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對晶體硅電池片表面選擇性摻雜制發射級的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201010174177.5

申請日:

2010.05.18

公開號:

CN101866984B

公開日:

2015.01.07

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法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 31/18申請日:20100518|||公開
IPC分類號: H01L31/18 主分類號: H01L31/18
申請人: 常州億晶光電科技有限公司
發明人: 孫劍波; 孫鐵囤; 葉慶好
地址: 213200 江蘇省金壇市堯塘鎮金武路18號
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201010174177.5

授權公告號:

101866984B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2012.11.07|||2010.10.20

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種對晶體硅電池片表面選擇性摻雜制發射級的方法,包括干法掩膜、濕法掩膜、激光刻淺槽、酸洗柵極淺槽、對柵極淺槽進行重摻雜、清磷去膜、表面輕摻雜和酸洗步驟,由于將現行的一步法制掩膜改為干法和濕法二步制掩膜,滿足了后序重摻雜和輕摻雜的兩個基本要求:掩膜與硅片界面處結合致密,能有效阻擋擴散以進行選擇性摻雜;掩膜有足夠的厚度,能承受酸洗的減薄效應。在同一氧化爐中,采用干法氧化和濕法氧化相結合的方法,保證了干法氧化掩膜和硅片接觸界面的良好質量,而濕法氧化使掩膜生長速度提高10倍,可使掩膜在短時間內生長至1微米左右的厚度,避免干法氧化的外延生長慢的缺點,顯著節省了生產流程時間,提高了產量。

權利要求書

1.一種對晶體硅電池片表面選擇性摻雜制發射級的方法,其特征是:它包括如下工藝步驟:第一步,干法掩膜:將制絨后硅片(1)置入800℃-1100℃的氧化爐內,通入氧氣進行干法氧化,氧化時間為10~20分鐘,在硅片表面外延生成致密的二氧化硅掩膜(2),其厚度約為5~50納米;第二步,濕法掩膜:干法掩膜結束后向氧化爐內通入水蒸氣,再對干法氧化后的硅片(1)進行濕法氧化,氧化時間為25~30分鐘,使得硅片表面的二氧化硅掩膜(2)快速增厚,經濕法氧化后硅片表面的二氧化硅掩膜(2)的厚度約為1微米左右;第三步,激光刻淺槽:采用激光刻蝕方法對掩膜后的硅片(1)表面進行刮刻,形成柵極淺槽(3),槽的刮刻深度控制在10微米以內,激光刻蝕所選用激光的波長為532納米的綠光;在本步驟中,柵極淺槽(3)處原先的二氧化硅掩膜層雖然會被劃除,但在激光刻蝕過程中,在柵極淺槽表面還會形成一層厚度極薄的氧化硅層(4),因此,在對柵極淺槽(3)進行重摻雜時必須進行酸洗;第四步,酸洗柵極淺槽:第三步結束后將硅片(1)置入稀釋的HF酸溶液槽內進行酸洗約30秒~60秒,HF酸溶液的濃度為1%~5%(重量比),以清除激光刻蝕時在槽內形成的氧化硅層(4)及散落的灰塵顆,確保下步驟進行重摻雜的質量;第五步,對柵極淺槽進行重摻雜:將酸洗后的硅片(1)放入摻雜爐內,通入POCl3對柵極淺槽(3)進行重摻雜,在柵極淺槽(3)處形成低歐姆區(5),柵極淺槽(3)處的方塊電阻控制在30Ω/□以下,硅片(1)其它部位由于有二氧化硅掩膜(2)的保護,不會受重摻雜的影響;第六步:清磷去膜:將重摻雜后的硅片(1)放入HF酸溶液槽內進行酸洗約300~600秒,HF酸溶液的濃度為1%~5%,以清除硅片(1)在重摻雜過程中在硅片表面所形成的磷硅玻璃和附著在硅片表面的二氧化硅掩膜(2),為輕摻雜做好準備;第七步:表面輕摻雜:將清磷去膜后對硅片(1)放入摻雜爐內,通POCl3對柵極淺槽(3)進行輕摻雜,輕摻雜后,使得硅片表面的方塊電阻控制在100Ω/□以上;第八步:酸洗:將輕摻雜后的硅片(1)放入HF酸溶液槽內進行酸洗約60秒~120秒,HF酸溶液的濃度為1%~5%,進行表面清洗,以清除硅片(1)在輕摻雜過程中在硅片表面所形成的磷硅玻璃。

