專利名稱：太陽能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池的制備方法，特別是涉及一種采用離子注入摻雜制作太陽能電池的方法。
背景技術(shù)：
新能源是二十一世紀(jì)世界經(jīng)濟發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源。在新世紀(jì)中，各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。而光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護簡便等優(yōu)點。近幾年，國際光伏發(fā)電迅猛發(fā)展，太陽能晶片供不應(yīng)求，于是提高太陽能晶片的光電轉(zhuǎn)化效率和太陽能晶片的生產(chǎn)能力成為重要的課題。一般來說太陽能電池制備工藝主要經(jīng)過以下幾個過程，以硅基底為例1、硅片的表面處理硅片的表面準(zhǔn)備是制造硅太陽電池的第一步主要工藝，它包括硅片的化學(xué)清洗和表面腐蝕。當(dāng)把摻雜好的硅錠按要求切割成符合生產(chǎn)要求的硅片后， 首先要對其表面處理，因為切割后硅片表面可能有塵埃，金屬離子及其他無機物和油脂等有機物，在切割時還會產(chǎn)生一定的機械損傷層。經(jīng)過酸性腐蝕和堿性腐蝕可以去除掉這些污染和損傷，使硅片表面光亮。之后，將硅片放入1. 2% -1. 5%的氫氧化鈉溶液或其它酸性溶液中做金字塔絨面，使入射光在表面多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的效率。2、擴散制結(jié)制結(jié)過程是在一塊基體材料上生成導(dǎo)電類型不同的擴散層，它和制結(jié)前的表面處理均是電池制造過程中的關(guān)鍵工序。擴散是物質(zhì)分子或原子運動的一種現(xiàn)象。熱擴散制P-N結(jié)的方法是通過高溫使V族雜質(zhì)滲入P型硅或III族雜質(zhì)滲入N型硅。 硅太陽能電池最常用的V族雜質(zhì)為磷，III族雜質(zhì)為硼。對擴散的要求是獲得適合于太陽能電池P-N結(jié)需要的結(jié)深和擴散層方塊電阻。淺結(jié)死層小，電池短波效應(yīng)好，而淺結(jié)引起串聯(lián)電阻增加，只有提高柵電極的密度，才能有效提高電池的填充因子。這樣就增加了工藝難度。結(jié)深太深，死層比較明顯。如果擴散濃度太大，則引起重摻雜效應(yīng)，使電池的開路電壓和短路電流下降。在實際的電池制作中，考慮了多個方面的因素，因此太陽能電池的結(jié)深一般控制在0. 3 0. 5微米，方塊電阻平均為20 70歐姆。目前，硅太陽能電池所用的主要熱擴散方法是液態(tài)源擴散，這種工藝是通過氣體攜帶的方法將雜質(zhì)帶如擴散爐內(nèi)實現(xiàn)的。3、去邊在擴散過程中，在硅片的周邊表面也形成了擴散層，周邊擴散層可以使電池的上下電極形成短路環(huán)，必須將它除去。周邊上存在任何微小的局部短路都會使電池并聯(lián)電阻下降，對電池的影響是致命的。去邊的主要方法有腐蝕法、擠壓法和離子干法刻蝕等?，F(xiàn)在工業(yè)上最長使用的是等離子法，通入氮氣、氧氣和四氟化碳高壓下產(chǎn)生輝光，通過氧離子和氟離子交替對硅作用，去掉擴散層周邊的導(dǎo)同層。因為擴散中生成了 p、p2o5、sp2 和磷硅玻璃，現(xiàn)在用10%的HF溶液清洗2分鐘，達到出去雜質(zhì)玻璃的目的。4、制作減反射膜光照射到平面的硅片上，其中有一部分被反射，即使已經(jīng)絨面的硅表面，也約有11%的反射損失，在硅表面覆蓋一層減反射膜，可大大降低光的反射?，F(xiàn)在采用的噴涂法，它是利用高溫在硅表面生成二氧化酞膜；還有一種噴涂的方法，是用 PECVD (等離子體化學(xué)氣相沉淀)系統(tǒng)，它是由電腦控制，在真空、高壓射頻源條件下，使的氨氣和硅烷氣體電離，在硅表面形成氮化硅膜。5、電極制作電極就是與P-N結(jié)兩端形成緊密歐姆接觸的導(dǎo)電材料。這樣的材料應(yīng)該滿足與硅可形成牢固的接觸而且接觸電阻小、導(dǎo)電性優(yōu)良、遮擋面積小、收集效率高等要求。目前商品化電池生產(chǎn)中大量被采用的工藝是銀漿或銀/鋁漿印刷，而且該工藝已經(jīng)走向成熟，柵線的寬高比已經(jīng)大大減小，這與電池電極設(shè)計的原則——讓電池的輸出最大，即電池的串聯(lián)電阻盡可能小且電池的光照作用面積盡可能大是完全一致的。6、電極制作完畢，就到了下一個工序-燒結(jié)。