太陽能電池制備方法及太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種太陽能電池制備方法及太陽能電池。該太陽能電池制備方法包括擴散工藝，所述擴散工藝包括：S1.對預處理后的硅片進行第一次磷擴散，在其上形成N型區(qū)以及太陽能電池的PN結(jié)結(jié)構(gòu)；S2.對經(jīng)第一次擴散后的硅片進行第二次磷擴散，增加所述N型區(qū)表層的磷濃度。所述擴散工藝之后還包括：在680-720℃溫度下，進行1680-1800秒的熱處理工藝。本發(fā)明至少解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于物理冶金法提純得到的多晶硅原始片電阻率較低，而與PN結(jié)擴散條件不匹配，造成的開路電壓、短路電流和轉(zhuǎn)換效率低的技術(shù)問題；同時也較好的解決了電池表面濃度與金屬-半導體接觸的匹配問題，即提升了歐姆接觸的整體性能，降低了電池串聯(lián)電阻。
【專利說明】太陽能電池制備方法及太陽能電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及光伏設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種太陽能電池制備方法及太陽能電 池。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能是一種清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當中，大陽 能光伏利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域。為此，人們研制和開發(fā)了太陽能電 池。
[0003] 多晶硅片是形成晶體硅太陽能電池的主要載體，多晶硅片一般是由原料硅經(jīng)過多 步提純后制片形成。多晶硅片經(jīng)過去油工藝--去除損傷層--制絨--擴散工藝--周 邊刻蝕--去除氧化層--制氮化硅膜--絲網(wǎng)印刷背、正電極--燒結(jié)--測試分選等 制得太陽能電池。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，提純多晶硅的技術(shù)主要有化學法和物理冶金法。隨著光伏技術(shù)的不 斷更新發(fā)展，降低成本、提高效率及減少環(huán)境污染等需求日益突出，研發(fā)低成本、高產(chǎn)能及 環(huán)保效益高的多晶硅提純技術(shù)成為重點。化學法提純多晶硅技術(shù)中，需要把多晶硅提純到 8N-10N以上的純度，再根據(jù)使用需要，對高純多晶硅熔融摻雜高純硼，這無疑增大了成本。 而物理冶金多晶硅提純技術(shù)，是用類似于金屬的冶煉方法提純多晶硅，此技術(shù)不需化學反 應(yīng)，特點是產(chǎn)能大、成本低。
[0005] 近些年，很多相關(guān)技術(shù)廠商以及研發(fā)機構(gòu)都致力于研發(fā)物理冶金多晶硅提純技 術(shù)，使得此項技術(shù)得到了進一步改善。例如，目前使用物理冶金提純技術(shù)提純的多晶硅，純 度已達到6. ON-6. 5N級，已有企業(yè)開始小規(guī)模生產(chǎn)。而基于物理冶金法的多晶硅太陽能電 池也將隨著材料質(zhì)量不斷提高，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿蜆O具競爭力的市場前景。然而，現(xiàn)有 技術(shù)中，在制備基于物理冶金法的多晶硅太陽能電池工藝中，仍存在很多有待改進之處。例 如：
[0006] (1)在物理冶金法提純多晶硅技術(shù)中，主要目的之一是把材料中的基硼降低到所 需的純度。但因為去除基硼的技術(shù)難度較大，所以導致物理冶金法提純得到的多晶硅中硼 含量略高，因此電阻率低于化學法提純得到的多晶硅。例如，一般國內(nèi)通過物理冶金法提 純得到的多晶硅材料的電阻率為〇. 8-1. 5Ω · cm，明顯低于化學法提純得到的多晶硅材料 1. 8-2. 4Ω · cm的電阻率。
[0007] 這樣，如果將現(xiàn)有技術(shù)中基于化學法的多晶硅太陽能電池的擴散工藝應(yīng)用于制作 基于物理冶金法的多晶硅太陽能電池的工藝中，則會出現(xiàn)摻雜濃度與多晶硅原始片的電阻 率明顯不匹配的問題，由此導致PN結(jié)特性較差，太陽能電池的開路電壓和短路電流都較 低。
[0008] (2)為了解決太陽能電池高濃度擴散引起的電池表面"死層"效應(yīng)，近幾年，在制作 太陽能電池的擴散工藝中，不斷的降低表面薄層的擴散濃度；這樣則造成擴散層的薄層電 阻（方塊電阻）不斷增大。例如，2010年擴散層方塊電阻多為55 Ω/□，目前擴散層方塊電 阻已增加到95-100 Ω / □。隨著擴散層電阻的不斷增大，直接造成硅與銀電極歐姆接觸的 整體性能變差；而此歐姆接觸可能會有較大成分的整流接觸，因此會引起太陽能電池的轉(zhuǎn) 換效率下降。
