本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，主要給出一種基于離子注入技術(shù)制備鈍化接觸區(qū)的方法，并給出相應(yīng)的鈍化接觸電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、光伏發(fā)電綠色環(huán)保，能夠可持續(xù)發(fā)展，可以解決人類的能源和環(huán)境危機(jī)，在未來能源發(fā)展中有重要戰(zhàn)略地位。開發(fā)高效率、低成本的太陽能電池是推動(dòng)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定、快速發(fā)展的關(guān)鍵。在各類太陽能電池中，晶硅太陽能電池由于光電轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定以及制造成本低，在應(yīng)用中發(fā)展最迅速，工業(yè)化技術(shù)最為成熟，市場占有率最高。其中，具有鈍化接觸結(jié)構(gòu)的晶硅太陽能電池(簡稱鈍化接觸電池)能夠通過隧穿氧化硅和摻雜多晶硅實(shí)現(xiàn)極其出色的表面鈍化、光生載流子選擇性通過和一維高效收集，具有非常高的光電轉(zhuǎn)換效率。目前，以n型硅為襯底的topcon(tunnel?oxide?and?passivated?contact)鈍化接觸電池已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中普及。

2、鈍化接觸電池的核心結(jié)構(gòu)是鈍化接觸區(qū)，包括空穴鈍化接觸區(qū)和電子鈍化接觸區(qū)。理想設(shè)計(jì)的鈍化接觸區(qū)期望能夠?qū)崿F(xiàn)：1)在摻雜(硼或磷)多晶硅內(nèi)，具有盡可能高的硼或磷的摻雜濃度，2)在摻雜多晶硅/隧穿氧化硅界面處具有盡可能高的硼或磷的摻雜濃度，3)在硅襯底中具有盡可能低的硼或磷的摻雜濃度，以及4)高質(zhì)量的隧穿氧化硅。

3、從獲得理想鈍化接觸區(qū)的硼或磷的摻雜分布的這個(gè)角度看，目前普遍采用的傳統(tǒng)摻雜技術(shù)，包括爐管熱擴(kuò)散、或通過化學(xué)氣相沉積硼磷摻雜源結(jié)合爐管熱處理，存在如下幾個(gè)缺點(diǎn)：1)表面摻雜濃度受摻雜溫度的固溶度限制。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)高的摻雜濃度時(shí)，往往需要高的摻雜源沉積和再分布的溫度和時(shí)間。由此造成的結(jié)果是，硼或磷的摻雜必然會更多地進(jìn)入硅襯底中，從而嚴(yán)重增加硅襯底中的俄歇復(fù)合。當(dāng)更多硼或磷原子穿過超薄隧穿氧化硅時(shí)，還會形成大量的針孔(pinhole)，從而嚴(yán)重降低隧穿氧化硅的界面鈍化質(zhì)量。特別是，對于空穴鈍化接觸區(qū)，高溫(尤其1000℃以上)長時(shí)間的熱處理，使更多的摻雜硼原子再分布進(jìn)入硅襯底中，會在硅襯底中造成更多的位錯(cuò)缺陷，從而造成更多的晶格畸變，溫度越高，晶硅畸變程度越高。而且，高溫長時(shí)間熱處理也會降低硅襯底的體少數(shù)載流子擴(kuò)散長度。2)為減少俄歇復(fù)合，就需要減少進(jìn)入到硅襯底的硼磷摻雜，這需要降低摻雜源沉積和再分布的溫度和時(shí)間，這樣就勢必會減弱摻雜多晶硅的場鈍化作用，從而降低鈍化接觸區(qū)對多數(shù)載流子的提取和傳輸能力。3)采用傳統(tǒng)摻雜技術(shù)，在多晶硅內(nèi)得到的是類似于高斯或余誤差函數(shù)分布的摻雜分布曲線，硼或磷的摻雜濃度隨著進(jìn)入多晶硅層內(nèi)深度的不斷增加而逐步降低，最高摻雜濃度出現(xiàn)在多晶硅層的最外側(cè)表面處，在隧穿氧化硅/多晶硅界面處摻雜濃度最低。由于界面處的硼或磷的摻雜濃度對于摻雜多晶硅場鈍化作用的強(qiáng)弱至關(guān)重要，較低的界面處硼或磷的摻雜濃度會造成較弱的場鈍化作用，從而減弱了光生載流子的提取能力。4)由于硼擴(kuò)散的摻雜濃度更加依賴于一定溫度下硼在多晶硅中的固溶度限制，使得即使采用1000℃以上的長時(shí)間高溫?zé)崽幚?，也不容易在多晶硅表面和多晶硅層?nèi)獲得高于1·1020cm-3的硼摻雜濃度，這使得硼擴(kuò)散制備的空穴鈍化接觸區(qū)不容易獲得強(qiáng)的場鈍化作用。

