CN103794679B - 一种背接触太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背接触太阳能电池的制备方法，该方法利用扩散、图案化的介质掩膜、刻蚀和激光绝缘等技术组合实现了在硅基体背表面制作相互交替排列的p+掺杂区域和n+掺杂区域，在p+掺杂区域和n+掺杂区域的交界处制作用于p+/n+区域电绝缘的带隙，在硅基体前表面制作低表面掺杂浓度的n+前表面场FSF，然后利用SiOx，SiNx和AlOx等介质膜实现硅基体前后表面的钝化和前表面的减反，最后通过丝网印刷和共烧结的工艺实现硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域的金属化接触，完成背接触太阳能电池的制作。本发明公开的制备方法与目前晶硅太阳能电池生产工艺有诸多共通之处，不需引入新的制造设备，所有制程都可以在当前工业化产线上完成，成本低、工艺简单合理且安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种背接触太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种将光能转化为电能的半导体器件，较低的生产成本和较高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。对于目前常规太阳能电池，其p+掺杂区域接触电极和n+掺杂区域接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所反射，造成一部分光学损失。普通晶硅太阳能电池的正面金属电极的覆盖面积在7%左右，减少金属电极的正面覆盖可以直接提高的电池的能量转化效率。
背接触电池，是一种将p+掺杂区域和n+掺杂区域均放置在电池背面（非受光面）的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。
背接触结构的太阳能电池是目前能工业化批量生产的晶硅太阳能电池中能量转化效率最高的一种电池，它的高转化效率，低的组件封装成本，一直深受人们所青睐。但是，背接触电池制作工艺比较复杂，其中包含多道制作掩膜的工艺，该工艺要求很高的对准精度，在以往的制作方法中，大都采用半导体集成电路中所使用的光刻技术来制作背接触电池的掩膜，然而光刻技术的成本非常昂贵，就目前而言很难应用于大规模的背接触电池生产。因此，采用低成本的工艺流程制作高效的背接触电池，一直以来都是一个巨大的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种背接触太阳能电池的制备方法，该制备方法工艺流程相对较为简单，所有制作过程都可以在当前工业化产线完成，不需要引入新设备，工艺合理、安全可靠，且成本低。
本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种背接触太阳能电池的制备方法，含以下步骤：
（1）使用N型晶体硅基体，在硅基体前表面制备一层薄介质膜，以形成扩散缓冲层；
（2）进行硅基体前后表面双面磷扩散或硅基体背表面单面硼扩散；
（3）在硅基体背表面制作图案化的介质掩膜用作扩散阻挡层，所述介质掩膜图案化覆盖在硅基体背表面；
（4）用化学溶液刻蚀硅基体背表面以去除图案化介质掩膜所镂空的磷扩散区域或硼扩散区域；
（5）对于步骤（2）中采用双面磷扩散的硅基体，在硅基体背面进行单面硼扩散，对于步骤（2）中采用背表面单面硼扩散的硅基体，在硅基体前后表面进行双面磷扩散，扩散结束后，硅基体背表面将会形成图案化的相互补的p+掺杂区域和n+掺杂区域，硅基体前表面将会形成低表面浓度的n+掺杂区域；
（6）在硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处进行电绝缘；
（7）用化学溶液去除硅基体前表面的薄介质膜和硅基体背表面的图案化介质掩膜；
（8）在硅基体前表面制备钝化减反膜，在硅基体背表面制备钝化膜；
（9）通过丝网印刷和共烧结的工艺实现p+掺杂区域和n+掺杂区域的金属化接触，完成背接触电池的制作。
本发明步骤（1）中所述的N型晶体硅基体为N型单晶硅基体，其电阻率优选为1～30Ω·cm，厚度优选为50～300μm，所述的N型晶体硅基体使用前先经表面制绒处理。
本发明步骤（1）中用作扩散缓冲层的薄介质膜优选为氧化硅SiOx薄膜，其厚度为5～20nm，其中硅基体前表面是指阳光入射面，该SiOx介质膜可以采用PECVD的方式制备，此处仅作列举，不作限定。