[0009] (3)為提高物理冶金法提純得到的多晶硅原始片的少子壽命，制作太陽能電池前 會對硅片進行約950°C的高溫磷吸雜處理，但是這樣會在晶體硅體內(nèi)產(chǎn)生大量的位錯；在 830°C的較高溫度擴散，也會導致新的缺陷。這些都會嚴重影響到基于物理冶金法的多晶硅 太陽能電池的整體性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的部分或者全部問題，本公開提供一種太陽能電池制備方法用于 提升制備的太陽能電池的性能；進一步的，本公開還提供了一種通過該太陽能電池制備方 法制備的太陽能電池。
[0011] 本公開的其他特性和優(yōu)點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本公開 的實踐而習得。
[0012] 根據(jù)本公開的一個方面，一種太陽能電池制備方法，包括擴散工藝；所述擴散工藝 包括：
[0013] S1.對預處理后的硅片進行第一次磷擴散，在其上形成N型區(qū)以及太陽能電池的 PN結(jié)結(jié)構(gòu)；
[0014] S2.對經(jīng)第一次擴散后的硅片進行第二次磷擴散，增加所述N型區(qū)表層的磷濃度。
[0015] 在本公開的一個實施例中，所述第一次磷擴散包括：
[0016] S1L在750-850°C溫度下，進行580-620秒的恒定源磷擴散；
[0017] S12.將所述步驟S11中溫度升高20-30°C后，進行580-620秒的限定源磷擴散。
[0018] 在本公開的一個實施例中，所述步驟S11中恒定源磷擴散在以下氣氛中進行：
[0019] 小氮流量：1180_1250ml/min ;
[0020] 大氮流量：25000-27000ml/min ;
[0021] 氧氣流量：950-1050ml/min。
[0022] 在本公開的一個實施例中，所述步驟S12中限定源磷擴散在以下氣氛中進行：
[0023] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0024] 在本公開的一個實施例中，所述第二次磷擴散包括：
[0025] S2L在820-830°C溫度下，進行700-760秒的恒定源磷擴散。
[0026] 在本公開的一個實施例中，所述步驟S21中恒定源磷擴散在以下氣氛中進行：
[0027] 小氮流量：1220-1250ml/min
[0028] 大氮流量：25000-27000ml/min
[0029] 氧氣流量：1000-1050ml/min。
[0030] 在本公開的一個實施例中，所述步驟S21之后還包括：
[0031] S22 :進行280-300秒的降溫處理；所述降溫處理在以下氣氛中進行：
[0032] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0033] 在本公開的一個實施例中，所述擴散工藝之后還包括：
[0034] 在680-720°C溫度下，進行1680-1800秒的熱處理工藝。
[0035] 在本公開的一個實施例中，所述熱處理工藝在以下氣氛中進行：
[0036] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0037] 根據(jù)本公開的另一個方面，一種通過根據(jù)上述任意一種太陽能電池制備方法制備 的太陽能電池。
[0038] 本公開的示例實施方式所提供的太陽能電池制備方法及太陽能電池，首先通過將 現(xiàn)有技術(shù)中的基于物理冶金法的多晶硅太陽電池的制備方法中單純的擴散工藝改成分第 一次擴散和第二次擴散兩次擴散，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于物理冶金法提純得到的多晶硅原 始片電阻率較低，而與PN結(jié)擴散條件不匹配，造成的開路電壓、短路電流和轉(zhuǎn)換效率低的 技術(shù)問題；同時也較好的解決了電池表面濃度與金屬-半導體接觸的匹配問題，即提升了 歐姆接觸的整體性能，降低了電池串聯(lián)電阻，為基于物理冶金法的多晶硅太陽電池的推廣 提供了有力的技術(shù)支持。此外，通過將擴散工藝與后續(xù)的熱處理工藝相結(jié)合，在擴散工藝結(jié) 束后，直接降溫對電池進行熱處理，解決了因高溫磷吸雜和擴散引起太陽能電池體內(nèi)微結(jié) 構(gòu)變差的問題，在一定程度上消除太陽能電池體內(nèi)的部分缺陷，改善了太陽能電池的晶體 結(jié)構(gòu)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039] 通過參照附圖詳細描述其示例實施方式，本公開的上述和其它特征及優(yōu)點將變得 更加明顯。
[0040] 圖1是本公開示例實施方式中一種太陽能電池制備方法的流程示意圖；
[0041] 圖2A-2B是本公開示例實施方式中一種太陽能電池制備方法的工藝過程示意圖。
[0042] 附圖標記說明：
