納米硅硼漿及其應(yīng)用于制備全屏蔽硼背場的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了納米硅硼漿及其應(yīng)用于制備全屏蔽硼背場的工藝，在普通電池生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，加入印刷本發(fā)明所述納米硅硼漿形成具有“全屏蔽”效果的硼背場，以代替現(xiàn)有鋁背場，解決了鋁背場帶來的硅片翹曲，減少碎片提高良品率；另外，硼背場的電場強度比鋁背場高，更有效地阻止光生載流子溢出硅片表面或界面發(fā)生復(fù)合。同時，納米硅硼漿中的硅粒發(fā)生交聯(lián)，并形成一層致密結(jié)構(gòu)牢牢粘連在硅片基板上，有效地防止硼、磷擴散相互干擾。
【專利說明】納米硅硼漿及其應(yīng)用于制備全屏蔽硼背場的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種納米硅硼漿及其應(yīng)用于制備全屏蔽硼背場的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，晶硅太陽能電池通常使用鋁背場技術(shù)。鋁背場通常在燒結(jié)電池背面鋁電極時形成。硅鋁體系的共熔點為537°C。通過互熔，鋁溶入晶硅。從而對硅進行摻雜形成鋁背場。鋁背場有兩個明顯的缺點。第一，由于鋁在硅的固溶度的限制，鋁在硅片的表面濃度和深度都達不到“全屏蔽”背場的要求，導(dǎo)致電池效率降低。第二，燒結(jié)鋁電極時，常出現(xiàn)硅片翹曲現(xiàn)象，導(dǎo)致碎片率上升，成品率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種納米硅硼漿及其應(yīng)用于制備全屏蔽硼背場的工藝，因為硼在硅中的固溶度比鋁高，容易制成“全屏蔽”硼背場，以硼背場代替鋁背場將徹底解決硅片翹曲問題，提高成品率，解決了硅片翹曲問題將有利于降低硅片厚度從而節(jié)約成本。
[0004]同時，本發(fā)明公布一種硼背場制備工藝將納米硅硼漿致密化，致密納米硅硼漿作為阻擋層有效地防止硼磷相互干擾問題，所述致密化工藝步驟很容易導(dǎo)入生產(chǎn)普通太陽能電池,提高電池效率,降低生產(chǎn)成本。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0006]一種納米硅硼漿，其特征在于，按重量配比，含有10?50份納米硅粉、0.2?10份硼或氧化硼、20?100份溶劑、O?20份添加劑，納米硅的粒徑為10?200納米；
[0007]優(yōu)選的，所述溶劑為松油醇、或檀香或二者混合物，所述混合物配比為O?80份松油醇和20?100份檀香；所述添加劑為乙基纖維素。
[0008]為實現(xiàn)上述另一發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下三種工藝路線:
[0009]工藝路線一:
[0010]利用上述納米硅硼漿制備單晶硅全屏蔽硼背場的工藝，包括如下步驟:1、硅片清洗植絨；2、POCl3擴散；3、清洗磷硅玻璃；4、沉積鈍化/減反射膜；5、印刷、烘干背面金屬電極；6、燒結(jié)金屬電極；其特征在于，在所述步驟I之后、步驟2之前，在硅片背面印刷所述納米硅硼漿，印刷時所述納米硅硼漿全覆蓋在硅片背面或者局部覆蓋在硅片背面；并進行硼擴散制備硼背場；擴散在工業(yè)管式擴散爐內(nèi)進行，溫度為900?1050°C，擴散時間為I?2小時；步驟2中的P0C13擴散按通常工藝進行；擴散完成后，硅片正面磷濃度為IxlO19?lxl021atm/cc,深度為0.1?1.5um ;娃片背面硼的濃度為IxlO19?5xl021atm/cc,深度為I ?6um。
