[发明专利]一种双面太阳能电池超浅结结深的测量方法及其装置

说明书

本发明是一种双面电池PN结测量方法，通过石墨管状电极真空吸附待测硅片，使待测面接触电解溶液氧化生成二氧化硅薄膜，再通过光纤光谱仪实时监控测量薄膜厚度，用氢氟酸溶液将氧化层去除，四探针测量电阻率，重复氧化层生成‑测量膜厚‑腐蚀氧化层‑测量电阻率步骤，直到电阻率等于基片电阻。将硅片翻转重复上述步骤，实现背面PN结深度的测量。本发明所述的PN结深度的测量方法适用于双面电池结深测量，具有步骤简单、成本低廉、测量精准的特点。

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池领域，更具体涉及一种双面太阳能电池结深的测量方法。

背景技术

“雾霾天气“、“全球变暖”、“臭氧层破坏”、“饮用水污染“、”土地荒漠化“等环境问题越来越受到人们的重视，能源和环保成了世界主题。为此，我国能源科技总体规划提出推进传统能源高效清洁利用、新能源开发利用以及保障能源安全等措施和建议。在晶硅电池方面，主要面对完全大规模产业化的晶硅电池和高效电池来进行研究。

双面电池通过在传统单面电池的背面高浓度掺杂B或者P取代Al背场形成NPP+或者PNN+高低结电池结构。极大程度的提高了传统太阳能电池由于少子寿命的原因而造成的长波部分光电损失，进而提高了电池片的转换效率。然而，传统单面电池的PN结结深为几个微米，而双面电池的制备通常采用浅结重掺杂，其结深不足1微米。浅结重掺杂最直接的好处便是可极大的增加光吸收系数，提高电池的光电转换效率，而随之也带来了发射极载流子的复合速率和串联电阻的增加。为此，需要精准的控制扩散工艺，并对扩散后的PN结的结深和表面杂质浓度进行精确测量。

通过对文章《电化学电容-电压法表征等离子体掺杂超浅结》、《四探针测半导体材料杂质分布》以及中国专利CN101692062A、CN102738030A、CN101383306 A、CN103557827A等PN结结深的测量方法的调研发现：PN结结深的测量方法很多，如：扩展电阻法、磨角染色法、滚槽法、霍尔剥层法、电化学ECV、二次离子质谱和阳极氧化法等。这些技术各有其自身的优缺点。扩展电阻法可以测量PN结且不受深度的限制但其要求精细的样品准备，且由于磨角度数和探针半径的限制，用它表征超浅结非常困难。磨角染色法和滚槽法主要是利用硫酸铜染色液与硅之间的置换反应，通过适当掌握置换反应的时间将电势更高的N型硅染成铜红色来表征N型区。这个方法测试成本低，但对于染色的工艺要求高，染色时间控制难度大，工艺复杂程度高，重复性差，更加不适于浅结测量。霍耳剥层法利用P型和N型半导体材料的霍尔电压正好相反的特性，通过多次测试剥层前后薄层电阻和面霍耳系数的变化直到霍尔电压方向相反，可以同时测量出载流子浓度及迁移率的深度分布，也可以测量PN结深度。该方法需要每腐蚀一次便在样品表面制备一次电极，使得操作复杂，测试过程时间较长，并且腐蚀深度是由腐蚀速率来估算得知，测试结果很难做到精准。传统的电化学ECV法尽管实验方法简单，有较好的分辨率及精确性但它受限于反偏下的击穿不易表征高掺杂样品和具有一定深度分布的样品以及PN结。且ECV测试下层轻掺杂n型衬底杂质浓度受上层高浓度掺杂影响很大，更无法准确测量双面电池的背结。二次离子质谱法(SMIS)有较好的分辨率及精确度，也可以表征PN结，但它需要复杂昂贵的设备同时所测出的杂质浓度是原子浓度而不是电激活杂质浓度。也有学者采用传统阳极氧化法在纯氧环境下使用激光对硅表面进行多次加热氧化，然后，利用氢氟酸去除氧化层，并利用台阶仪测量硅片最薄处的减薄深度，并采用四探针测量该处硅片表面的电阻值，重复腐蚀和电阻测量过程，直到硅片表面电阻值与衬底的电阻相同。但由于激光能量高，使得磷元素由于热作用而导致的杂质浓度降低，从而降低杂质产生、再分布，对测量精度有干扰。传统阳极氧化法是比较常用的PN结结深测试方法，它以硅片为阳极、铂丝为阴极，置于纯水中进行电氧化生成二氧化硅氧化层，通过比色法或者称重法获得二氧化硅氧化层的厚度，需要将硅片以石蜡、导电胶等粘结剂固定在电极上，尽管操作简便但精度不够。

综上所述，上述PN结结深的测量方法不完全适用于浅结重掺杂双面电池的结深测量。

发明内容