本發(fā)明涉及一種晶硅電池的制作方法，尤其是涉及一種背表面隧道氧化鈍化交指式背結(jié)背接觸電池制作方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池是現(xiàn)有使用較多的產(chǎn)品，中國專利CN102800716A公開了一種太陽能電池及其制作方法。太陽能電池的基底具有重?fù)诫s區(qū)與輕摻雜區(qū)。陽極與陰極均設(shè)置于基底的背面，因此，可增加基底的正面的入光量。陽極與陰極與重?fù)诫s區(qū)接觸而形成選擇性射極結(jié)構(gòu)，因此具有較低的接觸電阻。另外，未與電極接觸的輕摻雜區(qū)具有較低的飽和電流，因此，可減少電子-空穴對的復(fù)合，同時并可增加對于紅外線的吸收。但是該種太陽能電池仍然存在電性能有待提高的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種一種兼容傳統(tǒng)電池制作工藝的基礎(chǔ)上能夠極大地提升電性能參數(shù)的背表面隧道氧化鈍化交指式背結(jié)背接觸電池制作方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
背表面隧道氧化鈍化交指式背結(jié)背接觸電池制作方法，采用以下步驟：
(1)利用將硅片在KOH或NaOH堿溶液及H2O2溶液中去除損傷層，接著用四甲基氫氧化銨及異丙醇構(gòu)成混合溶液對硅片進(jìn)行正面制絨，形成具有1-4μm的金字塔絨面；
(2)在硅片正面采取擴(kuò)散或離子注入的方法，形成N+前表面場；
(3)利用HF溶液去除磷硅玻璃PSG層，用HNO3和HF的混合溶液進(jìn)行邊絕緣和背面拋光；
(4)利用濕法化學(xué)的方法或者干法熱氧化的方法在硅片的背面生長一層超薄 的隧道氧化層SiO2，接著用掩膜圖形的方法在硅片的背面形成B摻雜和P摻雜對的多晶硅層，摻雜的方式采取擴(kuò)散，離子注入或者PECVD技術(shù)控制厚度在10～30nm，形成交指式的多晶硅層；
(5)采取原子層沉積或PECVD技術(shù)對硅片形成N+前表面場的表面沉積厚度為20-30nm的三氧化二鋁層；
(6)在硅片正面采用PECVD法或磁控濺射法生長厚度為75-85nm的氫化非晶氮化硅鈍化減反射層；
(7)在硅片的背面采取熱氧化的方法生長一層厚度在2-5nm的二氧化硅層用于鈍化交指式的多晶硅層；
(8)采用絲網(wǎng)印刷的方法電池的背面對應(yīng)于摻B的區(qū)域印刷Ag/Al漿料，對應(yīng)于摻P的區(qū)域印刷Ag漿料，然后在烘干爐進(jìn)行烘干，確保電池片的雙面都形成良好的接觸即可。
步驟(4)中采取氟硅酸H2SiO6溶液，濃度為1.3-1.7M，將硅片正面用掩膜保護(hù)起來后放入氟硅酸溶液中，根據(jù)沉積的時間來精確控制SiO2膜層的厚度，一般在2nm厚度以內(nèi)的我們控制的時間為5-8分鐘。摻B和摻P的多晶硅層是基于PECVD法以高純SiH4為氣源在500-600℃下制備后經(jīng)過900-1100℃下退火而成。需要注意的是：在摻B時，將非摻B的區(qū)域用掩膜遮擋，然后去掉掩膜，再將摻B的區(qū)域印上掩膜并進(jìn)行摻P，這樣就在背面形成了摻B和摻P的交指式結(jié)構(gòu)。
隧道氧化層SiO2的厚度小于2nm。隧道氧化層除了厚度要求外，該層與硅片層接觸的界面要求比較高，微觀結(jié)構(gòu)上來看比較均勻且無明顯缺陷等易導(dǎo)致復(fù)合的雜質(zhì)。
B摻雜和P摻雜對的多晶硅層中其特征在于，P摻雜的多晶硅層中P原子的含量為5×1018-1×1019cm-3，B摻雜的多晶硅層中B原子的含量為1×1019-5×1019cm-3
步驟(5)沉積三氧化二鋁層時控制沉積溫度為180-200℃。
步驟(6)中生長氫化非晶氮化硅鈍化減反射層時控制溫度為350-400℃。
步驟(8)中烘干的溫度為200-300℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取代N型背結(jié)背接觸晶體硅電池背部鈍化的機(jī)制，采用一層超薄的(<2nm)的隧道氧化SiO2和一層交指式磷(P)摻雜和硼(B)摻雜的硅層，這樣的結(jié)構(gòu)能極大地改變硅基底的界面質(zhì)量，而且能極大地減少背表 面的金屬-半導(dǎo)體表面復(fù)合。其最明顯的優(yōu)勢在于兼容傳統(tǒng)的背接觸背結(jié)晶體硅電池制作工藝的基礎(chǔ)上能夠極大地提升電性能參數(shù)(Implied Voc>710mV,Implied FF>82％,轉(zhuǎn)換效率η>24％)。
