一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法技术

本发明专利技术公开了一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法，属于半导体光电转换领域，包括N型单晶硅片热处理工艺，所述N型单晶硅片热处理工艺处理前或后需要进行制绒处理；所述N型单晶硅片热处理工艺包括预处理加热过程、热处理过程以及后处理冷却过程，使N型单晶硅片表面形成磷扩散层和氧化硅层。降低N型硅片中金属和氧杂质对硅片的影响，使少子寿命的分布集中度增加，最终使硅异质结SHJ太阳电池以及N型高效率太阳电池的转换效率提高，分布的离散型降低，与常规工艺相比，热处理的硅片制作的太阳电池开路电压、短路电流、填充因子都有显著提高，使太阳电池的平均转换效率提高1.6％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法
本专利技术属于半导体光电转换领域，具体涉及一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法。
技术介绍
硅异质结SHJ太阳电池以N单晶硅片衬底的双面受光高效率太阳电池，其基本结构为，在正面第一受光面分别制作本征非晶硅薄膜、N型掺杂非晶硅薄膜、透明导电氧化物TCO薄膜叠层、金属电极；在背面第二受光面分别制作本征非晶硅薄膜、P型掺杂非晶硅薄膜、透明导电氧化物TCO薄膜叠层、金属电极。其基本制作工艺包括以下步骤：第一步，N型单晶硅片制绒、清洗：包括刻蚀去除表面损伤层，制绒，清洗，干燥等。其中清洗包括碱洗，酸洗，臭氧清洗，氢氟酸刻蚀表面氧化层等。第二步，正面第一受光面和背面第二受光面非晶硅薄膜沉积：包括表面第一受光面本征非晶硅和N型参杂非晶硅薄膜沉积，背面第二受光面本征和P型掺杂非晶硅薄膜沉积。非晶硅的工艺窗口非常宽，从非晶硅到过渡性纳米晶，甚至微晶的宽广范围，材料上也可利用掺入氧或者碳形成宽带隙硅基非晶硅薄膜，例如，硅氧薄膜，硅碳薄膜等。第三步，透明导电氧化物TCO薄膜沉积：利用磁控溅射或者反应等离子体镀膜等方法制备TCO薄膜，包括掺锡氧化铟(ITO)，掺钨氧化铟(IWO)等，该薄膜层兼具表面减反射功能。第四步，金属电极制作：用丝网印刷，电镀等方法制作金属电极，包括主栅电极和细栅电极。SHJ电池因为工艺步骤少，光电转换效率高，具有双面发电等优点受到光伏行业的广泛关注。SHJ电池的转换效率受N型单晶硅片的质量、非晶硅薄膜的结构特性、TCO薄膜的电学和光学特性、金属电极的电导率以及与TCO薄膜的接触电阻等多个因素的影响，其中N型单晶硅片是光生载流子产生的根源，也是光生载流子传输的载体，硅片的晶体质量，结晶缺陷，杂质等对电池的性能影响非常敏感，特别是铁、镍、铜等迁移金属和重金属杂质，氧和碳杂质等在N型晶体硅中形成不同的能级，成为载流子的复合中心，降低载流子寿命，最终降低电池的光电转换效率。在SHJ电池的研发和生产中，通常对各个制程的工艺参数进行优化，例如，硅片的表面清洗，硅片的表面修饰，非晶硅薄膜的结构，TCO薄膜的低损伤沉积，TCO薄膜的高性能化，金属电极的高电导率和低接触电阻等。然而N型单晶硅片的质量以及硅片中的杂质并没有得到系统管理，硅片的质量主要依赖于硅片制造端，而硅片制造企业为了提高生产量，降低硅片成本，通常使用的硅料纯度有限；而且需要使用异地比例的循环回收料，石英坩埚也多次重复使用，导致N型硅片中金属杂质含量较高，载流子寿命较低，分散范围较广。在电池制作环节也没有对硅片进行针对性处理，导致太阳电池的转换效率降低，性能分布范围宽，影响组件的制作以及性能和可靠性。另一方面，N型硅片通常在硅材料中掺入磷原子获得，由于磷在熔融硅中的分凝系数很小，只有0.2，在晶体生长过程中容易形成参杂梯度，造成硅棒生长方向的参杂浓度不均，也引起硅棒中参杂浓度分布不均。而且N型单晶硅中，间隙氧原子在冷却过程中容易产生热施主，形成对载流子的复合中心，降低太阳电池的转换效率。因此，需要对N型单晶硅片进行处理，使金属和氧杂质不活性化，从而降低杂质对载流子的复合，提高硅片中的载流子寿命，从而提高太阳电池的转换效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有太阳电池用N型单晶硅片中金属杂质和氧含量难以控制，金属和氧杂质含量较高，导致少数载流子寿命低，大批量生产中硅片少子寿命离散性大，影响太阳电池的转换效率和分布，影响生产效率的问题，本专利技术提供一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法，利用热处理，使表面附近的金属和氧杂质向表面扩散，硅片深处的金属和氧杂质活性降低，通过刻蚀和清洗除去表面氧化层、磷扩散层以及金属和氧扩散形成的高杂质含量层，从而提高硅片中少数载流子的寿命，提高太阳电池转换效率，降低转换效率的离散度。本专利技术采用的技术方案如下：一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法，包括N型单晶硅片热处理工艺，所述N型单晶硅片热处理工艺处理前或后需要进行制绒处理；所述N型单晶硅片热处理工艺包括热处理过程，使N型单晶硅片表面形成磷扩散层和氧化硅层，所述热处理过程氛围在氮气、氧气和含有磷原子的气体下进行。优选的，若所述N型单晶硅片热处理前没有进行制绒处理，N型单晶硅片热处理后需要制绒处理；若N型单晶硅片热处理前进行了制绒处理，N型单晶硅片热处理后可以进行刻蚀或制绒处理。优选的，所述N型单晶硅片热处理工艺还包括预处理加热过程以及后处理冷却过程，所述预处理加热过程氛围在氮气、氧气和含有磷原子的气体下进行；所述后处理冷却过程氛围在氮气和氧气或氮气下进行。优选的，所述N型单晶硅片热处理的具体工艺为：S1-1：预处理加热过程：把N型单晶硅片放入热处理炉中，加热到600-800℃，在热处理炉中通入氮气、氧气含有磷原子的气体，处理时间为10-30min，在N型单晶硅片的正面和背面分别沉积含有磷原子的前驱物；S1-2：热处理过程：在热处理炉中通入氮气、氧气含有磷原子的气体，在700-1000℃处理时间为10-90min，形成磷扩散层；S1-3：后处理冷却过程：在热处理炉中通入氮气、氧气或氮气，在800-600℃处理时间为5-90min，在硅片表面进一步形成氧化硅层，促使杂质以及杂质与磷原子形成的复合体向外扩散，取出N型单晶硅片完成热处理。除了以上热处理中通入有磷原子的气体提供磷扩散层源，也可使用涂敷或者打印方式在硅片表面沉积含有磷原子的其他材料，然后在氮气和氧气环境氛围下进行热处理，具体可参考专利文献CN105624795B公开的方法，本文不作进一步规定。针对硅片的金属和氧杂质浓度以及金属杂质的种类不同，热处理工艺的设置顺序也可有所调整，例如，可以设置在表面除机械切片损伤层之后进行热处理，然后进行表面制绒和光滑处理。热处理之后也不进行制绒和表面光滑处理，根据电池工艺的实际需要调节，而本专利技术最本质的核心是在完成硅片制作之后到太阳电池的P/N结形成之前对N型单晶硅片进行热处理，结合表面刻蚀去除磷扩散层，消除金属和氧杂质对硅片的影响，提高太阳电池转换效率，改善其分散状况，提高生产效率。优选的，所述含有磷原子的气体包括POCl3、POBr3或PCl3。优选的，热处理过的N型单晶硅片表面刻蚀和清洗的具体工艺为：用化学或者物理刻蚀的方法去除表面形成的氧化层、刻蚀除去磷扩散层，刻蚀厚度在0.2-20微米之间，然后进行清洗。优选的，用酸溶液或碱溶液对热处理过的N型单晶硅片表面进行刻蚀，刻蚀厚度在0.2-5微米；然后进行清洗，包括碱洗，酸洗，臭氧清洗；例如采用氢氟酸刻蚀表面氧化层。本专利技术提供的N型单晶硅片热处理方法，在N型单晶硅片制作企业完成切片、清洗后，在太阳电池制造过程中或者开始电池制作工艺前，加入一道N型单晶硅片热处理以及热处理之后的表面刻蚀和清洗，改变金属和氧、碳杂质在晶体硅中的浓度和存在状态，降低金属杂质和氧碳在硅中形成深能级，减少对光生载流子的复合。其中热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法，其特征在于，包括N型单晶硅片热处理工艺，所述N型单晶硅片热处理工艺处理前或后需要进行制绒处理；所述N型单晶硅片热处理工艺包括热处理过程，使N型单晶硅片表面形成磷扩散层和氧化硅层，所述热处理过程氛围在氮气、氧气和含有磷原子的气体下进行。/n

