[发明专利]一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳电池的制备方法，具体涉及一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法。

背景技术

自进入本世纪以来光伏产业成为世界上增长最快的高新技术产业。在各类太阳电池中，晶体硅(单晶硅、多晶硅)太阳电池占有极其重要的地位，目前占据了光伏市场90％以上的份额。从世界光伏产量来看，2007年太阳电池产量达到了4.2GW，相比2006年产量翻了一番，尽管在2008年年底，光伏产业受到了席卷全球的金融危机的冲击，但是2008年产量仍然超过了5GW。我国太阳电池的产量在最近几年得到了突飞猛进的发展，2007年产量为1.2GW，产能达到了2GW；2008年中国太阳电池产量突破了2GW，产能超4GW，位居世界第一。由于快速发展的光伏发电市场确立了多晶硅材料的主导作用，以晶体硅为代表的第一代太阳电池是现在光伏发电的主力，从发展的观点来看，晶体硅太阳电池在未来很长的一段时间仍将占据主导地位。

在光伏产业飞速发展的同时，寻求更低的太阳电池制造成本及提高电池转换效率仍是业界不断追求的目标和提高自身竞争力之所在，因此，人们不断探索各种提高效率或者降低成本的技术工艺路线。在各类涌现的新技术中，选择性发射极结构是提高太阳电池转换效率的一个比较有效的方法。为了形成良好的前电极欧姆接触，要求太阳电池发射极掺杂浓度越高越好，这样可以形成较好的欧姆接触；但是，低的方块电阻会使得前表面产生较为严重的“死层”，一方面导致前表面复合速率很大，引起开路电压降低，另一方面使高能短波光子得不到有效利用，导致短路电流降低。因此，从光生载流子的收集来看，只有轻掺杂的发射极才有利于电池的转换性能的提高。目前对于传统商业化生产的晶体硅太阳电池来说，扩散后p-n结的方块电阻一般为40～50ohm/sq，这是为了适应于丝网印刷电极的需要，因此传统的太阳电池效率一般只保持在17.0％以下。

提高方块电阻可改善开路电压和短路电流，但是在丝网印刷电极的方式下，电极与硅材料的接触电阻很大，最终会由于填充因子的大幅度降低从而引起转换效率降低。为了同时照顾开路电压、短路电流和填充因子的需要，选择性发射极电池是非常理想的选择，即在电极接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。这样的结构会增加短波响应和降低表面复合，同时减少前电极与发射区的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高了转换效率。

选择性发射极早在上世纪90年代就有文献报道过，后来得到人们的重视并应用在高效电池的研究当中，例如新南威尔士大学的PERC、PERL电池中，均采用了选择性发射极结构。实现选择性发射极结构的方法可以分为双步扩散法和单步扩散法，双步扩散法是进行两次热扩散而形成该结构；双步法分两个步骤分别形成选择性发射极结构的两个不同区域，一般在高掺杂深扩散区得到低于20Ω/□左右的方块电阻，而在低掺杂浅扩散区得到80Ω/□左右的方块电阻。由于两步扩散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，而且工艺步骤多、复杂，并且制备的面积小，而且大多是采用掩膜蒸发或者光刻的方法蒸镀前表面电极，所以双步法在高效电池的研究中常被采用。

而单步扩散法是在一次热扩散中形成该结构，单步扩散法是为了避免双步扩散法的弊端而形成的。它的具体操作形式主要有两种，一是加拿大的D.S.Ruby在表面均匀涂源进行扩散形成较深的结，然后印刷电极后再在非电极区用等离子体刻蚀很薄的一层，此方法中等离子体腐蚀需要相对复杂和昂贵的设备，腐蚀过程中也会对电极的接触有影响。另外一种是对加热源进行掩膜处理，使得均匀地印刷在硅片表面上的杂质在扩散过程中受光和热不均匀而造成扩散深浅不同、浓度高低不同的区域，从而形成选择性发射极结构。此方法中，要求掩模在高温扩散的过程中不能变形，且操作也较复杂。由于单步法热耗少并且避免了对硅片的二次高温处理而带来的损害等优点，因此人们在以单步法的基础上结合其它技术开展了了制作选择性发射极不同技术的研究。