專利名稱：：冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池，特別是涉及一種低成本硅太陽(yáng)能電池(尤其是基體電阻率偏低的硅片)的制備方法。
背景技術(shù)：
：由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有技術(shù)成熟、資源永不枯竭、無(wú)污染和無(wú)噪聲等特點(diǎn)，因此太陽(yáng)能電池被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的新能源。太陽(yáng)能電池主要以半導(dǎo)體材料硅為基礎(chǔ)，多晶硅太陽(yáng)能電池由于其材料成本低于單晶硅太陽(yáng)能電池，效率高于薄膜電池，且易于制備成方形，因此在晶體硅太陽(yáng)能電池中的比例正逐漸增加。目前，太陽(yáng)能電池的原料太陽(yáng)能級(jí)硅主要來(lái)自單晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的邊角廢料或者改進(jìn)西門(mén)子等化學(xué)方法提純出來(lái)的材料，但是采用這種材料制備硅電池，成本非常高。冶金法是目前發(fā)展的制備太陽(yáng)能級(jí)硅的一種最有前景的方法之一，其特點(diǎn)是成本非常低，純度約在56N，電阻率較低(一般在0.10.5Q.cin)。現(xiàn)在一般用作拉制單晶硅的原料或與高純硅混合鑄成硅錠。然而，采用常規(guī)工藝直接用冶金法多晶硅(UMG-Si)來(lái)制備電池，發(fā)現(xiàn)電池光電轉(zhuǎn)換效率很低，原因是材料本身含有較多的金屬雜質(zhì)和缺陷，而且硼和磷的含量也較高。因此，開(kāi)發(fā)一種直接用冶金法多晶硅(UMG-Si)來(lái)制備具有一定光電轉(zhuǎn)換效率且無(wú)明顯衰減的多晶硅太陽(yáng)能電池的方法是有很大的商業(yè)意義。公開(kāi)號(hào)為CN101295749的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)一種粉末冶金金屬硅太陽(yáng)能電池襯底制備工藝，將3N及以下的金屬硅原材料經(jīng)過(guò)制粉、成型與燒結(jié)，制成特定形狀的金屬硅錠子，切割成300500微米厚的薄膜太陽(yáng)能電池襯底
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種可采用較低純度(56N)的硅材料，大幅度降低生產(chǎn)成本的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法。本發(fā)明包括如下步驟1)將待處理的冶金法多晶硅片通磷源進(jìn)行磷吸雜處理并去除吸雜層；2)將進(jìn)行磷吸雜處理并去除吸雜層后的冶金法多晶硅片通入帶有水蒸汽的氧氣進(jìn)行濕氧氧化處理并去除氧化層；3)將進(jìn)行濕氧氧化處理并去除氧化層后的冶金法多晶硅片按常規(guī)工藝制備電池，再將制備好的電池片退火。在步驟1)中，所述冶金法多晶硅片的電阻率最好為0.10.15Q*cm，冶金法多晶硅片的厚度最好為180190ym，冶金法多晶硅片的面積最好為2cmX2cm，導(dǎo)電類型最好為P型；所述磷源最好是P0L3，大氮流量為13L/min，小氮流量為0.5~0.9L/min，氧氣流量為0.10.3L/min，去除吸雜層的腐蝕液是體積比為HN03:HF:CH3COOH=5:1:1的酸腐蝕液，再用去離子水沖洗至少1遍，烘干后備用；所述通磷源的時(shí)間最好為14h，所述磷吸雜處理的溫度最好為8001000°C。在步驟2)中，所述通入帶有水蒸汽的氧氣最好是在700100(TC下通入帶有水蒸汽的氧氣，通入帶有水蒸汽的氧氣的時(shí)間最好為l4h;所述濕氧氧化處理的具體做法是將氧氣通入9010(TC的去離子水中，再通入氧化爐內(nèi)對(duì)冶金法多晶硅片進(jìn)行濕氧氧化處理，氧氣流量為0.52L/min，用體積比為HF:去離子水=1:(120)的HF溶液去除氧化層，最后用去離子水沖洗至少l遍，烘干后備用。在步驟3)中，所述電池片退火最好用快速熱退火爐在40075(TC氮?dú)鈿夥罩型嘶餷20min;所述快速熱退火爐的光源最好采用鹵鎢燈，氮?dú)饬髁孔詈脼?3L/min。