一种太阳能电池选择性发射极的制备方法及太阳能电池与流程

1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池选择性发射极的制备方法及太阳能电池。


背景技术：

2.在晶体硅太阳能电池的制作过程中，为了降低硅基体表面复合速率而提高光电转换效率，需要在硅基体的表面制作选择性发射极结构。即，在与金属电极接触的区域(金属化区域)进行掺杂元素的重掺杂，以显著降低金属接触复合和接触电阻；而在非接触区域(非金属化区域)进行掺杂元素的轻掺杂，可以扩散形成p-n结而收集光生载流子并且轻掺杂区短波响应更好。
3.现有技术中制作选择性发射极结构的方法有多种，目前常用的方法是利用激光在金属化区域扫描在热扩散过程中沉积在硅基体表面的磷硅玻璃(也称为psg)或硼硅玻璃(也称为bsg)，使psg或bsg中的掺杂元素(磷或硼)被进一步扩散进入硅基体，从而在金属化区域形成重掺杂结构而在非金属化区域形成轻掺杂结构。
4.这种激光重掺杂方法存在较大的缺点，例如，在激光照射时，已经扩散进入硅基体表面的扩散元素在激光的高能量作用下会从硅基体表面激发出去，使所形成的重掺杂区表面的掺杂元素浓度降低，从而影响选择性发射极的性能。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明一实施方式旨在提供一种太阳能电池选择性发射极的制备方法以及包括该选择性发射极的太阳能电池，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。
6.一方面，本发明一实施方式提供了一种太阳能电池选择性发射极的制备方法，包括如下步骤：
7.步骤s1，对衬底进行掺杂元素的扩散，在所述衬底的表面形成轻掺杂层并在所述轻掺杂层上形成包含所述掺杂元素的重掺杂区扩散源层；以及
8.步骤s2，通过电子束对所述重掺杂区扩散源层的预定区域进行照射以使所述掺杂元素进一步向所述衬底扩散，使得对应于所述预定区域的所述衬底的表面形成重掺杂区，预定区域之外的所述衬底的所述表面形成轻掺杂区。
9.可选地，在步骤s1之前还包括：对所述衬底的所述表面进行制绒处理。
10.可选地，在步骤s2之后还包括步骤s3：去除所述重掺杂区扩散源层。
11.可选地，通过酸洗去除所述重掺杂区扩散源层。
12.可选地，所述步骤s2包括：通过电子束对所述重掺杂区扩散源层的预定区域进行多次照射。
13.可选地，所述电子束的加速电压为0.1～50kv；和/或，
14.所述电子束的剂量为1.0e
14
～1.0e
18
/cm3。
15.可选地，所述衬底为n型硅片，所述掺杂元素选自第v族元素；或者
16.所述衬底为p型硅片，所述掺杂元素选自第iii族元素。
17.可选地，在所述步骤s1中，通过化学气相沉积法或物理气相沉积法对所述衬底进行掺杂元素的扩散。
18.可选地，所述重掺杂区的表面浓度大于所述轻掺杂区的表面浓度。
19.本发明另一实施例还提供一种太阳能电池，包括以上任一项所述的制备方法制得的太阳能电池选择性发射极。
20.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
21.本发明一实施方式的太阳能电池选择性发射极的制备方法，通过电子束对重掺杂区扩散源层的预定区域进行照射以使扩散元素进一步向衬底扩散，能够形成选择性发射极的重掺杂区。由于电子束的能量可控性较好，可以防止选择性发射极的重掺杂区的表面浓度降低，从而获得重掺杂区的表面浓度高而轻掺杂区的表面浓度低的选择性发射极，使得重掺杂区的金属接触复合和接触电阻更低，而轻掺杂区的短波响应更好，进一步得到的太阳能电池的开路电压和电池转换效率更好，提高了太阳能电池的性能。
