一种制备晶体硅太阳能电池的方法技术

本发明专利技术涉及制备晶体硅太阳能电池的方法，1）先实施P型掺杂即硼掺杂：采用离子注入在硅片的某个表面或某些区域实施硼掺杂；2）对硼掺杂进行高温退火，进行掺杂再分布并在降温过程中进行N型掺杂，经过一次退火工艺实现P型和N型的优化掺杂分布：硼掺杂后硅片放置到高温扩散炉中退火，以200-800℃之间的某个温度进炉，首先利用升温阶段和在950-1100℃之间的某个温度值的恒温退火进行硼掺杂的再分布，气氛是氮气；然后降温到900-800℃之间的某个温度值的时候进行N型掺杂即磷掺杂，利用本方法只需要通过一次高温热处理就能形成高质量的P型和N型的掺杂结，同时减少的高温热处理次数。

【技术实现步骤摘要】
—种制备晶体硅太阳能电池的方法
本专利技术涉及光伏行业的太阳能电池领域，具体涉及到一种太阳能电池器件的制备方法。
技术介绍
太阳电池是通过pn结的光生伏特效应是将太阳能直接转换成电能的器件。随着全球能源供给紧张和环境保护双重压力的不断增加，全世界都在大力发展可再生能源。太阳能电池发电是可再生能源中唯一不完全受地域、环境限制的技术，必然在未来能源发展中占主要地位。目前光伏产业虽然处于相对比较艰难的低谷期，但从总体长远的趋势看，光伏产业仍是处于稳定而健康的发展中，并开始逐渐步入成熟。现有技术的局限是，为满足制备晶体硅高效太阳能电池的需求，需要能够实现在同一娃片(电池)上实现P型或N型掺杂发射结。目前现有的方法主要有基于管式扩散的方法:如CN201210238933.5公开了一种晶体硅片的磷扩散方法，(I)第一次恒定源扩散:升温至700~820°C，通入携磷源氮气、干氧和大氮进行恒定源扩散；(2)高温推进:以10~250C /min的升温速率升温至860~1000°C，进行推进；(3)第二次恒定源扩散:降温至830~860°C，通入携磷源氮气、干氧和大氮进行恒定源扩散；(4)扩散结束，降温出舟。此外，化学汽相淀积(CVD)可作为离子注入或扩散的掩蔽膜，以及将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源是常用的工艺，其中低温CVD氧化层:低于500°C中等温度淀积:500~800°C高温淀积:90(TC左右。CVD掺杂实施P型或N型掺杂之后，需要继续在高温管式炉管中进行再分布以形成最终所需要的P型或N型掺杂结。基于管式扩散的方`法中，需要分别实现硼扩散和磷扩散，而且在实现磷和硼的扩散之间，必须要增加一步掩膜步骤用于防止两种扩散的交叉污染。同时的，由于在扩散之前还需要进行扩散前的预清洗，扩散之后还需要再清洗去除硼硅玻璃或磷硅玻璃。所以采用这类方法的工艺步骤非常复杂，不适合工业化生产；同时高温热处理的次数多和时间长，这也会降低硅衬底材料的寿命，不利于获得高的电池转换效率。不论是采用基于CVD预沉积含有磷或硼的氧化物然后再管式扩散再分布的方法，还是采用离子注入技术来在同一个硅片内实施N型和P型掺杂的技术，可以在很大程度上简化工艺流程，从而非常适合于同一硅片(电池)上实现P型或N型掺杂发射结。但不论是采用CVD技术来预沉积含有磷或硼的氧化物还是采用离子注入技术掺杂，后续也都需要再放到管式扩散炉中进行退火才能最终形成电学性能激活的掺杂结。但磷和硼在硅中扩散系数的不同使得其高温再分布的最佳温度区间范围是不同的:硼掺杂的再分布温度区间范围是950°C -1050°C，磷掺杂的再分布温度区间范围则是800-9000C ;特别的如果是采用离子注入工艺的话，考虑到硼和磷的退火中需要实现的修复注入损失层、激活掺杂、杂质再分布这三个作用，各自的最佳温度区间范围就更加不同也更不能兼容，硼注入后的退火需要在950°C以上完成，磷注入退火则最佳在900°C以下完成。