一種晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)的化石燃料日益消耗殆盡，在現(xiàn)有的可持續(xù)能源中，太陽能無疑是一種最清 潔、最普遍和最有潛力的替代能源。太陽能電池，也稱光伏電池，是一種將太陽的光能直接 轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件。由于它是綠色環(huán)保產(chǎn)品，不會(huì)引起環(huán)境污染，而且是可再生資 源，所以在當(dāng)今能源短缺的情形下，太陽能電池是一種有廣闊發(fā)展前途的新型能源。目前， 在所有的太陽電池中，晶體硅太陽電池是得到大范圍商業(yè)推廣的太陽能電池之一，這是由 于硅材料在地殼中有著極為豐富的儲(chǔ)量，同時(shí)晶體硅太陽電池相比其他類型的太陽能電池 有著優(yōu)異的電學(xué)性能和機(jī)械性能，因此，晶體硅太陽能電池在光伏領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位。
[0003] 太陽能電池的發(fā)射極是太陽能電池發(fā)電的關(guān)鍵，其主要起到兩個(gè)作用，其一是與 硅片基底形成PN結(jié)，即起到分離光生載流子的作用；其二是與電極形成良好的歐姆接觸， 減小電池的串聯(lián)電阻。
[0004] 現(xiàn)有的太陽能電池發(fā)射極制備方法主要有擴(kuò)散和離子注入2種。對(duì)于擴(kuò)散制備 太陽能電池發(fā)射極，其不能同時(shí)精確控制結(jié)深和表面濃度；比如，用擴(kuò)散形成較高的表面濃 度，則總的摻雜濃度會(huì)比較高，這會(huì)引起短波響應(yīng)變差、開壓和電流降低；而低表面濃度又 會(huì)引起接觸電阻變大，填充因子降低。對(duì)于離子注入法制備發(fā)射極，為了修復(fù)注入損傷，需 要進(jìn)行高溫退火，且退火溫度受注入劑量影響，一般是劑量越大需要的時(shí)間越長(zhǎng)；然而，長(zhǎng) 時(shí)間的高溫退火會(huì)使表面濃度降低，接觸變差；而為了保證表面較高的濃度，又需要加大注 入劑量，但是劑量變大也會(huì)導(dǎo)致短波響應(yīng)變差。
[0005] 因此，如何同時(shí)控制結(jié)深和表面濃度，以制備均勻的高質(zhì)量的PN結(jié)，最終提高電 池片的光電轉(zhuǎn)換效率，成為了本領(lǐng)域的技術(shù)難題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是提供一種晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制 備方法，包括如下步驟：
[0008] (1)在晶體硅表面進(jìn)行第一次整面離子注入；
[0009] 第一次離子注入的劑量為0? 5E15~1. 5E15cm 2;
[0010] ⑵熱退火，形成PN結(jié)；
[0011] 所述熱退火的溫度為850~950°C，時(shí)間為10~60分鐘；
[0012] (3)在上述晶體硅表面進(jìn)行第二次整面離子注入；
[0013] 第二次離子注入的劑量為0? 5E15~1. 5E15cm 2;
[0014] (4)快速熱退火，形成表面的高濃度摻雜；
[0015] 所述快速熱退火的溫度為960~1050°C，時(shí)間為5~60秒；
[0016] 所述第二次離子注入的摻雜類型和第一次離子注入的摻雜類型相同；
[0017] 當(dāng)離子注入的摻雜元素為P時(shí)，所述兩次離子注入的總劑量為1.5E15~ 2. 4E15cm 2；
[0018] 當(dāng)離子注入的摻雜元素為B時(shí)，所述兩次離子注入的總劑量為1.0E15~ L 9E15cm 2〇
[0019] 本發(fā)明的方法不僅可以得到高質(zhì)量的均勻的PN結(jié)，又能保證高表面濃度；同時(shí)， 總的摻雜量較少，高濃度都集中在硅片表面200納米內(nèi)，因而可在降低燒結(jié)溫度的情況下 形成良好的歐姆接觸；此外，減少總摻雜量，還能提升電池的開路電壓，減小金屬化燒結(jié)溫 度也能減少金屬離子引起的復(fù)合，提升電池的開路電壓。