本发明步骤（2）中双面磷扩散时，磷源优选采用液态的三氯氧磷POCl3，环境气源为N2和O2，扩散温度优选为500～1200℃，扩散时间优选为30～200min，扩散结束后在晶体硅基体前后表面分别形成掺磷的扩散层，由于硅基体前表面受到扩散缓冲层SiOx介质膜的作用，硅基体前表面的磷掺杂浓度会远低于其背表面的磷掺杂浓度；单面硼扩散时，硼源优选采用液态的BBr3，扩散温度优选为500～1200℃，扩散时间优选为30～200min，环境气源为N2和O2，通过将硅片以背靠背的方式装入扩散炉，实现单面硼扩散。
本发明步骤（3）中所述的图案化的介质掩膜优选为SiOx或SiNx介质膜，其厚度优选为100～200nm，其制备过程是先在硅基体背表面沉积一层该介质掩膜，然后利用激光选择性去除部分介质掩膜，以形成图案化的介质掩膜。
其中图案化的介质掩膜可以为在硅基体背表面上设有平行设置的条状介质掩膜，也可以为在硅基体背表面上设置点状掩膜，或者其它具有一定形状的掩膜，此处不作限定，仅为列举。
本发明步骤（4）中所述的化学溶液为只与硅反应而不与介质掩膜反应的化学溶液，所述的化学溶液优选为KOH水溶液、NaOH水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液或乙二胺水溶液，其质量百分含量为10～30%，温度为50～90℃，刻蚀深度为1～10μm。
本发明步骤（5）中对于步骤（2）中采用双面磷扩散的硅基体，在硅基体背面进行单面硼扩散，单面硼扩散时，硼源优选采用液态的BBr3，扩散温度优选为500～1200℃，扩散时间优选为30～200min，环境气源优选为N2和O2，通过将硅基体以背靠背的方式装入扩散炉，实现单面硼扩散；对于步骤（2）中采用单面硼扩散的硅基体，在硅基体前后表面进行双面磷扩散，双面磷扩散时，磷源优选采用液态的三氯氧磷POCl3，环境气源优选为N2和O2，扩散温度优选为500～1200℃，扩散时间优选为30～200min。
本发明步骤（6）中对硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处进行电绝缘，电绝缘方法为采用激光去除硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处的介质膜，然后利用化学溶液对硅基体进行刻蚀，以在p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处形成带隙，从而实现无晶格损伤层的p+掺杂区域和n+掺杂区域之间的电绝缘，其中带隙的尺寸为50～100μm，所述的化学溶液为KOH水溶液、NaOH水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液或乙二胺水溶液，其质量百分含量为10～30%，温度为50～90℃。
本发明步骤（7）中所述的化学腐蚀溶液优选为HF水溶液，其质量百分含量为20～40%。
本发明步骤（8）形成于硅基体前表面的钝化减反膜为SiOx/SiNx复合膜，其中SiOx介质膜沉积在硅基体前表面，厚度为5～30nm，SiNx介质膜沉积在SiOx介质膜上，SiNx介质膜的厚度为40～80nm。形成于硅基体背表面的钝化膜为AlOx/SiNx介质膜，AlOx介质膜沉积在硅基体背表面，厚度为4～20nm，SiNx介质膜沉积在AlOx介质膜上，厚度为20～50nm。
其中前表面的钝化减反膜和背表面的钝化膜制备工艺如下：在硅基体前表面优选采用PECVD的方式沉积一层厚度为5～30nm的SiOx介质膜，然后再在SiOx介质膜上沉积一层厚度为40-80nm的SiNx介质膜，以形成前表面钝化膜和光学减反；在硅基体背表面优选采用PECVD或ALD的方式制作AlOx介质膜作为钝化层，膜的厚度为4～20nm，然后在AlOx钝化膜的表面再沉积一层厚度为20～50nm的SiNx膜作为AlOx钝化膜的保护层，形成背表面钝化膜。
本发明步骤（9）中通过丝网印刷和共烧结的方式实现p+掺杂区域和n+掺杂区域的金属接触，其中与p+掺杂区域接触的金属电极为银铝合金，与n+掺杂区域接触的金属电极为银。这两种金属电极通过丝网印刷的方式分别印刷在硅基体背表面的p+掺杂区域和n+掺杂区域上，印刷结束后经一次烧结形成欧姆接触。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明背接触太阳能电池的制备方法利用扩散缓冲层实现低掺杂浓度的n+前表面场FSF，从而大大降低电池前表面的载流子复合速率；
