CN102468364A - 一种选择性发射极太阳电池及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及选择性发射极太阳电池及其制作方法，所述方法首先在硅片表面上的预定区域覆盖扩散浆料；然后烘干所述扩散浆料；接着将所述硅片置入扩散炉中扩散制结，所述扩散炉中扩散源的扩散杂质与扩散浆料的扩散杂质为同族杂质；最后在所述预定区域上形成电极。本发明可以提高太阳电池的转换效率，并且工艺简单，成本低廉，适于大规模的工业生产。

Description

一种选择性发射极太阳电池及其制作方法

技术领域

本发明属于光伏技术领域，涉及太阳电池的制作，尤其涉及一种选择性发射极太阳电池及其制作方法。

背景技术

常规的晶体硅太阳电池制备过程通常包括硅片清洗、表面制绒、扩散制结、边缘刻蚀、沉积减反射层、印刷电极、共烧等步骤。其中，对表面制绒之后的硅片进行扩散制结，从而形成P-N结，该P-N结所靠近的表面通常被称为正面或发射极。与正面所对应的另外一面被称为背面。目前，晶体硅太阳电池所用的主要热扩散方法是液态源扩散，这种工艺通过气体携带扩散源的方法将扩散杂质带入扩散炉内。为了使硅片成为太阳电池，还必须在正面和背面分别制作正面栅极和背电极。正面栅极和背电极的作用是收集和导出太阳电池在受到光辐射后所产生的电能。

在实际的制作过程中，较高的表面掺杂浓度(或称重掺杂或深扩散)可以减小电极和硅片之间的接触电阻，较低的掺杂浓度(或称轻掺杂或浅扩散)可以进行较好的表面钝化，降低少子的复合几率，从而提高电池的开路电压和短路电流。而越靠近电池的表面，光生载流子的产生率越高，越靠近P-N结光生载流子的收集率越高，因此浅扩散可以在高载流子产生率的区域获得高的收集率，提高电池的短路电流。但是，浅扩散会使电池和硅片形成高的接触电阻，横向电阻也会随之增大，导致电池的串联电阻增大，填充因子降低。因此，对于常规的晶体硅太阳电池制造工艺而言，扩散的浓度要求适应印刷电极的需要。通常使用控制扩散后方阻为40-80Ω/sq左右的高浓度掺杂，但由此会带来顶层的高复合，从而限制电池的转换效率。

选择性发射极技术是晶体硅太阳电池生产工艺中有希望解决上述问题的方法之一。选择性发射极是在对应正面栅极的部分或全部的预设区域进行低方阻的重掺杂，在其他区域进行高方阻的轻掺杂，这样的结构同时兼顾了开路电压，短路电流和填充因子的需要。

实现选择性发射极结构的关键是如何形成上面所说的两个不同的掺杂区域。常见的做法是进行两次热扩散来形成该结构。一种具体的工艺流程包括：首先在硅片表面高温热氧化生长二氧化硅层，然后在二氧化硅层上光刻预设区域对应的窗口，接着在以POCl₃为扩散源的扩散炉中进行深扩散，随后去除二氧化硅层并再在以POCl₃为扩散源的扩散炉中进行浅扩散。用此工艺，结合SiN₄/MgF₂双层减反射膜已在100cm²多晶硅上实现15.9％的转换效率。但由于这种进行两次热扩散形成选择性发射极的方法中硅片有两次高温热过程，对硅片的损害较大而且热耗也很大，导致P-N结的质量和工艺成本的控制均不太理想。

由此可见，在大规模的生产上，对高效并且低成本的制作选择性发射极太阳电池的方法有很大的需求。

发明内容

本发明的目的是要提供一种选择性发射极太阳电池及其制作方法，该电池及其制作方法可以提高太阳电池的转换效率，并且工艺简单，成本低廉，适于大规模的工业生产。

为实现上述目的，本发明提供了一种选择性发射极太阳电池的制作方法，所述方法包括：在硅片表面上的预定区域覆盖扩散浆料，随后烘干扩散浆料使其固定在硅片上；然后将所述硅片置入扩散炉中进行扩散制结，所述扩散炉中扩散源的扩散杂质与扩散浆料的扩散杂质为同族杂质；接着在所述预定区域上形成电极。

优选地，可以通过丝网印刷或者喷墨(ink-jet)来覆盖所述扩散浆料。

优选地，所述扩散浆料含有一种或者多种第五族元素，即所述掺杂为N型掺杂。

优选地，所述扩散浆料包括磷浆。

在本发明的实施例中，通过丝网印刷将太阳电池的电极印刷在所述预定区域上，即高浓度掺杂区。优选地，在印刷电极之前，利用对准技术以使电极形成在所述预定区域上，即高浓度掺杂区上，所述对准技术包括光源照射和CCD技术。

