采用掩膜反刻蝕制作ibc電池交錯結構的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，對經(jīng)過表面處理過的硅片的背面進行摻雜處理，并形成保護層；在硅片背面噴涂掩模層；利用化學液將未被保護區(qū)域進行腐蝕并去除掩膜層；在腐蝕過的區(qū)域進行摻雜處理，形成交錯背接觸IBC晶體硅太陽能電池所需要的交錯摻雜區(qū)域結構。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用掩膜反刻蝕的方法代替了常規(guī)工藝中的掩膜保護和光刻等復雜高成本的工藝過程，同時也簡化了IBC電池制備的工藝，降低IBC電池制作的成本，實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)的可行性。
【專利說明】采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制作太陽能電池的方法，尤其是涉及采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝
【背景技術】
[0002]目前，高效率、低成本是晶體硅太陽電池發(fā)展的主流方向。交錯背接觸IBC電池以其獨特的器件結構、較高的電池效率，備受人們的關注。交錯背接觸IBC電池是將原本在正面的金屬柵線電極全部轉移到電池的背面，并且與原本背面基極的電極交錯排列，在這些交錯排列的電極下面對應的是交錯排列的η+摻雜區(qū)域、p+摻雜區(qū)域，這就是交錯背接觸IBC電池的核心交錯結構。
[0003]IBC電池早在1977年就有研究者開始研究，直到現(xiàn)在任然是太陽電池行業(yè)研究的熱點。相對于常規(guī)的硅電池，IBC電池的優(yōu)勢很明顯，主要可以表現(xiàn)在以下幾個方面:(I)IBC電池的基體材料為η型晶體硅，少子壽命高，適用于制備高效電池，特別是對于IBC電池這種P-η結在背表面的電池結構，因為產(chǎn)生于前表面的光生載流子必須要遷移到電池背表面的P-η結才能被利用，較高的少子壽命是減少光生載流子在太陽電池表面和體內(nèi)復合的保證；(2) η型基體的硼含量極低，因此由硼氧對造成的光致衰減沒有P型基體材料明顯，對封裝后組件的效率提升更為明顯(3) IBC電池的正面沒有電極，減少了遮光面積，增加了光生電流，電池的正負電極呈交指狀的分布在電池的背面；(4)IBC電池易于封裝，和常規(guī)電池相比，無需把前一片的負極交叉接到后一片的正極，易于操作。同時美觀均一，滿足消費者審美要求。
[0004]常規(guī)的制備P型發(fā)射極的方法是使用高溫擴散硼源，具體就是通過采用高純N2攜帶BBr3的方法。和POCl3類似，BBr3會反應生成B2O3，在高溫的情況下擴散進入硅片內(nèi)部形成P型發(fā)射極。但是，這種方法存在幾個問題:(I)和氣態(tài)的P2O5不同，B2O3的沸點較高，在高溫下還是液態(tài)，難以均勻地覆蓋在硅片表面，因此擴散的均勻性難以控制。(2)由于硼擴散的溫度比磷擴散還要高，不僅浪費資源，而且對硅片影響很大，導致硅片少子壽命下降嚴重。
[0005]當前常規(guī)的制作IBC電池背交錯結構是使用光刻技術，在電池背面分別進行磷、硼局部擴散，形成叉指狀交叉排列的P區(qū)、η區(qū)，以及位于其上方的P+區(qū)、η+區(qū)。但是這種方法可控性較差，無法精確對工藝進行控制；另外光刻技術成本較高，工藝步驟較多，操作過程較難，導致生產(chǎn)過程難于控制，難以大規(guī)模生產(chǎn)。
[0006]最近也有相關文獻報道直接使用離子注入方法在硅片背面形成交叉的η+摻雜區(qū)域、P+摻雜區(qū)域，但是其需要通過激光技術對其兩個區(qū)域進行絕緣隔離，然而激光技術容易造成晶娃損傷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種采用掩膜反刻蝕法制作交錯背接觸IBC太陽能電池中的交錯結構的工藝，該工藝是采用掩膜反刻蝕的方法代替了常規(guī)工藝中的掩膜保護和光刻等復雜高成本的工藝過程，同時也簡化了 IBC電池制備的工藝。從而降低IBC電池制作的成本，實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)的可行性。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0009]采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，包括以下步驟:
[0010](I)對經(jīng)過表面處理過的硅片的背面進行摻雜處理，并通過退火或氧化形成一層保護層；
[0011](2)使用噴墨打印設備在硅片背面噴涂掩模層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕；
[0012](3)通過化學液腐蝕的方式將未被保護區(qū)域腐蝕一定的厚度，同時將掩膜層去除；
[0013](4)在腐蝕過的區(qū)域進行摻雜處理，形成交錯背接觸IBC晶體硅太陽能電池所需要的交錯摻雜區(qū)域結構。
[0014]步驟(I)中所述的硅片選擇但不限于P型單晶硅片、N型單晶硅片或多晶硅片，硅片厚度 40um-300um,電阻率 0.3-100 Ω.cm。
[0015]步驟(I)中所述的硅片的表面處理選擇但不限于RC1、RC2、RC3半導體清洗方式。
