一種采用干氧氧化法制備局域背場(chǎng)鈍化電池的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用干氧氧化法制備局域背場(chǎng)鈍化電池的方法，該方法引入硅片清洗和擴(kuò)散氧化工藝，對(duì)常規(guī)生產(chǎn)線進(jìn)行簡(jiǎn)單改造就可實(shí)現(xiàn)該種電池的量產(chǎn)，有利于提高對(duì)常規(guī)產(chǎn)線設(shè)備的利用率。該方法可降低電池背面的復(fù)合速率，同時(shí)提高對(duì)全光譜波段的光的光譜響應(yīng)，達(dá)到提高電池效率的目的。
【專利說明】一種采用干氧氧化法制備局域背場(chǎng)鈍化電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于晶體硅電池的制備領(lǐng)域，具體涉及一種采用干氧氧化法制備局域背場(chǎng)鈍化電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過提升電池制備技術(shù)水平提高電池轉(zhuǎn)換效率是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的擺脫產(chǎn)業(yè)危機(jī)最重要的途徑，隨著第二代聞效多晶娃片的研制成功，聞效晶體娃電池制備技術(shù)在提聞電池轉(zhuǎn)換效率方面的潛力不斷提高。作為高效結(jié)構(gòu)電池技術(shù)的代表，局域背場(chǎng)鈍化技術(shù)主要通過降低背表面的復(fù)合速率提高電池轉(zhuǎn)換效率，特別是在硅片不斷減薄的情況下，背面復(fù)合速率對(duì)電池性能的影響愈加明顯。
[0003]氧化前去除表面磷硅玻璃，通過氧化可起到優(yōu)化擴(kuò)散發(fā)射極縱向濃度分布的作用，同時(shí)有利于降低表面死層對(duì)短波的光譜響應(yīng)的影響。前表面Si02/SiNx疊層鈍化膜有利于充分發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)，Si02可明顯性降低表面懸掛鍵密度，SiNx膜中H可起到較好的體鈍化效果。
[0004]目前大多采用原子層沉積的方式制備Al2O3背面鈍化膜，工藝成熟且簡(jiǎn)單，膜內(nèi)H經(jīng)高溫?zé)Y(jié)會(huì)擴(kuò)散進(jìn)硅片體內(nèi)起到體鈍化作用，但設(shè)備通常需要進(jìn)口，成本比較高。干氧氧化法制備Si02致密性高，對(duì)表面懸掛鍵有極強(qiáng)的中和作用，能夠起到較好的鈍化效果，但高溫氧化過程會(huì)使P-N結(jié)推進(jìn)，影響該結(jié)的電學(xué)特性，擴(kuò)散工藝和氧化工藝的匹配是一大難點(diǎn)。
[0005]盡管高溫過程會(huì)在硅片內(nèi)部產(chǎn)生晶硅缺陷，但選用的氧化工藝溫度普遍低于擴(kuò)散溫度，而且氧化工藝中低溫退火過程有利于硅片吸雜和缺陷修復(fù)，只要背面清洗及擴(kuò)散氧化工藝匹配好就可起到優(yōu)化發(fā)射極電性能和背面鈍化的雙重效果。
[0006]激光加工技術(shù)精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，目前廣泛用于半導(dǎo)體行業(yè)。在晶體硅電池行業(yè)，通常采用激光技術(shù)制備背面電極接觸窗口。國(guó)內(nèi)陸續(xù)推出適用于局域背場(chǎng)鈍化的漿料，目前該技術(shù)已相對(duì)成熟，部分光伏企業(yè)已建立生產(chǎn)線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用干氧氧化法制備局域背場(chǎng)鈍化電池的方法。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0009]所述采用干氧氧化法制備局域背場(chǎng)鈍化電池的方法，依次包括如下步驟:
[0010](I)選用P型多晶硅片作襯底，經(jīng)制絨拋光，通過高溫?cái)U(kuò)散在硅片上制備方塊電阻值為95?110 Ω/ □的P-N結(jié)；所述高溫?cái)U(kuò)散參數(shù)如下:擴(kuò)散溫度為800?850°C，擴(kuò)散時(shí)間為30?50min，擴(kuò)散后進(jìn)行退火，退火時(shí)間為300?500s ；
[0011](2)用濕法鏈?zhǔn)娇涛g機(jī)去除硅片背面和邊緣的P-N結(jié)；
[0012](3)用雙氧水和氨水混合水溶液清洗硅片后，在干氧環(huán)境下對(duì)硅片進(jìn)行氧化，所述氧化參數(shù)為:氧化最高溫度為800~830°C,氧化時(shí)間為10~25min,氧化后進(jìn)行退火,退火時(shí)間> 15min,在娃片背面生長(zhǎng)一層8~12nm的SiO2 ;氧化后方塊電阻值為80~85 Ω / □；
[0013](4)采用PECVD設(shè)備在硅片背面的SiO2上鍍一層厚度為120~180nm的SiNx保護(hù)膜；光伏業(yè)內(nèi)通常采用SiNx表示前表面減反射膜，因?yàn)閄是一個(gè)不固定值，主要由鍍膜工藝決定，優(yōu)選地，SiNx中X的取值范圍為2.0~2.3 ;
[0014](5)采用PECVD設(shè)備在硅片正面沉積厚度為40~70nm的SiNx減反射膜，SiNx減反射膜折射率為2.0~2.2 ;優(yōu)選地，SiNx中X的取值范圍為2.0~2.3 ;PECVD法參數(shù)如下:采用一步沉積方式鍍膜，氨氣流量設(shè)定為3.3~4.2slm，硅烷流量設(shè)定為0.25~0.35slm,控制氨氣流量與硅烷流量之比為8~12，射頻電源功率為4200~4500W，沉積時(shí)間為400~600S ；
[0015](6 )設(shè)置硅片背面電極接觸圖形:圖形線寬為30~45 μ m，線間距為800~1500 μ m ;用P秒激光器對(duì)娃片進(jìn)行開膜；
[0016](7)在硅片上按常規(guī)方法依次印刷背電極、鋁漿和銀漿，然后對(duì)硅片進(jìn)行燒結(jié)，控制燒結(jié)峰值溫度為870~890°C，燒結(jié)后在背面開膜區(qū)域形成鋁硅合金層。
[0017]其中，步驟(1)所述P型高效多晶硅片為P型摻硼多晶硅片，其電阻率為I~3 Ω.cm ;步驟(1)所述P-N結(jié)深度≤0.25 μ m,表層峰值濃度≥1X IO2Vcm3 ;步驟(1)所述制絨拋光是用濕法鏈?zhǔn)街平q機(jī)對(duì)硅片制絨，在硅片正面鍍SiNx保護(hù)膜后進(jìn)行拋光，拋光時(shí)采用的拋光液為質(zhì)量百分比含量為5~12%的NaOH溶液，拋光溫度為65~85°C，腐蝕時(shí)間為2~3min ;拋光后硅片背面平均加權(quán)反射率> 75%。
[0018]步驟(3)所述雙氧水和氨水混合水溶液中，雙氧水與氨水的質(zhì)量比為1:1，雙氧水溶液中雙氧水與水的質(zhì)量比為1:4~8，氨水溶液中氨水與水的質(zhì)量比為1:4~8 ;步驟
(3)所述清洗硅片是要清洗5min以上。
[0019]步驟(6)所述P秒激光器的波長(zhǎng)為350~532nm，功率為10~30W。
[0020]下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0021]本發(fā)明提供的是一種廉價(jià)的采用干氧氧化法制備局域背場(chǎng)鈍化電池的方法，本發(fā)明引入硅片清洗和擴(kuò)散氧化工藝，對(duì)常規(guī)生產(chǎn)線進(jìn)行簡(jiǎn)單改造就可實(shí)現(xiàn)該種電池的量產(chǎn)，有利于提高對(duì)常規(guī)產(chǎn)線設(shè)備的利用率。該方法可降低電池背面的復(fù)合速率，同時(shí)提高對(duì)全光譜波段的光的光譜響應(yīng)，達(dá)到提高電池效率的目的。