在本发明的实施例中，所述预定区域的形状与电极的图形相匹配。优选地，所述预定区域的线宽比电极的栅线宽5％-100％。

优选地，所述电极为正面电极的主栅线和副栅线。

优选地，所述电极为正面电极的副栅线。

优选地，所进行的扩散制结的扩散温度范围为800℃～950℃，扩散时间范围为10～60分钟。

本发明还提供了通过前述的选择性发射极太阳电池的制作方法制备的太阳电池。

下面将结合具体的实施例来描述本发明的方法。

附图说明

图1是常规的晶体硅太阳电池结构的剖视示意图；

图2a是根据本发明的选择性发射极太阳电池制作方法所制备的具有发射极的硅片的主视图；

图2b示出了根据本发明的实施例的掺杂过程；

图3是根据本发明的实施例制作选择性发射极太阳电池的方法的流程图；以及

图4是根据本发明的实施例制作的晶体硅太阳电池的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式，进一步详细说明本发明。需要说明的是，附图中的各结构只是示意性说明，用以使本领域普通技术人员最佳地理解本发明的原理，其不一定按比例绘制。

图1是常规的太阳电池结构的剖视示意图。目前在太阳电池的生产中，通常将P型硅片作为衬底，用第五族元素，如磷、砷等对硅片进行N型掺杂，在硅片表面上形成P-N结即发射极。常规的工艺是在硅片的表面进行均匀的高浓度掺杂，从而在整个表面上得到基本一致的40～80Ω/sq的方块电阻。

图2a是根据本发明的实施例的硅片的发射极的俯视图，其示意了如何选择要覆盖扩散浆料的预定区域。典型地，在用于制作太阳电池的硅片20的受太阳光照射的一面上，形成正面栅极，正面栅极包括主栅线21和副栅线22。在图2a所示实施例中，多条副栅线22左右方向平行排列并与主栅线21垂直交叉接合。副栅线22和主栅线21的具体数量以及主栅线21和副栅线22的排列方式不受本发明实施例的限制。本发明的目的是要形成选择性发射极结构的太阳电池，即要在正面栅极区域进行高浓度的掺杂，而在非正面栅极区域进行低浓度的掺杂，因此所述预定区域一般而言就是正面栅极对应的区域。通常，将预定区域选择为形状与所希望的正面栅极的图形大体上相同，但在硅片的发射极上占据比电极区域略大的面积。在本实施例中，所述预定区域的线宽比正面栅极的栅线宽5％-100％。

根据太阳电池的发电原理，电极的副栅线主要起收集电流的作用，而主栅线主要起将副栅线收集的电流汇集的作用，同时也在将多个太阳电池通过互连条连接形成太阳电池组件时用作互连条的连接基体，互连条通过焊接或以其他方式与主栅线连接进而实现多个电池的串联。因此，在实践中相对于电极的主栅线，对副栅线区域的掺杂浓度有比较高的要求，也就是说可以仅对电极的副栅线区域进行高浓度掺杂。如图2a所示，用虚线框示意了预定区域25，其与电极的副栅线22同为长条矩形，但线宽略大于副栅线的宽度。在该实施例中，所述预定区域的线宽比电极的栅线宽5％-100％。

在图2b中示出了根据本发明的实施例的掺杂过程，其中以P₂O₅作为扩散源制成扩散磷浆。本领域的技术人员应当理解，所述扩散浆料可以含有任何可选的扩散源。优选地，应当使用高纯度的浆料，不能含有金属杂质，以避免在高温加热时金属进入硅片，特别是P-N结区，从而形成光生载流子的复合中心，并导致制出的太阳电池效率较低。如图2b所示，磷浆26被印刷在硅片20表面的预定区域25上，通过烘干来固定，然后硅片20被放入扩散炉，扩散炉中所进行的扩散为使用液态源所进行的扩散，现业界常用的液态扩散源为POCl₃，将氮气通入POCl₃液态源中并携带该源的蒸汽到扩散炉管内，POCl₃分解形成P₂O₅并沉积在硅片表面，POCl₃分解所形成的P₂O₅在硅片正面除预定区域25之外的其他区域上进行扩散形成轻掺杂区，磷浆中所含的P₂O₅和POCl₃分解所形成的P₂O₅共同(主要是磷浆中所含的P₂O₅)向硅片正面预定区域25进行扩散形成重掺杂区，如此即在硅片正面形成了选择性发射极。