說明書

對晶體硅電池片表面選擇性摻雜制發射級的方法

【技術領域】

本發明涉及晶體硅太陽能電池的制造工藝,尤其涉及晶體硅太陽能電池片的表面摻雜制選擇性發射級的制造方法。

【背景技術】

隨著對再生綠色能源的需求的增長,晶體硅的太陽能電池技術得到了極大的促進與發展。晶體硅太陽能電池片在制造過程中包括表面制絨、表面摻雜制結、減反射膜沉積、正負電極的形成等工序。在已產業化的制造方法中,硅片表面摻雜制結方案是限制電池片轉換效率提高的主要步驟。目前,采用絲網印刷工藝的太陽能電池片其現行的表面摻雜制結工藝如下:

硅片在完成表面制絨后直接對電極表面進行摻雜,方塊電阻一般控制在40Ω/□~60Ω/□之間。這種摻雜制結方法雖然使太陽能電池片能采用成熟的絲網印刷工藝技術,達到工業化大批量生產的要求,但是,由于表面摻雜制結后電池片柵極面不具備選擇性發射級,因此電池片的轉換效率受到限制,難以進一步提高。

隨著太陽能電池的廣泛應用,人們對太陽能電池的轉換效率提出更高要求。要提高晶體硅電池片的轉換效率,對電池片表面進行選擇性摻雜是提高電池片的轉換效率的一種有效方法。即在硅片的電極柵槽處要求重摻雜,為了使電極接觸的地方形成良好的低歐姆接觸,減小接觸電阻引起的損耗;而在非電極接觸的地方要求輕摻雜,其目的是為了避免電池片表面形成死層,從而減少光生電子空穴對的復合損耗。

如何改進現有硅片表面摻雜制結方法,使硅片既能滿足對發射極柵槽進行重摻雜,對其它部位進行輕摻雜,后續又能延用傳統的絲網印刷工藝形成正負電極的要求,這是晶體硅太陽能電池生產行業中迫切需要解決的問題。

【發明內容】

為了提高晶體硅電池片的光電轉換效率,實現對電池片表面進行選擇性摻雜,從而使電池片表面形成選擇性發射級。本發明的目的是提供一種對晶體硅電池片表面選擇性摻雜制發射級的方法。它不僅滿足了晶體硅電池片表面的不同區域對摻雜濃度不同要求,而且很好地解決了太陽能電池片采用絲網印刷工藝中難以形成選擇性發射級的技術瓶頸,為提高電池片光電效轉換效率提供了一種技術支撐。同時采用這種方法能使太陽能電池保留現行生產工藝中表面制絨、減反射膜沉積、電極印刷等成熟工藝,能夠滿足太陽能電池大批量、低成本生產的要求。

本發明所述對晶體硅電池片表面選擇性摻雜制發射級的方法,其工藝步驟如下:

第一步,干法掩膜:將制絨后硅片置入800℃-1100℃的氧化爐內,通入氧氣進行干法氧化,氧化時間為5~20分鐘,在硅片表面外延生成致密的二氧化硅掩膜,其厚度約為10~50納米;

第二步,濕法掩膜:干法掩膜結束后向氧化爐內通入水蒸氣,再對干法氧化后的硅片進行濕法氧化,氧化時間為25~30分鐘,使得硅片表面的二氧化硅掩膜快速增厚,經濕法氧化后硅片表面的二氧化硅掩膜的厚度為500納米左右;

第三步,激光刻淺槽:采用激光刻蝕方法對掩膜后的硅片表面進行刮刻,形成柵極淺槽,槽的刮刻深度控制在10微米以內,激光刻蝕所選用激光為波長532納米的綠光;在本步驟中,柵極淺槽處覆蓋的二氧化硅掩膜層會被刮除,但在激光刻蝕過程中,在柵極淺槽表面還會形成一層厚度極薄的氧化硅層,因此,在對柵極淺槽進行重摻雜前必須進行酸洗;

第四步,酸洗柵極淺槽:第三步結束后將硅片置入稀釋的HF酸溶液槽內進行酸洗約30秒~60秒,HF酸溶液的濃度為1%~5%(重量比),以清除激光刻蝕時在槽內形成的氧化硅層及散落的灰塵顆,確保下步驟進行重摻雜的質量;

第五步,對柵極淺槽進行重摻雜:將酸洗后的硅片放入摻雜爐內,通入含POCl3的氣體對柵極淺槽進行重摻雜,在柵極淺槽處形成低歐姆區,柵極淺槽處的方塊電阻控制在30Ω/□以下,硅片其它部位由于有二氧化硅掩膜的保護,不會受重摻雜的影響;