[0020] 本發(fā)明采用兩次離子注入，第一次注入后進(jìn)行退火，通過對(duì)時(shí)間和溫度的控制，形 成需要結(jié)深的PN結(jié)；第二次注入后進(jìn)行快速熱退火，使第二次注入的雜質(zhì)在注入濃度附近 活化，主要集中在表面200nm以內(nèi)，表面濃度主要通過第二次注入控制。因此，本發(fā)明的方 法可以同時(shí)控制結(jié)深和表面濃度，制備均勻的高質(zhì)量的PN結(jié)，并減少總的摻雜量，只在表 面200nm內(nèi)有較高的濃度用于保證金屬電極的接觸，而減小高摻雜帶來的復(fù)合。
[0021] 優(yōu)選的，當(dāng)離子注入的摻雜元素為P時(shí)，所述兩次離子注入的總劑量為1. 5E15~ 2. 0E15cm 2；
[0022] 當(dāng)離子注入的摻雜元素為B時(shí)，所述兩次離子注入的總劑量為1.2E15~ L 6E15cm 2〇
[0023] 優(yōu)選的，所述步驟（4)中，快速熱退火的溫度為1000~1020°C，時(shí)間為30~50 秒。
[0024] 上述技術(shù)方案中，所述步驟（4)中，所述表面的高濃度摻雜的摻雜濃度為3E20~ lE21cm 3〇
[0025] 上述技術(shù)方案中，所述步驟（2)和步驟（3)之間還具有清洗步驟，以去除硅片表面 的氧化層。
[0026] 上述技術(shù)方案中，所述步驟（2)的熱退火在惰性氣氛中進(jìn)行。也可以在含有氧化 性的氣氛中進(jìn)行，如氧氣。
[0027] 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 1.本發(fā)明通過兩次小劑量的離子注入，結(jié)合高溫退火的方式制備發(fā)射極，解決了 現(xiàn)有技術(shù)中大劑量離子注入損傷層無法充分修復(fù)的問題，降低了結(jié)區(qū)復(fù)合，同時(shí)還能提高 短波響應(yīng)，提高光電轉(zhuǎn)換效率；實(shí)驗(yàn)證明，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換效率可以提高 0. 3%，取得了意想不到的技術(shù)效果；
[0029] 2.本發(fā)明通過第一次離子注入結(jié)合常規(guī)熱退火工藝控制PN結(jié)結(jié)深；第二次離子 注入結(jié)合短時(shí)間的快速熱退火激活注入的雜質(zhì)，可以保證第二次的注入雜質(zhì)大部分保留在 硅片表面200納米以內(nèi)，因而表面濃度較大，電極與硅片的接觸電阻更??；
[0030] 3.本發(fā)明通過整面重?fù)叫纬蒒++/N+或P++/P+高低結(jié)，有利于載流子的分離，提高 開路電壓和短路電流；
[0031] 4.本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0033] 實(shí)施例一
[0034] 一種晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法，采用常規(guī)P型硅片，包括如下步驟：
[0035] (1)在制絨后的晶體硅表面進(jìn)行第一次整面離子注入；
[0036] 第一次離子注入的P的劑量為0? 5E15cm2;
[0037] (2)熱退火，形成PN結(jié)；
[0038] 所述熱退火的溫度為850°C，時(shí)間為30分鐘；
[0039] (3)清洗；
[0040] (4)在上述晶體硅表面進(jìn)行第二次整面離子注入；
[0041] 第二次離子注入的P劑量為1. 0E15cm 2;
[0042] (5)快速熱退火，形成表面的高濃度摻雜；
[0043] 所述快速熱退火的溫度為1000°C，時(shí)間為50秒；
[0044] 所述第二次離子注入的摻雜類型和第一次離子注入的摻雜類型相同；離子注入的 摻雜元素都為P時(shí)，所述兩次離子注入的總劑量為1. 5E15。
[0045] 然后進(jìn)行清洗、鍍減反膜、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)，即可得到晶體硅太陽能電池。
[0046] 對(duì)比例一
[0047] -種晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法，采用常規(guī)P型硅片，包括如下步驟：
[0048] (1)在制絨后的晶體硅表面進(jìn)行整面離子注入；
[0049] 離子注入的P的劑量為3. 0E15cm2;
[0050] (2)熱退火，形成PN結(jié)；
[0051] 所述熱退火的溫度為800°C，時(shí)間為40分鐘。