燒結(jié)是太陽能單片電池的最后一道制作工序，此步中良好的溫度曲線是關(guān)鍵，燒結(jié)時間要把握好，首先要低溫讓漿液中的混融劑等物質(zhì)排除，加熱或燒結(jié)到鋁-硅共熔點以上燒結(jié)合金。經(jīng)過合金化以后，隨著降溫，液相中的硅將重新凝固起來，形成含有一定量鋁的再結(jié)晶層，它實際上是一個對硅摻雜的過程，它補償了背面N+層中的施主雜質(zhì)，得到以鋁摻雜的P型層，隨著合金溫度的上升，液相中的鋁的比例增多，在足夠的鋁量合金溫度下，背面甚至能形成與前方相同的電場，成為背電場，目前該工藝已被用于大批量的工業(yè)生產(chǎn)中，從而提高了開路電壓和短路電流，并減小了電極接觸電阻。背結(jié)能否燒穿與基本材料的電阻率、背面擴散層的摻雜濃度和厚度、背面厚度或印刷鋁層厚度、燒結(jié)的溫度以及時間和溫度等因素都有關(guān)系。溫度過高會把電池的兩極燒穿，嚴(yán)重損壞了電池，溫度不夠高不能保證電極的歐姆接觸良好性，所以必須要有一個合適的溫度去燒結(jié)。這樣單片的太陽能電池片就完成了，最后到測試，然后是焊接和封裝工藝。如上所述，現(xiàn)在常見的形成太陽能電池背面場的方法為使用鋁元素在P型基底晶片背面用熱擴散的方法摻雜，由于鋁在硅中固溶度的限制，采用該方法時P+型的摻雜濃度很難達到理論設(shè)計所需濃度，從而影響到太陽能電池對太陽光的吸收效率進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)制備太陽能電池時摻雜離子的濃度難以精確控制從而影響太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的缺陷，提供一種太陽能電池的制備方法。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種太陽能電池的制備方法，其包括以下步驟S1、清洗太陽能晶片；其特點在于，該太陽能電池的制備方法還包括以下步驟&、在以P型基底的太陽能晶片的背面通過離子注入的方式注入P型離子以形成 P+型摻雜層；&、在該以P型基底的太陽能晶片的正面形成N型摻雜層；、、在該以P型基底的太陽能晶片的正面形成SiNx氮化硅薄膜；&、在該以P型基底的太陽能晶片的正面和背面制作金屬電極并燒結(jié)退火以形成表面電極和背面電極，其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。
優(yōu)選地，步驟&中注入的P型離子能量為10_50keV，濃度為2E15_7E15/Cm3，形成的P+型摻雜層的方塊電阻為20-80 Ω/m2。優(yōu)選地，步驟&中通過離子注入或者擴散的方式形成N型摻雜層，其中N型離子的摻雜濃度為lE17-5E19/cm3。優(yōu)選地，步驟、中通過PECVD的方式形成氮化硅薄膜。優(yōu)選地，步驟&中通過絲網(wǎng)印刷法制作金屬電極，并且燒結(jié)溫度為850-1000°C，使得燒結(jié)和退火同時進行。本發(fā)明的積極進步效果在于1、通過離子注入的方式形成摻雜層，摻雜離子的濃度得到了精確的控制，由此得到了與理論計算相近的方塊電阻，提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。2、制作金屬電極使金屬電極元素和晶片中的硅共晶復(fù)合后，使電極和基底(例如硅)達到良好的接觸，達到減少該區(qū)域的電阻的目的；同時燒結(jié)的溫度可以使通過離子注入或擴散生長的方式形成的摻雜雜質(zhì)活化，達到退火的目的。3、通過該方法制作用于太陽能電池，不但可以同時適用于P型和N型的太陽能晶片，而且方法簡單，步驟較少，可以在提高太陽能電池的光伏效率的基礎(chǔ)上，減少了工藝中間環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。


圖1-4為本發(fā)明的制備太陽能電池的分解步驟示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。參考圖1-4，以P型基底的太陽能電池為例，介紹本發(fā)明所述的太陽能電池的制備方法。