一種選擇性發(fā)射極太陽(yáng)電池及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種選擇性發(fā)射極太陽(yáng)電池的制作方法，所述方法包括：在硅片表面上的預(yù)定區(qū)域覆蓋擴(kuò)散漿料；烘干所述擴(kuò)散漿料；將所述硅片置入擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散制結(jié)，所述擴(kuò)散爐中擴(kuò)散源的擴(kuò)散雜質(zhì)與擴(kuò)散漿料的擴(kuò)散雜質(zhì)為同族雜質(zhì)；以及在所述預(yù)定區(qū)域上形成電極,在背面形成陰極電極層，所述陰極電極層由單層、雙層或多層石墨烯薄膜形成。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種由上述方法制作的太陽(yáng)電池。本發(fā)明提供的方法避免了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)硅片的二次高溫處理而帶來(lái)的損害，同時(shí)簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種選擇性發(fā)射極太陽(yáng)電池及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及太陽(yáng)電池的制作，尤其涉及一種選擇性發(fā)射極太陽(yáng)電池及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的晶體硅太陽(yáng)電池制備過(guò)程通常包括硅片清洗、表面制絨、擴(kuò)散制結(jié)、邊緣刻蝕、沉積減反射層、印刷電極、共燒等步驟。其中，對(duì)表面制絨之后的硅片進(jìn)行擴(kuò)散制結(jié)，從而形成P-N結(jié)，該P(yáng)-N結(jié)所靠近的表面通常被稱(chēng)為正面或發(fā)射極。與正面所對(duì)應(yīng)的另外一面被稱(chēng)為背面。目前，晶體硅太陽(yáng)電池所用的主要熱擴(kuò)散方法是液態(tài)源擴(kuò)散，這種工藝通過(guò)氣體攜帶擴(kuò)散源的方法將擴(kuò)散雜質(zhì)帶入擴(kuò)散爐內(nèi)。為了使硅片成為太陽(yáng)電池，還必須在正面和背面分別制作正面柵極和背電極。正面柵極和背電極的作用是收集和導(dǎo)出太陽(yáng)電池在受到光福射后所廣生的電能。
[0003]在實(shí)際的制作過(guò)程中，較高的表面摻雜濃度(或稱(chēng)重?fù)诫s或深擴(kuò)散)可以減小電極和硅片之間的接觸電阻，較低的摻雜濃度(或稱(chēng)輕摻雜或淺擴(kuò)散)可以進(jìn)行較好的表面鈍化，降低少子的復(fù)合幾率，從而提高電池的開(kāi)路電壓和短路電流。而越靠近電池的表面，光生載流子的產(chǎn)生率越高，越靠近P-N結(jié)光生載流子的收集率越高，因此淺擴(kuò)散可以在高載流子廣生率的區(qū)域獲得聞的收集率，提聞電池的短路電流。但是，淺擴(kuò)散會(huì)使電池和娃片形成高的接觸電阻，橫向電阻也會(huì)隨之增大，導(dǎo)致電池的串聯(lián)電阻增大，填充因子降低。因此，對(duì)于常規(guī)的晶體硅太陽(yáng)電池制造工藝而言，擴(kuò)散的濃度要求適應(yīng)印刷電極的需要。通常使用控制擴(kuò)散后方阻為40-80 Ω/Sq左右的高濃度摻雜，但由此會(huì)帶來(lái)頂層的高復(fù)合，從而限制電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0004]選擇性發(fā)射極技術(shù)是晶體硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)工藝中有希望解決上述問(wèn)題的方法之一。選擇性發(fā)射極是在對(duì)應(yīng)正面柵極的部分或全部的預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行低方阻的重?fù)诫s，在其他區(qū)域進(jìn)行高方阻的輕摻雜，這樣的結(jié)構(gòu)同時(shí)兼顧了開(kāi)路電壓，短路電流和填充因子的需要。
[0005]實(shí)現(xiàn)選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是如何形成上面所說(shuō)的兩個(gè)不同的摻雜區(qū)域。常見(jiàn)的做法是進(jìn)行兩次熱擴(kuò)散來(lái)形成該結(jié)構(gòu)。一種具體的工藝流程包括:首先在硅片表面高溫?zé)嵫趸L(zhǎng)二氧化硅層，然后在二氧化硅層上光刻預(yù)設(shè)區(qū)域?qū)?yīng)的窗口，接著在以P0C13為擴(kuò)散源的擴(kuò)散爐中進(jìn)行深擴(kuò)散，隨后去除二氧化硅層并再在以P0C13為擴(kuò)散源的擴(kuò)散爐中進(jìn)行淺擴(kuò)散。用此工藝，結(jié)合SiN4/MgF2雙層減反射膜已在100cm2多晶硅上實(shí)現(xiàn)15.9%的轉(zhuǎn)換效率。但由于這種進(jìn)行兩次熱擴(kuò)散形成選擇性發(fā)射極的方法中硅片有兩次高溫?zé)徇^(guò)程，對(duì)硅片的損害較大而且熱耗也很大，導(dǎo)致P-N結(jié)的質(zhì)量和工藝成本的控制均不太理想。
