專利名稱：一種選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池，屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能電池是一種光電能量轉(zhuǎn)換器件，可以將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑶以谵D(zhuǎn)換過程中沒有任何的污染物的排放，是最重要的清潔能源之一。隨著人們環(huán)保意識的提高，地球上石油能源的日益衰竭，對于清潔能源的需求越來越旺盛。相比于其它清潔能源，利用半導體的光伏特性進行太陽能的能量轉(zhuǎn)換，具有不受地域限制的優(yōu)點，地球上有陽光的地方，就能利用太陽能電池轉(zhuǎn)換太陽的直接能量和漫射能量。目前，太陽能電池主要有單晶硅電池、多晶硅電池和薄膜電池，其中單晶硅電池的量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率最高，可以達到18-19%。但是，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率還不能滿足人們對于太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的需求。因此，人們在電池上進行了相應的結(jié)構(gòu)設(shè)計來進一步提高電池的轉(zhuǎn)換效率。其中，HIT電池、選擇性摻雜電池、同型異質(zhì)結(jié)電池等都可以有效的提高電池的轉(zhuǎn)換效率。HIT電池利用異質(zhì)結(jié)的“窗口效應”可以將太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提高到19-20%，但是，由于非晶硅薄膜中的缺陷密度高，電池制備要求高，成本較高；選擇性摻雜電池可以降低電池的串聯(lián)電阻，提高電池的短波響應，來提高電池的轉(zhuǎn)換效率，但工藝步驟較為復雜，且對轉(zhuǎn)換效率的提高有限。同型異質(zhì)結(jié)電池在普通PN結(jié)電池上淀積一層非晶硅薄膜，形成同型異質(zhì)結(jié)，可在電池表面形成低阻層，從而降低電池的串聯(lián)電阻，提高電池的光生電流。但該結(jié)構(gòu)電池的頂電極引出困難，易使得異質(zhì)結(jié)短路，不易形成異質(zhì)結(jié)低阻層。在制備過程中無法保證非晶硅薄膜與電池的良好接觸，不易形成有效的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。因此，需要對以上的電池結(jié)構(gòu)進行改進，通過新型工藝方法克服以上困難實現(xiàn)太陽能電池性能的提聞。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于:克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種同時具有異質(zhì)結(jié)和選擇性摻雜頂電極區(qū)的選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池，該電池的工藝實現(xiàn)簡單，生產(chǎn)成本低，獲得的太陽能電池性能良好。為了達到上述目的，本發(fā)明提出的選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池，包括P型晶硅層、N型晶硅層、頂電極、底電極，其特征在于:所述N型晶硅層的上表面依次淀積有非晶硅層、氮化硅抗反射層，所述非晶硅層內(nèi)含有從所述N型晶硅層擴散入的磷元素，非晶硅層與N型晶硅層之間形成同型異質(zhì)結(jié)，所述非晶硅層具有容頂電極穿過的槽，所述氮化硅抗反射層嵌入所述槽內(nèi)，非晶硅層與頂電極之間通過所述氮化硅抗反射層絕緣，所述N型晶硅層的頂電極區(qū)為重摻雜區(qū)。本發(fā)明選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池，進一步的改進在于:
1、底電極位于P型晶硅層的下表面，所述頂電極與位于N型晶硅層的上表面。2、同型異質(zhì)結(jié)和頂電極重摻雜區(qū)通過逆向擴散工藝一步制得，所述逆向擴散工藝步驟包括:在具有PN結(jié)的硅片上表面淀積本征非晶硅層，并在干氧環(huán)境下高溫擴散，使硅片上表面頂電極區(qū)以外區(qū)域的磷元素被擴散入非晶硅層，形成同型異質(zhì)結(jié)，同時頂電極區(qū)進行了二次磷摻雜，完成頂電極區(qū)重摻雜。此外，本發(fā)明還提供了一種同型異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝，其特征是包括如下步驟:
第I步、使用磁控濺射的方法在制絨后的P型晶硅上表面淀積一層厚度約為0.05微米的含有磷元素的二氧化硅薄膜；
第2步、將淀積后的硅片進行高溫擴散，使二氧化硅薄膜中的磷元素擴散入硅片，形成PN結(jié)；
第3步、除去硅片上表面頂電極區(qū)以外的二氧化硅薄膜；
第4步、在硅片上表面淀積本征非晶硅層；
第5步、將硅片置于干氧環(huán)境中進行高溫擴散，使硅片表面非頂電極區(qū)的磷元素被擴散入非晶硅層，使非晶硅層與N型晶硅層之間形成同型異質(zhì)結(jié)，頂電極區(qū)二氧化硅薄膜中的磷元素進一步向頂電極區(qū)擴散，完成頂電極區(qū)二次磷摻雜，同時非晶硅層表面被氧化；
第6步、去除非晶硅層表面的氧化物和頂電極區(qū)的二氧化硅薄膜；
第7步、娃片上表面淀積氮化娃抗反射薄膜；
第8步、制備頂電極及背電極。本發(fā)明同型異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝進一步改進在于:
1、第I步中，二氧化硅薄膜中的磷元素的濃度為lel9/cm3。2、第2步中，高溫擴散的溫度為900°C，高溫擴散的時間為5分鐘。3、所述第3步中，采用絲網(wǎng)印刷的方法保留頂電極區(qū)域的二氧化硅，將硅片上其它區(qū)域的二氧化硅利用氫氟酸緩沖液去除掉。4、第4步中，淀積的本征非晶硅層厚度約為40_50nm。5、第5步中，干氧環(huán)境下的高溫擴散工藝溫度為900°C -1100°C，持續(xù)時間為30_2分鐘。6、第6步中，采用氫氟酸緩沖液去除非晶硅層表面的氧化層和頂電極區(qū)的二氧化
硅薄膜。本發(fā)明提出了一種具備異質(zhì)結(jié)和選擇性摻雜電極的太陽能電池結(jié)構(gòu)及其工藝制備方法。通過淀積非晶硅薄膜吸收非頂電極區(qū)的雜質(zhì)，使非頂電極區(qū)的摻雜濃度降低，形成同型異質(zhì)結(jié)，同時頂電極區(qū)進行了二次摻雜，導致頂電極區(qū)與非頂電極區(qū)的摻雜濃度差進一步增大，提高了選擇性摻雜的效果；并且逆向擴散工藝在干氧環(huán)境下進行，僅對非晶硅表層進行氧化，形成二氧化硅薄膜有利于去除非晶硅薄膜表面的雜質(zhì)。與HIT電池相比該電池結(jié)構(gòu)更簡單易行；與選擇性摻雜電池相比異質(zhì)結(jié)的存在可以進一步提高光生電流的強度，提高電池的效率；與同型異質(zhì)結(jié)電池相比，雜質(zhì)逆向擴散過程使得非晶硅薄膜與電池上表面的結(jié)合更緊密，提高了異質(zhì)結(jié)的質(zhì)量，同時選擇性摻雜頂電極區(qū)的存在可以進一步減小電池的串聯(lián)電阻，提高電池的性能。由于電池中的異質(zhì)結(jié)和選擇性頂電極區(qū)同步形成，減少了電池的制備工藝步驟，電池中雜質(zhì)濃度的分布更均勻。該結(jié)構(gòu)電池的制備工藝與現(xiàn)有的太陽能電池制備工藝相兼容，實用性更強。本發(fā)明該工藝方法的特點在于: 1、不同于傳統(tǒng)的選擇性摻雜工藝，采用的是先全片重摻雜，后逆向擴散出受光面雜質(zhì)，降低受光面的雜質(zhì)摻雜濃度的方法。