4、上述缺點(diǎn)，使鈍化接觸區(qū)的性能不能得到最好發(fā)揮，制約著鈍化接觸電池轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提升。因此，開發(fā)高質(zhì)量、具有或接近理想的摻雜分布曲線的空穴和電子鈍化接觸區(qū)，對提升鈍化接觸電池的光電轉(zhuǎn)換效率非常關(guān)鍵，能推動(dòng)其工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明給出一種基于離子注入技術(shù)制備鈍化接觸區(qū)的方法，首先將化學(xué)氣相沉積的多晶硅進(jìn)行充分晶化，接著通過離子注入硼或磷對多晶硅進(jìn)行摻雜，然后采用快速熱處理激活注入的硼或磷的摻雜原子，并控制摻雜的硼或磷更少地進(jìn)入硅襯底中。這種方法通過結(jié)合硼或磷離子注入和快速熱處理技術(shù)，能夠獲得接近理想設(shè)計(jì)的鈍化接觸區(qū)的硼或磷的摻雜分布曲線，因此能獲得高質(zhì)量的空穴鈍化接觸區(qū)和電子鈍化接觸區(qū)?；诖?，本發(fā)明還公開一種采用上述方法制備鈍化接觸電池的方法以及相應(yīng)得到的鈍化接觸電池。

2、本發(fā)明第一方面提供一種基于離子注入制備鈍化接觸區(qū)的方法，包括：

3、提供一種硅襯底；

4、在所述硅襯底表面制備隧穿氧化硅；

5、在所述隧穿氧化硅上制備本征多晶硅或本征非晶硅，然后將本征多晶硅或本征非晶硅所處環(huán)境溫度升高至800-900℃，使所述本征多晶硅充分晶化，或者所述本征非晶硅先晶化成本征多晶硅后再充分晶化；

6、采用離子注入硼或磷對充分晶化后的本征多晶硅進(jìn)行摻雜；

7、采用快速熱處理完成硼或磷摻雜的激活以及在本征多晶硅內(nèi)的再分布。

8、本發(fā)明第二方面提供一種制備鈍化接觸電池的方法，采用本發(fā)明第一方面所述的方法制備所述鈍化接觸電池的鈍化接觸區(qū)。

9、本發(fā)明第三方面提供一種鈍化接觸電池，其具有的鈍化接觸區(qū)包括空穴鈍化接觸區(qū)和/或電子鈍化接觸區(qū)；所述鈍化接觸區(qū)采用本發(fā)明第一方面所述基于離子注入制備鈍化接觸區(qū)的方法制備。

10、所述鈍化接觸區(qū)為空穴鈍化接觸區(qū)時(shí)，摻硼多晶硅外側(cè)表面的硼摻雜濃度不低于1·1020cm-3，在摻硼多晶硅/隧穿氧化硅界面處的硼摻雜濃度不低于5·1019cm-3，且摻硼多晶硅外側(cè)表面的硼摻雜濃度與摻硼多晶硅/隧穿氧化硅界面處的硼摻雜濃度的差值小于摻硼多晶硅外側(cè)表面的硼摻雜濃度的10％；所述鈍化接觸區(qū)為電子鈍化接觸區(qū)時(shí)，摻磷多晶硅外側(cè)表面的磷摻雜濃度不低于1·1020cm-3，在摻磷多晶硅/隧穿氧化硅界面處的磷摻雜濃度不低于1·1020cm-3，且摻磷多晶硅外側(cè)表面的磷摻雜濃度與摻磷多晶硅/隧穿氧化硅界面處的磷摻雜濃度的差值小于摻磷多晶硅外側(cè)表面的磷摻雜濃度的50％。

11、所述鈍化接觸區(qū)為空穴鈍化接觸區(qū)時(shí)，對于體電阻率在0.5-10ω·cm的硅襯底：

12、摻硼多晶硅的厚度在0-50nm范圍時(shí)，從摻硼多晶硅/隧穿氧化硅界面處到硅襯底中的硼摻雜濃度與硅襯底的本征摻雜濃度相等處，硼摻雜濃度對數(shù)的變化對進(jìn)入硅襯底的深度變化的斜率的絕對值大于或等于12.6μm-1；

13、摻硼多晶硅的厚度在50-200nm范圍時(shí)，從摻硼多晶硅/隧穿氧化硅界面處到硅襯底中的硼摻雜濃度與硅襯底的本征摻雜濃度相等處，硼摻雜濃度對數(shù)的變化對進(jìn)入硅襯底的深度變化的斜率的絕對值大于或等于15.8μm-1；

14、摻硼多晶硅的厚度在200-500nm范圍，從摻硼多晶硅/隧穿氧化硅界面處到硅襯底中的硼摻雜濃度與硅襯底的本征摻雜濃度相等處，硼摻雜濃度對數(shù)的變化對進(jìn)入硅襯底的深度變化的斜率的絕對值大于或等于21.1μm-1；