[0011]硼在硅片中的濃度隨深度而變化的分布曲線通常用二次離子質(zhì)譜儀或電化學(xué)電容法測定。圖8顯示一用二次離子質(zhì)譜儀測定的硼分布曲線，濃度為lxl02°atm/cc，深度為
4.5um。[0012]所述硼在娃片中的濃度的進一步精確范圍5xl019?lxl021atm/cc ;進一步精確范圍7xl019?5xl020atm/cc ;進一步精確范圍8xl019?3xl020atm/cc ;進一步精確范圍IxlO20?2xl02°atm/CC ;擴散深度的進一步精確范圍2?5微米；進一步精確范圍3?4微米。
[0013]工藝路線二:
[0014]利用上述納米硅硼漿應(yīng)用于制備多晶硅全屏蔽硼背場的工藝，包括如下步驟:1、硅片清洗、植絨；2、P0C13擴散；3、清洗磷硅玻璃；4、沉積鈍化/減反射膜；5、印刷、烘干背面金屬電極；6、燒結(jié)金屬電極；其特征在于，在所述步驟I之后、步驟2之前，在硅片背面印刷所述納米硅硼漿，采用全覆蓋在硅片背面或者局部覆蓋，烘干后，按照步驟2進行POCl3擴散的同時進行硼擴散制備硼背場。
[0015]印刷厚度由漿料配比配合網(wǎng)版設(shè)計和印刷工藝決定。
[0016]步驟2進行POCl3擴散時，氧化磷沉積在硅片的正面，部分氧化磷沉積在印在硅片背面的納米硅硼漿層上面。驅(qū)入時，磷向硅片正面進行擴散形成普通的發(fā)射極；硼向硅片背面擴散。硅片背面的硼漿發(fā)生了變化。硅粒與硅粒以及硅粒與硅片表面發(fā)生交聯(lián)，形成一層致密結(jié)構(gòu)牢牢地粘連在硅片基板上。硼漿致密層阻擋磷向硅片背面擴散影響硼背場的形成。同時，防止硼往硅片正面擴散影響發(fā)射極的形成。
[0017]工藝路線三:
[0018]利用上述納米硅硼漿應(yīng)用于制備多晶硅全屏蔽硼背場的工藝，包括如下步驟:1、硅片清洗、植絨；2、P0C13擴散；3、清洗磷硅玻璃；4、沉積鈍化/減反射膜；5、印刷、烘干背面金屬電極；6、燒結(jié)金屬電極；其特征在于，在所述步驟4之后、步驟5之前，在硅片背面印刷所述納米硅硼漿，印刷時所述納米硅硼漿全覆蓋在硅片背面或者局部覆蓋在硅片背面。
[0019]由于沒經(jīng)過擴散高溫步驟所述納米硅硼漿中的硅粒松散堆積；在步驟6進行金屬電極燒結(jié)時，在金屬作用下，硅粒之間發(fā)生交聯(lián)形成晶粒較大的晶體硅。
[0020]所述納米硅硼漿的印刷厚度由漿料配比配合網(wǎng)版設(shè)計和印刷工藝決定。
[0021]進一步的，在工藝路線I?3中印刷完所述納米硅硼漿后，需要在空氣或氮氣中烘干，烘干溫度為150?350°C，烘干時間為3?10分鐘；厚度為3.5?10um，烘干后，硼漿中的硅粒子自然堆積形成孔洞結(jié)構(gòu)，呈松散狀。其橫截面電子掃描電鏡圖像如圖5所示。烘干后硼漿印刷層中的納米硅保持納米硅粉末的形狀大小。
[0022]進一步的，在工藝路線I?3中通過所述硼擴散步驟處理后，硼漿中的硅粒與硅粒以及硅粒與硅片發(fā)生交聯(lián)，形成一層致密結(jié)構(gòu)牢牢地粘連在硅片基板上。