这样一来为了最终获得硼和磷两种掺杂结的最佳掺杂分布，最佳方法是采用两次单独的退火工艺，这样的方法适合于实验研发。但是对于工业化生产，这势必造成工艺步骤复杂,工业化成本增加。而如果为了降低成本而坚持采用一次共退火，即使能够通过调整磷&硼注入剂量、能量(或者通过调整掺磷或硼的氧化硅的掺磷的含量和厚度)，并同时配合优化调整厚度的高温退火工艺条件(温度、时间)，也没法从根本上改变硼磷两种掺杂的修复损伤、激活杂质、再分布温度范围不同的这个瓶颈问题，只要减小这样的副作用，而且减小的十分有限。这就会导致磷掺杂的结深太深，俄歇复合增加，难以获得高质量的发射结(有效少子寿命和Joe降低)，从而造成电池光电转换效率的降低。
技术实现思路
本专利技术目的是，提出，满足制备晶体硅高效太阳能电池的需求，能够实现在同一硅片(电池)上实现P型或N型掺杂发射结高质量的制备。并基本基于现有的方法:通过预沉积含有磷或硼的氧化物然后再管式扩散再分布的方法和离子注入技术，获得硼和磷两种掺杂结的最佳掺杂分布。本专利技术的技术方案是，，同时形成N型和P型掺杂结，其特征是步骤如下:1)先实施P型掺杂即硼掺杂:采用离子注入在硅片的某个表面或某些区域实施硼掺杂、采用CVD、PVD或ALD在硅片的某一个表面预沉积含硼的氧化硅；或采用丝网印刷含硼的氧化硅的浆料；2)对硼掺杂进行高温退火，进行掺杂再分布并在降温过程中进行N型掺杂，经过一次退火工艺实现P型和N型的优化掺杂分布:硼掺杂后硅片放置到高温扩散炉中退火，以200-800°C之间的某个温度进炉，首先利用升温阶段和在950-1100°C之间的某个温度值的恒温退火进行硼掺杂的再分布，气氛是氮气；然后降温到900-800°C之间的某个温度值的时候进行N型掺杂即磷掺杂，磷掺杂时开始通入P0C13和氧气，进行磷硅玻璃的预沉积，随后再开始进行磷掺杂的再分布:保持在温度860±30°C，时间10 — 60分钟，至此完成N型掺杂的实现。 进一步，为得到硅太阳能电池选择性发射极结构，对步骤I)之后硼掺杂的沉积掩膜层进行图案化处理，2-a)如果步骤I)中是采用离子注入掺杂，在步骤I)之后采用CVD或PVD或ALD在实施P型掺杂的表面沉积一层SiOx或者SiOxNy或者SiNx掩膜材料；如果步骤I)中是采用CVD、PVD或ALD的硼掺杂，则再沉积一层SiOx ;2_b)接着2_a)，在硼掺杂上面的掩膜材料上进行图案化处理，图案化处理的方法采用激光消融刻蚀或等离子刻蚀或者化学刻蚀的方法。进一步，硅片的表面织构化即正面绒面处理后再进行硼(B)掺杂。进一步，利用管式高温扩散炉对P型掺杂的高温退火和在降温中实施N型掺杂的具体步骤:在管式扩散对硼掺杂进行高温再分布退火，以700°C进炉，升温至温度是950-110(TC的某个温度，升温速率是7-15°C /分钟，气氛是氮气气氛；然后在该温度下进行恒温的氮气退火，时间是30-60分钟，在此期间完成P型掺杂的高温退火再分布；随后以5-10°C /分钟的降温速率将温度降低到830-890°C，开始通P0C13引入磷掺杂:气体气氛是三氯氧磷(P0C13)，氧气和氮气，温度是830-890°C，时间是10-60分钟；随后降温到800°C，结束热处理程序，随炉冷却后出炉。