[发明专利]一种制造高效硅太阳能电池片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造高效硅太阳能电池片的工艺方法。

背景技术

以“紫电池”的理论基础展开的制造硅高效太阳能电池的研究工作进行了十多年，但仍停留在理论指导上，没有真正应用于商业化生产。其根本原因就是因为制造工艺被原有的传统工艺概念所限止束缚，要实现高转换效率的目标，还需要增加多道工序而导致一糸列生产成本的增加。研究一种折中简便的工艺方法来减少表面光生载流子的复合便成为大家追寻的目标。

在“紫电池”的基础上，如果继续减小结深或改变其表面掺杂浓度，可对电池短波响应有利从而提高电池的转换效率。但由于掺杂浓度的改变亦将使通常情况的扩散薄层电阻增大，因而引起串联电阻功率损耗增大，从而导致结温升的增加而使开路电压降低，最终将影响效率。为此有必要在其结构设计和工艺结构上有所调整。PERL电池在设计上和工艺上采用了分区磷扩散的方法，从而解决了这个矛盾。据称转换效率可达到23.8％。在工艺上如何实现分区磷扩散(亦有称其为选择性扩散)便是业内所需寻求的主要研究方向。所谓“选择性扩散”的概念源於微电子工艺中氧化、光刻、扩散的原理，采用以上方法可以根据需要把N型或P型杂质有目的地“选择扩散”到固定区域中去。而在微电子物理理论把P⁺P、N⁺N结称为高低结。在太阳能电池结构设计上亦称其为高-低发射极电池，不过这种高低N⁺N结是纵向的。因此我们也可以把现在这种分区扩散所形成横向的结称为高低同质结、或称为横向高低同质结更合理规范一些。横向N⁺N高低结由于掺杂浓度不一样，根据扩散的基本原理可知，浓度不同结深亦将略有差异，也就是结面不会很平整。无形中使结面积少有增加，有利于效率的增加。由于传统的观念的影响也使人谈到“分区”、“选择”时就要联想到氧化、光刻、扩散等工艺。但要真实施起来需要多台且设备价格昂贵，工序范琐，制作成本增加。工序增加同时可能使破片率增加，效益下降。

为实现上述目的，以往在实验室中使用的制造方法工艺工序较多，如采用氧化物磷源或二氧化硅磷乳胶源通过两次喷涂的方法在P型硅片表面分别形成浓、淡磷扩散源，再通过氧化、光刻分别扩散成横向N⁺N高低结。这种方法加工困难、效率低下，生产成本高。所以真正能运用于批量生产的很少。

发明内容

本发明目的在于发明一种工序简便、能制造高效硅太阳能电池片的方法。

本发明采用氧化物磷源或二氧化硅磷乳胶源直接印刷或喷涂在P型硅片上，直接形成浓磷扩散区的图形成为浓磷扩散源，然后在三氯氧磷的气氛中一次扩散成横向N⁺N高低结，再依次采用周边刻蚀、去磷硅玻璃、淀积氮化硅膜、丝印正反面电极和背铝、氢钝化、烧结。

本发明的综合特点是采用直高接印刷或喷涂的方法把扩散源直接形成浓磷扩散区，淡磷扩散区可在扩散过程中以调节小氮流量来实现。并在同一温度下只通过一次磷扩散便同时实现做成横向N⁺N低结。这种只需一次扩散就形成N⁺N高低同质结，无须生长二氧化硅来屏蔽，也不用二次光刻成浓、淡磷两次扩散区，便可省去了氧化、光刻、二次扩散等多道工序，同样可以实现N⁺N高低结，达到提高转换效率的目的。

本发明的理论基础来源于扩散的基本原理和要求。首先我们知道杂质扩散的条件：

(一)每个硅原子被相邻四个硅原子紧密拉住，原子只能在共价键上活动，当杂质要扩散进硅时，硅原子就要跑出来让杂质占有，须有一定能量，叫激活能。激活能耒自外界的温度。温度越高杂质扩散进去越快。

(二)扩散气氛和衬底材料两边需要存在杂质浓度的差异，这种差异的存在源于扩散杂质源中杂质的含量和衬底材料本身的电阻率，最终扩散进去的掺杂浓度又同一定扩散温度下硅的固溶度有关。巧妙利用其原理便能得到不同的方块电阻。

(三)当然综合起来同扩散时间、温度、材料晶向、气体流量、衬底浓度等因素有关。而对扩散的技术要求主要是在表面浓度、表面质量、均匀性、重复性。既然有不均匀的问题，岂不可以利用它致所以形成的原因来达到分区扩散的目的呢？

答案当然是肯定的。根据掺杂浓度的关系分析，用掺杂氧化物源扩散的薄层电阻Rs与氧化物中的杂质量、扩散气氛、扩散温度和时间等有关。实验结果已经表明，氧化物中杂质量大，同样扩散条件下Rs就小，表面浓度就大。但掺杂量大到一它值时，表面浓度会受到固溶度的限止而达到最大值。薄层电阻也将达到最小值。时如果浓度再增加，Rs反而会增大，这是由于杂质浓度过大，使电激活杂质反而减少所致。