[0006]由此可見(jiàn)，在大規(guī)模的生產(chǎn)上，對(duì)高效并且低成本的制作太陽(yáng)能電池發(fā)射極的方法有很大的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是要提供一種太陽(yáng)能電池發(fā)射極及其制作方法，該電池及其制作方法可以提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率，并且工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種選擇性發(fā)射極太陽(yáng)電池的制作方法，所述方法包括:在硅片表面上的預(yù)定區(qū)域覆蓋擴(kuò)散漿料；烘干所述擴(kuò)散漿料；將所述硅片置入擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散制結(jié)，所述擴(kuò)散爐中擴(kuò)散源的擴(kuò)散雜質(zhì)與擴(kuò)散漿料的擴(kuò)散雜質(zhì)為同族雜質(zhì)；以及在所述預(yù)定區(qū)域上形成電極，在背面形成陰極電極層，所述陰極電極層由單層、雙層或多層石墨烯薄膜形成。
[0009]優(yōu)選地，通過(guò)絲網(wǎng)印刷或者噴墨來(lái)覆蓋所述擴(kuò)散漿料。
[0010]優(yōu)選地，所述擴(kuò)散漿料含有一種或者多種第五族元素。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述擴(kuò)散漿料包括磷漿。
[0012]優(yōu)選地，通過(guò)絲網(wǎng)印刷在所述預(yù)定區(qū)域上形成電極。
[0013]優(yōu)選地，利用對(duì)準(zhǔn)技術(shù)以使電極形成在所述預(yù)定區(qū)域上，所述對(duì)準(zhǔn)技術(shù)包括光源照射和CXD技術(shù)。
[0014]優(yōu)選地，所述預(yù)定區(qū)域的形狀與電極的圖形相匹配。
[0015]優(yōu)選地，所述預(yù)定區(qū)域的線(xiàn)寬比電極的柵線(xiàn)寬5% -100%。
[0016]優(yōu)選地，所述電極為正面電極的主柵線(xiàn)和副柵線(xiàn)；所述電極為正面電極的副柵線(xiàn)。
[0017]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種由上述太陽(yáng)能電池發(fā)射極的制作方法制備的太陽(yáng)電池。
[0018]本發(fā)明提供的方法在常規(guī)的太陽(yáng)電池制造工藝的擴(kuò)散前增加了覆蓋摻雜漿料和烘干的工序，因而可以在擴(kuò)散爐中一次擴(kuò)散形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，避免了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)硅片的二次高溫處理而帶來(lái)的損害，同時(shí)簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了成本。通過(guò)這種方法制作的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓，短路電流和填充因子都得到了提高，從而使電池獲得了較高的光電轉(zhuǎn)換效率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池發(fā)射極制作方法所制備的具有發(fā)射極的硅片的主視圖；
[0021]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的摻雜過(guò)程；
[0022]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制作太陽(yáng)能電池發(fā)射極的方法的流程圖。
[0023]圖中:20_硅片，21-主柵線(xiàn)，22-副柵線(xiàn)，25-預(yù)定區(qū)域，26-磷漿。

【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更加明顯易懂，以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。需要說(shuō)明的是，附圖中的各結(jié)構(gòu)只是示意性說(shuō)明，用以使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員最佳地理解本發(fā)明的原理，其不一定按比例繪制。
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的硅片的發(fā)射極的俯視圖，其示意了如何選擇要覆蓋擴(kuò)散漿料的預(yù)定區(qū)域。典型地，在用于制作太陽(yáng)電池的硅片20的受太陽(yáng)光照射的一面上，形成正面柵極，正面柵極包括主柵線(xiàn)21和副柵線(xiàn)22。在圖1所示實(shí)施例中，多條副柵線(xiàn)22左右方向平行排列并與主柵線(xiàn)21垂直交叉接合。副柵線(xiàn)22和主柵線(xiàn)21的具體數(shù)量以及主柵線(xiàn)21和副柵線(xiàn)22的排列方式不受本發(fā)明實(shí)施例的限制。本發(fā)明的目的是要形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)電池，即要在正面柵極區(qū)域進(jìn)行高濃度的摻雜，而在非正面柵極區(qū)域進(jìn)行低濃度的摻雜，因此所述預(yù)定區(qū)域一般而言就是正面柵極對(duì)應(yīng)的區(qū)域。通常，將預(yù)定區(qū)域選擇為形狀與所希望的正面柵極的圖形大體上相同，但在硅片的發(fā)射極上占據(jù)比電極區(qū)域略大的面積。在本實(shí)施例中，所述預(yù)定區(qū)域的線(xiàn)寬比正面柵極的柵線(xiàn)寬5% -100%。