22.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
23.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。其中：
24.图1为本发明一实施方式的经过步骤s1后的结构示意图；
25.图2为本发明一实施方式的经过步骤s2后的结构示意图；
26.图3为本发明一实施方式的经过步骤s3后的结构示意图；
27.图4为本发明一实施方式的重掺杂区和轻掺杂区的图案化示意图；
28.图5为本发明一实施方式的步骤s2中电子束照射示意图；
29.图6为本发明实施例1的太阳能电池选择性发射极的ecv测试图；
30.图7为本发明实施例2的太阳能电池选择性发射极的ecv测试图；
31.图8为本发明实施例3的太阳能电池选择性发射极的ecv测试图；
32.图9为本发明实施例4的太阳能电池选择性发射极的ecv测试图；
33.图10为本发明实施例5的太阳能电池选择性发射极的ecv测试图；
34.图11为本发明对比例1的太阳能电池选择性发射极的ecv测试图；
35.图12为本发明对比例2的太阳能电池选择性发射极的ecv测试图。
36.附图标记说明如下：
37.1、衬底；2、轻掺杂层；3、重掺杂区扩散源层；4、重掺杂区；5、轻掺杂区；20、电子枪；21、第一表面。
具体实施方式
38.下面对本发明的优选实施方式进行具体描述，其中，附图构成本发明一部分，并与
本发明的实施方式一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。其中，名称中的“第一”、“第二”仅用于对具有相同名称的结构进行区分，并非对其进行限定。
39.参照图1至3所示，本发明一实施方式提供了一种太阳能电池选择性发射极的制备方法，包括如下步骤：
40.步骤s1，对衬底1进行掺杂元素的扩散，在衬底1的表面形成轻掺杂层2并在轻掺杂层2上形成包含掺杂元素的重掺杂区扩散源层3；以及
41.步骤s2，通过电子束对重掺杂区扩散源层3的预定区域进行照射以使掺杂元素进一步向衬底1扩散，使得对应于预定区域的衬底1的表面形成重掺杂区4，预定区域之外的衬底1的表面形成轻掺杂区5。
42.可选地，在步骤s1中，通过化学气相沉积法或物理气相沉积法对衬底1进行掺杂元素的扩散。
43.可选地，在步骤s1之前还包括：对衬底1的表面进行制绒处理。在制绒处理完成后再进行掺杂元素的扩散，以形成轻掺杂层2和重掺杂区扩散源层3。制绒处理可以是在衬底1表面形成金字塔状的绒面结构。
44.可选地，在步骤s2之后还包括步骤s3：去除重掺杂区扩散源层3，得到图3所示的结构。进一步地，可通过酸洗去除重掺杂区扩散源层3。
45.本发明一实施方式的制备方法，以重掺杂区扩散源层3作为扩散源，通过对重掺杂区扩散源层3的预定区域进行照射，使得重掺杂区扩散源层3中的掺杂元素进一步向衬底1扩散，能够在轻掺杂层2中形成图案化的重掺杂区4，并使所形成重掺杂区4具有较高的掺杂浓度。
46.可选地，经掺杂元素扩散后的衬底1包括第一表面21，第一表面21由重掺杂区4和轻掺杂区5组成。
47.可选地，衬底1为n型硅片，重掺杂区4或轻掺杂区5中的掺杂元素选自第iii族元素，例如硼、铝、镓、铟、铊中的一种或多种；进一步而言，掺杂元素可以为硼。
48.可选地，衬底为p型硅片，重掺杂区4或轻掺杂区5中的掺杂元素选自第iii族元素中的一种或多种，例如磷和/或砷。