第六步:清磷去膜:將重摻雜后的硅片放入HF酸溶液槽內進行酸洗約300~600秒,HF酸溶液的濃度為1%~5%,以清除硅片在重摻雜過程中在硅片表面所形成的磷硅玻璃和附著在硅片表面的氧化硅掩膜,為輕摻雜做好準備;

第七步:表面輕摻雜:將清磷去膜后對硅片放入摻雜爐內,通入含POCl3的氣體對柵極淺槽進行輕摻雜,輕摻雜后,使得硅片表面的方塊電阻控制在100Ω/□以上;

第八步:酸洗:將輕摻雜后的硅片放入HF酸溶液槽內進行酸洗約60秒~120秒,HF酸溶液的濃度為1%~5%,進行表面清洗,以清除硅片在輕摻雜過程中在硅片表面所形成的磷硅玻璃;

經上述摻雜制結處理后,在硅片柵極處形成方塊電阻小于30Ω/□的低歐姆區,而硅片其它部位的方塊電阻則達到100Ω/□以上,使晶體硅太陽能電池片具備選擇性發射級。采用這種摻雜制結處理方法,其后道的減反射膜沉積可采用化學氣相沉積工藝(PECVD)在硅片表面沉積氮化硅;正負電極的印刷及燒結工序可采用傳統的印刷燒結工藝方法。

由于制掩膜工藝為干法和濕法相結合的二步制掩膜,滿足了后序重摻雜和輕摻雜的兩個基本要求:一是掩膜與硅片界面處有良好的致密質量,從而有效阻擋擴散以進行選擇性摻雜;二是掩膜需有足夠的厚度,從而能承受在對刻蝕槽進行酸清洗時的減薄效應。在同一氧化爐中,采用干法氧化和濕法氧化相結合的方法,保證了干法氧化掩膜和硅片接觸界面的良好質量,而濕法氧化使掩膜生長速度提高10倍,可使掩膜在短時間內生長至500納米左右的厚度,避免干法氧化的外延生長慢的缺點,顯著節省了生產流程時間,提高了產量。

激光刻淺槽,在制膜后硅片表面刻蝕出柵槽,將表面的二氧化硅掩膜刮刻去除,從而可對柵極淺槽進行重摻雜,形成低歐姆條帶。激光刻蝕中將柵槽控制在小于10微米的深度之內,這是本發明的關鍵技術要點之一,它決定能否在柵電極制作時應用成熟的絲網印刷工藝,使電極漿料能順利填充入柵槽內。

采用對柵極淺槽進行重摻雜,對硅片的其它表面輕摻雜方法,使柵極淺槽處形成方塊電阻控制在30Ω/□以下的低歐姆區,硅片的其它表面則形成方塊電阻控制在100Ω/□以上的高歐姆區,使晶體硅太陽能電池片具備選擇性發射級。

本發明不僅能使晶體硅太陽能電池片具備選擇性發射級,提高了電池片的轉換效率,而且硅片制絨、減反射膜沉積、正負電極的印刷及燒結工序都能延用現有的成熟工藝方法,它是對現行絲網印刷工藝的完善。它解決了晶體硅電池光電轉化效率受限制的工藝瓶頸,同時保證了絲網印刷的高產量低成本的優勢。采用此改進工藝后,可將現有絲網印刷電池片的平均轉化效率水平提高8%-12%,使光伏產業給社會帶來更大的收益。

【附圖說明】

圖1為制絨后硅片結構示意圖;

圖2為制氧化膜后硅片的結構示意圖;

圖3為激光刻淺槽后硅片的結構示意圖;

圖4為刻槽后經酸洗的硅片結構示意圖;

圖5為經重摻雜后硅片的結構示意圖;

圖6為洗磷去膜后后的硅片結構示意圖;

圖7為經輕摻雜后硅片的結構示意圖;

圖8為氮化硅沉積后硅片的結構示意圖;

圖9為背銀電極印刷并烘干后硅片的結構示意圖;

圖10為鋁背場印刷并烘后硅片的結構示意圖;

圖11為正銀電極印刷、烘干并燒結后硅片的結構示意圖;

圖中:1-硅片;2-二氧化硅掩膜;3-柵極淺槽;4-氧化硅層;5-低歐姆區;6-高歐姆層;7-減反射膜;8-背銀電極;9-鋁背場;10-柵銀電極。

【具體實施方式】

下面以單晶硅太陽能電池片為例來說明本發明的具體實施方式。

附圖1~附圖11為主要的生產工藝流程。

圖1是p型單晶硅片1經過制絨處理后的結構示意圖,在圖1中,p型單晶硅片1的厚度為180-200微米,其電阻率介于1-5歐姆·厘米,經過制絨處理后,在p型單晶硅片1的上下表面形成深度d為3-5微米的絨面;