[0043] 10 :P 型硅片
[0044] 20 :PN 結(jié)結(jié)構(gòu)
[0045] 31 :N 型區(qū)
[0046] 32 :N+ 層
[0047] 40 :銀電極
[0048] S1-S3 :步驟

【具體實施方式】
[0049] 現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形 式實施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本公開將 全面和完整，并將示例實施方式的構(gòu)思全面地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖中相同的附 圖標記表示相同或類似的結(jié)構(gòu)，因而將省略它們的詳細描述。
[0050] 此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個或更多實施 例中。在下面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本公開的實施例的充分理解。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以實踐本公開的技術(shù)方案而沒有所述特定細節(jié)中的一個或更 多，或者可以采用其它的方法、材料、組元等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結(jié)構(gòu)或 者操作以避免模糊本公開的各方面。
[0051] 本示例實施方式中首先提供了一種太陽能電池制備方法。該太陽能電池制備方法 中，首先將現(xiàn)有技術(shù)中一次擴散工藝改成兩次擴散工藝的組合，從而更加適用于基于物理 冶金法的多晶硅太陽電池的制備。具體而言，如圖1中所示，本示例實施方式中，所述擴散 工藝包括：
[0052] S1.如圖2A中所示，對預處理后的硅片進行第一次磷擴散，在其上形成N型區(qū)31 以及太陽能電池的PN結(jié)結(jié)構(gòu)20 ;本示例實施方式中，所述硅片優(yōu)選為基于物理冶金法的多 晶硅。第一次擴散工藝的主要目的是形成基于物理冶金法的多晶硅太陽電池的PN結(jié)。例 如該步驟可以包括：
[0053] S11.對經(jīng)過低溫退火、氧化處理等預處理工藝的P型硅片10在擴散爐中首先進行 恒定源擴散，恒定源磷擴散優(yōu)選在750-850°C溫度下進行，持續(xù)時間約為580秒至620秒。 并且，經(jīng)過發(fā)明人的多次實踐驗證，發(fā)現(xiàn)恒定源磷擴散在800°C溫度下進行，且持續(xù)時間為 600秒時，整體效果最佳。
[0054] S12.接著在所述步驟S11停源后，升高溫度，進行限定源擴散。例如，將所述步驟 S11中溫度升高20-30°C后，進行580秒至620秒的限定源磷擴散，形成N型區(qū)31以及太陽 能電池的PN結(jié)結(jié)構(gòu)20。并且，經(jīng)過發(fā)明人的多次實踐驗證，發(fā)現(xiàn)限定源磷擴散持續(xù)時間為 600秒時，整體效果最佳。
[0055] 為了解決太陽能電池高濃度擴散引起的電池表面"死層"效應(yīng)，步驟S1中的擴散 濃度通常較低；這樣則造成擴散層的薄層電阻（方塊電阻）不斷增大；而隨著擴散層電阻 的不斷增大，則會造成硅與銀電極40歐姆接觸的整體性能變差。因此在本示例實施方式 中，在所述步驟S1之后還包括：
[0056] S2.如圖2B中所示，對經(jīng)第一次擴散后的硅片進行第二次磷擴散，增加所述N型 區(qū)31表層的磷濃度，從而可以使得使電池表面與銀電極40形成良好金屬-半導體的歐姆 接觸，降低太陽能電池的串聯(lián)電阻，進而提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。具體而言，第二次磷 擴散的溫度優(yōu)選高于第一次磷擴散，而且優(yōu)選加大磷源流量，如此就可以提高太陽能電池 N 型區(qū)31 (發(fā)射區(qū)）表層的磷濃度，使N型區(qū)31最上面薄層形成擴散濃度相對較高重摻雜N+ 層32且不影響PN結(jié)結(jié)構(gòu)20實際的磷擴散濃度，從而部分彌補太陽能電池表面磷濃度低的 劣勢，在一定程度改善太陽能電池表面的歐姆接觸性能。例如該步驟可以包括：
[0057] S21.對經(jīng)過步驟S1之后得到的硅片進行恒定源擴散。該恒定源磷擴散優(yōu)選在 820-830°C溫度下進行，持續(xù)時間約為700秒至760秒。在步驟S2中，之所以進行短時間的 限定源擴散，是為了防止該步驟中擴散的磷過多深入步驟S1中形成的N型區(qū)31表層之下， 而大幅度改變步驟S1中磷擴散的濃度。
[0058] 由上可知，步驟S1和步驟S2中磷擴散的濃度、溫度均不同，從而既可以避免引起 太陽能電池表面"死層"效應(yīng)，滿足擴散制結(jié)的要求，又可以降低表面擴散電阻，使得使太陽 能電池表面與銀電極40形成良好金屬-半導體的歐姆接觸。