所述的制备晶体硅太阳能电池的方法应用于制备背接触电池(IBC)、双面电池或PERT/PERL 电池。本专利技术的有益效果是:利用本专利技术中所涉及的方法来制备N型和P型掺杂结和高效电池，不利是采用CVD技术还是采用离子注入技术实施P型掺杂以后，可以只通过一次高温热处理就能形成两类导电类型的掺杂结，并且这个方法可以克服了现有的P型和N型掺杂结一次共退火工艺后的导致N型掺杂结结深推进过深，俄歇复合严重的问题。本专利技术同时减少的高温热处理次数也极大程度改善了高温热处理对于硅片体寿命的负面影响。在降温阶段引入P0C13扩散掺杂还可以通过吸杂作用来一定程度的改善硅衬底材料的体寿命。利用本专利技术适用于双面掺杂的太阳能电池，比如可以制备晶体硅高效电池比如背接触电池、双面电池，PERL/PERT电池等晶体硅高效电池结构，同样的也不仅适合单晶P型或N型衬底，同样在类单晶衬底或者多晶衬底上也比其他方法更适用。使用本专利技术中的方法能通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备晶体硅太阳能电池的方法，同时形成N型和P型掺杂结，其特征是步骤如下：1）先实施P型掺杂即硼掺杂：采用离子注入在硅片的某个表面或某些区域实施硼掺杂、采用CVD、PVD或ALD在硅片的某一个表面预沉积含硼的氧化硅；或采用丝网印刷含硼的氧化硅的浆料；2）对硼掺杂进行高温退火，进行掺杂再分布并在降温过程中进行N型掺杂，经过一次退火工艺实现P型和N型的优化掺杂分布：硼掺杂后硅片放置到高温扩散炉中退火，以200?800℃之间的某个温度进炉，首先利用升温阶段和在950?1100℃之间的某个温度值的恒温退火进行硼掺杂的再分布，气氛是氮气；然后降温到900?800℃之间的某个温度值的时候进行N型掺杂即磷掺杂，磷掺杂时开始通入POCl3和氧气，进行磷硅玻璃的预沉积，随后再开始进行磷掺杂的再分布：保持在温度860±30℃，时间10－60分钟，至此完成N型掺杂的实现。

【技术特征摘要】
1.一种制备晶体硅太阳能电池的方法，同时形成N型和P型掺杂结，其特征是步骤如下:I)先实施P型掺杂即硼掺杂:采用离子注入在硅片的某个表面或某些区域实施硼掺杂、采用CVD、PVD或ALD在硅片的某一个表面预沉积含硼的氧化硅；或采用丝网印刷含硼的氧化硅的浆料；2)对硼掺杂进行高温退火，进行掺杂再分布并在降温过程中进行N型掺杂，经过一次退火工艺实现P型和N型的优化掺杂分布:硼掺杂后硅片放置到高温扩散炉中退火，以200-800°C之间的某个温度进炉，首先利用升温阶段和在950-1100°C之间的某个温度值的恒温退火进行硼掺杂的再分布，气氛是氮气；然后降温到900-800°C之间的某个温度值的时候进行N型掺杂即磷掺杂，磷掺杂时开始通入POC13和氧气，进行磷硅玻璃的预沉积，随后再开始进行磷掺杂的再分布:保持在温度860±30°C，时间10 — 60分钟，至此完成N型掺杂的实现。2.根据权利要求1所述的制备晶体硅太阳能电池的方法，其特征是为得到硅太阳能电池选择性发射极结构，对步骤I)之后硼掺杂的沉积掩膜层进行图案化处理，2-a)如果步骤I)中是采用离子注入掺杂，在步骤I)之后采用CVD或PVD或ALD在实施P型掺杂的表面沉积一层SiOx或者SiOxNy或者SiNx...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海冰，王丽春，王建波，吕俊，赵建华，王艾华，
申请(专利权)人：中电电气南京光伏有限公司，
类型：发明
国别省市：