[0026]根據(jù)太陽(yáng)電池的發(fā)電原理，電極的副柵線(xiàn)主要起收集電流的作用，而主柵線(xiàn)主要起將副柵線(xiàn)收集的電流匯集的作用，同時(shí)也在將多個(gè)太陽(yáng)電池通過(guò)互連條連接形成太陽(yáng)電池組件時(shí)用作互連條的連接基體，互連條通過(guò)焊接或以其他方式與主柵線(xiàn)連接進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池的串聯(lián)。因此，在實(shí)踐中相對(duì)于電極的主柵線(xiàn)，對(duì)副柵線(xiàn)區(qū)域的摻雜濃度有比較高的要求，也就是說(shuō)可以?xún)H對(duì)電極的副柵線(xiàn)區(qū)域進(jìn)行高濃度摻雜。如圖1所示，用虛線(xiàn)框示意了預(yù)定區(qū)域25，其與電極的副柵線(xiàn)22同為長(zhǎng)條矩形，但線(xiàn)寬略大于副柵線(xiàn)的寬度。在該實(shí)施例中，所述預(yù)定區(qū)域的線(xiàn)寬比電極的柵線(xiàn)寬5% -100%。
[0027]在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的摻雜過(guò)程，其中以P205作為擴(kuò)散源制成擴(kuò)散磷漿。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所述擴(kuò)散漿料可以含有任何可選的擴(kuò)散源。優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)使用高純度的漿料，不能含有金屬雜質(zhì)，以避免在高溫加熱時(shí)金屬進(jìn)入硅片，特別是P-N結(jié)區(qū)，從而形成光生載流子的復(fù)合中心，并導(dǎo)致制出的太陽(yáng)電池效率較低。如圖2所示，磷漿26被印刷在硅片20表面的預(yù)定區(qū)域25上，通過(guò)烘干來(lái)固定，然后硅片20被放入擴(kuò)散爐，擴(kuò)散爐中所進(jìn)行的擴(kuò)散為使用液態(tài)源所進(jìn)行的擴(kuò)散，現(xiàn)業(yè)界常用的液態(tài)擴(kuò)散源為P0C13，將氮?dú)馔ㄈ隤0C13液態(tài)源中并攜帶該源的蒸汽到擴(kuò)散爐管內(nèi)，P0C13分解形成P205并沉積在硅片表面，P0C13分解所形成的P205在硅片正面除預(yù)定區(qū)域25之外的其他區(qū)域上進(jìn)行擴(kuò)散形成輕摻雜區(qū)，磷漿中所含的P205和P0C13分解所形成的P205共同(主要是磷漿中所含的P205)向硅片正面預(yù)定區(qū)域25進(jìn)行擴(kuò)散形成重?fù)诫s區(qū)，如此即在硅片正面形成了選擇性發(fā)射極，在太陽(yáng)能電池的基底層背面未被背面接觸件覆蓋的部分以及背面接觸件上形成鈍化層，所述鈍化層的鈍化膜的折射率在2.6以上。
[0028]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制作太陽(yáng)能電池發(fā)射極的方法的流程圖。需要注意的是，為了表述清楚，在其中略去了常規(guī)的太陽(yáng)電池制作過(guò)程中一些必須的過(guò)程，例如硅片清洗、邊緣刻蝕、去磷硅玻璃、制備減反射膜等步驟。首先，在步驟S31中，根據(jù)電極圖形選定要覆蓋擴(kuò)散漿料的預(yù)定區(qū)域，所述電極包括正面電極的主柵線(xiàn)和副柵線(xiàn)或僅包括正面電極的副柵線(xiàn)。在步驟S32中，在已經(jīng)過(guò)清洗制絨的硅片表面，通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝或者噴墨將擴(kuò)散漿料覆蓋在所述預(yù)定區(qū)域上。為了使擴(kuò)散漿料固定在硅片表面上，在步驟S33中對(duì)擴(kuò)散漿料進(jìn)行預(yù)烘干，一般烘干溫度為40°C?400°C，優(yōu)選為200?300°C，烘干時(shí)間為15?240秒。固定擴(kuò)散漿料之后，硅片被置入擴(kuò)散爐中，在800°C?950°C的溫度范圍內(nèi)和10?60分鐘的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散制結(jié)，在擴(kuò)散爐中同時(shí)完成預(yù)定區(qū)域的高濃度摻雜以及其他區(qū)域的低濃度摻雜，如步驟S34所示。在完成擴(kuò)散制結(jié)的硅片經(jīng)過(guò)邊緣刻蝕、去磷硅玻璃以及制備減反射膜等常規(guī)工序之后，在步驟S35中，在預(yù)定區(qū)域上通過(guò)絲網(wǎng)印刷形成電極，通常利用包括光源照射和CCD技術(shù)等對(duì)準(zhǔn)技術(shù)來(lái)確保電極精準(zhǔn)地形成在預(yù)定區(qū)域，電極形成還包括在基底層背面未被背面接觸件覆蓋的部分以及背面接觸件上形成鈍化層，所述鈍化層的鈍化膜的折射率在2.6以上。