（2）本发明背接触太阳能电池的制备方法利用激光技术实现图案化的掩膜代替光刻，在保证满足背接触电池制作精度的同时，大大降低了掩膜工艺的成本；
（3）本发明背接触太阳能电池的制备方法与目前晶硅太阳能电池生产工艺有诸多共通之处，不需引入新设备，所有制程都可以在当前工业化产线上完成，工艺合理安全可靠。
（4）本发明制备的背接触太阳能电池与传统的太阳能电池相比，一方面，正面无栅状电极，正负电极相互交替排列在背后，消除了正面金属电极的遮光损失，相当于增加了有效半导体面积，从而导致电池的短路电流得以提高；另一方面，相互交替排布的发射区与基区电极几乎覆盖了硅片背表面的大部分，从而大大降低了电池的串联电阻，电池的填充因子得以提高。
以下结合附图和优选示例性实施方案进一步详细说明给出本发明的特征和优点。
附图说明
图1是本发明实施例1-2中在硅基体前表面制备薄介质膜形成扩散缓冲层示意图；
图2A是本发明实施例1中对硅基体进行双面磷扩散示意图；
图2B是本发明实施例2中对硅基体进行背面单面硼扩散示意图；
图3A是本发明实施例1中在硅基体背面制作图案化介质掩膜的示意图；
图3B是本发明实施例2中在硅基体背面制作图案化介质掩膜的示意图；
图4A是本发明实施例1中用化学溶液刻蚀硅基体背表面以去除未被掩膜覆盖的磷扩散区域的示意图；
图4B本发明实施例2中用化学溶液刻蚀硅基体背表面以去除未被掩膜覆盖的硼扩散区域的示意图；
图5A是本发明实施例1中对硅基体背表面进行单面硼扩散示意图；
图5B是本发明实施例2中对硅基体前后表面进行双面磷扩散示意图；
图6A是本发明实施例1中在硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处进行电绝缘示意图；
图6B是本发明实施例2中在硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处进行电绝缘示意图；
图7是本发明实施例1中用化学腐蚀溶液去除硅基体前后表面的介质膜的示意图；
图8是本发明实施例1中在硅基体前表面制备钝化减反膜和在硅基体背表面制备钝化增反膜的示意图；
图9是本发明实施例1中通过丝网印刷和共烧结的工艺实现p+掺杂区域和n+掺杂区域的金属接触并完成背接触电池的制作的示意图；
图10A是本发明实施例1中图案化介质掩膜的示意图；
图10B是本发明实施例1中图案化介质掩膜的示意图；
图11A是本发明实施例2中图案化介质掩膜的示意图；
图11B是本发明实施例2中图案化介质掩膜的示意图；
图12A是本发明实施例1中制备的背接触太阳能电池的p+掺杂区域和n+掺杂区域示意图；
图12B是本发明实施例1中制备的背接触太阳能电池的p+掺杂区域和n+掺杂区域示意图；
附图说明：10、N型晶体硅基体；12、背面n+掺杂区域；14、薄介质膜或SiOx薄膜或扩散缓冲层；16、正面n+掺杂区域或n+前表面场FSF；18、介质掩膜；20、背面p+掺杂区域或硼扩散区域；22、背面n+掺杂区域与p+掺杂区域之间的带隙；24、SiOx介质膜；26、前表面SiNx介质膜；28、AlOx介质膜；30、背表面SiNx介质膜；40、p+掺杂区域金属接触电极；42、n+掺杂区域金属接触电极。
具体实施方式
实施例1
本实施例中背接触太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
（1）选用的晶体硅基底为有（100）晶向的单晶硅基体，图1给出的是一个n型CZ单晶硅基体10，其电阻率为1-30Ω·cm，硅基体厚度为50～300μm，将该硅基体置于氢氧化钠酒精水溶液中进行表面腐蚀以形成凸凹不平的绒面，制绒后的硅基体用质量浓度为5～10%的盐酸浸泡2分钟，再用去离子水将硅基体漂洗干净，烘干后在硅基体前表面用PECVD沉积一层很薄的氧化硅（SiOx）薄膜14，该薄膜的厚度为5～20nm，折射率为1.4～1.6，其作用为扩散缓冲层；
（2）如图2A所示，将镀好SiOx薄膜14的硅基体放入工业用管式扩散炉中进行双面磷扩散，扩散所用磷源为液态三氯氧磷POCl3，环境气源为N2和O2，扩散温度为500～1200℃，扩散时间为30～200分钟，由于硅基体前表面有扩散缓冲层14，因此扩散后硅基体前表面的磷掺杂浓度要远低于背表面，相应的扩散方阻也远高于背表面。这样做的目的是因为背接触电池的n+前表面场（n+FSF）需要的是轻掺杂的n+扩散层，通过扩散缓冲的作用可以很容易的实现背接触电池对n+FSF轻掺杂的这一要求，扩散结束后，硅基体背表面n+掺杂区域12的扩散方阻为50～200Ω/□，结深0.3～2.0μm，前表面n+扩散区域，或n+FSF16由于受扩散缓冲层14的作用，扩散方阻为100～400Ω/□，结深为0.2～2.0μm；