图3是根据本发明的实施例制作选择性发射极太阳电池的方法的流程图。需要注意的是，为了表述清楚，在其中略去了常规的太阳电池制作过程中一些必须的过程，例如硅片清洗、边缘刻蚀、去磷硅玻璃、制备减反射膜等步骤。首先，在步骤S31中，根据电极图形选定要覆盖扩散浆料的预定区域，所述电极包括正面电极的主栅线和副栅线或仅包括正面电极的副栅线。在步骤S32中，在已经过清洗制绒的硅片表面，通过丝网印刷工艺或者喷墨将扩散浆料覆盖在所述预定区域上。为了使扩散浆料固定在硅片表面上，在步骤S33中对扩散浆料进行预烘干，一般烘干温度为40℃～400℃，优选为200～300℃，烘干时间为15～240秒。固定扩散浆料之后，硅片被置入扩散炉中，在800℃～950℃的温度范围内和10～60分钟的时间范围内进行扩散制结，在扩散炉中同时完成预定区域的高浓度掺杂以及其他区域的低浓度掺杂，如步骤S34所示。在完成扩散制结的硅片经过边缘刻蚀、去磷硅玻璃以及制备减反射膜等常规工序之后，在步骤S35中，在预定区域上通过丝网印刷形成电极，通常利用包括光源照射和CCD技术等对准技术来确保电极精准地形成在预定区域。

图4是根据本发明的实施例制作的晶体硅太阳电池的示意图。如图4所示，通过本发明的方法制得的选择性发射极结构的太阳电池在正面栅极区域I的方块电阻大约为5～40Ω/sq，在非正面栅极区域II的方块电阻大约为50～300Ω/sq。相比原有的工艺，开路电压提高了1％～1.6％，短路电流提高了1.5％，最终的电池转换效率提高了1～3％。

本发明提供的方法在常规的太阳电池制造工艺的扩散前增加了覆盖掺杂浆料和烘干的工序，因而可以在扩散炉中一次扩散形成选择性发射极结构，避免了现有技术中对硅片的二次高温处理而带来的损害，同时简化了工艺，节约了成本。通过这种方法制作的选择性发射极结构太阳电池的开路电压，短路电流和填充因子都得到了提高，从而使电池获得了较高的光电转换效率。

应当说明的是，在本发明选择性发射极太阳电池制作方法另一实施例中，在完成步骤S31、S32和S33后，先向扩散炉中通入氧气，对硅片进行温度为900℃、时间为30分钟的氧化以在硅片表面生成阻挡氧化层，阻挡氧化层可以阻止磷浆中的磷扩散出来从而在其他区域形成掺杂，同时生成阻挡氧化层的过程中磷浆向硅片进行重掺杂；之后在所述阻挡氧化层的作用下，向扩散炉中通入POCL₃且在800℃～950℃的温度范围和10～60分钟的时间范围内进行扩散制结，在扩散炉中同时完成预定区域的高浓度掺杂以及其他区域的低浓度掺杂。本实施例利用了液态源扩散均匀易控制的优点来对非预定区域进行浅掺杂，避免了固态源难以控制的缺点。

应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照上述具体实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或对部分技术特征进行等同替换而不脱离本发明的实质，其均涵盖在本发明请求保护的范围中。

Claims (12)

1.一种选择性发射极太阳电池的制作方法，其特征在于，所述方法包括：

在硅片表面上的预定区域覆盖扩散浆料；

烘干所述扩散浆料；

将所述硅片置入扩散炉中进行扩散制结，所述扩散炉中扩散源的扩散杂质与扩散浆料的扩散杂质为同族杂质；以及

在所述预定区域上形成电极。

2.如权利要求1所述的选择性发射极太阳电池的制作方法，其特征在于，通过丝网印刷或者喷墨来覆盖所述扩散浆料。

3.如权利要求1所述的选择性发射极太阳电池的制作方法，其特征在于，所述扩散浆料含有一种或者多种第五族元素。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述扩散浆料包括磷浆。

5.如权利要求1所述的选择性发射极太阳电池的制作方法，其特征在于，通过丝网印刷在所述预定区域上形成电极。

6.如权利要求5所述的选择性发射极太阳电池的制作方法，其特征在于，利用对准技术以使电极形成在所述预定区域上，所述对准技术包括光源照射和CCD技术。

7.如权利要求1所述的选择性发射极太阳电池的制作方法，其特征在于，所述预定区域的形状与电极的图形相匹配。

8.如权利要求7所述的选择性发射极太阳电池的制作方法，其特征在于，所述预定区域的线宽比电极的栅线宽5％-100％。

9.如权利要求7或8所述的选择性发射极太阳电池的制作方法，其特征在于，所述电极为正面电极的主栅线和副栅线。

10.如权利要求7或8所述的选择性发射极太阳电池的制作方法，其特征在于，所述电极为正面电极的副栅线。

11.如权利要求1所述的选择性发射极太阳电池的制作方法，其特征在于，所进行的扩散制结的扩散温度范围为800℃～950℃，扩散时间范围为10～60分钟。

12.一种通过前述权利要求中任一项所述的选择性发射极太阳电池的制作方法制备的太阳电池。

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