選擇性去除指定區(qū)域的氧化硅，在硅基底I正面單面擴(kuò)散P0C13，在指定區(qū)域形成正面n+擴(kuò)散層2。擴(kuò)散溫度可選為840度-860度，時(shí)間20min_30min，其中擴(kuò)散的區(qū)域?yàn)橹笥∷㈦姌O的歐姆接觸區(qū)域，然后再去除掩膜的氧化硅或氮化硅；
用等離子體刻蝕或化學(xué)腐蝕的方法去除邊緣的PN結(jié)，然后去除磷硅玻璃；· 在硅基底I正面離子注入砷，能量為IkeV-lMkeV，劑量大于lel4，形成n+區(qū)域3 ；
將硅基底I在900度-1200度的溫度范圍內(nèi)處理5s-30min，進(jìn)行快速熱退火；
硅基底I的絨面?zhèn)扔肞ECVD法沉積氮化硅抗反膜4，厚度為70nm-90nm ；
絲網(wǎng)印刷。用Al漿印刷背電場(chǎng)5并烘干，用Ag漿印刷正電極6 ;
最后共燒結(jié)形成歐姆接觸，制成太陽(yáng)能電池。上述實(shí)例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法，其特征在于，所述具體制作步驟包括 對(duì)P型單晶或多晶硅片進(jìn)行去損傷層和表面制絨； 在硅片的正面指定區(qū)域進(jìn)行圖形化的擴(kuò)散制結(jié)； 去除硅片邊緣處PN結(jié)，并去除磷硅玻璃； 在硅片絨面一側(cè)離子注入砷，然后對(duì)硅片進(jìn)行快速熱退火； 硅片的絨面?zhèn)扔玫入x子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法沉積氮化硅； 絲網(wǎng)印刷硅片正面的電極漿料以及硅片背面的背場(chǎng)漿料； 共燒結(jié)形成歐姆接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法，其特征在于，在娃片絨面一側(cè)離子注入砷，能量為IkeV-IMkeV,劑量大于lel4。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的所述的通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法，其特征在于，在硅片絨面一側(cè)離子注入砷后對(duì)硅片進(jìn)行快速熱退火的處理過(guò)程為，在900度-1200度的溫度范圍內(nèi)處理5s-30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法，其特征在于，在硅片的正面指定區(qū)域進(jìn)行圖形化的擴(kuò)散制結(jié)的處理流程包括 在硅片正面采用熱氧化或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法或者低壓化學(xué)氣相沉積法沉積氧化硅或者氮化硅； 在硅片正面印刷刻蝕性漿料或激光刻蝕選擇性去除指定區(qū)域的氧化硅； 在硅片正面單面擴(kuò)散三氯氧磷，在指定區(qū)域形成正面n+擴(kuò)散層； 去除掩膜的氧化硅或氮化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法，其特征在于，在硅片的正面指定區(qū)域進(jìn)行圖形化的擴(kuò)散制結(jié)，其中指定區(qū)域?yàn)橹蠼饘倥c硅片形成歐姆接觸的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽(yáng)能電池制作工藝的方法，通過(guò)該方法制作的晶體硅太陽(yáng)能電池一方面采用離子注入砷形成表面的N型區(qū)域，可以同時(shí)具備高摻雜和淺結(jié)的功能，從而提高開(kāi)路電壓和電池效率，而且相對(duì)于磷，退火后高劑量的砷并不會(huì)在硅表面引起太多缺陷，也有益于降低硅片的表面態(tài)密度，提高少子壽命；另一方面硅片的金屬與硅片的歐姆接觸仍采用傳統(tǒng)的擴(kuò)散制結(jié)的方法，這樣本方法就與現(xiàn)在光伏電池制造領(lǐng)域常規(guī)的擴(kuò)散制結(jié)和絲網(wǎng)印刷燒結(jié)技術(shù)完全兼容，無(wú)需摸索新的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102683504SQ20121018217
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者宋賀倫, 張宇翔, 張耀輝, 黃寓洋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所