49.本发明中的掺杂浓度是指每立方厘米掺杂区中掺杂元素的原子个数。
50.可选地，衬底为n型硅片，掺杂元素为硼，轻掺杂层2的厚度为0.8～1.3μm，重掺杂区4的厚度为0.8～1.3μm。
51.可选地，衬底为p型硅片，掺杂元素为磷，轻掺杂层2的厚度为0.3～0.4μm，重掺杂区4的厚度为0.3～0.4μm。
52.可选地，重掺杂区4的表面浓度大于轻掺杂区5的表面浓度。重掺杂区4和轻掺杂区5的表面浓度是指在衬底掺杂扩散结束后去除误差表面(例如0.01um)后掺杂深度小于等于0.04um内的掺杂浓度。
53.可选地，衬底为n型硅片，掺杂元素为硼，重掺杂区4的表面掺杂浓度为1.0
×
10
19
～5.0
×
10
19
/cm3，进一步为3.0
×
10
19
～4.0
×
10
19
/cm3。
54.可选地，衬底为p型硅片，掺杂元素为磷，重掺杂区4的表面掺杂浓度为1.0
×
10
20
～5.0
×
10
20
/cm3，进一步为3.0
×
10
20
～2.0
×
10
20
/cm3。
55.可选地，参照图4所示，通过电子束照射，重掺杂区4的宽度w可以为20～400μm，例
如50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm等；
56.可选地，参照图4所示，通过电子束照射，重掺杂区4的彼此之间的间距d为0.5～3.0mm，例如1mm、1.33mm、1.5mm、2mmm、2.5mm。
57.可选地，重掺杂区扩散源层3上的预定区域或者重掺杂区4的图案与金属电极的形状相匹配。
58.可选地，通过对衬底1进行掺杂元素的扩散，掺杂元素扩散进入衬底1的至少一个表面内，在该表面形成面状的轻掺杂层2，并且同时在轻掺杂层2上形成包含掺杂元素的重掺杂区扩散源层3。
59.可选地，参照图5所示，可采用电子枪20发射电子束。
60.本发明一实施方式的制备方法，通过对x、y两相互垂直方向上电场的调节，可将电子束打在重掺杂区扩散源层3的预定区域上；并能够进一步通过加速电压和电子束的剂量的调节最大限度地减少电子束对衬底表面的损伤。
61.可选地，电子束的剂量为1.0e
14
～1.0e
18
/cm3，例如1.0e
14
/cm3、6.0e
14
/cm3、1.0e
15
/cm3、4.0e
15
/cm3、3.0e
16
/cm3、5.0e
16
/cm3、1.0e
17
/cm3、5.0e
17
/cm3等。
62.可选地，电子束的加速电压为0.1～50kv，进一步可以为10～25kv，例如15kv、20kv等。
63.可选地，电子束对重掺杂区扩散源层3上预定区域的扫描速度为1～30m/s，例如2m/s、5m/s、10m/s、15m/s、20m/s、25m/s等。
64.可选地，可通过调节与电子束扫描方向垂直的方向上的电场来控制栅线的间距，以很好的匹配丝网印刷时对栅线间距的要求。
65.可选地，重掺杂区4的厚度以及表面浓度可由电子束的工艺参数决定，一方面，电子束加速电压越高，剂量越大，掺杂元素的向衬底的扩散越多越深，重掺杂区的整体浓度越高并且厚度越大。然而，另一方面，随着电子束的加速电压越高、剂量越大，重掺杂区表面的掺杂元素会被电子束激发出去，导致重掺杂区4的表面掺杂浓度降低。
66.可选地，可通过电子束对重掺杂区扩散源层3的预定区域进行多次照射，例如两次、三次或更多次。如上所述，电子束的加速电压越高、剂量越大，则形成的重掺杂区域的掺杂浓度和掺杂深度约高。但是随着加速电压、剂量的增加，重掺杂区4表面的掺杂元素会在电子束的照射下脱离表面，从而降低表面的掺杂浓度。因此，本发明通过电子束的多次照射，避免重剂量和高加速电压的电子束一次照射使得表面的掺杂浓度降低。