（3）如图3A所示，在硅基体背表面制作图案化的介质掩膜用作扩散阻挡层，该图案化介质掩膜的形成首先是采用PECVD的方式在硅基体背表面沉积一层SiOx或SiNx膜，膜的厚度为100～200nm，折射率分别为1.5和2.0左右，然后利用激光按照预先设计好的背接触电池的背面p+掺杂区域的图案进行选择性去除介质膜，以在硅基体背表面形成图案化的介质掩膜18，激光图案与所形成的掩膜图案相互补。在本实施例中，图案化介质掩膜的形状可以为呈周期排列的指状图案，如图10A所示，对于该图案的介质掩膜，其排列周期优选为1000～3500μm，相邻两介质掩膜间的间距为600～3200μm；图案化的介质掩膜也可以为如图10B所示的正六边形孔阵列，每个孔状区域的尺寸为500～1500μm；图案化介质掩膜也可以为其他任意排布的周期或准周期阵列，其图案可以根据需要有多种选择，此处不作限定，仅进行举例列举；
（4）用化学溶液刻蚀硅基体，该溶液的化学特性为只与硅反应，不与SiOx或SiNx介质膜反应，此溶液可以为KOH或NaOH水溶液，其重量百分含量为10～30%，工作温度为50～90℃；或为四甲基氢氧化铵或乙二胺溶液，其重量百分含量为10～30%，工作温度为50～90℃，刻蚀结束后，在硅基体背表面激光去除介质膜的区域形成一个刻蚀深度为1～10μm刻蚀区域，如图4A所示。
（5）对硅基体背表面进行单面硼扩散，硼源采用液态的BBr3，扩散温度为500～1200°℃，环境气源为N2和O2，通过将硅基体以背靠背的方式装入扩散炉，实现单面硼扩散，由于硅基体背面有图案化的介质掩膜作为阻挡层，有介质掩膜18的区域硼源不能扩入，因此扩散结束后将会形成与介质掩膜18相互补的硼扩散区域20。至此，相互交替排列在硅基体背表面的p+掺杂区域各n+掺杂区域得以实现，具体如图5A所示。扩散结束后，硅基体背表面硼扩散区域即背面p+扩散区域20的扩散方阻为20-150Ω/□，结深为0.3～2.0μm，另外硅基体背表面n+扩散区12和前表面n+FSF16由于受到第二次硼扩散的热场影响，扩散的磷杂质原子会进一步往硅基体内部推进，导致结深加深，因此，硼扩结束后，硅基体背表面n+扩散区12和前表面n+FSF16扩散方阻分别为20～150Ω/□和50～200Ω/□，结深分别为0.6～3.0μm和0.5～3.0μm；
（6）如图6A所示，对硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域的交界处进行电绝缘，绝缘方法为采用较低能量的激光去除硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处的介质膜，然后利用上述步骤（4）中采用的化学刻蚀方法对裸硅进行刻蚀，从而实现无晶格损伤层的p+掺杂区域和n+掺杂区域之间的电绝缘。p+掺杂区域与n+掺杂区域交接处的介质膜为介质掩膜18和部分硼扩散后形成的硼硅玻璃（BSG），激光去膜后，被这些介质膜覆盖的硅基底将会裸露出来，再用KOH或NaOH水溶液或四甲基氢氧化铵或乙二胺溶液进行硅基体刻蚀，由于介质掩膜和BSG均不与刻蚀溶液反应，因此刻蚀结束后，将会在p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处形成一较窄的带隙22，带隙的尺寸为50～100μm，从而实现p+掺杂区域和n+掺杂区域之间的电绝缘；
（7）如图7所示，将硅基体放入HF水溶液中去除硅基体前后表面的介质膜，HF水溶液质量百分含量为20～40%，工作温度为室温，硅基体前后表面介质膜被去除后，再用去离子水将硅基体漂洗干净，烘干，至此，相互交替排列的p+掺杂区域和n+掺杂区域形成于硅基体背表面，如图12A和12B所示，其分别对应于图10A和图10B所示的图案化介质掩膜。
（8）如图8所示，在硅基体前表面用PECVD的方式先沉积一层厚度为5～30nm的SiOx介质膜24，然后在SiOx介质膜24上再沉积一层SiNx介质膜26，膜的厚度为40～80nm；在硅基体背表面用PECVD或ALD的方式制作一层AlOx介质膜28，膜的厚度为4～20nm，然后在AlOx介质膜28的表面再沉积一层SiNx介质膜30，SiNx介质膜30的厚度为20～50nm，硅基体前表面SiOx介质膜与SiNx介质膜26的作用为硅基体前表面的钝化和光的减反射；硅基体背表面的AlOx介质膜28与SiNx介质膜30的作用为硅基体背表面的钝化，另一方面，硅基体背面的SiNx介质膜30也起到了对AlOx介质膜28的保护作用。