[0059] 為改善高溫磷吸雜、擴散帶來的太陽能電池體內(nèi)的新缺陷，解決其造成的太陽能 電池微結(jié)構(gòu)變差的問題，本示例實施方式中還在擴散工藝之后增加了一定時間的熱處理工 藝，從而在一定程度上修復由于高溫磷吸雜、擴散造成太陽能電池微結(jié)構(gòu)變差的問題，同時 也可以降低因高溫引起電池片翹曲和隱裂的幾率。具體而言，在擴散工藝之后的熱處理工 藝可以包括：
[0060] S3.在680-720°C溫度下，進行1680-1800秒的熱處理工藝。并且，經(jīng)過發(fā)明人的 多次實踐驗證，發(fā)現(xiàn)該熱處理工藝持續(xù)時間為1800秒時，整體效果最佳。
[0061] 此外，太陽能電池的光衰減與太陽能電池體內(nèi)氧濃度有密切的關(guān)系，氧濃度高會 造成太陽能電池的光衰減增大，所以要盡量降低太陽能電池的體內(nèi)的氧含量；而在整個太 陽能電池制作過程中，擴散工藝通氧最多。因此，本示例實施方式中，為了降低太陽能電池 的光衰減，需要特別注意在擴散工藝中保證擴散質(zhì)量的前提下，降低氧氣流量；而且，在熱 處理工藝過程則優(yōu)選不通氧氣，只通一定量的氮氣。
[0062] 舉例而言，本示例實施方式中，各步驟中的工藝條件參數(shù)可以如下：
[0063] 所述步驟S11 (恒定源磷擴散）中工藝條件參數(shù)可以為：
[0064] 磷源：高純液態(tài)三氯氧磷（PC103);
[0065] 時間：600 秒；
[0066] 溫度：800°C ;
[0067] 小氮（攜帶液態(tài)磷源）流量：1180-1250ml/min (可根據(jù)硅片的電阻率調(diào)整）；
[0068] 大氮流量：25000-27000ml/min (可根據(jù)源瓶的磷源量微調(diào)）；
[0069] 氧氣流量：950-1050ml/min(可根據(jù)通磷源量微調(diào)）。
[0070] 所述步驟S12(限定源磷擴散）中工藝條件參數(shù)可以為：
[0071] 時間：600 秒；
[0072] 石英管內(nèi)各溫區(qū)的溫度：爐口 842-846°C、溫區(qū)二829-832°C、溫區(qū)三820-824°C、 溫區(qū)四 820-822°C、爐尾 822-830°C ;
[0073] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0074] 所述步驟S21 (恒定源磷擴散）中工藝條件參數(shù)可以為：
[0075] 時間：700-760 秒；
[0076] 石英管內(nèi)各溫區(qū)的溫度：爐口 842-846°C，溫區(qū)二829-832°C，溫區(qū)三820-824°C， 溫區(qū)四820-822°C，爐尾822-830°C (不同擴散爐管可微調(diào)）；
[0077] 小氮（攜帶液態(tài)磷源）流量：1220_1250ml/min ;
[0078] 大氮流量：25000-27000ml/min ;
[0079] 氧氣流量：1000-1050ml/min。
[0080] 在本公開的一個實施例中，所述步驟S21之后還可以包括：
[0081] S22 :進行280-300秒的降溫處理；所述步驟S12中工藝條件參數(shù)可以為：
[0082] 各溫區(qū)的溫度：爐口 832-836°C、溫區(qū)二819-822°C、溫區(qū)三810-814°C、溫區(qū)四 810-812°C、爐尾 812-820°C ;
[0083] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0084] 在擴散工藝之后的所述熱處理工藝的工藝條件參數(shù)可以為：
[0085] 溫度：680-700 ? ;
[0086] 大氮流量：20000-22000ml/min。
[0087] 最后，分別用RTS-4型四探針測試儀和WT-1200型少子壽命測試儀測試對得到的 太陽能電池進行測試，得到的測試結(jié)果如下：
[0088] 擴散后平均薄層電阻：78-85 Ω /□;
[0089] 平均少子壽命：4· 886-5. 310 μ s。
[0090] 將本不例實施方式中的太陽能電池制備方法應(yīng)用于規(guī)格為156*156mm的基于物 理冶金法的多晶硅太陽電池的小規(guī)模生產(chǎn)中，得到的產(chǎn)品測試結(jié)果表明：太陽能電池的開 路電壓（Uoc)平均提高3-7mV，短路電流（Isc)平均提高100-200mA，串聯(lián)電阻（Rs)平均降 低0· 6πιΩ，轉(zhuǎn)換效率平均值（η)從17. 01%提高至17. 40%以上，光衰減可降低到0· 1% (標準光衰條件，連續(xù)光照72小時）。
[0091] 可以看出，通過本示例實施方式中的太陽能電池制備方法制備的太陽能電池的性 能明顯得到改善。因此，本示例實施方式中還提供了一種通過根據(jù)上述任意一種太陽能電 池制備方法制備的太陽能電池。