[0016]步驟(I)中所述的硅片進行摻雜選擇但不限于B、P原子。
[0017]步驟⑴中所述的退火的溫度為500-1000°C，時間為5_200min，退火氛圍為惰性氣體或惰性氣體與氧氣混合氣體；
[0018]步驟⑴中所述的氧化的溫度為500-1000°C，時間為5_200min，氧化氛圍為氧氣或惰性氣體與氧氣混合氣體或氧氣和水蒸汽混合氣體。
[0019]退火或氧化后在硅片背面形成2nm-5um的保護層，保護層為PSG、BSG或S1x。
[0020]步驟(I)中的摻雜、退火、氧化采用的方法包括但不限于離子注入法、管式擴散、快速退火法或APCVD法。
[0021]步驟(2)中所述的掩模層為5_50um厚度的石蠟掩膜層，該掩膜層的圖形根據(jù)設計要求變化，掩膜區(qū)域與非掩膜區(qū)域寬度比0.01-10。
[0022]步驟(3)中采用HF、HNO3> DIH2O或KOH對無掩膜區(qū)域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為 0.1 μ m-10 μ m。
[0023]步驟(3)中所述的摻雜處理與步驟(I)類似，在腐蝕過的區(qū)域摻雜選擇但不限于B、P原子。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0024]一、成本低:發(fā)明中掩膜層使用的是環(huán)保型石蠟，相對于光刻膠，其成本較低；在反刻蝕使用的化學液也是普通的化學液；
[0025]二、工藝可控性強:掩膜層的精度較高，且掩膜層在化學液中容易去除，對硅片無污染及其他負面影響；反刻蝕過程中厚度可控，可通過改變化學液濃度、滾輪速度、溫度等來試驗不同的腐蝕深度需求；
[0026]三、掩膜圖形變化性強:掩膜的圖形可根據(jù)需要靈活多變，圖形樣式、寬度、周期性等可根據(jù)實際需要進行修改，而且不影響工藝過程；
[0027]四、對硅片損傷小:本發(fā)明為化學腐蝕，對晶硅本身基本無損傷。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0029]實施例1
[0030]本發(fā)明是采用掩膜反刻蝕法制作交錯背接觸IBC太陽能電池中的交錯結構的工藝，在已摻雜B的N型硅片上，使用噴墨打印的方式在噴上掩膜層，掩膜區(qū)域寬度lOOOum，未覆蓋區(qū)域為600um，形成有無掩膜層交錯周期性變化的掩膜；然后在化學液中腐蝕Ium左右將未覆蓋掩膜層區(qū)域的摻雜層腐蝕掉，同時將掩膜層去除；接下來在被腐蝕的區(qū)域摻雜P，最終形成交錯結構。
[0031]實施例2
[0032]采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，包括以下步驟:
[0033](I)對經(jīng)過表面處理過的P型單晶硅片(硅片厚度40um，電阻率0.3Ω -cm)的背面進行B摻雜處理，然后進行退火處理，退火的溫度為500°C，時間為200min，退火氛圍采用惰性氣體氛圍，在硅片背面形成2nm的PSG保護層；
[0034](2)使用噴墨打印設備在背面噴涂20um厚度的石蠟掩膜層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕，掩膜區(qū)域與非掩膜區(qū)域寬度比0.01 ；
[0035](3)通過化學液腐蝕的方式采用HF對無掩膜區(qū)域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為0.1 μ m，問時將掩?旲層去除；
[0036](4)在腐蝕過的區(qū)域進行摻雜P處理，形成交錯背接觸IBC晶體硅太陽能電池所需要的交錯摻雜區(qū)域結構。
[0037]實施例3
[0038]采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，包括以下步驟:
[0039](I)對經(jīng)過表面處理過的N型單晶硅片(硅片厚度80um，電阻率10 Ω.cm)的背面進行B摻雜處理，然后進行退火處理，退火的溫度為1000°C，時間為5min，退火氛圍采用惰性氣體氛圍，在娃片背面形成5nm的BSG保護層；
[0040](2)使用噴墨打印設備在背面噴涂20um厚度的石蠟掩膜層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕，掩膜區(qū)域與非掩膜區(qū)域寬度比0.1 ；
[0041](3)通過化學液腐蝕的方式采用HNO3對無掩膜區(qū)域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為I μ m，問時將掩I吳層去除；
[0042](4)在腐蝕過的區(qū)域進行摻雜P處理，形成交錯背接觸IBC晶體硅太陽能電池所需要的交錯摻雜區(qū)域結構。
[0043]實施例4
[0044]采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，包括以下步驟:
[0045](I)對經(jīng)過表面處理過的P型多晶硅片(硅片厚度lOOum，電阻率50 Ω -cm)的背面進行B摻雜處理，然后進行氧化處理，溫度為500°C，時間為200min，氧化氛圍采用與氧氣混合氣體氛圍，在娃片背面形成5nm的S1x保護層；
[0046](2)使用噴墨打印設備在背面噴涂20um厚度的石蠟掩膜層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕，掩膜區(qū)域與非掩膜區(qū)域寬度比2 ；