由于在交指式P+發(fā)射結(jié)和N+背表面場BSF的區(qū)域與硅基底之間增加了一層超薄的氧化層(<2nm)，這一層超薄氧化層的增加，使得界面質(zhì)量得到極大地提高，會大大增加電池片的開路電壓Voc，也會增加填充因子FF,工藝可行性比較強(qiáng)，也比較容易與現(xiàn)有的產(chǎn)線的設(shè)備及工藝兼容，最主要的是能極大地提升開路電壓及轉(zhuǎn)換效率，是一種低成本高效率單晶硅電池的產(chǎn)品。
附圖說明
圖1為制備得到電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1-氫化非晶氮化硅鈍化減反射層、2-三氧化二鋁層、3-N+前表面場、4-N型硅片、5-隧道氧化SiO2層、6-B摻雜多晶硅層、7-P摻雜多晶硅層、8-二氧化硅層、9-Ag/Al漿料、10-Ag漿料。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
背表面隧道氧化鈍化交指式背結(jié)背接觸電池制作方法，采用以下步驟：
(1)利用將硅片在KOH堿溶液及H2O2溶液中去除損傷層，接著用四甲基氫氧化銨及異丙醇構(gòu)成混合溶液對硅片進(jìn)行正面制絨，形成具有1μm的金字塔絨面；
(2)在硅片正面采取擴(kuò)散或離子注入的方法，形成N+前表面場；
(3)利用HF溶液去除磷硅玻璃PSG層，用HNO3和HF的混合溶液進(jìn)行邊絕緣和背面拋光；
(4)利用濕法化學(xué)的方法或者干法熱氧化的方法在硅片的背面生長一層超薄的隧道氧化層SiO2，本實(shí)施例中，采取氟硅酸H2SiO6溶液，濃度為1.3M，將硅片正面用掩膜保護(hù)起來后放入氟硅酸溶液中，根據(jù)沉積的時間來精確控制SiO2膜層的厚度，一般在2nm厚度以內(nèi)的時間為5分鐘，得到的SiO2膜層硅片層接觸的界面要求比較高，微觀結(jié)構(gòu)上來看比較均勻且無明顯缺陷等易導(dǎo)致復(fù)合的雜質(zhì)。
摻B和摻P的多晶硅層是基于PECVD法以高純SiH4為氣源在500℃下制備后經(jīng)過900℃下退火而成。需要注意的是：在摻B時，將非摻B的區(qū)域用掩膜遮擋，然后去掉掩膜，再將摻B的區(qū)域印上掩膜并進(jìn)行摻P，這樣就在背面形成了摻B和摻P的交指式結(jié)構(gòu)，厚度在10nm，P摻雜的多晶硅層中P原子的含量為5×1018cm-3，B摻雜的多晶硅層中B原子的含量為1×1019cm-3。
(5)控制沉積溫度為180℃，采取原子層沉積或PECVD技術(shù)對硅片形成N+前表面場的表面沉積厚度為20nm的三氧化二鋁層；。
(6)控制溫度為350℃，在硅片正面采用PECVD法或磁控濺射法生長厚度為75nm的氫化非晶氮化硅鈍化減反射層；
(7)在硅片的背面采取熱氧化的方法生長一層厚度在2nm的二氧化硅層用于鈍化交指式的多晶硅層；
(8)采用絲網(wǎng)印刷的方法電池的背面對應(yīng)于摻B的區(qū)域印刷Ag/Al漿料，對應(yīng)于摻P的區(qū)域印刷Ag漿料，然后在烘干爐進(jìn)行烘干，烘干的溫度為200℃，確保電池片的雙面都形成良好的接觸即可。
制備得到的背表面隧道氧化鈍化交指式背結(jié)背接觸電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在硅片4的上表面鍍設(shè)有N+前表面場3、三氧化二鋁層2以及氫化非晶氮化硅鈍化減反射層1，下表面依次為隧道氧化SiO2層5、B摻雜多晶硅層6、P摻雜多晶硅層7、二氧化硅層8、對應(yīng)于摻B的區(qū)域印刷Ag/Al漿料9，對應(yīng)于摻P的區(qū)域印刷Ag漿料10。
實(shí)施例2
背表面隧道氧化鈍化交指式背結(jié)背接觸電池制作方法，采用以下步驟：
(1)利用將硅片在NaOH堿溶液及H2O2溶液中去除損傷層，接著用四甲基氫氧化銨及異丙醇構(gòu)成混合溶液對硅片進(jìn)行正面制絨，形成具有2μm的金字塔絨面；
(2)在硅片正面采取擴(kuò)散或離子注入的方法，形成N+前表面場；
(3)利用HF溶液去除磷硅玻璃PSG層，用HNO3和HF的混合溶液進(jìn)行邊絕緣和背面拋光；