[0022]本發(fā)明方法的步驟(1)優(yōu)選采用P型摻硼多晶硅片，電阻率為I~3Ω - cm,擴(kuò)散工藝中退火時(shí)間在300~500秒，P-N結(jié)深度在0.25 μ m以內(nèi)，表層峰值濃度在I X IO2Vcm3以上，方塊電阻在95~110Ω/ □,屬于淺結(jié)高表面濃度擴(kuò)散摻雜分布類型。步驟(3)可米用氧化管氧化硅片，氧化工藝最高溫度在800~830°C，氧化時(shí)間在10~25min ;退火時(shí)間在15min以上，主要目的是優(yōu)化擴(kuò)散P-N結(jié)的縱向濃度分布，提高發(fā)射極的電性能，同時(shí)起到缺陷修復(fù)功能。步驟(5)優(yōu)化了 PECVD法沉積SiNx減反射膜工藝，選用一步沉積方式鍍膜，氨氣(NH3)流量設(shè)定為3.3~4.2slm,硅烷(SiH4)流量設(shè)定為0.25~0.35slm, 二者流量比為8~12，射頻電源功率為4200~4500W，沉積時(shí)間為400~600S。與表面Si02形成匹配度高的疊層減反射和鈍化膜。步驟(7)優(yōu)化了燒結(jié)工藝，燒結(jié)峰值溫度比常規(guī)燒結(jié)溫度提高10°C左右，燒結(jié)工藝需要滿足前后電極接觸的要求。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:[0024]1、引入娃片清洗工藝,配置雙氧水和氨水體系溶液,經(jīng)干氧氧化法鈍化電池前后表面，簡(jiǎn)單易行，性價(jià)比高，前后表面鍍SiNx膜后用WT-2000測(cè)量少子壽命，多晶硅片有效少子壽命測(cè)量值可提高至200us以上，背面鈍化效果極好。
[0025]2、確定相匹配的擴(kuò)散和氧化工藝，在不影響鈍化效果的前提下，氧化后方塊電阻值可達(dá)到80~85 Ω / 口，經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的HF酸處理去除表面Si02，做成常規(guī)電池后，電池性能和產(chǎn)線電池平均水平完全一致。
[0026]3、針對(duì)擴(kuò)散和干氧氧化工藝，確定相應(yīng)的前表面SiNx減反射膜的制備工藝，表面反射率可降低至10%以內(nèi)。
[0027]4、本發(fā)明制備的電池可有效提高電池前后表面的鈍化效果和標(biāo)準(zhǔn)光譜內(nèi)長(zhǎng)短波光的光譜響應(yīng)，既提高開路電壓和短路電流，從而提高電池效率。
[0028]總之，本發(fā)明采用干氧氧化法制備局域背場(chǎng)鈍化電池的方法通過優(yōu)化擴(kuò)散和氧化工藝，在不影響發(fā)射極電性能的前提下在硅片背表面形成一層致密的Si02薄膜，起到鈍化電池背表面的作用，同時(shí)通過PECVD制備較厚的SiNx保護(hù)膜，阻止?jié){料對(duì)Si02的腐蝕，起到保護(hù)Si02鈍化效果的作用，從而取代常規(guī)電池鋁背場(chǎng)P+層對(duì)電池的鈍化效果；在前表面通過PECVD制備SiNx減反射膜工藝，優(yōu)化成膜工藝使該膜和前表面氧化生長(zhǎng)的Si02薄膜相匹配達(dá)到最佳的減反射和鈍化效果；設(shè)計(jì)電池背面電極接觸圖形，通過激光或化學(xué)腐蝕法制備出電極局域接觸窗口 ；印刷匹配鋁漿與電極窗口的硅相接處，通過燒結(jié)形成較好的鋁硅合金背電極。本發(fā)明制備的雙面鈍化電池可明顯性提高電池的背面鈍化效果和光譜響應(yīng)，從而提聞電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為實(shí)施例中步驟(6)設(shè)置的硅片背面電極接觸圖形，其中A表示開膜的線間距，B表示線間距，C表示多晶硅片邊緣；圖中黑線矩陣區(qū)域?yàn)殚_膜區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
[0031]本發(fā)明按照采用干氧氧化法制備局域背場(chǎng)鈍化電池的方法，以P型高效多晶硅片為襯底，具體工藝流程如下:
[0032](I)選用P型摻硼多晶硅片作襯底，P型摻硼多晶硅片電阻率為I~3Ω._，用濕法鏈?zhǔn)街平q機(jī)對(duì)硅片制絨，在硅片正面鍍SiNx保護(hù)膜后進(jìn)行拋光，拋光時(shí)采用的拋光液為質(zhì)量百分比含量為5~12%的NaOH溶液，拋光溫度為65~85°C，腐蝕時(shí)間為2~3min ;拋光后硅片背面平均加權(quán)反射率> 75% ;然后通過高溫?cái)U(kuò)散在硅片上制備方塊電阻值為95~110 Ω / □的P-N結(jié)，所述P-N結(jié)深度≤0.25 μ m,表層峰值濃度≥I X IO2Vcm3 ;所述高溫?cái)U(kuò)散采用常規(guī)擴(kuò)散爐，參數(shù)設(shè)置如表1所示:
[0033]表1
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種采用干氧氧化法制備局域背場(chǎng)鈍化電池的方法，其特征在于，所述方法依次包括如下步驟: (1)選用P型多晶硅片作襯底，經(jīng)制絨拋光，通過高溫?cái)U(kuò)散在硅片上制備方塊電阻值為95~110 Ω / □的P-N結(jié)；所述高溫?cái)U(kuò)散參數(shù)如下:擴(kuò)散溫度為800~850°C，擴(kuò)散時(shí)間為30~50min，擴(kuò)散后進(jìn)行退火，退火時(shí)間為300~500s ； (2)去除硅片背面和邊緣的P-N結(jié)； (3)用雙氧水和氨水混合水溶液清洗硅片后,在干氧環(huán)境下對(duì)硅片進(jìn)行氧化,所述氧化參數(shù)為:氧化最高溫度為800~830°C，氧化時(shí)間為10~25min，氧化后進(jìn)行退火，退火時(shí)間^ 15min,在娃片背面生長(zhǎng)一層8~12nm的SiO2 ;氧化后方塊電阻值為80~85 Ω / □； (4)在硅片背面的SiO2上鍍一層厚度為120~180nm的SiNx保護(hù)膜； (5)在硅片正面沉積厚度為40~70nm的SiNx減反射膜，SiNx減反射膜折射率為2.0~2.2 ；PECVD法參數(shù)如下:采用一步沉積方式鍍膜，氨氣流量設(shè)定為3.3~4.2slm，硅烷流量設(shè)定為0.25~0.35slm，控制氨氣流量與硅烷流量之比為8~12，射頻電源功率為4200~4500W，沉積時(shí)間為400~600S ； (6)設(shè)置硅片背面電極接觸圖形:圖形線寬為30~45μ m，線間距為800~1500μπι;用P秒激光器對(duì)硅片進(jìn)行開膜； (7)在硅片上依次印刷背電極、鋁漿和銀漿，對(duì)硅片進(jìn)行燒結(jié)，控制燒結(jié)峰值溫度為870~890°C，燒結(jié)后在背面開膜區(qū)域形成鋁硅合金層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述P型多晶硅片為P型摻硼多晶硅片，其電阻率為I~3Ω.cm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述P-N結(jié)深度≤0.25μ m，表層峰值濃度> IXlO2Vcm30
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述制絨拋光是用濕法鏈?zhǔn)街平q機(jī)對(duì)硅片制絨，在硅片正面鍍SiNx保護(hù)膜后進(jìn)行拋光，拋光時(shí)采用的拋光液為質(zhì)量百分比含量為5~12%的NaOH溶液，拋光溫度為65~85°C，腐蝕時(shí)間為2~3min ;拋光后硅片背面平均加權(quán)反射率> 75%。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述雙氧水和氨水混合水溶液中，雙氧水與氨水的質(zhì)量比為1:1，雙氧水溶液中雙氧水與水的質(zhì)量比為1:4~8，氨水溶液中氨水與水的質(zhì)量比為1:4~8。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述清洗硅片是要清洗5min以上。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(6)所述P秒激光器的波長(zhǎng)為350~532nm，功率為10~30W。
【文檔編號(hào)】C30B33/00GK103681967SQ201310655213
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】姬常曉, 劉文峰, 楊曉生 申請(qǐng)人:湖南紅太陽光電科技有限公司