【技术特征摘要】
20200511 CN 20201039388131.一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法，其特征在于，包括N型单晶硅片热处理工艺，所述N型单晶硅片热处理工艺处理前或后需要进行制绒处理；所述N型单晶硅片热处理工艺包括热处理过程，使N型单晶硅片表面形成磷扩散层和氧化硅层，所述热处理过程氛围在氮气、氧气和含有磷原子的气体下进行。


2.根据权利要求1所述的一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法，其特征在于：若所述N型单晶硅片热处理前没有进行制绒处理，N型单晶硅片热处理后需要制绒处理；若N型单晶硅片热处理前进行了制绒处理，N型单晶硅片热处理后可以进行刻蚀或制绒处理。


3.根据权利要求1所述的一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法，其特征在于，所述N型单晶硅片热处理工艺还包括预处理加热过程以及后处理冷却过程，所述预处理加热过程氛围在氮气、氧气和含有磷原子的气体下进行；所述后处理冷却过程氛围在氮气和氧气或氮气下进行。


4.根据权利要求1所述的一种用热处理的N型单晶硅片制作SHJ太阳电池的方法，其特征在于，所述N型单晶硅片热处理的具体的工艺为：
S1-1：预处理加热过程：把N型单晶硅片放入热处理炉中，加热到600-800℃，在热处理炉中通入氮气、氧气含有磷原子的气体，处理时间为10-30min，在N型单晶硅片的正面和背面分别沉积含有磷原子的前驱物；
S1-2：热处理过程：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正新，孟凡英，杜俊霖，付昊鑫，
申请(专利权)人：中威新能源成都有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51