一种N型单晶硅衬底PN结反型层电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种N型单晶硅衬底PN结反型层电池，包括：N型单晶硅衬底、前电极、背电极、前表面三氧化二铝薄膜和氮化硅薄膜；前电极包括：局域硼扩散区、Ti/Pb薄膜和前表面金属电极；背电极包括：背表面金属电极和背表面三氧化二铝薄膜。本实用新型专利技术利用Al2O3带有固定负电荷，在N型单晶硅衬底的前表面诱导出一个P型反型层，提供前电场，由于没有硼掺杂的影响，使得电池稳定性能提高，同时降低了对短波的吸收，提高了蓝光响应，提高电池的短路电流密度，电池效率得到提升。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于太阳能电池制造领域，具体涉及一种N型PN结反型层电池。
技术介绍
在能源短缺、环境污染问题日益突出的背景下，发展可再生能源已成为全球的重大课题，利用太阳能则是发展可再生能源的一个重点方向，世界光伏市场在过去十年一直保持着年均30％以上的高速增长，2009年增幅更是达到惊人的152.8%。产量由2008年的7.91GW增至2009年的近20GW。与国外先进电池制备技术相比，我国晶硅太阳电池制备技术还是相对落后，基本流程由在P型N型单晶硅衬底上以制绒、扩散、刻蚀、沉积减反膜、丝网印刷方法制造太阳电池。然而P型晶硅电池受氧的影响会出现性能上的衰退。而N型电池硼含量少，性能的稳定性高于P型晶硅电池。同时由于N型电池的少子寿命更高，这对于制备更高效的太阳电池奠定了基础。目前，现有的N型晶硅太阳电池主要为前发射极N型电池，主要是通过在N型衬底上通过表面硼扩散的方法制备PN结，然后通过丝网印刷，蒸镀等方法制备前电极。但是此种N型晶硅电池前表面的磷原子在光照的作用下，仍然可以和衬底中的氧形成硼氧键，在长时间的紫外光照射下，电池仍有衰退现象，因此不利于太阳电池效率的提升。
技术实现思路
技术目的：本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构合理，光电转换率较高的N型PN结反型层电池及其制造方法。技术方案：为了实现上述目的，本技术提供了一种N型单晶硅衬底PN结反型层电池，它包括：N型单晶硅衬底、前电极和背电极、前表面三氧化二铝薄膜和氮化硅薄膜；所述前电极包括：局域硼扩散区、Ti/Pb薄膜和前表面金属电极；背电极包括：背表面金属电极和背表面三氧化二铝薄膜。所述 N型单晶硅衬底前表面附着前表面三氧化二铝薄膜，前表面三氧化二铝薄膜外附着氮化硅薄膜；N型单晶硅衬底前表面上设有凹槽，凹槽内设置前电极，前电极从内而外依次设有：局域硼扩散区、Ti/Pb薄膜和前表面金属电极；N型单晶硅衬底背面设有背电极，背电极中背表面三氧化二铝薄膜附着于N型单晶硅衬底的背表面，并且背表面三氧化二铝薄膜上设有凹槽，背表面金属电极穿过凹槽与N型单晶硅衬底连接。本技术中N型硅片的电阻率为0.3 ??cm~ 6 ??cm。本技术还公开了上述N型单晶硅衬底PN结反型层电池的制造方法，该方法主要是采用在前表面栅极下面局部扩硼技术，使得受光区域不受紫外线的照射而影响太阳电池的性能，受光区域沉积三氧化二铝，由于三氧化二铝带固定负电荷，在N型硅的表面诱导出P型反型层，形成前表面发射极。同时由于受光区域不重掺杂，使得电池的蓝光响应提高，提高了太阳光谱的利用率，从而进一步提升电池的转化效率。-->本技术所述N型单晶硅衬底PN结反型层电池的制造方法的具体步骤如下：(A)准备N型单晶硅衬底。(B)采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液对N型单晶硅衬底表面绒面化，在N型单晶硅衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，并用盐酸和氢氟酸的混合溶液进行化学清洗；氢氧化钠或氢氧化钾溶液的浓度范围为0. 5%～2.5%；盐酸和氢氟酸混合溶液中，盐酸：氢氟酸配比为1:2 ～1:3；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为0.8% 至1.2%。表面绒面化的目的是增加太阳光在表面的折射次数，增加光线在N型单晶硅衬底中的光程，提高太阳光的利用率。化学清洗的目的是去除表面的杂质，为后续的扩散准备。(C)在N型单晶硅衬底上热生长二氧化硅薄膜：二氧化硅薄膜在800℃ ～1200℃的水蒸气的气氛中热生长，热生长的二氧化硅薄膜厚度为：300nm～500nm。二氧化硅薄膜的作用为扩散阻挡层，即在之后用掩膜光刻的方法打开扩散窗口，形成局域硼扩散所需图形，同时阻止硼在图形之外的区域扩散。(D)对N型单晶硅衬底表面的二氧化硅薄膜光刻，二氧化硅薄膜上刻出扩硼槽，为局域硼扩散做准备。(E)高温硼扩散：通过扩硼槽在N型单晶硅衬底前表面形成局域硼扩散区；高温硼扩散在扩散炉中进行，扩散炉中温度为900℃～1200℃；上述局域硼扩散区的电阻为50 Ohm/Ω～70hm/Ω。