[0023]進一步的，在工藝路線I?3中通過所述步驟6燒結(jié)處理后，所述納米硅硼漿中的硅粒在金屬電極作用下發(fā)生交聯(lián)并形成連續(xù)的硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；所述硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進一步致密化形成晶粒較大的晶體硅。
[0024]原理說明:
[0025]硼背場產(chǎn)生一個電場有效地防止光生少數(shù)載流子溢出到硅片表面發(fā)生復(fù)合，從而提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。PClD模擬計算表明“全屏蔽”硼背場要求最低硼表面濃度為lxl02°atm/CC，最小深度為3.5微米。制備“全屏蔽”硼背場時，硼擴散需要高溫條件下進行，并需要相當(dāng)長的擴散時間才能達到深度要求。一般只能在制備單晶硅電池時才能實現(xiàn)。當(dāng)硼表面濃度或擴散深度小于“全屏蔽”硼背場的要求時，部分少數(shù)載流子將被表面復(fù)合。電池生產(chǎn)時需要考慮制備一層背面鈍化膜，例如原子沉積法生長A1203或高溫生長二氧化硅膜，降低表面復(fù)合作用。
[0026]與單晶硅不同，多晶硅受到材質(zhì)限制工藝溫度不宜過高。生產(chǎn)多晶硅太陽能電池時溫度一般不能超過950°C。因此，硼擴散受到很大限制，表面濃度和擴散深度均不能達到要求，給制備“全屏蔽”硼背場帶來困難。本發(fā)明工藝路線三的關(guān)鍵點在于燒結(jié)金屬電極(金屬電極為鋁漿)時，通過硅鋁共融結(jié)晶析出將納米硅轉(zhuǎn)化成晶體硅，借助于納米硅硼漿中的硼含量和印刷厚度來滿足“全屏蔽”硼背場的濃度和深度要求。
[0027]發(fā)明優(yōu)點:
[0028]本發(fā)明所述納米硅硼漿用來制備硼背場，以代替現(xiàn)有鋁背場的優(yōu)點在于:解決了鋁背場帶來的硅片翹曲，減少碎片提高良品率；另外，硼背場的電場強度比鋁背場高，更有效地阻止光生載流子溢出硅片表面或界面發(fā)生復(fù)合。同時，在普通電池生產(chǎn)的工藝溫度下，硼漿中硅粒與硅粒以及硅粒與硅片表面發(fā)生交聯(lián)，形成致密硼漿層有效地防止硼磷相互干擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明所述工藝路線一的流程圖；
[0030]圖2為本發(fā)明所述工藝路線二的流程圖；
[0031]圖3為本發(fā)明所述工藝路線三的流程圖；
[0032]圖4為依照本發(fā)明所述工藝路線三實施例5使用納米硅硼漿經(jīng)燒結(jié)后制成的全屏蔽硼背場的橫截面電子掃描圖；
[0033]圖5為依照本發(fā)明所述經(jīng)烘干后納米硅硼漿的橫截面掃描電鏡圖；
[0034]圖6為依照本發(fā)明所述工藝路線二實施例2經(jīng)致密后納米硅硼漿的橫截面掃描電鏡圖；
[0035]圖7為依照本發(fā)明所述工藝路線二實施例4致密后納米硅硼漿的橫截面掃描電鏡圖；
[0036]圖8為依照本發(fā)明所述工藝路線一經(jīng)硼擴散后用二次離子質(zhì)譜測定摻雜元素硼在硅片中濃度隨硅片深度而變化的分布曲線；
[0037]圖9為依照本發(fā)明所述工藝路線二經(jīng)硼和磷擴散后用電化學(xué)電容法同時測量硼和磷兩種元素的濃度隨硅片深度而變化的分布曲線；
[0038]其中，①指招衆(zhòng)；②指納米娃砸衆(zhòng)；③指娃片基板；④指供干后納米娃砸衆(zhòng)層指致密納米硅硼漿層；⑥指致密納米硅硼漿層。
【具體實施方式】