67.本发明一实施方式的制备方法，可通过分步进行不同剂量、不同加速电压的的电子束照射，从而实现所需深度和所需掺杂浓度的的重掺杂区。在多次照射电子束时，每次电子束的剂量和加速电压可以彼此相同或不同。
68.本发明一实施方式的太阳能电池选择性发射极的制备方法，能够使所制得的选择性发射极的重掺杂区具有较高的掺杂浓度、更少的表面缺陷，同时还不会对后续的金属化工艺(即形成电极工艺)造成影响。
69.本发明一实施方式的太阳能电池选择性发射极的制备方法，工艺简单且易操作，适用于工业化大规模生产。
70.本发明一实施方式提供了一种太阳能电池，包括上述的太阳能电池选择性发射极。
71.本发明一实施方式的太阳能电池，重掺杂区的表面附近具有较高的掺杂浓度高。
72.以下，结合附图及具体实施例对本发明一实施方式的太阳能电池选择性发射极的制备方法进行进一步说明。
73.实施例1
74.s11：将n型硅片衬底1进行制绒预处理；
75.s12：将预处理后的n型硅片衬底1进行硼掺杂元素的扩散，在衬底1的表面上形成面状轻掺杂层2；同时，在扩散过程中，还在轻掺杂层2上形成重掺杂区扩散源层3，重掺杂区扩散源层3为包含掺杂元素硼的硼硅玻璃层；
76.s13：通过电子束照射重掺杂区扩散源层3表面的预定区域，以使掺杂元素进一步向n型硅片衬底1扩散；其中，预定区域为图4所示的多个平行设置的长条形区域，对应于电极区域；所用电子束的加速电压为15kv，电子束剂量为6.0e
14
/cm3；经过电子束照射后在衬底1的第一表面21形成多个间距d为1.5mm的重掺杂区4，其余未经电子束照射的区域为轻掺杂区5；
77.s14：酸洗清除衬底1表面的重掺杂区扩散源层3，得到太阳能电池选择性发射极。
78.将所得的太阳能电池选择性发射极进行掺杂浓度的测试，即ecv测试，具体结果参见图6。在经过电子束照射后，重掺杂区的表面掺杂浓度没有下降，而是升高，并且在距衬底表面0.04um范围内，重掺杂区的掺杂浓度大于轻掺杂区(即轻掺杂层)的掺杂浓度。
79.实施例2
80.本实施例采用与实施例1相同的原料、步骤进行，区别仅在于：所用电子束的剂量为3.0e
16
/cm3，加速电压为20kv。将所得的太阳能电池选择性发射极进行掺杂浓度的测试，具体结果参见图7。在经过电子束照射后，重掺杂区的表面掺杂浓度没有下降，而是升高，并且在距衬底表面0.04um范围内，重掺杂区的掺杂浓度大于轻掺杂区(即轻掺杂层)的掺杂浓度。
81.将实施例2与实施例1相比，电子束的剂量和加速电压均增大，重掺杂区的表面浓度略微有所下降，但是由于电子束的剂量和加速电压增大，重掺杂区的掺杂深度增加，例如，以浓度为1.0e
17
/cm3所应对的深度为准，实施例1中的重掺杂区深度约为0.63um，实施例2中的重掺杂区深度约为0.65um。
82.实施例3
83.s31：将p型硅片衬底1进行制绒预处理；
84.s32：将预处理后的p型硅片衬底1进行磷掺杂元素的扩散，在衬底1的表面形成轻掺杂层2；同时，在扩散过程中，还在轻掺杂层2上形成重掺杂区扩散源层3，重掺杂区扩散源层3为磷硅玻璃层；
85.s33：通过电子束照射重掺杂区扩散源层3表面预定区域；其中，预定区域为图4所示的多个平行设置的长条形区域；所用电子束的加速电压为20kv，电子束剂量为4.0e
15
/cm3；经过电子束照射后在衬底1的第一表面21形成多个间距d为1.33mm的重掺杂区4，其余未经电子束照射的区域为轻掺杂区5；
