一种晶体硅太阳能电池发射极的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能应用技术领域，具体涉及一种晶体硅太阳能电池发射极的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清 洁、最普遍和最有潜力的替代能源。太阳能电池，也称光伏电池，是一种将太阳的光能直接 转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资 源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是一种有广阔发展前途的新型能源。目前， 在所有的太阳电池中，晶体硅太阳电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由 于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时晶体硅太阳电池相比其他类型的太阳能电池 有着优异的电学性能和机械性能，因此，晶体硅太阳能电池在光伏领域占据着重要的地位。
[0003] 太阳能电池的发射极是太阳能电池发电的关键，其主要起到两个作用，其一是与 硅片基底形成PN结，即起到分离光生载流子的作用；其二是与电极形成良好的欧姆接触， 减小电池的串联电阻。
[0004] 现有的太阳能电池发射极制备方法主要有扩散和离子注入2种。对于扩散制备 太阳能电池发射极，其不能同时精确控制结深和表面浓度；比如，用扩散形成较高的表面浓 度，则总的掺杂浓度会比较高，这会引起短波响应变差、开压和电流降低；而低表面浓度又 会引起接触电阻变大，填充因子降低。对于离子注入法制备发射极，为了修复注入损伤，需 要进行高温退火，且退火温度受注入剂量影响，一般是剂量越大需要的时间越长；然而，长 时间的高温退火会使表面浓度降低，接触变差；而为了保证表面较高的浓度，又需要加大注 入剂量，但是剂量变大也会导致短波响应变差。
[0005] 因此，如何同时控制结深和表面浓度，以制备均匀的高质量的PN结，最终提高电 池片的光电转换效率，成为了本领域的技术难题之一。
【发明内容】
[0006] 本发明目的是提供一种晶体硅太阳能电池发射极的制备方法。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种晶体硅太阳能电池发射极的制 备方法，包括如下步骤：
[0008] (1)在晶体硅表面进行第一次整面离子注入；
[0009] 第一次离子注入的剂量为0? 5E15~1. 5E15cm 2;
[0010] ⑵热退火，形成PN结；
[0011] 所述热退火的温度为850~950°C，时间为10~60分钟；
[0012] (3)在上述晶体硅表面进行第二次整面离子注入；
[0013] 第二次离子注入的剂量为0? 5E15~1. 5E15cm 2;
[0014] (4)快速热退火，形成表面的高浓度掺杂；
[0015] 所述快速热退火的温度为960~1050°C，时间为5~60秒；
[0016] 所述第二次离子注入的掺杂类型和第一次离子注入的掺杂类型相同；
[0017] 当离子注入的掺杂元素为P时，所述两次离子注入的总剂量为1.5E15~ 2. 4E15cm 2；
[0018] 当离子注入的掺杂元素为B时，所述两次离子注入的总剂量为1.0E15~ L 9E15cm 2〇
[0019] 本发明的方法不仅可以得到高质量的均匀的PN结，又能保证高表面浓度；同时， 总的掺杂量较少，高浓度都集中在硅片表面200纳米内，因而可在降低烧结温度的情况下 形成良好的欧姆接触；此外，减少总掺杂量，还能提升电池的开路电压，减小金属化烧结温 度也能减少金属离子引起的复合，提升电池的开路电压。
[0020] 本发明采用两次离子注入，第一次注入后进行退火，通过对时间和温度的控制，形 成需要结深的PN结；第二次注入后进行快速热退火，使第二次注入的杂质在注入浓度附近 活化，主要集中在表面200nm以内，表面浓度主要通过第二次注入控制。因此，本发明的方 法可以同时控制结深和表面浓度，制备均匀的高质量的PN结，并减少总的掺杂量，只在表 面200nm内有较高的浓度用于保证金属电极的接触，而减小高掺杂带来的复合。
[0021] 优选的，当离子注入的掺杂元素为P时，所述两次离子注入的总剂量为1. 5E15~ 2. 0E15cm 2；
[0022] 当离子注入的掺杂元素为B时，所述两次离子注入的总剂量为1.2E15~ L 6E15cm 2〇
[0023] 优选的，所述步骤（4)中，快速热退火的温度为1000~1020°C，时间为30~50 秒。
[0024] 上述技术方案中，所述步骤（4)中，所述表面的高浓度掺杂的掺杂浓度为3E20~ lE21cm 3〇
[0025] 上述技术方案中，所述步骤（2)和步骤（3)之间还具有清洗步骤，以去除硅片表面 的氧化层。
[0026] 上述技术方案中，所述步骤（2)的热退火在惰性气氛中进行。也可以在含有氧化 性的气氛中进行，如氧气。
[0027] 由于上述技术方案运用，本发明具有下列优点：
[0028] 1.本发明通过两次小剂量的离子注入，结合高温退火的方式制备发射极，解决了 现有技术中大剂量离子注入损伤层无法充分修复的问题，降低了结区复合，同时还能提高 短波响应，提高光电转换效率；实验证明，相比现有技术，本发明的光电转换效率可以提高 0. 3%，取得了意想不到的技术效果；
[0029] 2.本发明通过第一次离子注入结合常规热退火工艺控制PN结结深；第二次离子 注入结合短时间的快速热退火激活注入的杂质，可以保证第二次的注入杂质大部分保留在 硅片表面200纳米以内，因而表面浓度较大，电极与硅片的接触电阻更小；