高温硼扩散的主要作用有两个：一是和电池的前电极形成欧姆接触，收集载流子，二是形成局域的PN结。(F)采用氢氟酸除去N型单晶硅衬底表面的二氧化硅薄膜；氢氟酸浓度为：0.5%～3%。(G)在N型单晶硅衬底的前表面和背面制备20nm ～50nm三氧化二铝薄膜；三氧化二铝薄膜制备温度为200℃～500℃，采用原子层沉积（ALD）或者等离子化学气相沉积（PECVD）的方法；三氧化二铝薄膜除起到钝化作用外，更重要的作用是由于三氧化二铝带固定负电荷而在N型衬底的表面诱导出一个反型层。背面三氧化二铝除钝化的作用外，还起到介质层的作用。(H)在N型单晶硅衬底的前表面制备氮化硅薄膜；即在N型单晶硅衬底的前表面采用等离子化学气相沉积（PECVD）的方法制备73nm~79nm厚的氮化硅薄膜；氮化硅薄膜的主要作用是电池的减反射层，同时起到双层钝化作用。(I) 铺光刻胶，并在扩硼槽的上方光刻开槽，形成光刻槽。(J)制备前电极。(K)制备背电极。本技术中所述步骤（J）可采用下述方法制备前电极：（Ja1）在N型单晶硅衬底的前表面蒸镀Ti金属薄膜和Pb 金属薄膜；(Ja2)剥离光刻胶；同时在光刻胶表面的Ti金属薄膜和Pb 金属薄膜也被剥离下来，保留光刻槽内的Ti金属薄膜和Pb 金属薄膜；(Ja3) 采用电镀或者化学镀的方法在Ti金属薄膜和Pb 金属薄膜的上方电镀银。本技术中所述步骤（J）还可以采用下述方法制备前电极：-->（Jb1）在N型单晶硅衬底的前表面蒸镀Ti金属薄膜、Pb 金属薄膜和Ag薄膜；（Jb2）剥离光刻胶；同时在光刻胶表面的Ti金属薄膜和Pb 金属薄膜也被剥离下来，保留光刻槽内的Ti金属薄膜、Pb 金属薄膜和Ag薄膜，Ag薄膜的厚度为30um～60um。本技术所述方法中步骤（K）采用下列步骤制备背电极：(K1)将N型单晶硅衬底背面的三氧化二铝薄膜开孔，开孔的面积占N型单晶硅衬底背面面积的4%，即Fmet=4%；(K2)在开孔背面的三氧化二铝薄膜上蒸镀背面金属电极,蒸镀背面金属电极优选方法为：采用蒸镀铝和丝网印刷铝的方法制备25um ~30um的铝层作为背面金属电极；(K3)退火。本技术中所述步骤（G）中原子层沉积所用的源可以是Al(CH3)3和H2O，或者O3，或者AlCl3 和H2O ;制备环境温度为200℃~500℃；所述等离子化学气相所用的源是Al(CH3)3和N2O；通过原子层沉积方法制备三氧化二铝，制备出的三氧化二铝的厚度在20nm~50nm，并带有5×102 cm-2 到4×103cm-2的固定负电荷。所述步骤（E）中硼扩散采用的源为BBr3 。步骤（D）中所述扩硼槽的宽度为8um~30um，扩硼槽与扩硼槽的中心线间距为0.2mm~0.8mm。步骤（K2）中退火温度为500℃~900℃。有益效果：本技术所述的N型单晶硅衬底PN结反型层电池，与现有技术相比具有如下优点。1、本技术利用AL2O3带有固定负电荷，在N型单晶硅衬底的前表面诱导出一个P型反型层，提供前电场，由于没有硼掺杂的影响，使得电池稳定性能提高，同时降低了对短波的吸收，提高了蓝光响应，提高电池的短路电流密度，电池效率得到提升。2、本技术所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种Ｎ型单晶硅衬底ＰＮ结反型层电池，其特征在于：它包括：Ｎ型单晶硅衬底（１）、前电极、背电极、前表面三氧化二铝薄膜（３）和氮化硅薄膜（４）；所述前电极包括：局域硼扩散区（２）、Ｔｉ／Ｐｂ薄膜（６）和前表面金属电极（７）；所述背电极包括：背表面金属电极（５）和背表面三氧化二铝薄膜（８）；所述　Ｎ型单晶硅衬底（１）前表面附着前表面三氧化二铝薄膜（３），前表面三氧化二铝薄膜（３）外附着氮化硅薄膜（４）；Ｎ型单晶硅衬底（１）前表面上设有凹槽，凹槽内设置前电极，前电极从内而外依次设有：局域硼扩散区（２）、Ｔｉ／Ｐｂ薄膜（６）和前表面金属电极（７）；Ｎ型单晶硅衬底（１）背面设有背电极，背电极中背表面三氧化二铝薄膜（８）附着于Ｎ型单晶硅衬底（１）的背表面，并且背表面三氧化二铝薄膜（８）上设有凹槽，背表面金属电极（５）穿过凹槽与Ｎ型单晶硅衬底（１）连接。

【技术特征摘要】
1.一种N型单晶硅衬底PN结反型层电池，其特征在于：它包括：N型单晶硅衬底（1）、前电极、背电极、前表面三氧化二铝薄膜（3）和氮化硅薄膜（4）；所述前电极包括：局域硼扩散区（2）、Ti/Pb薄膜（6）和前表面金属电极（7）；所述背电极包括：背表面金属电极（5）和背表面三氧化二铝薄膜（8）；所述 N型单晶硅衬底（1）前表面附着前表面三氧化二铝薄膜（3），前表面三氧化二铝薄膜（3）外附着氮化硅薄膜（4）；N型单晶硅衬底（1）前表面上设有凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：高艳涛，邢国强，张斌，陶龙忠，沙泉，
申请(专利权)人：奥特斯维能源太仓有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32