[0039]以下實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。
[0040]實施例1:
[0041]一種納米硅硼漿，粘度為9PaS，所述納米硅硼漿含有65份檀香、15份松油醇、4份硼、I份乙基纖維素、15份娃粉,所述娃粉粒徑為50nm?150nm。
[0042]利用上述納米硅硼漿制備全屏蔽硼背場的工藝按下列步驟進行:1、硅片清洗、植絨；2、印刷、烘干納米硅硼漿；3、硼擴散；4、POCl3擴散；5、清洗磷硅玻璃；6、沉積鈍化/減反射膜；7、印刷、烘干金屬電極；8、燒結(jié)金屬電極；步驟2印刷硼漿全覆蓋在硅片背面；硼漿烘干在空氣氣氛下、加熱板中進行，烘干溫度為350°C，時間為5分鐘。烘干后，硼漿中硅粒子保持顆粒狀、自然堆積，其形貌與圖5所示硅粒形狀相似。步驟3硼擴散在工業(yè)管式擴散爐內(nèi)進行，擴散溫度為1030°C，擴散時間為90分鐘。硼擴散完成后將擴散爐溫度降至POC13擴散溫度，按常規(guī)工藝完成電池制備。步驟3完成后，抽出實驗硅片進行檢測。二次離子質(zhì)譜分析硼濃度分布曲線，硼表面濃度為1.8xl02°atm/CC，擴散深度約為3.5um ;四探針測定硼擴散方阻為6.9Ω/口。
[0043]實施例2:
[0044]一種納米硅硼漿，粘度為6PaS，所述納米硅硼漿含有75份檀香、5份硼、20份硅粉，所述硅粉粒徑為50?150nm。
[0045]利用上述納米硅硼漿制備硼背場的工藝包括如下步驟:1、清洗P型硅片并植絨；
2、印刷、烘干納米硅硼漿；3、P0C13擴散；4、清洗磷硅玻璃；5、沉積鈍化/減反射膜；6、印刷、烘干金屬電極；7、燒結(jié)金屬電極。步驟2所述硼漿印刷全覆蓋在硅片背面。烘干在加熱板進行，烘干溫度為200°C，時間為5分鐘。烘干后，硼漿中硅粒子保持顆粒狀、自然堆積，其形貌如圖5相似。其他所有步驟按通常工藝參數(shù)進行。其中步驟3中P0C13擴散在工業(yè)管式擴散爐內(nèi)進行，溫度為850°C，擴散時間為60分鐘。擴散完成后，抽出實驗片進行檢測。硅片正面磷擴散方阻為80 Ω / 口 ；硼從納米硅硼漿印刷層擴散到硅片背面，擴散方阻為78Ω / 口。同時，硼漿中硅粒發(fā)生交聯(lián)，并形成一層致密結(jié)構(gòu)。所述致密結(jié)構(gòu)截面的電子掃描電鏡圖像在圖6中顯示。納米硅致密層厚度均勻、牢牢粘連在硅片基板上。
[0046]實施例3:
[0047]一種納米硅硼漿，粘度為6PaS，所述納米硅硼漿含有75份檀香、5份硼、20份硅粉，所述娃粉粒徑為50nm?150nm。
[0048]利用上述納米硅硼漿制備硼背場的工藝，包括如下步驟:1、清洗P型硅片并植絨；
2、印刷、烘干納米硅硼漿；3、硼擴散；4、POCl3擴散；5、清洗磷硅玻璃；6、沉積鈍化/減反射膜；7、印刷、烘干金屬電極；8、燒結(jié)金屬電極。步驟2所述硼漿印刷選擇全覆蓋在硅片背面。烘干在加熱板進行，烘干溫度為200°C，時間為5分鐘。烘干后，硼漿中硅粒子保持顆粒狀、自然堆積，其形貌與圖5所示硅粒形狀相似。步驟3硼擴散在工業(yè)管式擴散爐內(nèi)進行，溫度為950°C，擴散時間為30分鐘。擴散完成后，抽出實驗硅片進行檢測。硅片正面和背面阻值都為48Ω/口。同時，硼漿中硅粒發(fā)生交聯(lián)形成一層致密結(jié)構(gòu)。所述致密結(jié)構(gòu)截面的電子掃描電鏡圖像如圖7所示。硼漿致密結(jié)構(gòu)厚度均勻、牢牢粘連在硅片基板上。步驟3完成后，將擴散爐溫度降至磷擴散溫度，其余步驟按通常工藝條件參數(shù)完成電池生產(chǎn)。
[0049]實施例4:
[0050]一種納米硅硼漿，粘度為6PaS。所述硼漿含有20份納米硅粉、5份硼、75份檀香。
[0051]利用硼漿納米硅致密制備摻雜擴散阻擋層的特點，電池制備工藝包括如下步驟:
1、清洗η型硅片并植絨；2、印刷、烘干納米硅硼漿；3、硼漿擴散；4、POCl3擴散；5、清洗磷硅玻璃；6、沉積鈍化/減反射膜；7、印刷、烘干金屬電極；8、燒結(jié)金屬電極。
[0052]步驟2所述硼漿印刷選擇全覆蓋。烘干在加熱板進行，烘干溫度為200°C，時間為5分鐘。烘干后，硼漿中硅粒子保持顆粒狀、自然堆積，硅粒形狀與圖5所示形貌相似。
[0053]步驟3硼擴散在工業(yè)管式擴散爐內(nèi)進行，擴散溫度為950°C，時間為30分鐘。硼擴散完成后，對實驗片進行檢測。四探針測定硅片背面硼擴散方阻為82.5Ω/ □，硅片正面保持硅片基板的阻值(約200Ω/ □)，說明硼僅向印有硼漿的硅片背面進行擴散，硅片正面不受影響。電子掃描電鏡確定硼漿中硅粒發(fā)生交聯(lián)，并形成一層致密結(jié)構(gòu)。所述致密結(jié)構(gòu)截面的電子掃描電鏡圖像如圖7所示。致密結(jié)構(gòu)厚度均勻、牢牢粘連在硅片基板上。
[0054]步驟4中P0C13擴散按通常工藝進行。清洗磷硅玻璃后，對另外實驗硅片進行檢測。四探針測定硅片正面磷擴散方阻為72 Ω/口 ；硅片背面方阻保持步驟3硼擴散后的阻值，不受P0C13擴散影響。電化學(xué)電容法同時測量硅片背面硼和磷濃度隨深度的變化，分別由圖9中的棱形和三角形數(shù)據(jù)表示。測量結(jié)果表明除硅片基板原有的磷摻雜外硅片背面沒有檢測到磷，進一步說明硅片背面不受P0C13擴散的影響。
[0055]綜上所述，步驟3中的硼漿擴散和步驟4中的P0C13擴散互不干擾。
[0056]實施例5:
[0057]—種納米硅硼漿，粘度為5PaS。所述硼漿含有15份納米硅粉、I份硼、84份檀香。
[0058]利用上述納米硅硼漿制備全屏蔽硼背場的工藝，包括如下步驟:1、硅片清洗、植絨；2、POCl3擴散；3、清洗磷硅玻璃；4、沉積鈍化/減反射膜；5、印刷、烘干納米硅硼漿；6、印刷、烘干背面金屬電極；7、燒結(jié)金屬電極；步驟I選用P型156mm2多晶硅片。清洗時，將硅片置入重量濃度為20%溫度為85°C的氫氧化鈉溶液中，浸泡10分鐘后,用去離子水漂洗。按上述步驟清洗后，硅片厚度降至150um。硅片植絨使用普通方法完成。步驟5印刷納米硅硼漿全覆蓋在硅片背面。硼漿烘干在N2氣氛下進行，溫度為170°C，時間為5分鐘。烘干后，硼漿中硅粒子保持顆粒狀、自然堆積，其形貌與圖5所示硅粒形狀相似。經(jīng)步驟7燒結(jié)后，硅粒子發(fā)生交聯(lián)，牢牢粘連在硅片基板和鋁漿之間。所述結(jié)構(gòu)橫截面的電子掃描電鏡圖像如圖4所示。電池片翹曲0.5mm。
[0059]需要指出的是，以上所述者僅為用以解釋本發(fā)明之較佳實施例，并非企圖據(jù)以對本發(fā)明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發(fā)明精神下所作有關(guān)本發(fā)明之任何修飾或變更，皆仍應(yīng)包括在本發(fā)明意圖保護之范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種納米硅硼漿，其特征在于，按重量配比，含有10?50份納米硅粉、0.2?10份硼或氧化硼、50?100份溶劑、O?20份添加劑，納米硅的粒徑為10?200納米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米硅硼漿，其特征在于，所述溶劑為松油醇、或檀香或二者混合物，所述混合物配比為O?80份松油醇和20?100份檀香；所述添加劑為乙基纖維素。