本發(fā)明所述太陽能電池的制備方法，其包括以下步驟參考圖1，步驟S1，清洗太陽能晶片；步驟&，在以P型基底1的太陽能晶片的背面通過離子注入的方式注入P型離子例如硼離子，以形成P+型摻雜層2，其中注入的P型離子能量為10-50keV，濃度為2E15-7E15/ cm3，形成的P+型摻雜層的方塊電阻為20-80 Ω/m2，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要選擇其他的數(shù)值；參考圖2，步驟S3,在該以P型基底1的太陽能晶片的正面形成N型摻雜層3，可以通過離子注入或者擴散的方式形成N型摻雜層，當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要 (不同厚度的基底的摻雜層厚度也不同)采用其他本領(lǐng)域公知的手段實現(xiàn)，并且其中N型離子的摻雜濃度為lE17-5E19/cm3，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要選擇其他合適的數(shù)值。參考圖3，步驟、，在該以P型基底1的太陽能晶片的正面形成氮化硅薄膜4，本實施例中是通過PECVD (等離子體化學(xué)氣相沉淀)的方式形成SiNx氮化硅薄膜的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要采用其他公知手段實現(xiàn)；參考圖4，步驟S5,在該以P型基底1的太陽能晶片的正面和背面制作金屬電極并燒結(jié)退火以形成表面電極5和背面電極6，本實施例中通過絲網(wǎng)印刷法制作金屬電極，通過將晶片在850-100(TC燒結(jié)幾秒到幾分鐘，使金屬電極元素和晶片中的硅共晶復(fù)合；同時燒結(jié)的溫度可以使通過離子注入或擴散生長的方式形成的摻雜雜質(zhì)活化，達到退火的目的。只需要在上述過程中，調(diào)換基底材料和離子注入或擴散生長方式摻雜的雜質(zhì)材料，則該方法同樣適用于N型太陽能晶片的制作。即所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。各種摻雜離子的濃度和溫度參數(shù)、絕緣介質(zhì)薄膜和氮化硅薄膜的厚度以及表面電極和背面電極的厚度參數(shù)等均為現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際需要自行調(diào)節(jié)。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池的制備方法，其包括以下步驟S1、清洗太陽能晶片；其特征在于，該太陽能電池的制備方法還包括以下步驟&、在以P型基底的太陽能晶片的背面通過離子注入的方式注入P型離子以形成P+型摻雜層；&、在該以P型基底的太陽能晶片的正面形成N型摻雜層；、、在該以P型基底的太陽能晶片的正面形成氮化硅薄膜；&、在該以P型基底的太陽能晶片的正面和背面制作金屬電極并燒結(jié)退火以形成表面電極和背面電極，其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟&中注入的P型離子能量為10-50keV，濃度為2E15-7E15/cm3，形成的P+型摻雜層的方塊電阻為20-80 Ω/m2。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟&中通過離子注入或者擴散的方式形成N型摻雜層，其中N型離子的摻雜濃度為lE17-5E19/cm3。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟、中通過PECVD的方式形成氮化硅薄膜。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟&中通過絲網(wǎng)印刷法制作金屬電極，并且燒結(jié)溫度為850-1000°C，使得燒結(jié)和退火同時進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能電池的制備方法，其包括以下步驟S1、清洗太陽能晶片；S2、在以P型基底的太陽能晶片的背面通過離子注入的方式注入P型離子以形成P+型摻雜層；S3、在該以P型基底的太陽能晶片的正面形成N型摻雜層；S4、在該以P型基底的太陽能晶片的正面形成氮化硅薄膜；S5、在該以P型基底的太陽能晶片的正面和背面制作金屬電極并燒結(jié)退火以形成表面電極和背面電極，其中，所述的P型替換為N型時，N型同時替換為P型。通過離子注入的方式形成摻雜層，摻雜離子的濃度得到了精確的控制，由此得到了與理論計算相近的方塊電阻，提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/18GK102339894SQ20101023455
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者陳炯 申請人:上海凱世通半導(dǎo)體有限公司