2、應用本征非晶硅薄膜吸收電池表面已摻雜區(qū)域的雜質(zhì)，使得電池表面不會被其他不同元素污染。3、保留頂電極區(qū)的磷硅玻璃作為高溫雜質(zhì)逆向擴散工藝的頂電極雜質(zhì)保護層，保證了頂電極區(qū)的重摻雜。4、在雜質(zhì)逆向擴散過程中采用干氧環(huán)境，應用氫氟酸緩沖液去除氧化層，保留非晶硅層作為異質(zhì)結(jié)。5、太陽能電池的頂電極與非晶硅層利用氮化硅進行嚴格電學隔離，避免了非晶硅/晶硅異質(zhì)結(jié)的短路。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。圖1是本發(fā)明選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的仿真圖。圖3是本發(fā)明具有同型異質(zhì)結(jié)選擇性摻雜結(jié)構(gòu)電池與普通選擇性摻雜太陽能電池的光譜響應比較曲線圖。圖4是本發(fā)明選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。產(chǎn)品實施例
如圖1所示為本發(fā)明選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖，包括:p型晶硅層6、N型晶娃層7、頂電極4、底電極5,底電極5位于P型晶娃層6的下表面,頂電極4與位于N型晶硅層7的上表面#型晶硅層7的上表面依次淀積有非晶硅層2、氮化硅抗反射層3，非晶硅層2內(nèi)含有從所述N型晶硅層7逆向擴散入的磷元素，非晶硅層2與N型晶硅層7之間形成同型異質(zhì)結(jié)，非晶硅層2具有容頂電極4穿過的槽8，氮化硅抗反射層3嵌入槽8內(nèi)，非晶硅層2與頂電極4之間通過所述氮化硅抗反射層3絕緣，N型晶硅層7的頂電極區(qū)C為重摻雜區(qū)。同型異質(zhì)結(jié)和頂電極重摻雜區(qū)通過逆向擴散工藝一步制得，所述逆向擴散工藝步驟包括:在具有PN結(jié)的硅片上表面淀積本征非晶硅層，并在干氧環(huán)境下高溫擴散，使硅片上表面頂電極區(qū)以外區(qū)域的磷元素被逆向擴散入非晶硅層，形成同型異質(zhì)結(jié)，同時頂電極區(qū)進行了二次磷摻雜，完成頂電極區(qū)重摻雜。如圖2所示，為本實施例選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的仿真圖。從圖2中可以看出去除氧化層后，非晶硅薄膜被保留下來，同時，在頂電極區(qū)域形成了重摻雜的選擇性頂電極區(qū)。選擇性摻雜區(qū)域(頂電極區(qū))的雜質(zhì)濃度達到了 lel8.8/cm3，而單晶與非晶硅界面處的雜質(zhì)濃度為lel8.1/cm3，濃度差達到近一個數(shù)量級，很好的實現(xiàn)了選擇性摻雜；并且電池的頂電極與非晶硅層之間被氮化硅層嚴格電學隔離，很好的保證了同型異質(zhì)結(jié)的電學絕緣。
如圖3所示，為本發(fā)明具有同型異質(zhì)結(jié)選擇性摻雜結(jié)構(gòu)電池與普通選擇性摻雜太陽能電池的光譜響應比較曲線圖，圖中深色曲線為本發(fā)明電池光譜響應曲線，淺色曲線為普通選擇性摻雜電池的光譜響應比較曲線。從圖3中可以看出，同型異質(zhì)結(jié)選擇性摻雜電池的光譜響應優(yōu)于普通電池，其長波響應更佳，這是因為異質(zhì)結(jié)的窗口效應導致晶硅電池對光的吸收增加。由于同型異質(zhì)結(jié)和選擇性摻雜頂電極區(qū)是同步形成的，未增加電池的生產(chǎn)步驟，因此基于逆向擴散工藝的同型異質(zhì)結(jié)選擇性摻雜太陽能電池生產(chǎn)工藝是一種高效低成本生產(chǎn)工藝。下面對本發(fā)明工藝實施例進行說明。工藝實施例一
如圖4所示，為本發(fā)明實施例同型異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝流程示意圖，具體包括如下步驟:
la、使用磁控濺射的方法在制絨后的P型晶硅上表面淀積一層厚度約為0.05微米的含有磷元素的二氧化硅薄膜1，二氧化硅薄膜I中的磷元素的濃度為lel9/cm3 ；
2a、將淀積后的硅片進行高溫擴散，使二氧化硅薄膜中的磷元素擴散入硅片，形成PN結(jié)，高溫擴散的溫度為900°C，高溫擴散的時間為5分鐘；
3a、除去硅片上表面頂電極區(qū)以外的二氧化硅薄膜，本步中，采用絲網(wǎng)印刷的方法保留頂電極區(qū)域的二氧化硅，將硅片上其它區(qū)域的二氧化硅利用氫氟酸緩沖液去除掉；
4a、在娃片上表面淀積本征非晶娃層2,淀積的本征非晶娃層厚度約為40-50nm ；
5a、將硅片置于干氧環(huán)境中進行高溫擴散，使硅片表面非頂電極區(qū)的磷元素被逆向擴散入非晶硅層2，，使非晶硅層與N型晶硅層之間形成同型異質(zhì)結(jié)，頂電極區(qū)二氧化硅薄膜I中的磷元素進一步向頂電極區(qū)C擴散，完成頂電極區(qū)二次磷摻雜，頂電極區(qū)C形成重摻雜，同時非晶硅層2的表面被氧化；本實施例步驟5a (第五步)為逆向擴散工藝步驟，其干氧環(huán)境下的高溫擴散工藝溫度為900°C，持續(xù)時間范圍為30分鐘
6a、采用氫氟酸緩沖液去除非晶硅層2表面的氧化層和頂電極區(qū)的二氧化硅薄膜I ;
7a、硅片上表面淀積氮化硅抗反射薄膜3 ；
8a、制備頂電極4及背電極5。工藝實施例二
本實施例的步驟與工藝實施例一相同，區(qū)別在于步驟5a (第五步)中干氧環(huán)境下高溫擴散的工藝參數(shù)，本實施例中，高溫擴散的工藝溫度為1000°C，持續(xù)時間為5分鐘。工藝實施例三
本實施例的步驟與工藝實施例一相同，區(qū)別在于步驟5a (第五步)中干氧環(huán)境下高溫擴散的工藝參數(shù)，本實施例中，高溫擴散的工藝溫度為1100°C，持續(xù)時間為2分鐘。對上述三個實施例進行仿真后，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，隨著步驟5a (第五步)中擴散溫度的升高，電池的PN結(jié)在不斷的加深。電池的表面的雜質(zhì)濃度先增加后減小，但頂電極區(qū)的雜質(zhì)濃度隨著溫度的增加而逐步增加。頂電極區(qū)的重摻雜雜質(zhì)主要向電池體內(nèi)進行擴散，橫向擴散較小，這與在電池表面淀積本征非晶娃層有關(guān)，過多的橫向擴散雜質(zhì)被非晶娃層吸收。這說明應用非晶硅層作為電池的逆擴散層，可以起到限制重摻雜區(qū)雜質(zhì)橫向擴散作用。輕摻雜區(qū)域的雜質(zhì)濃度比較接近，較低的擴散溫度可以有效地形成淺結(jié)，提高電池短波光譜響應。本發(fā)明實施例部分以P型晶硅為例對本發(fā)明工藝進行了詳細說明，利用對N型晶硅制造本發(fā)明同型異質(zhì)結(jié)太陽能電池的工藝及條件與之類似，區(qū)別僅在于摻雜元素由磷換成了硼，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以通過了解本實施例部分，舉一反三來制造出P型襯底的并聯(lián)雙結(jié)晶硅太陽能電池。因此本文不再贅述。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池，包括P型晶硅層、N型晶硅層、頂電極、底電極，其特征在于:所述N型晶硅層的上表面依次淀積有非晶硅層、氮化硅抗反射層，所述非晶硅層內(nèi)含有從所述N型晶硅層擴散入的磷元素，非晶硅層與N型晶硅層之間形成同型異質(zhì)結(jié)，所述非晶硅層具有容頂電極穿過的槽，所述氮化硅抗反射層嵌入所述槽內(nèi)，非晶硅層與頂電極之間通過所述氮化硅抗反射層絕緣，所述N型晶硅層的頂電極區(qū)為重摻雜區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于:底電極位于P型晶硅層的下表面，所述頂電極與位于N型晶硅層的上表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于:所述同型異質(zhì)結(jié)和頂電極重摻雜區(qū)通過逆向擴散工藝一步制得，所述逆向擴散工藝步驟包括:在具有PN結(jié)的硅片上表面淀積本征非晶硅層，并在干氧環(huán)境下高溫擴散，使硅片上表面頂電極區(qū)以外區(qū)域的磷元素被擴散入非晶硅層，形成同型異質(zhì)結(jié)，同時頂電極區(qū)進行了二次磷摻雜，完成頂電極區(qū)重摻雜。