（9）如图9所示，通过丝网印刷和共烧结的工艺实现p+掺杂区域和n+掺杂区域的金属接触，与p+掺杂区域接触的金属电极40为银铝合金，与n+掺杂区域接触的金属电极42为银，该两种金属电极是通过两次丝网印刷的方法印刷在硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域区域，印刷结束后经一次烧结形成欧姆接触。
实施例2
本实施例中背接触太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
（1）本发明专利选用的晶体硅基底为有（100）晶向的单晶硅基体，图1给出的是一个n型单晶硅基体10，体电阻率为1～30Ω·cm，硅基体厚度为50～300μm，将该硅基体置于氢氧化钠酒精水溶液中进行表面腐蚀以形成凸凹不平的绒面，制绒后的硅基体用质量浓度为5～10%的盐酸浸泡2分钟，再用去离子水将硅基体漂洗干净，烘干后在硅基体前表面用PECVD沉积一层很薄的氧化硅（SiOx）薄膜14，该薄膜的厚度为5～20nm，折射率为1.4～1.6，其目的是作为扩散缓冲层；
（2）如图2B所示，将镀好SiOx薄膜14的硅基体放入工业用管式扩散炉中进行背表面单面硼扩散，硼源采用液态的BBr3，扩散温度为500～1200℃，时间为30～200分钟，环境气源为N2和O2，通过将硅基体以背靠背的方式装入扩散炉，实现单面硼扩散，扩散结束后，在硅基体背表面形成硼扩散区域20，其扩散方阻为20～150Ω/□，结深为0.3～2.0μm；
（3）如图3B所示，在硅基体背表面制作图案化的介质掩膜用作扩散阻挡层；该介质掩膜的形成首先通过PECVD在硅基体背表面沉积一层SiOx或SiNx膜，膜的厚度为100～200nm，折射率分别为1.5和2.0左右，然后利用激光按照背接触电池的背面n+掺杂区域图案进行选择性去除介质膜，以在硅基体背表面形成图案化的介质膜18，激光图案与所形成的掩膜图案相互补。在本实施例中，图案化介质掩膜的形状可以为呈周期排列的指状图案，如图11A所示，对于该图案的介质掩膜，周期为1000～3500μm，相邻两介质掩膜间的距离为300～800μm；图案化介质掩膜也可以为如图11B所示的正六边形阵列，该图案与图10B相互补，每个孔状区域的尺寸为500～1500μm，图案化介质掩膜也可以为其他任意排布的周期或准周期阵列；
（4）用化学溶液刻蚀硅基体，该溶液的化学特性为只与硅反应，不与SiOx或SiNx介质膜反应，此溶液可以为KOH或NaOH水溶液，其质量百分含量为10～30%，工作温度为50～90℃；或为四甲基氢氧化铵或乙二胺溶液，其质量百分含量为10～30%，工作温度为50～90℃，刻蚀结束后，会在硅基体背表面激光去除介质膜的区域形成一个刻蚀深度为1～10μm刻蚀区域，如图4B所示；
（5）对硅基体背表面进行双面磷扩散，扩散所用磷源为液态三氯氧磷，环境气源为N2和O2，扩散温度为500～1200℃，扩散时间为30～200分钟，由于硅基体前表面有扩散缓冲层，因此扩散后前表面的扩散方阻要远高于背表面，掺杂浓度要远低于背表面，扩散结束后，在硅基体背表面形成图案相互补的p+掺杂区域和n+掺杂区域，具体如图5B中所示。硅基体背表面n+扩散区域12的扩散方阻为50～200Ω/□，结深0.3～2.0μm，前表面n+扩散区域，或n+前表面场16由于受扩散缓冲层14的作用，扩散方阻为100～400Ω/□，结深为0.2～2.0μm。另外，由于硅基体背表面p+扩散区20受到第二次磷扩散热场的影响，扩散的杂质会进一步往硅基体内部推进，导致结深加深，因此，第二次磷扩结束后，硅基体背表面p+扩散区20的扩散方阻为20～150Ω/□，结深为0.5～3.0μm；
（6）如图6B所示，对硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域的交界处进行电绝缘，绝缘方法为采用较低能量的激光去除硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处的介质膜，然后利用上述步骤（4）采用的化学刻蚀方法进行刻蚀，从而形成无晶格损伤层的p+掺杂区域和n+掺杂区域之间的电绝缘。p+掺杂区域与n+掺杂区域交接处的介质膜为介质掩膜18和部分磷扩散后形成的磷硅玻璃（PSG），激光去膜后，被这些介质膜覆盖的硅基底将会裸露出来，再用KOH或NaOH水溶液或四甲基氢氧化铵或乙二胺溶液进行硅基体刻蚀，由于介质膜和BSG均不与刻蚀液反应，因此刻蚀结束后，将会在p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处形成一较窄的带隙22，带隙的尺寸为50～100μm，实现p+掺杂区域和n+掺杂区域之间的电绝缘；
