[发明专利]低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池的低表面浓度轻掺杂区选择性发射极结构的制备方法。

背景技术

晶体硅太阳电池在光伏市场中仍独占鳌头，低成本、高转换效率仍然是晶体硅太阳电池技术突破及生产革新的两大目标。在太阳电池研制、生产技术的不断进步中，选择性发射极结构太阳电池由于同时具备低串联电阻和优异的蓝光响应而备受青睐，激起了诸多研究人及生产的研究兴趣。这种选择性发射极结构太阳电池的特点在于发射极由重掺杂发射极区和轻掺杂发射极区共同构成，故而称之为选择性发射极结构。其中重掺杂发射极又称为重掺杂区、或重扩散区，具有高的表面浓度和结深，与太阳电池的电极区域相重合（一致）；其主要作用在于为太阳电池电极的欧姆接触形成提供了必要条件，从而降低太阳电池的串联电阻，提高填充因子；轻掺杂发射极又称为轻掺杂区、或轻扩散区，具有低的表面浓度和结深，为太阳电池的非电极接触区域，实现轻掺杂不仅能够改善太阳电池的蓝光响应，从而提高太阳电池的短路电流，而且降低了太阳电池的复合，从而提高太阳电池的开路电压。

为了能够制备形成这种高效的选择性发射极结构太阳电池，至今已经形成了多种制备方式。从衬底所经历的高温次数来看，目前选择性发射极结构的制备方式可以分为两类，两步高温扩散法和一步高温扩散法。两步高温扩散法中，为了实现选择性发射极结构的制备，硅片需要进行两次高温扩散，刻槽埋栅太阳电池的制备就是采用这种方式来实现的（T.Bruton,S.Roberts,N.Mason等人，2003.Proceedings of3^rd World Conference,2003:899-902；T.Bruton,S.Roberts,N.Mason等人，Conference Rcord of the31^st IEEE,2005:647-650），即以三氯氧磷（POCl2）液态源作为扩散源，将衬底分别进行高温重扩散和高温轻扩散（2009，晶澳（扬州）太阳能科技有限公司，200910037425.9），其中高温重扩散的实现就是在865～920℃高温条件下扩散至少81min，高温轻扩散工艺与重扩散工艺过程相近，温度比高温重扩散低25℃。通过两步高温扩散方式完成选择性发射极结构制备所需要的时间至少为160min，具有很长的制备周期，不利于产量的提高和成本的降低。且两次高温扩散过程容易造成衬底硅片热损伤的增多，降低衬底硅片质量，从而降低所制备太阳电池的转换效率。一步高温实现选择性发射极结构的方式具体来说就是只进行一次高温扩散的过程实现选择性发射极结构的制备，具体有多种实现方式：（1）etching back方式，即以三氯氧磷作为扩散源，在高温过程中实现硅片表面的整体重扩散，对电极区域进行掩膜保护后采用etching back方式对轻掺杂区域进行刻蚀（D.S.Ruby,P.Yang,M.Roy等，Photovoltaic Specialists Conference,1997.Conference Record of the26^th IEEE,1997:39-42.），刻蚀液一般采用1～10%的氢氧化钾溶液或者氢氧化钠进行腐蚀，将太阳电池表面非电极区的区域进行刻蚀去除，从而形成选择性发射极结构（江阴浚鑫科技有限公司，2010，201010510257.3；浙江晶科能源有限公司，2013，201310097455.5）。这种方法的不足在于所用高浓度碱溶液的腐蚀速率较快，不易控制，容易造成过刻；此外碱溶液的后期处理不方便，提高了硅片清洗的难度和周期，容易造成交叉污染，同时他会造成电池性能的衰减。（2）掺杂银浆料方式，首先按照常规结构太阳电池进行三氯氧磷液态源扩散制备均匀发射极，丝网印刷正面电极的银浆料具有一定量的掺杂杂质，即在太阳电池生产使用的正面银浆料中掺入掺杂元素或者该元素的氧化物（2008，湖南大学，200810143090.4；M.Hilali,J.W.Jeong,A.Rohatgi等，Conference record of the29^th IEEE,2002:356-359.），在电极共烧过程中实现选择性发射极结构的制备。由于高温条件下金属桨料中Ag的扩散速率远大于掺杂杂质（磷、锑等元素），这种方法容易造成太阳电池金属污染或者发射极受损而降低转换效率，因此这种方法不利于实际使用。（3）丝网印刷硅纳米球，由于纳米硅的熔点随尺寸的变化能够在一定温度下与硅很好地键合，能够促使一次扩散过程中在微纳米硅结构的表面形成重掺，因此有研究者提出了首先在硅片表面的电极区域通过印刷沉积硅纳米球浆料或者化学腐蚀的方式形成纳米结构，再进行三氯氧磷高温扩散从而实现选择性发射极结构的方法（北京师范大学，2011,201110249977.3）。这种实现方式中，硅纳米球浆料中含有苯、氯仿等伤害人体的剧毒物品；而腐蚀法使电极区形成纳米结构的方式是不易实现的。（4）激光掺杂技术，即硅片表面经过正常的三氯氧磷液态源扩散后，再采用激光的方式在电极区域进行重掺杂（中国科学院电工研究所，2012，201210009252.1；Yehua Tang，Chunlan Zhou，Wenjing Wang等，Solar Energy，Vol.95，2013：265-270）从而实现选择性发射极结构的制备。