[發(fā)明專利]通過離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽能電池制作工藝的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210182173.0
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102683504A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張宇翔;宋賀倫;黃寓洋;張耀輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽能電池制作領(lǐng)域，具體涉及一種通過離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽能電池制作工藝的方法。

背景技術(shù)

太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。半導(dǎo)體材料具有一定的禁帶寬度，當(dāng)能量大于半導(dǎo)體材料禁帶寬度的一束光垂直入射到PN結(jié)表面，光子將在離表面一定深度的范圍內(nèi)被吸收，而入射光將在結(jié)區(qū)及結(jié)附近的空間激發(fā)電子空穴對，產(chǎn)生在空間電荷區(qū)的光生電子和空穴在結(jié)電場的作用下分離，形成自n區(qū)向p區(qū)的光生電流。同時，由光生載流子漂移并堆積形成一個與光生電流反向的正向結(jié)電流。當(dāng)光生電流和正向結(jié)電流達(dá)到穩(wěn)定態(tài)的時候，pn結(jié)兩端建立起穩(wěn)定的電勢差，即光生電壓。通過連接外部電路，可以向外輸出功率。

一個典型的P型硅太陽能電池采用的是n+?p的結(jié)構(gòu)。表面n+區(qū)的高摻雜可獲得高注入比，稱其為發(fā)射區(qū)。輕摻雜的p區(qū)則為基區(qū)。從電學(xué)性能上考慮，越高的n區(qū)摻雜濃度，帶來越高的開路電壓，從而可以提高太陽電池的效率。

量子效率一般用來表征光電流和入射光的關(guān)系，反映的是對短路電流有貢獻(xiàn)的光生載流子密度與入射光子密度之比。短波長的光子主要在電池表面區(qū)被吸收，產(chǎn)生在靠近表面一層的光生載流子必須擴(kuò)散到勢壘區(qū)，因?yàn)楣馍d流子必須在勢壘區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)電荷的分離，這是光伏電壓產(chǎn)生的必要條件。如果發(fā)射區(qū)厚度過寬，大于電子的擴(kuò)散長度，產(chǎn)生在發(fā)射區(qū)的光生載流子擴(kuò)散不到勢壘區(qū)，對光生電流無貢獻(xiàn)，勢必降低量子效率。因此電池設(shè)計要求發(fā)射區(qū)厚度盡可能薄。

綜合以上兩點(diǎn)，n型發(fā)射區(qū)的設(shè)計應(yīng)是薄的和高摻雜的。傳統(tǒng)的P型太陽能電池一般采用擴(kuò)散磷的辦法制作n型發(fā)射區(qū)，這種方法，受到溫度等工藝條件的影響，發(fā)射區(qū)不可能做到很淺。部分人選擇用離子注入磷的辦法來解決這個問題，控制發(fā)射區(qū)濃度和深度精確，而且處理過程為低溫。但這樣也會帶來其他問題，一方面高濃度的磷注入在硅表面會產(chǎn)生大量缺陷，增加表面態(tài)密度，從而增加了表面復(fù)合速率，降低了少子壽命和電池效率。另一方面注入的結(jié)深和濃度需要同時滿足電池表面的金屬和硅片的歐姆接觸，業(yè)界非常成熟的絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)工藝條件沒法直接運(yùn)用，需要另行摸索工藝條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供了一種通過離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽能電池制作工藝的方法，可提高開路電壓和電池效率，并且可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種通過離子注入砷改進(jìn)晶體硅太陽能電池制作工藝的方法，其特征在于，所述具體制作步驟包括：

對P型單晶或多晶硅片進(jìn)行去損傷層和表面制絨；

在硅片的正面指定區(qū)域進(jìn)行圖形化的擴(kuò)散制結(jié)；

去除硅片邊緣處PN結(jié)，并去除磷硅玻璃；

在硅片絨面一側(cè)離子注入砷，然后對硅片進(jìn)行快速熱退火；

硅片的絨面?zhèn)扔玫入x子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD）沉積氮化硅；

絲網(wǎng)印刷硅片正面的電極漿料以及硅片背面的背場漿料；

共燒結(jié)形成歐姆接觸。

對于上述技術(shù)方案，發(fā)明人還有進(jìn)一步的詳細(xì)優(yōu)化實(shí)施措施。

進(jìn)一步，在硅片絨面一側(cè)離子注入砷，能量為1keV-1MkeV，劑量大于1e14。

進(jìn)一步，在硅片絨面一側(cè)離子注入砷后對硅片進(jìn)行快速熱退火的處理過程為，在900度-1200度的溫度范圍內(nèi)處理5s-30min。

在硅片的正面指定區(qū)域進(jìn)行圖形化的擴(kuò)散制結(jié)，其中指定區(qū)域?yàn)橹蠼饘倥c硅片形成歐姆接觸的區(qū)域，其處理流程包括：

在硅片正面采用熱氧化或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD）或者低壓化學(xué)氣相沉積法（LPCVD）沉積氧化硅或者氮化硅；

在硅片正面印刷刻蝕性漿料或激光刻蝕選擇性去除指定區(qū)域的氧化硅；

在硅片正面單面擴(kuò)散三氯氧磷（POCl3），在指定區(qū)域形成正面n+擴(kuò)散層，擴(kuò)散溫度可選為840度-860度，時間為20min-30min；

去除掩膜的氧化硅或氮化硅。

相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：