（7）参照图7所示，将硅基体放入HF水溶液中去除硅基体前后表面的介质膜，HF水溶液质量百分含量为20～40%，工作温度为室温，硅基体前后表面介质膜被去除后，再用去离子水将硅基体漂洗干净，烘干，至此，相互交替排列的p+掺杂区域和n+掺杂区域形成于电池背表面，如图12A和12B所示，其分别对应于图11A和图11B所示的图案化介质掩膜。
（8）参照图8所示，在硅基体前表面用PECVD的方式先沉积一层厚度为5～30nm的SiOx介质膜24，然后在SiOx介质膜24上再沉积一层SiNx介质膜26，膜的厚度为40～80nm；在硅基体背表面用PECVD或ALD的方式制作一层AlOx介质膜28，膜的厚度为4～20nm，然后在AlOx介质膜28的表面再沉积一层SiNx膜30，SiN膜30的厚度为20～50nm，硅基体前表面SiOx介质膜SiOx与SiNx介质膜26的作用为硅基体前表面的钝化和光的减反射；硅基体背表面的AlOx介质膜28与SiNx介质膜30的作用为硅基体背表面的钝化，另一方面，硅基体背面的SiNx介质膜30也起到了对AlOx介质膜28的保护作用；
（9）参照图9所示，通过丝网印刷和共烧结的工艺实现p+掺杂区域和n+掺杂区域的金属接触，与p+掺杂区域接触的金属电极40为银铝合金，与n+掺杂区域接触的金属电极42为银，该两种金属电极是通过两次丝网印刷的方法印刷在硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域，印刷结束后经一次烧结形成欧姆接触。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种背接触太阳能电池的制备方法，其特征是含以下步骤：
（1）使用N型晶体硅基体，在硅基体前表面制备一层薄介质膜，以形成扩散缓冲层；
（2）进行硅基体前后表面双面磷扩散或硅基体背表面单面硼扩散；
（3）在硅基体背表面制作图案化介质掩膜用作扩散阻挡层，该介质掩膜图案化覆盖在硅基体背表面；
（4）用化学溶液刻蚀硅基体背表面以去除图案化介质掩膜所镂空的磷扩散区域或硼扩散区域；
（5）对于步骤（2）中采用双面磷扩散的硅基体，在硅基体背面进行单面硼扩散，对于步骤（2）中采用背面单面硼扩散的硅基体，在硅基体前后表面进行双面磷扩散；扩散结束后，将会在硅基体背表面形成图案化的相互补的p+掺杂区域和n+掺杂区域，在硅基体前表面形成低表面浓度的n+掺杂区域；
（6）在硅基体背表面p+区域和n+区域交界处进行电绝缘；
（7）用化学溶液去除硅基体前表面的薄介质膜和硅基体背表面的图案化介质掩膜；
（8）在硅基体前表面制备钝化减反膜，在硅基体背表面制备钝化膜；
（9）通过丝网印刷和共烧结的工艺实现基体背表面p+区域和n+区域的金属接触，完成背接触电池的制作。
2.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤（1）中所述的N型晶体硅基体为N型单晶硅基体，其电阻率为1～30Ω·cm厚度为50～300μm，所述的N型晶体硅基体使用前先经表面制绒处理；步骤（1）中所述的薄介质膜为氧化硅SiOx薄膜，其厚度为5～20nm。
3.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤（2）中的双面磷扩散，磷源采用液态的三氯氧磷POCl3，环境气源为N2和O2，扩散温度为500～1200℃，扩散时间为30～200min，扩散结束后在晶体硅基体前后表面分别形成掺磷的扩散层；单面硼扩散时，硼源采用液态的BBr3，扩散温度为500～1200℃，扩散时间为30～200min，环境气源为N2和O2，通过将硅基体以背靠背的方式装入扩散炉，实现单面硼扩散。
4.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤（3）中所述的图案化的介质掩膜为SiOx或SiNx介质膜，其厚度为100～200nm，其制备过程是先在硅基体背表面沉积一层SiOx或SiNx介质掩膜，然后利用激光选择性去除部分介质掩膜，形成图案化的介质掩膜。