[0052] 然后進(jìn)行清洗、鍍減反膜、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)，即可得到晶體硅太陽能電池。
[0053] 將上述實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)行電性能測(cè)試，結(jié)果如下：
[0054]
[0055] 從上述電性能對(duì)比數(shù)據(jù)來看，與對(duì)比例相比，實(shí)施例一的開路電壓、短路電流密 度、填充因子都有明顯的提升，串聯(lián)電阻有所降低，電池效率提升〇. 3%，取得了意想不到的 技術(shù)效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1)在晶體硅表面進(jìn)行第一次整面離子注入； 第一次離子注入的劑量為0. 5E15~1. 5E15 cm 2; ⑵熱退火，形成PN結(jié)； 所述熱退火的溫度為850~950°C，時(shí)間為10~60分鐘； (3) 在上述晶體硅表面進(jìn)行第二次整面離子注入； 第二次離子注入的劑量為〇. 5E15~1. 5E15 cm 2; (4) 快速熱退火，形成表面的高濃度摻雜； 所述快速熱退火的溫度為960~1050°C，時(shí)間為5~60秒； 所述第二次離子注入的摻雜類型和第一次離子注入的摻雜類型相同； 當(dāng)離子注入的摻雜元素為P時(shí)，所述兩次離子注入的總劑量為1.5 E15~2.4E15 cm2; 當(dāng)離子注入的摻雜元素為B時(shí)，所述兩次離子注入的總劑量為1.0 E15~1.9E15 cm2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法，其特征在于：當(dāng)離子 注入的摻雜元素為P時(shí)，所述兩次離子注入的總劑量為I. 5 E15~2. 0E15 cm 2; 當(dāng)離子注入的摻雜元素為B時(shí)，所述兩次離子注入的總劑量為1.2 E15~1.6E15 cm2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法，其特征在于：所述步 驟（4)中，快速熱退火的溫度為1000~1020°C，時(shí)間為30~50秒。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法，其特征在于：所述步 驟（4)中，所述表面的高濃度摻雜的摻雜濃度為3E20~lE21cm 3。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法，其特征在于：所述步 驟⑵和步驟（3)之間還具有清洗步驟，以去除硅片表面的氧化層。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法，其特征在于：所述步 驟⑵的熱退火在惰性氣氛中進(jìn)行。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶體硅太陽能電池發(fā)射極的制備方法，包括如下步驟：(1)在晶體硅表面進(jìn)行第一次整面離子注入；(2)熱退火，形成PN結(jié)；(3)在上述晶體硅表面進(jìn)行第二次整面離子注入；(4)快速熱退火，形成表面的高濃度摻雜；所述快速熱退火的溫度為960~1050℃，時(shí)間為5~60秒。本發(fā)明通過兩次小劑量的離子注入，結(jié)合高溫退火的方式制備發(fā)射極，解決了現(xiàn)有技術(shù)中大劑量離子注入損傷層無法充分修復(fù)的問題，降低了結(jié)區(qū)復(fù)合，同時(shí)還能提高短波響應(yīng)，提高光電轉(zhuǎn)換效率；實(shí)驗(yàn)證明，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換效率可以提高0.3%，取得了意想不到的技術(shù)效果。
【IPC分類】H01L31/068, H01L21/265, H01L31/18
【公開號(hào)】CN105070789
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510514386
【發(fā)明人】劉運(yùn)宇, 王栩生, 邢國(guó)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司, 鹽城阿特斯協(xié)鑫陽光電力科技有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月20日