在冶金法多晶硅(UMG-Si)的材料中，含有大量雜質(zhì)和晶體缺陷，使得材料的少子壽命非常低，不適于制備太陽(yáng)能電池，若采用常規(guī)工藝制備太陽(yáng)能電池，得到的電池的光電轉(zhuǎn)換效率非常低。本發(fā)明采用的磷吸雜方法可以有效地去除金屬雜質(zhì)，減少?gòu)?fù)合，提高少子壽命；濕氧氧化處理可以降低表面的硼含量，利于后序工藝中擴(kuò)散的進(jìn)行，并且可以減少鐵硼對(duì)和硼氧對(duì)。有研究表明，現(xiàn)有商用多晶硅存在衰減的主要原因是由于鐵硼對(duì)和硼氧對(duì)的產(chǎn)生，對(duì)用PECVD生長(zhǎng)SiNx后的電池片進(jìn)行退火處理，可以對(duì)電池片進(jìn)行氫鈍化，使電池光電轉(zhuǎn)換效率有一定提高。實(shí)際試驗(yàn)表明，采用上述方法后，可以將純度為56N的低阻冶金法多晶硅(UMG-Si)制成光電轉(zhuǎn)換效率大于10%的太陽(yáng)能電池，且該電池?zé)o明顯光致衰減現(xiàn)象。由于采用上述技術(shù)方案，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明的磷吸雜處理可以有效地去除金屬雜質(zhì)，減少?gòu)?fù)合，提高少子壽命，增加了電池的短路電流。2.本發(fā)明的濕氧氧化處理可以降低表面的硼、鋁含量，有利于擴(kuò)散工藝的進(jìn)行。3.本發(fā)明的退火處理可以有效鈍化電池片，增加了電池的短路電流和提高開(kāi)路電壓。4.本發(fā)明制備的太陽(yáng)能電池幾乎沒(méi)有衰減現(xiàn)象。5.本發(fā)明適用于純度為56N、電阻率為0.100.5Qcm的P型冶金法多晶硅(UMG-Si)材料。具體實(shí)施方式以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1:冶金法多晶硅(UMG-Si)太陽(yáng)能電池的制備方法，包括如下步驟(1)將一組清洗后的P型、純度為5.4N、電阻率0.10Qcm、厚度約為180nm的冶金法多晶硅片(UMG-Si)在卯O'C下通磷源3h進(jìn)行吸雜處理，大氮流量為1L/min,小氮流量為0.5L/min，氧氣流量為0.2L/min，去除吸雜層并用去離子水沖洗3遍，烘干；(2)將上述處理后的硅片在750'C下通入帶有水蒸汽的氧氣2h進(jìn)行氧化處理，氧氣流量為0.5L/min，去除氧化層并用去離子水沖洗3遍，烘干；(3)常規(guī)工藝制備電池，即擴(kuò)散制結(jié)、去除周邊、刻蝕背面、前后電極制備、生長(zhǎng)SiNx減反膜；(4)用快速熱退火爐對(duì)電池片進(jìn)行450'C氮?dú)馔嘶?0min，氮?dú)饬髁繛?L/min。隨機(jī)選取一片，在AM1.5條件下，不光照和光照0.5h后分別測(cè)定其電學(xué)特性，結(jié)果如表l所示。表lIsc(A)Voc(V)FF(%)Rs(Ohm)Rsh(Ohm)"(%)不光照0.074210.678971.102.599549.2711.06光照0.067040.664370.501.942176.8310.26實(shí)施例2:冶金法多晶硅(UMG-Si)太陽(yáng)能電池的制備方法，包括如下步驟:(1)將一組清洗后的P型、純度為5.4N、電阻率0.10Qcm的冶金法多晶硅片(UMG-Si)在95(TC下通磷源2h進(jìn)行吸雜處理，大氮流量為1.5L/min，小氮流量為0.7L/min,氧氣流量為0.3L/min，去除吸雜層并用去離子水沖洗2遍，烘干；(2)將上述處理后的硅片在85(TC下通入帶有水蒸汽的氧氣lh進(jìn)行氧化處理，氧氣流量為lL/min，去除氧化層并用去離子水沖洗3遍，烘干；(3)常規(guī)工藝制備電池，即擴(kuò)散制結(jié)、去除周邊、刻蝕背面、前后電極制備、生長(zhǎng)SiNx減反膜；(4)用快速熱退火爐對(duì)電池片進(jìn)行40(TC氮?dú)馔嘶?0min，氮?dú)饬髁繛?L/min。隨機(jī)選取一片，在AM1.5條件下，不光照和光照0.5h后分別測(cè)定其電學(xué)特性，結(jié)果如表2所示。