[0047](3)通過化學液腐蝕的方式采用HNO3對無掩膜區(qū)域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為5 μ m，同時將掩膜層去除；
[0048](4)在腐蝕過的區(qū)域進行摻雜P處理，形成交錯背接觸IBC晶體硅太陽能電池所需要的交錯摻雜區(qū)域結構。
[0049]實施例5
[0050]采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，包括以下步驟:
[0051](I)對經(jīng)過表面處理過的P型多晶硅片(硅片厚度300um，電阻率100 Ω.cm)的背面進行B摻雜處理，然后進行氧化處理，溫度為1000°C，時間為5min，氧化氛圍采用與氧氣和水蒸汽混合氣體氛圍，在娃片背面形成5nm的S1x保護層；
[0052](2)使用噴墨打印設備在背面噴涂20um厚度的石蠟掩膜層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕，掩膜區(qū)域與非掩膜區(qū)域寬度比10 ；
[0053](3)通過化學液腐蝕的方式采用HNO3對無掩膜區(qū)域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為10 μ m，問時將掩I旲層去除；
[0054](4)在腐蝕過的區(qū)域進行摻雜P處理，形成交錯背接觸IBC晶體硅太陽能電池所需要的交錯摻雜區(qū)域結構。
【權利要求】
1.采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，其特征在于，該工藝包括以下步驟: (1)對經(jīng)過表面處理過的硅片的背面進行摻雜處理，并通過退火或氧化形成一層保護層； (2)使用噴墨打印設備在硅片背面噴涂掩模層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕； (3)通過化學液腐蝕的方式將未被保護區(qū)域腐蝕一定的厚度，同時將掩膜層去除； (4)在腐蝕過的區(qū)域進行摻雜處理，形成交錯背接觸IBC晶體硅太陽能電池所需要的交錯摻雜區(qū)域結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，其特征在于，步驟(I)中所述的硅片選擇但不限于P型單晶硅片、N型單晶硅片或多晶硅片，硅片厚度40um-300um,電阻率 0.3-100 Ω.cm。
3.根據(jù)權利要求1所述的采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，其特征在于，步驟(I)中所述的硅片的表面處理選擇但不限于RC1、RC2、RC3半導體清洗方式。
4.根據(jù)權利要求1所述的采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，其特征在于，步驟(I)中所述的硅片進行摻雜選擇但不限于B、P原子。
5.根據(jù)權利要求1所述的采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，其特征在于， 步驟(I)中所述的退火的溫度為500-1000°C，時間為5-200min，退火氛圍為惰性氣體或惰性氣體與氧氣混合氣體； 步驟(I)中所述的氧化的溫度為500-1000°C，時間為5-200min，氧化氛圍為氧氣或惰性氣體與氧氣混合氣體或氧氣和水蒸汽混合氣體。
6.根據(jù)權利要求1或5所述的采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，其特征在于，退火或氧化后在硅片背面形成2nm-5um的保護層，保護層為PSG、BSG、SiNx或S1x。
7.根據(jù)權利要求1所述的采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，其特征在于，步驟(I)中的摻雜、退火、氧化采用的方法包括但不限于離子注入法、管式擴散、快速退火法或APCVD法。
8.根據(jù)權利要求1所述的采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，其特征在于，步驟(2)中所述的掩模層為5-50um厚度的石蠟掩膜層，該掩膜層的圖形根據(jù)設計要求變化，掩膜區(qū)域與非掩膜區(qū)域寬度比0.01-10。
9.根據(jù)權利要求1所述的采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，其特征在于，步驟(3)中采用HF、HN03、DIH2O或KOH對無掩膜區(qū)域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為0.1 μ m-10 μ m。
10.根據(jù)權利要求1所述的采用掩膜反刻蝕制作IBC電池交錯結構的工藝，其特征在于，步驟(3)中所述的摻雜處理與步驟(I)類似，在腐蝕過的區(qū)域摻雜但不限于B、P原子。
【文檔編號】H01L31/18GK104282799SQ201310293673
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權日:2013年7月12日
【發(fā)明者】劉穆清, 周利榮, 沈培俊, 李懷輝, 張忠衛(wèi) 申請人:上海神舟新能源發(fā)展有限公司