4.同型異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝，其特征是包括如下步驟: 第I步、使用磁控濺射的方法在制絨后的P型晶硅上表面淀積一層厚度約為0.05微米的含有磷元素的二氧化硅薄膜； 第2步、將淀積后的硅片進行高溫擴散，使二氧化硅薄膜中的磷元素擴散入硅片，形成PN結(jié)； 第3步、除去硅片上表面頂電極區(qū)以外的二氧化硅薄膜； 第4步、在硅片上表面淀積本征非晶硅層； 第5步、將硅片置于干氧環(huán)境中進行高溫擴散，使硅片表面非頂電極區(qū)的磷元素被擴散入非晶硅層，使非晶硅層與N型晶硅層之間形成同型異質(zhì)結(jié)，頂電極區(qū)二氧化硅薄膜中的磷元素進一步向頂電極區(qū)擴散，完成頂電極區(qū)二次磷摻雜，同時非晶硅層表面被氧化； 第6步、去除非晶硅層表面的氧化物和頂電極區(qū)的二氧化硅薄膜； 第7步、娃片上表面淀積氮化娃抗反射薄膜； 第8步、制備頂電極及背電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝，其特征在于 第I步中，二氧化硅薄膜中的磷元素的濃度為lel9/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝，其特征在于:第2步中，高溫擴散的溫度為900°C，高溫擴散的時間為5分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝，其特征在于:所述第3步中，采用絲網(wǎng)印刷的方法保留頂電極區(qū)域的二氧化硅，將硅片上其它區(qū)域的二氧化硅利用氫氟酸緩沖液去除掉。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝，其特征在于 第4步中，淀積的本征非晶娃層厚度約為40-50nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝，其特征在于 第5步中，干氧環(huán)境下的高溫擴散工藝溫度為900°C -1100°C，持續(xù)時間為30-2分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝，其特征在于:所述第6步中，采用氫氟酸緩沖液去除非晶硅層表面的氧化層和頂電極區(qū)的二氧化硅薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種選擇性摻雜異質(zhì)結(jié)太陽能電池，包括P型晶硅層、N型晶硅層、頂電極、底電極，N型晶硅層的上表面依次淀積有非晶硅層、氮化硅抗反射層，非晶硅層內(nèi)含有從N型晶硅層擴散入的磷元素，非晶硅層與N型晶硅層之間形成同型異質(zhì)結(jié)，非晶硅層具有容頂電極穿過的槽，氮化硅抗反射層嵌入槽內(nèi)，非晶硅層與頂電極之間通過所述氮化硅抗反射層絕緣，N型晶硅層的頂電極區(qū)為重摻雜區(qū)。本結(jié)構(gòu)電池的非晶硅薄膜與電池上表面的結(jié)合更緊密，提高了異質(zhì)結(jié)的質(zhì)量，同時選擇性摻雜頂電極區(qū)的存在可以進一步減小電池的串聯(lián)電阻，提高電池的性能。電池中的異質(zhì)結(jié)和選擇性頂電極區(qū)同步形成，減少了電池的制備工藝步驟，電池中雜質(zhì)濃度的分布更均勻。
文檔編號H01L31/18GK103165697SQ20131011055
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者花國然, 王強, 孫樹葉, 朱海峰 申請人:南通大學