[0092] 綜上所述，本發(fā)明中的太陽能電池制備方法及通過該方法制備的太陽能電池中主 要將現(xiàn)有技術(shù)中的基于物理冶金法的多晶硅太陽電池的制備方法中單純的擴散工藝改成 分第一次擴散和第二次擴散兩次擴散，又與后續(xù)的熱處理工藝相結(jié)合。采用本發(fā)明中方法 制作的基于物理冶金法的多晶硅太陽電池的性能明顯得到改善。例如：
[0093] 1)太陽能電池的開路電壓（平均值）從現(xiàn)有的0· 625-0. 630V提高到 0· 630-0. 633V，短路電流（平均值）從原來的8. 18-8. 30Α提高到8. 35-8. 44Α。
[0094] 2)具有良好的歐姆接觸擴散：燒結(jié)后太陽能電池的平均串聯(lián)電阻從原來的 3. 0-3. 3m Ω 降低到 2. 4-2. 7m Ω。
[0095] 3)降低了太陽能電池的光衰減：整個擴散過程的氧氣量，通氧量都較低；因此太 陽能電池體內(nèi)的氧濃度較低，所以電池片的光衰減可降到0. 1%。
[0096] 4)通過最后的低溫熱處理工藝，改善了由于高溫等原因引起的太陽能電池晶體結(jié) 構(gòu)變差的情況。
[0097] 本公開已由上述相關(guān)實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本公開的范例。 必需指出的是，已揭露的實施例并未限制本公開的范圍。相反地，在不脫離本公開的精神和 范圍內(nèi)所作的更動與潤飾，均屬本公開的專利保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能電池制備方法，包括擴散工藝；其特征在于，所述擴散 工藝包括：
51. 對預處理后的硅片進行第一次磷擴散，在其上形成N型區(qū)以及太陽能電池的PN結(jié) 結(jié)構(gòu)；
52. 對經(jīng)第一次擴散后的硅片進行第二次磷擴散，增加所述N型區(qū)表層的磷濃度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池制備方法，其特征在于，所述第一次磷擴散包括：
511. 在750-850°C溫度下，進行580-620秒的恒定源磷擴散；
512. 將所述步驟S11中溫度升高20-30°C后，進行580-620秒的限定源磷擴散。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池制備方法，其特征在于，所述步驟S11中恒定源磷 擴散在以下氣氛中進行： 小氮流量：1180-1250ml/min ; 大氮流量：25000-27000ml/min ; 氧氣流量：950-1050ml/min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池制備方法，其特征在于，所述步驟S12中限定源磷 擴散在以下氣氛中進行： 大氮流量：20000-22000ml/min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池制備方法，其特征在于，所述第二次磷擴散包括： S21.在820-830°C溫度下，進行700-760秒的恒定源磷擴散。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池制備方法，其特征在于，所述步驟S21中恒定源磷 擴散在以下氣氛中進行： 小氮流量：1220-1250ml/min 大氮流量：25000-27000ml/min 氧氣流量：1000_1050ml/min。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池制備方法，其特征在于，所述步驟S21之后還包 括： S22 :進行280-300秒的降溫處理；所述降溫處理在以下氣氛中進行： 大氮流量：20000-22000ml/min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池制備方法，其特征在于，所述擴散工藝之后還包 括： 在680-720°C溫度下，進行1680-1800秒的熱處理工藝。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池制備方法，其特征在于，所述熱處理工藝在以下 氣氛中進行： 大氮流量：20000-22000ml/min。
10. -種通過根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項所述的太陽能電池制備方法制備的太陽能電 池。
【文檔編號】H01L31/18GK104157736SQ201410403111
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】和江變, 郭凱華, 郭永強, 倪明鏡, 段敏, 李健 申請人:內(nèi)蒙古日月太陽能科技有限責任公司, 內(nèi)蒙古大學