[發(fā)明專利]激光對多晶硅材料表層的再結(jié)晶方法及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611131236.4
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106784140A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋立輝
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L21/268;H01L31/068
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光對多晶硅材料表層的再結(jié)晶方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

低價格高效率的太陽能電池是未來太陽能發(fā)電的發(fā)展方向，但是利用低價格材料例如多晶硅材料制造的太陽能電池往往有很多的晶體缺陷和雜質(zhì)，極大降低了電池的效率。在傳統(tǒng)的多晶硅太陽能電池中，在電池發(fā)射層和pn結(jié)中的晶體缺陷導(dǎo)致大量少數(shù)載流子的復(fù)合，致使電池效率大幅降低。傳統(tǒng)的多晶硅電池采用氫氣鈍化的方法來鈍化其發(fā)射層和pn結(jié)中的晶體缺陷，減少其復(fù)合速率，但是氫氣鈍化的穩(wěn)定性不高，隨著電池運行時間的增加，氫氣鈍化效果逐步降低，導(dǎo)致多晶硅電池發(fā)射層和pn結(jié)復(fù)合速率的逐漸上升，電池效率的逐漸下降。也有部分傳統(tǒng)的多晶硅太陽能電池采用較高濃度(大約在10²⁰cm^-3)的磷摻雜來減少其發(fā)射層和pn結(jié)的復(fù)合速率，但是效果并不是十分理想。

因為傳統(tǒng)多晶硅電池以上的缺點，本申請人發(fā)現(xiàn)激光對多晶硅材料表層的再結(jié)晶方法。激光對多晶硅材料表層的再結(jié)晶方法可以克服傳統(tǒng)多晶硅電池的發(fā)射層和pn結(jié)中有大量晶體缺陷的缺點，形成更高質(zhì)量的電池發(fā)射層和pn結(jié)。激光對多晶硅材料表層的再結(jié)晶方法可以融化多晶硅材料的上表面，并通過控制光照強度調(diào)節(jié)加熱硅材料的溫度，并通過控制激光的移動速度調(diào)節(jié)硅材料的冷卻速度，從而實現(xiàn)對硅材料再結(jié)晶過程的精準(zhǔn)控制。激光對多晶硅材料表層的再結(jié)晶方法可以融化硅材料表層的晶體缺陷并再結(jié)晶形成無晶體缺陷的類單晶硅材料表層，從而減少硅電池發(fā)射層和pn結(jié)的晶體缺陷數(shù)量，降低少數(shù)載流子在硅電池發(fā)射層和pn結(jié)的復(fù)合速率，最終提高多晶硅電池的效率。激光對多晶硅材料表層的再結(jié)晶方法還有一個優(yōu)點就是可以應(yīng)用在硅材料上表面的任何位置，從而實現(xiàn)局部化的再結(jié)晶，為新型太陽能電池的設(shè)計和制作提供了方法。

激光可以通過控制光強強度來調(diào)節(jié)硅材料融化過程中達到的最高溫度，從而控制再結(jié)晶硅材料層的厚度，使再結(jié)晶的硅材料層的厚度大于硅電池pn結(jié)的深度。激光還可以通過調(diào)節(jié)移動速度，控制融化的硅材料的再結(jié)晶速度，從而控制再結(jié)晶的硅材料的質(zhì)量。通過激光強度和移動速度的調(diào)節(jié)，我們可以制成高質(zhì)量的再結(jié)晶硅材料層，大幅提高多晶硅電池的效率。本發(fā)明還采用連續(xù)激光再結(jié)晶硅材料表層，選用連續(xù)激光的好處在于以下幾點：1.連續(xù)激光可以持續(xù)加熱硅材料表層到很多溫度，更容易控制加熱溫度；2.持續(xù)激光可以分隔開加熱過程和冷卻過程，更容易控制融化的硅材料的再結(jié)晶過程，有利于形成更高質(zhì)量的再結(jié)晶硅表面層；3.連續(xù)激光可以減少激光誘發(fā)缺陷的數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是提供一種有效去除多晶硅電池發(fā)射層和pn結(jié)中的晶體缺陷的方法，從而降低發(fā)射層和pn結(jié)的復(fù)合，提高多晶硅電池效率。

該方法具體是：

步驟(1)、多晶硅材料的預(yù)處理

將多晶硅材料用RCA試劑和體積分?jǐn)?shù)為5％HF(氟化氫)溶液清理，去除多晶硅材料表面的雜質(zhì)和氧化層；

所述的多晶硅材料為帶有晶體缺陷(這里的晶體缺陷指代的是位錯和晶界)和金屬雜質(zhì)(包括鐵，銅等雜質(zhì))的太陽能電池級別硅材料；

所述的RCA試劑包括RCA1溶液和RCA2溶液，其中RCA1溶液由氨水、雙氧水與水按照體積比1:1:5構(gòu)成，RCA2溶液由鹽酸、雙氧水與水按照體積比1:1:5構(gòu)成；

步驟(2)、利用激光掃描步驟(1)制備的硅材料的上表面；由于激光的加熱效應(yīng)，多晶硅材料的上表面會融化，然后在隨后的冷卻過程中再結(jié)晶。通過控制激光的移動速度，相應(yīng)控制多晶硅材料的再結(jié)晶速度，從而生成一層晶向均一、無明顯晶體缺陷的“類單晶”表層。

所述的激光光源的強度控制在50W/mm²～83.3W/mm²，模式為連續(xù)模式，波長控制在560nm～850nm，速度控制在1m/s～6m/s。

所述的激光光源必須為線型激光。

步驟(3)、將步驟(2)處理后的硅材料制作成硅材料上表面帶有再結(jié)晶層的硅電池：