[发明专利]选择性发射极晶体硅太阳电池制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳电池制造方法，特别涉及一种选择性发射极晶体硅太阳电池制造方法。

背景技术

    目前商品化生产的晶体硅太阳电池工艺流程比较简单成熟，适合大规模生产并得到迅速发展。如图1所示，晶体硅太阳电池的基本工艺流程为：单晶或者多晶硅片的表面制备（包括去除硅片表面损伤形成减反射表面结构然后化学清洗）→扩散制结（在POCl₃气氛中进行高温扩散制造PN结）→去除硅片周边PN结→正表面沉积减反射膜及钝化→电极制造（用相应的浆料丝网印刷正面、背面电极及背表面场图案并烘干、高温烧结形成欧姆接触），最后进行检测分档得到成品。这种商品化生产的晶体硅太阳电池工艺，具有工艺简单、设备自动化程度较高、易于规模化生产的特点，从而能够降低成本。目前，这种工艺制造的电池光电转换效率，单晶电池一般为17.5%～18.2%，多晶电池一般为16.2%～16.6%。

上述工艺虽然比较简单，但扩散和电极制造这两道工艺步骤是相互制约的，其制约了转换效率的提高，进一步提高电池光电转换效率则受到限制。

在扩散步骤，电池表面低的掺杂浓度可以降低少数载流子的体内复合机率，还可以进行较好的表面钝化，降低少数载流子的表面复合机率，从而减小电池的反向饱和电流，提高电池的开路电压和短路电流。另外，越靠近太阳电池的表面，光生载流子的产生率越高，短波光响应越好，因此低的掺杂浓度形成的浅扩散区，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。

在电极制造步骤，电池正面、背表面需要印刷银浆和铝浆，为了获得较好的欧姆接触，需要电池表面高的掺杂浓度。而低的表面掺杂浓度，在制作电极时使金属和硅接触部分形成高的接触电阻，因而增加太阳电池的串联电阻。再则，低的表面掺杂浓度使扩散区的薄层电阻增大，也会增加太阳电池的串联电阻，使电池的填充因子降低，最终使电池光电转换效率下降。

前述分析表明，必须权衡扩散步骤和电极制造步骤两者之间的矛盾，因此在常规硅太阳电池中，扩散的浓度要兼顾印刷电极的要求，通常要求扩散后的表面薄层电阻为50Ω/方块～60Ω/方块左右的较高浓度掺杂，在这样的浓度下，硅片表面载流子复合率较高，会减小短路电流密度，从而使效率下降。

以上分析表明：为了提高电池开路电压和短路电流角度，应当进行低浓度掺杂；为了降低电极接触电阻提高电池填充因子，应当进行高浓度掺杂。解决两者不同要求的工艺方法，是在电池片表面制作选择性发射电极：即在电极接触区域采用高浓度掺杂，在光吸收区域采用低浓度掺杂。

人们都在寻找能够降低成本、又能大批量生产的方法来制作选择性发射极晶体硅太阳电池。其中已形成一定生产规模的方法是采用印刷工艺腐蚀剂的方法，在二氧化硅层上腐蚀形成电极窗口，进行高浓度扩散，如图2所示，其工艺过程如下：

a）去除硅片表面损伤，形成减反射表面结构及化学清洗；

b）热氧化生长二氧化硅层；

c）在晶体硅片的二氧化硅层上采用印刷工艺印刷腐蚀剂，腐蚀形成电极窗口，然后，在电极窗口区域在POCl₃气氛中进行高浓度掺杂扩散，印刷腐蚀剂，腐蚀形成电极窗口的工艺步骤为：

将腐蚀剂印刷到带有二氧化硅层的硅片表面需要制作电极的区域（与印刷正反面电极的印刷工艺相同，只是所用印刷材料的不同）；待腐蚀剂将需制作电极的硅片表面二氧化硅层充分腐蚀掉后对硅片进行清洗，去除腐蚀剂，所述腐蚀剂为浓度为10%的氟化氢铵。

d）在POCl₃气氛中进行高浓扩散；

e）去除二氧化硅层；

f）在POCl₃气氛中进行低浓度扩散；

g）去除周边及背面PN结；

h）表面钝化及沉积减反射层；

i）印刷正反面电极及背表面场，烧结。

上述选择性发射极晶体硅太阳电池制造方法，不足之处是需要在硅片表面热氧化生成二氧化硅层，再在二氧化硅层上印刷腐蚀剂，待腐蚀剂将需制作电极的硅片表面充分腐蚀掉后对硅片进行清洗，去除腐蚀剂，形成电极窗口。与图1所示常规传统工艺相比，增加了“热氧化生长二氧化硅层→在二氧化硅层上印刷腐蚀剂→清洗硅片去除腐蚀剂形成电极窗口→在POCl₃气氛中进行高浓度扩散→去除二氧化硅层→在POCl₃气氛中进行淡扩散” ，工艺过程过于复杂，生产成本增加，限制了更大规模的生产应用。

发明内容