15、所述鈍化接觸區(qū)為電子鈍化接觸區(qū)時(shí)，對于體電阻率在0.5-10ω·cm的硅襯底：

16、摻磷多晶硅的厚度在0-50nm范圍時(shí)，從摻磷多晶硅/隧穿氧化硅界面處到硅襯底中的磷摻雜濃度與硅襯底的本征摻雜濃度相等處，磷摻雜濃度對數(shù)的變化對進(jìn)入硅襯底的深度變化的斜率的絕對值大于或等于13.8μm-1；

17、摻磷多晶硅的厚度在50-200nm范圍時(shí)，從摻磷多晶硅/隧穿氧化硅界面處到硅襯底中的磷摻雜濃度與硅襯底的本征摻雜濃度相等處，磷摻雜濃度對數(shù)的變化對進(jìn)入硅襯底的深度變化的斜率的絕對值大于或等于17.3μm-1；

18、摻磷多晶硅的厚度在200-500nm范圍時(shí)，從摻磷多晶硅/隧穿氧化硅界面處到硅襯底中的磷摻雜濃度與硅襯底的本征摻雜濃度相等處，磷摻雜濃度對數(shù)的變化對進(jìn)入硅襯底的深度變化的斜率的絕對值大于或等于23.1μm-1。

19、本發(fā)明具有以下有益效果

20、(1)本發(fā)明給出一種基于離子注入技術(shù)制備鈍化接觸區(qū)的方法，離子注入的摻雜不受固溶度限制，因此能實(shí)現(xiàn)更高的鈍化接觸區(qū)的硼或磷的摻雜濃度；通過快速熱處理，能在良好實(shí)現(xiàn)摻雜硼或磷原子激活的基礎(chǔ)上，還能夠很好地控制硼或磷的摻雜原子更少地進(jìn)入硅襯底中；更低的熱處理預(yù)算，也能顯著減少硼或磷摻雜對隧穿氧化硅造成的針孔，能顯著降低摻雜硼原子給硅襯底造成的位錯(cuò)缺陷和晶格畸變，也能獲得更長的硅襯底少數(shù)載流子體擴(kuò)散長度。

21、通過該方法能獲得接近理想摻雜分布的鈍化接觸區(qū)，即：1)在摻雜多晶硅層內(nèi)、以及在摻雜多晶硅/隧穿氧化硅界面處，具有更高的硼或磷的摻雜濃度，2)在摻雜多晶硅/隧穿氧化硅界面處開始進(jìn)入到硅襯底時(shí)，會出現(xiàn)硼或磷摻雜濃度的陡峭降低，從而避免硅襯底中進(jìn)入更多的硼或磷的摻雜原子。因此，所制備鈍化接觸電池能獲得更出色的鈍化接觸區(qū)的場鈍化作用，從而有力增強(qiáng)多數(shù)載流子的提取和傳輸能力；能顯著降低硼或磷摻雜給硅襯底造成的俄歇復(fù)合；能夠獲得高質(zhì)量的隧穿氧化硅界面鈍化，從而更高效地抑制少數(shù)載流子的復(fù)合。

22、因此，本發(fā)明給出的基于離子注入技術(shù)制備鈍化接觸區(qū)的方法，能夠獲得高質(zhì)量的空穴鈍化接觸區(qū)和電子鈍化接觸區(qū)，能夠?qū)崿F(xiàn)鈍化接觸電池更出色的光電轉(zhuǎn)換效率。

23、(2)進(jìn)一步地，本發(fā)明還給出一種電池正面電極區(qū)采用局部定域的鈍化接觸區(qū)的鈍化接觸電池，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以避免電池正面的整面都采用鈍化接觸結(jié)構(gòu)，從而解決了摻雜多晶硅光學(xué)寄生吸收系數(shù)高、光學(xué)損失高的弊端，進(jìn)一步提高電池的光生電流和光電轉(zhuǎn)換效率。相應(yīng)地，本發(fā)明還給出了基于掩膜式硼磷離子注入結(jié)合快速熱處理的方法來制備這種電池正面具有局部鈍化接觸區(qū)的鈍化接觸電池，能制備出精準(zhǔn)、高質(zhì)量的局部空穴或電子鈍化接觸區(qū)，在獲得出色電池轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，也使得電池制備工藝更簡明。

24、(3)本發(fā)明采用快速熱處理進(jìn)行鈍化接觸區(qū)的離子注入硼或磷摻雜的退火，熱處理時(shí)間短，可以提升電池產(chǎn)能，有利于降低電池生產(chǎn)制造成本。

25、(4)本發(fā)明給出的基于離子注入和快速熱處理方法制備的鈍化接觸電池，適合于n型或p型硅襯底，能有力地提升topcon電池和perc電池的光電轉(zhuǎn)換效率，電池結(jié)構(gòu)簡明，制備工藝簡潔實(shí)用，適合于工業(yè)化應(yīng)用。