5表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從上述的實(shí)施例和對(duì)比例可以看出，由于采用本發(fā)明的方案，可以將低純低阻冶金法多晶硅(UMG-Si)材料制備成一定效率的太陽(yáng)能電池，并且基本沒(méi)有衰減現(xiàn)象。權(quán)利要求1.冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)將待處理的冶金法多晶硅片通磷源進(jìn)行磷吸雜處理并去除吸雜層；2)將進(jìn)行磷吸雜處理并去除吸雜層后的冶金法多晶硅片通入帶有水蒸汽的氧氣進(jìn)行濕氧氧化處理并去除氧化層；3)將進(jìn)行濕氧氧化處理并去除氧化層后的冶金法多晶硅片按常規(guī)工藝制備電池，再將制備好的電池片退火。2.如權(quán)利要求1所述的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于在步驟1)屮，所述冶金法多晶硅片的電阻率為(U0.15Qcm，冶金法多晶硅片的厚度為180190um，冶金法多晶硅片的面積為2cmX2cm，導(dǎo)電類型為P型。3.如權(quán)利要求1所述的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所述磷源為POL3，大氮流量為l3L/min，小氮流量為0.50.9L/min，氧氣流量為0.10.3L/min。4.如權(quán)利要求1所述的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所述去除吸雜層的腐蝕液是體積比為hno3:hf:ch3cooh=5:i:i的酸腐蝕液。5.如權(quán)利要求1所述的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所述通磷源的時(shí)間為14h,所述磷吸雜處理的溫度為8001000°c。6.如權(quán)利要求1所述的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述通入帶有水蒸汽的氧氣是在700100(tc下通入帶有水蒸汽的氧氣，通入帶有水蒸汽的氧氣的時(shí)間為14h。7.如權(quán)利要求l所述的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述濕氧氧化處理的具體做法是將氧氣通入9010(tc的去離子水中，再通入氧化爐內(nèi)對(duì)冶金法多晶硅片進(jìn)行濕氧氧化處理，氧氣流量為0.52L/min，用體積比為HF:去離子水=1:120的HF溶液去除氧化層，最后用去離子水沖洗至少1遍，烘干后備用。8.如權(quán)利要求1所述的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述電池片退火用快速熱退火爐在400750'c氮?dú)鈿夥罩型嘶?20min。9.如權(quán)利要求8所述的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于所述快速熱退火爐的光源采用鹵灣燈。10.如權(quán)利要求8所述的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于所述氮?dú)獾牧髁繛?3L/min。全文摘要冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法，涉及一種太陽(yáng)能電池。提供一種可采用較低純度(5～6N)的硅材料，大幅度降低生產(chǎn)成本的冶金法多晶硅太陽(yáng)能電池的制備方法。將待處理的冶金法多晶硅片通磷源進(jìn)行磷吸雜處理并去除吸雜層；將進(jìn)行磷吸雜處理并去除吸雜層后的冶金法多晶硅片通入帶有水蒸汽的氧氣進(jìn)行濕氧氧化處理并去除氧化層；將進(jìn)行濕氧氧化處理并去除氧化層后的冶金法多晶硅片按常規(guī)工藝制備電池，再將制備好的電池片退火。文檔編號(hào)H01L31/18GK101673782SQ20091011261公開(kāi)日2010年3月17日申請(qǐng)日期2009年10月1日優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日發(fā)明者龐愛(ài)鎖,武智平,淼潘,羅學(xué)濤,鄭蘭花,朝陳申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)