[0030] 3.本发明通过整面重掺形成N++/N+或P++/P+高低结，有利于载流子的分离，提高 开路电压和短路电流；
[0031] 4.本发明的制备方法简单，适用于工业化生产。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合实施例对本发明作进一步描述：
[0033] 实施例一
[0034] 一种晶体硅太阳能电池发射极的制备方法，采用常规P型硅片，包括如下步骤：
[0035] (1)在制绒后的晶体硅表面进行第一次整面离子注入；
[0036] 第一次离子注入的P的剂量为0? 5E15cm2;
[0037] (2)热退火，形成PN结；
[0038] 所述热退火的温度为850°C，时间为30分钟；
[0039] (3)清洗；
[0040] (4)在上述晶体硅表面进行第二次整面离子注入；
[0041] 第二次离子注入的P剂量为1. 0E15cm 2;
[0042] (5)快速热退火，形成表面的高浓度掺杂；
[0043] 所述快速热退火的温度为1000°C，时间为50秒；
[0044] 所述第二次离子注入的掺杂类型和第一次离子注入的掺杂类型相同；离子注入的 掺杂元素都为P时，所述两次离子注入的总剂量为1. 5E15。
[0045] 然后进行清洗、镀减反膜、丝网印刷、烧结，即可得到晶体硅太阳能电池。
[0046] 对比例一
[0047] -种晶体硅太阳能电池发射极的制备方法，采用常规P型硅片，包括如下步骤：
[0048] (1)在制绒后的晶体硅表面进行整面离子注入；
[0049] 离子注入的P的剂量为3. 0E15cm2;
[0050] (2)热退火，形成PN结；
[0051] 所述热退火的温度为800°C，时间为40分钟。
[0052] 然后进行清洗、镀减反膜、丝网印刷、烧结，即可得到晶体硅太阳能电池。
[0053] 将上述实施例和对比例进行电性能测试，结果如下：
[0054]
[0055] 从上述电性能对比数据来看，与对比例相比，实施例一的开路电压、短路电流密 度、填充因子都有明显的提升，串联电阻有所降低，电池效率提升〇. 3%，取得了意想不到的 技术效果。
【主权项】
1. 一种晶体硅太阳能电池发射极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)在晶体硅表面进行第一次整面离子注入； 第一次离子注入的剂量为0. 5E15~1. 5E15 cm 2; ⑵热退火，形成PN结； 所述热退火的温度为850~950°C，时间为10~60分钟； (3) 在上述晶体硅表面进行第二次整面离子注入； 第二次离子注入的剂量为〇. 5E15~1. 5E15 cm 2; (4) 快速热退火，形成表面的高浓度掺杂； 所述快速热退火的温度为960~1050°C，时间为5~60秒； 所述第二次离子注入的掺杂类型和第一次离子注入的掺杂类型相同； 当离子注入的掺杂元素为P时，所述两次离子注入的总剂量为1.5 E15~2.4E15 cm2; 当离子注入的掺杂元素为B时，所述两次离子注入的总剂量为1.0 E15~1.9E15 cm2。2. 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池发射极的制备方法，其特征在于：当离子 注入的掺杂元素为P时，所述两次离子注入的总剂量为I. 5 E15~2. 0E15 cm 2; 当离子注入的掺杂元素为B时，所述两次离子注入的总剂量为1.2 E15~1.6E15 cm2。3. 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池发射极的制备方法，其特征在于：所述步 骤（4)中，快速热退火的温度为1000~1020°C，时间为30~50秒。4. 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池发射极的制备方法，其特征在于：所述步 骤（4)中，所述表面的高浓度掺杂的掺杂浓度为3E20~lE21cm 3。5. 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池发射极的制备方法，其特征在于：所述步 骤⑵和步骤（3)之间还具有清洗步骤，以去除硅片表面的氧化层。6. 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池发射极的制备方法，其特征在于：所述步 骤⑵的热退火在惰性气氛中进行。
【专利摘要】本发明公开了一种晶体硅太阳能电池发射极的制备方法，包括如下步骤：(1)在晶体硅表面进行第一次整面离子注入；(2)热退火，形成PN结；(3)在上述晶体硅表面进行第二次整面离子注入；(4)快速热退火，形成表面的高浓度掺杂；所述快速热退火的温度为960~1050℃，时间为5~60秒。本发明通过两次小剂量的离子注入，结合高温退火的方式制备发射极，解决了现有技术中大剂量离子注入损伤层无法充分修复的问题，降低了结区复合，同时还能提高短波响应，提高光电转换效率；实验证明，相比现有技术，本发明的光电转换效率可以提高0.3%，取得了意想不到的技术效果。
【IPC分类】H01L31/068, H01L21/265, H01L31/18
【公开号】CN105070789
【申请号】CN201510514386
【发明人】刘运宇, 王栩生, 邢国强
【申请人】苏州阿特斯阳光电力科技有限公司, 盐城阿特斯协鑫阳光电力科技有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月20日