[0029]本發(fā)明提供的方法在常規(guī)的太陽(yáng)電池制造工藝的擴(kuò)散前增加了覆蓋摻雜漿料和烘干的工序，因而可以在擴(kuò)散爐中一次擴(kuò)散形成選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，避免了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)硅片的二次高溫處理而帶來(lái)的損害，同時(shí)簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了成本。通過(guò)這種方法制作的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓，短路電流和填充因子都得到了提高，從而使電池獲得了較高的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0030]應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，在本發(fā)明太陽(yáng)能電池發(fā)射極制作方法另一實(shí)施例中，在完成步驟S31、S32和S33后，先向擴(kuò)散爐中通入氧氣，對(duì)硅片進(jìn)行溫度為900°C、時(shí)間為30分鐘的氧化以在硅片表面生成阻擋氧化層，阻擋氧化層可以阻止磷漿中的磷擴(kuò)散出來(lái)從而在其他區(qū)域形成摻雜，同時(shí)生成阻擋氧化層的過(guò)程中磷漿向硅片進(jìn)行重?fù)诫s；之后在所述阻擋氧化層的作用下，向擴(kuò)散爐中通入P0CL3且在800°C?950°C的溫度范圍和10?60分鐘的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散制結(jié)，在擴(kuò)散爐中同時(shí)完成預(yù)定區(qū)域的高濃度摻雜以及其他區(qū)域的低濃度摻雜。本實(shí)施例利用了液態(tài)源擴(kuò)散均勻易控制的優(yōu)點(diǎn)來(lái)對(duì)非預(yù)定區(qū)域進(jìn)行淺摻雜，避免了固態(tài)源難以控制的缺點(diǎn)。
[0031]應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上【具體實(shí)施方式】?jī)H用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制。盡管參照上述【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或?qū)Σ糠旨夹g(shù)特征進(jìn)行等同替換而不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，其均涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種選擇性發(fā)射極太陽(yáng)電池的制作方法，其特征在于，所述方法包括: 在硅片表面上的預(yù)定區(qū)域覆蓋擴(kuò)散漿料； 烘干所述擴(kuò)散漿料； 將所述硅片置入擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散制結(jié)，所述擴(kuò)散爐中擴(kuò)散源的擴(kuò)散雜質(zhì)與擴(kuò)散漿料的擴(kuò)散雜質(zhì)為同族雜質(zhì)；以及 在所述預(yù)定區(qū)域上形成電極，在背面形成陰極電極層，所述陰極電極層由單層、雙層或多層石墨烯薄膜形成。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池發(fā)射極的制作方法，其特征在于，通過(guò)絲網(wǎng)印刷或者噴墨來(lái)覆蓋所述擴(kuò)散漿料。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池發(fā)射極的制作方法，其特征在于，所述擴(kuò)散漿料含有一種或者多種第五族元素。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述擴(kuò)散漿料包括磷漿。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池發(fā)射極的制作方法，其特征在于，通過(guò)絲網(wǎng)印刷在所述預(yù)定區(qū)域上形成電極。
6.如權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能電池發(fā)射極的制作方法，其特征在于，利用對(duì)準(zhǔn)技術(shù)以使電極形成在所述預(yù)定區(qū)域上，所述對(duì)準(zhǔn)技術(shù)包括光源照射和CCD技術(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池發(fā)射極的制作方法，其特征在于，所述預(yù)定區(qū)域的形狀與電極的圖形相匹配。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池發(fā)射極的制作方法，其特征在于，所述預(yù)定區(qū)域的線(xiàn)寬比電極的柵線(xiàn)寬5% -100%。
9.如權(quán)利要求7或8所述的太陽(yáng)能電池發(fā)射極的制作方法，其特征在于，所述電極為正面電極的主柵線(xiàn)和副柵線(xiàn)；所述電極為正面電極的副柵線(xiàn)。
10.一種通過(guò)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池發(fā)射極的制作方法制備的太陽(yáng)電池。
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK104465873SQ201410727318
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】張金龍, 王菊霞 申請(qǐng)人:蘇州貝多環(huán)保技術(shù)有限公司