5.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤（4）中所述的化学溶液为只与硅反应而不与介质掩膜反应的化学溶液，所述的化学溶液为KOH水溶液、NaOH水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液或乙二胺水溶液，其质量百分含量为10～30%，温度为50～90℃，刻蚀深度为1～10μm。
6.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤（5）中对于步骤（2）中采用双面磷扩散的硅基体，在硅基体背面进行单面硼扩散，单面硼扩散时，硼源采用液态的BBr3，扩散温度为500～1200℃，扩散时间为30～200min，环境气源为N2和O2，通过将硅基体以背靠背的方式装入扩散炉，实现单面硼扩散；对于步骤（2）中硅基体背面采用单面硼扩散的硅基体，在硅基体前后表面进行双面磷扩散，双面磷扩散时，磷源采用液态的三氯氧磷POCl3，环境气源为N2和O2，扩散温度为500～1200℃，扩散时间为30～200min。
7.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤（6）中对硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处进行电绝缘，电绝缘方法为采用激光去除硅基体背表面p+掺杂区域和n+掺杂区域交界处的介质膜，然后利用化学溶液对硅基体进行刻蚀，以在p+掺杂区域和n+掺杂区域的交界处形成带隙，从而实现无晶格损伤层的p+掺杂区域和n+掺杂区域之间的电绝缘；其中，带隙的尺寸为50～100μm，所述的化学溶液为KOH水溶液、NaOH水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液或乙二胺水溶液，其质量百分含量为10～30%，温度为50～90℃。
8.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤（7）中所述的化学腐蚀溶液为HF水溶液，其质量百分含量为20～40%。
9.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤（8）覆盖在硅基体前表面的钝化减反膜为SiOx介质膜和SiNx介质膜的复合膜，SiNx介质膜沉积在SiOx介质膜上，其中SiOx介质膜的厚度为5～30nm，SiNx介质膜的厚度为40～80nm；覆盖在硅基体背表面的钝化膜为AlOx介质膜和SiNx介质膜，SiNx介质膜沉积在AlOx介质膜上，其中AlOx介质膜的厚度为4～20nm，SiNx介质膜的厚度为20～50nm。
10.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤（9）中通过丝网印刷和共烧结的方式实现金属电极与p+掺杂区域和n+掺杂区域的欧姆接触，其中与p+掺杂区域接触的金属电极为银铝合金，与n+掺杂区域接触的金属电极为银，这两种金属电极通过丝网印刷的方式分别印刷在硅基体背表面的p+掺杂区域和n+掺杂区域上，印刷结束后经一次烧结形成欧姆接触。
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| CN102246324A (zh) * | 2008-11-12 | 2011-11-16 | 矽利康有限公司 | 深沟槽背接触光伏太阳能电池 |
| CN102623517A (zh) * | 2012-04-11 | 2012-08-01 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种背接触型晶体硅太阳能电池及其制作方法 |
| CN102931255A (zh) * | 2012-11-20 | 2013-02-13 | 上饶光电高科技有限公司 | 一种背接触太阳能电池及其制造方法 |
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2014
- 2014-01-26 CN CN201410038687.8A patent/CN103794679B/zh active Active
Patent Citations (4)
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