3.如權(quán)利要求1或2任一項所述的納米硅硼漿應(yīng)用于制備晶硅硼背場的工藝，包括如下步驟:1、硅片清洗植絨；2、POCl3擴散；3、清洗磷硅玻璃；4、沉積鈍化/減反射膜；5、印刷、烘干背面金屬電極；6、燒結(jié)金屬電極；其特征在于，在所述步驟I之后、步驟2之前，在硅片背面印刷所述納米硅硼漿，印刷時所述納米硅硼漿全覆蓋在硅片背面或者局部覆蓋在硅片背面；并進行硼擴散制備硼背場；擴散在工業(yè)管式擴散爐內(nèi)進行，溫度為900?1050°C，擴散時間為I?2小時；步驟2中的POCl3擴散按通常工藝進行；擴散完成后，硅片正面磷濃度為IxlO19?lxl021atm/cc,深度為0.1?1.5um ;娃片背面硼的濃度為IxlO19?5xl021atm/cc,深度為 I ?6um。
4.如權(quán)利要求1或2任一項所述的納米硅硼漿應(yīng)用于制備晶硅硼背場的工藝，包括如下步驟:1、硅片清洗、植絨；2、POCl3擴散；3、清洗磷硅玻璃；4、沉積鈍化/減反射膜；5、印刷、烘干背面金屬電極；6、燒結(jié)金屬電極；其特征在于，在所述步驟I之后、步驟2之前，在硅片背面印刷所述納米硅硼漿，采用全覆蓋在硅片背面或者局部覆蓋，烘干后，按照步驟2進行POCl3擴散的同時進行硼擴散制備硼背場。
5.如權(quán)利要求1或2任一項所述的納米硅硼漿應(yīng)用于制備晶硅硼背場的工藝，包括如下步驟:1、硅片清洗、植絨；2、POCl3擴散；3、清洗磷硅玻璃；4、沉積鈍化/減反射膜；5、印刷、烘干背面金屬電極；6、燒結(jié)金屬電極；其特征在于，在所述步驟4之后、步驟5之前，在硅片背面印刷所述納米硅硼漿，印刷時所述納米硅硼漿全覆蓋在硅片背面或者局部覆蓋在硅片背面。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述納米硅硼漿制備硼背場的工藝，其特征在于，完成印刷所述納米硅硼漿后，在空氣或氮氣中烘干，烘干溫度為150?350°C，烘干時間為3?10分鐘，烘干后納米硅硼漿厚度為3.5?10um，烘干后，硼漿中的硅粒子自然堆積形成孔洞結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述納米硅硼漿制備硼背場的工藝，其特征在于，通過所述硼擴散步驟處理后，硼漿中的硅粒與硅粒以及硅粒與硅片發(fā)生交聯(lián)，形成一層致密結(jié)構(gòu)牢牢地粘連在硅片基板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述納米硅硼漿制備硼背場的工藝，其特征在于，通過所述步驟6燒結(jié)處理后，所述納米硅硼漿中的硅粒在金屬電極作用下發(fā)生交聯(lián)并形成連續(xù)的硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；所述硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進一步致密化形成晶粒較大的晶體硅。
【文檔編號】H01L31/0224GK103714879SQ201310739043
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】劉國鈞, 將紅彬, 萬劍, 沈曉燕, 程亮, 沈曉東 申請人:蘇州金瑞晨科技有限公司