[發(fā)明專利]一種在鋁硅熔池中液相外延制備n型晶體硅太陽電池發(fā)射極的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410579880.2
• 申請(qǐng)日: 2014-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN104332529B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周浪;張范;肖志剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18;H01L31/0224
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光伏技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備n型晶體硅太陽電池的方法，特別是制備其發(fā)射極的方法。

背景技術(shù)

n型晶體硅太陽電池指以n型硅片為襯底，在其一面制作p型層形成pn結(jié)而制得的太陽電池。該p型層一般被稱為發(fā)射極。相比于p型硅太陽電池，n型硅太陽電池有弱光響應(yīng)強(qiáng)、溫升衰減小、無光致衰減（LID）、無電勢(shì)誘導(dǎo)衰減（PID）和對(duì)材料純度要求相對(duì)較低的顯著優(yōu)點(diǎn)，但因其發(fā)射極（p型層）制備相對(duì)于p型硅電池的發(fā)射極（n型層）制備更為困難，成本更高，因此多年來光伏產(chǎn)業(yè)以p型硅太陽電池為主流，未能發(fā)揮n型硅太陽電池的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種低成本制備n型晶體硅太陽電池發(fā)射極的方法，其設(shè)備和工藝成本將低于現(xiàn)行p型太陽電池發(fā)射極制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案：一種在鋁硅熔池中向n型硅片表面液相外延生長(zhǎng)p型硅晶體層的方法。其原理在于，鋁在硅晶體中呈＋3價(jià)，是一種良好的p型摻雜組元。鋁硅合金熔點(diǎn)可低至577℃，比硅的熔點(diǎn)（1420℃）低得多，將n型硅片置入鋁硅合金熔體，并使之緩慢降溫至其平衡液相線溫度以下，熔體中的硅將在硅片底面凝結(jié)生長(zhǎng)，即發(fā)生外延生長(zhǎng)。生長(zhǎng)中將會(huì)有微量鋁進(jìn)入外延硅晶體，其濃度由所在溫度下的熱力學(xué)平衡決定，處在適合于太陽電池p型摻雜濃度范圍。因此外延生長(zhǎng)的結(jié)果將在n型硅襯底表面自然形成p型摻雜硅晶體層，成為n型硅太陽電池的發(fā)射極。硼是一種更為有效的p型摻雜劑，在鋁硅合金熔體中加入微量硼，則可實(shí)現(xiàn)鋁、硼共摻雜p型硅晶體層的外延生長(zhǎng)。

當(dāng)前p型太陽電池以鋁漿印刷燒結(jié)鋁背場(chǎng)的制備也是基于同樣的原理。但本方法與之有以下差異和優(yōu)勢(shì)：

1）使用鋁錠而不需使用鋁漿，成本要低得多；

2） 以鋁硅合金熔池代替鋁漿印刷、燒結(jié)設(shè)備，可進(jìn)一步降低成本；

3） 外延生長(zhǎng)保持在過量的鋁硅合金熔體中，不依賴于局部鋁硅合金的形成和熔融，更易于獲得連續(xù)均勻外延層。

本方法適宜的鋁硅熔體成份范圍為：含硅 12～40％wt (1%wt = 重量百分之一)，含硼0～5 ppmw (1 ppmw = 重量百萬分之一)，其余為鋁以及不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)總濃度低于10 ppmw；適宜的熔體溫度范圍為：570～940℃,具體與熔體硅含量相關(guān)。根據(jù)外延層結(jié)晶均勻性并結(jié)合工藝成本因素，優(yōu)選的范圍為：熔體含硅14～18％wt，含硼0.2～2 ppmw；熔體溫度590～640℃，具體與熔體硅含量相關(guān)。

本發(fā)明可在n型單晶硅片表面外延生長(zhǎng)形成連續(xù)均勻的p型晶體硅層，其厚度可在0.5～20 μm范圍調(diào)節(jié)；其電阻率可在0.5～10 Ω·cm范圍調(diào)節(jié)。這種外延層可作為n型硅片電池的發(fā)射極,滿足較寬范圍的各種發(fā)射極參數(shù)設(shè)計(jì)需要。表1列出采用本發(fā)明方法所得外延層厚度和電阻率數(shù)據(jù)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。所采用的鋁料均為純度高于99.99％wt的鋁錠；硅料均為純度高于99.9999％wt的多晶硅塊；鋁硼合金料為含硼2.3％wt的預(yù)制中間合金，按各實(shí)施例所需熔體成份配料后置入剛玉坩堝，坩堝處于高純氬氣保護(hù)下，置于電阻爐內(nèi)加熱進(jìn)行各實(shí)施例實(shí)驗(yàn)。

實(shí)施例1：

配制含硅12％wt的鋁-硅混合原料，在660℃熔融后保溫3小時(shí)后降溫至580℃后保溫1小時(shí)，然后將0.2 mm厚的n型硅片樣品置入熔體，隨即開始以每分鐘0.3℃的速率降低熔體溫度，降低至570℃時(shí)將樣片取出，以30％濃度鹽酸清洗除去樣片表面粘附鋁層，然后以光學(xué)顯微鏡觀察其斷面，測(cè)量硅外延層厚度，并以四探針測(cè)量?jī)x測(cè)定其電阻率。結(jié)果列如表1。

實(shí)施例2：

配制含硅14％wt的鋁-硅混合原料，在690℃熔融后保溫3小時(shí)后降溫至610℃后保溫1小時(shí)，然后將0.2 mm厚的n型硅片樣品置入熔體，隨即開始以每分鐘0.3℃的速率降低熔體溫度，降低至600℃時(shí)將樣片取出，以30％濃度鹽酸清洗除去樣片表面粘附鋁層，然后以光學(xué)顯微鏡觀察其斷面，測(cè)量硅外延層厚度，并以四探針測(cè)量?jī)x測(cè)定其電阻率。結(jié)果列如表1。

實(shí)施例3：

配制含硅16％wt的鋁-硅混合原料，在730℃熔融后保溫3小時(shí)后降溫至650℃后保溫1小時(shí)，然后將0.2 mm厚的n型硅片樣品置入熔體，隨即開始以每分鐘0.3℃的速率降低熔體溫度，降低至640℃時(shí)將樣片取出，以30％濃度鹽酸清洗除去樣片表面粘附鋁層，然后以光學(xué)顯微鏡觀察其斷面，測(cè)量硅外延層厚度，并以四探針測(cè)量?jī)x測(cè)定其電阻率。結(jié)果列如表1。