本發明從p型單晶硅片1經過制絨處理后開始,其具體步驟如下:

第一步,干法掩膜:將制絨后硅片1置入1000℃-1100℃的氧化爐內,通入氧氣進行干法氧化,氧化時間為10分鐘,在硅片1的上下表面外延生成致密的二氧化硅掩膜,其厚度約為15納米;

第二步,濕法掩膜:干法掩膜結束后向氧化爐內通入水蒸氣,再對干法氧化后的硅片1進行濕法氧化,氧化時間為30分鐘,在p型單晶硅片1的上下表面形成二氧化硅掩膜2,其生長厚度T1約為500-600納米,如圖2所示;

第三步,激光刻淺槽:采用波長為532nm的綠光激光源,調節波束和功率對硅片1的表面進行刻蝕,形成柵極淺槽3,柵極淺槽3的刻蝕深度D控制在10微米以內,槽寬W約在30-50微米范圍之內;在本步驟中,柵極淺槽3處原先的二氧化硅掩膜層雖然會被劃除,但在激光刻蝕過程中由于激光光束的熱效應作用,在所形成的柵極淺槽表面還會形成一層厚度為極薄的氧化硅層4,氧化硅層4的厚度tc為數十納米,因此,在對柵極淺槽進行重摻雜前必須進行酸洗;圖3為經過本步驟處理后硅片1的結構示意圖;

第四步,酸洗柵極淺槽:第三步結束后將硅片1置入稀釋的HF酸溶液槽內進行酸洗約30秒~60秒,HF酸溶液的濃度為1%~5%,以清除激光刻蝕時在槽內形成的氧化硅層及散落的灰塵顆,確保下步驟進行重摻雜的質量;圖4為經本步驟后硅片1的結構示意圖,在對槽進行清洗的同時硅片表面的二氧化硅掩膜2厚度由T1減薄至T2,因T1遠遠厚于tc,可保證二氧化硅掩膜2的厚度T2足夠阻擋表面的摻雜效應。

第五步,對柵極淺槽進行重摻雜:將酸洗后的硅片1放入摻雜爐內,通入POCl3對柵極槽進行重摻雜,在柵極淺槽3處形成低歐姆區5,低歐姆區5的方塊電阻控制在30Ω/□以下,硅片其它部位由于有二氧化硅掩膜2的保護,不會受重摻雜的影響;圖5為對柵極淺槽3進行磷擴散重摻雜后硅片的結構示意圖,重摻雜后的柵線處的方塊電阻大約為20Ω/□,可有效保證金屬電極與硅片有良好的歐姆接觸;

第六步:清磷去膜:將重摻雜后的硅片1放入HF酸溶液槽內進行酸洗約300~600秒,HF酸溶液的濃度為1%~5%,以清除硅片1在重摻雜過程中在硅片表面所形成的磷硅玻璃和附著在硅片表面的二氧化硅掩膜2,為輕摻雜做好準備,經過本步驟處理過的硅片1的結構如圖6所示;

第七步:表面輕摻雜:將清磷去膜后的硅片1放入摻雜爐內,通入POCl3對柵極淺槽進行輕摻雜,經輕摻雜后,在硅片1的電極表面形成高歐姆層6,高歐姆層6的方塊電阻控制在100Ω/□以上;經過本步驟處理過的硅片1結構如圖7所示;

第八步:酸洗:將輕摻雜后的硅片1放入HF酸溶液槽內進行酸洗約60秒~120秒,HF酸溶液的濃度為1%~5%,進行表面清洗,以清除硅片1在輕摻雜過程中在硅片表面所形成的磷硅玻璃;

圖8為采用化學氣相沉積工藝(PECVD)對硅片1表面沉積氮化硅形成減反射膜7后的結構示意圖;減反射膜7厚度約80納米,它能對硅片表面進行鈍化的同時減少表面光反射。

圖9-圖11為利用傳統絲網印刷工藝分別將背銀電極,鋁背場,以及柵銀電極印制在硅片1上,烘干并燒結。

這種在利用傳統絲網印刷工藝并具有選擇性發射級結構的單晶硅電池片,可將光電轉換效率從目前的16.5%的平均水平提高至18%以上。

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晶體 電池 表面 選擇性 摻雜 發射 方法
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