(4)利用濕法化學(xué)的方法或者干法熱氧化的方法在硅片的背面生長一層超薄的隧道氧化層SiO2，本實(shí)施例中，采取氟硅酸H2SiO6溶液，濃度為1.5M，將硅片正面用掩膜保護(hù)起來后放入氟硅酸溶液中，根據(jù)沉積的時間來精確控制SiO2膜層 的厚度，一般在2nm厚度以內(nèi)的我們控制的時間為6分鐘。得到的SiO2膜層硅片層與硅片層接觸的界面要求比較高，微觀結(jié)構(gòu)上來看比較均勻且無明顯缺陷等易導(dǎo)致復(fù)合的雜質(zhì)。
摻B和摻P的多晶硅層是基于PECVD法以高純SiH4為氣源在600℃下制備后經(jīng)過1000℃下退火而成。需要注意的是：在摻B時，將非摻B的區(qū)域用掩膜遮擋，然后去掉掩膜，再將摻B的區(qū)域印上掩膜并進(jìn)行摻P，這樣就在背面形成了摻B和摻P的交指式結(jié)構(gòu)，厚度在20nm，P摻雜的多晶硅層中P原子的含量為8×1018cm-3，B摻雜的多晶硅層中B原子的含量為3×1019cm-3。
(5)控制沉積溫度為190℃，采取原子層沉積或PECVD技術(shù)對硅片形成N+前表面場的表面沉積厚度為25nm的三氧化二鋁層；
(6)控制溫度為360℃，在硅片正面采用PECVD法或磁控濺射法生長厚度為80nm的氫化非晶氮化硅鈍化減反射層；
(7)在硅片的背面采取熱氧化的方法生長一層厚度在3nm的二氧化硅層用于鈍化交指式的多晶硅層；
(8)采用絲網(wǎng)印刷的方法電池的背面對應(yīng)于摻B的區(qū)域印刷Ag/Al漿料，對應(yīng)于摻P的區(qū)域印刷Ag漿料，然后在烘干爐進(jìn)行烘干，烘干的溫度為240℃，確保電池片的雙面都形成良好的接觸即可。
實(shí)施例3
背表面隧道氧化鈍化交指式背結(jié)背接觸電池制作方法，采用以下步驟：
(1)利用將硅片在KOH堿溶液及H2O2溶液中去除損傷層，接著用四甲基氫氧化銨及異丙醇構(gòu)成混合溶液對硅片進(jìn)行正面制絨，形成具有4μm的金字塔絨面；
(2)在硅片正面采取擴(kuò)散或離子注入的方法，形成N+前表面場；
(3)利用HF溶液去除磷硅玻璃PSG層，用HNO3和HF的混合溶液進(jìn)行邊絕緣和背面拋光；
(4)利用濕法化學(xué)的方法或者干法熱氧化的方法在硅片的背面生長一層超薄的隧道氧化層SiO2，本實(shí)施例中，采取氟硅酸H2SiO6溶液，濃度為1.7M，將硅片正面用掩膜保護(hù)起來后放入氟硅酸溶液中，根據(jù)沉積的時間來精確控制SiO2膜層的厚度，一般在2nm厚度以內(nèi)的我們控制的時間為8分鐘。制備得到的SiO2膜層與硅片層接觸的界面要求比較高，微觀結(jié)構(gòu)上來看比較均勻且無明顯缺陷等易導(dǎo)致復(fù)合的雜質(zhì)。
摻B和摻P的多晶硅層是基于PECVD法以高純SiH4為氣源在600℃下制備后經(jīng)過1100℃下退火而成。需要注意的是：在摻B時，將非摻B的區(qū)域用掩膜遮擋，然后去掉掩膜，再將摻B的區(qū)域印上掩膜并進(jìn)行摻P，這樣就在背面形成了摻B和摻P的交指式結(jié)構(gòu)，厚度在30nm，P摻雜的多晶硅層中P原子的含量為1×1019cm-3，B摻雜的多晶硅層中B原子的含量為5×1019cm-3。
(5)控制沉積溫度為200℃，采取原子層沉積或PECVD技術(shù)對硅片形成N+前表面場的表面沉積厚度為30nm的三氧化二鋁層；
(6)控制溫度為400℃，在硅片正面采用PECVD法或磁控濺射法生長厚度為75-85nm的氫化非晶氮化硅鈍化減反射層；
(7)在硅片的背面采取熱氧化的方法生長一層厚度在5nm的二氧化硅層用于鈍化交指式的多晶硅層；
(8)采用絲網(wǎng)印刷的方法電池的背面對應(yīng)于摻B的區(qū)域印刷Ag/Al漿料，對應(yīng)于摻P的區(qū)域印刷Ag漿料，然后在烘干爐進(jìn)行烘干，烘干的溫度為300℃，確保電池片的雙面都形成良好的接觸即可。
本發(fā)明最明顯的優(yōu)勢在于兼容傳統(tǒng)的背接觸背結(jié)晶體硅電池制作工藝的基礎(chǔ)上能夠極大地提升電性能參數(shù),(Implied Voc>710mV,Implied FF>82％。從實(shí)施例1-3中制備得到的電池的性能檢測數(shù)據(jù)可以看出該電池的開路電壓Voc很高，填充因子很高(>80％)，因此，轉(zhuǎn)換效率Eff可以達(dá)到24％以上。
Voc＝685±2mV,Jsc＝42.5±0.4mA/cm2,FF＝81.5±0.5％，Eff＝24.5±0.5％。