86.s34：酸洗清除衬底1表面的重掺杂区扩散源层3，得到太阳能电池选择性发射极。
87.将所得的太阳能电池选择性发射极进行掺杂浓度的测试，具体结果参见图8。在经过电子束照射后，在距衬底表面0.01um内重掺杂区的浓度小于轻掺杂区(即轻掺杂层)的浓
度，但是该部分在经过扩散后经过表面处理后被去除，在实际使用中，留下的重掺杂区的掺杂浓度均大于轻掺杂区的掺杂浓度。
88.实施例4
89.本实施例采用与实施例1相同的原料、步骤进行，将所得的太阳能电池选择性发射极进行轻掺杂层和重掺杂区的掺杂元素浓度的第一次测试。之后，采用相同电压和剂量的电子束对上述选择性发射极的重掺杂区扩散源层3表面的预定区域进行第二次照射，并对重掺杂区进行第二次掺杂浓度的测试。最后，采用相同电压和剂量的电子束对第二次照射后的预定区域进行第三次照射，并对重掺杂区进行第三次掺杂浓度的测试，三次测试的结果参见图9。在每次经过电子束照射后，重掺杂区的表面掺杂浓度每次均有升高，并且在距衬底表面0.04um范围内，重掺杂区的掺杂浓度大于轻掺杂区(即轻掺杂层)的掺杂浓度。
90.对比第一照射a、二次照射c和三次照射b后的曲线，可以发现，每次照射后，重掺杂区的表面浓度逐步增加，并且以浓度为1.0e
17
为准，每次照射后，重掺杂区的掺杂深度逐步增加。因此，分布的多次电子束照射，可以获得较好的重掺杂表面浓度和掺杂深度，获得性能较好的选择性发射极结构。
91.实施例5
92.本实施例采用与实施例1相同的原料、步骤进行，但所用的电子束的剂量和电压不同。具体而言，采用加速电压为15kv，电子束剂量为3.0e
15
/cm3的电子束照射重掺杂区扩散源层3表面预定的预定区域，将所得的太阳能电池选择性发射极进行轻掺杂层和重掺杂区的掺杂元素浓度的第一次测试。之后，采用加速电压为25kv，电子束剂量为6.0e
15
/cm3的电子束对上述选择性发射极的重掺杂区扩散源层3表面的预定区域进行第二次照射，并对重掺杂区进行第二次掺杂浓度的测试，两次测试的结果参见图10。在经过第一次电子束照射后，重掺杂区的表面掺杂浓度增加，大于轻掺杂区的掺杂浓度，第二次电子束照射的剂量和加速电压增加，经过第二次电子束照射后，重掺杂区的表面掺杂浓度略微增加，重掺杂区的掺杂深度从0.65um增加到0.68um(以浓度为1.0e
17
/cm3所应对的深度为准)。
93.对比例1
94.本实施例采用与实施例1相同的原料、步骤进行，区别仅在于：采用激光(绿光，功率24w，pulse型)对重掺杂区扩散源层3表面的图案化区域进行扫描，将所得的太阳能电池选择性发射极进行掺杂浓度的测试，具体结果参见图11。可以看到，经激光照射后，重掺杂区的表面浓度大幅度降低。
95.对比例2
96.本实施例采用与实施例3相同的原料、步骤进行，区别仅在于：采用激光(绿光，功率24w，pulse型)对重掺杂区扩散源层3表面的图案化区域进行扫描，将所得的太阳能电池选择性发射极进行掺杂浓度的测试，具体结果参见图12。可以看到，经激光照射后，重掺杂区的表面浓度大幅度降低。
97.其中，图6至12中的纵坐标表示掺杂元素的掺杂浓度，数值例如1.00e 16表示1.00
×
10
16
。横坐标表示沿垂直于第一表面21的方向，与第一表面21之间的距离。
98.反之，参见图6、7、9可知，在与第一表面21的距离为≤0.04μm的范围内，本发明实施例1、2、4的重掺杂区4的掺杂元素的浓度均大于轻掺杂区5，且均在1.00
×
10
19
/cm3以上，表明重掺杂区4具有较高的掺杂浓度。
99.图9、10为本发明实施例4、5的通过电子束多次照射的结果，从图中曲线可以看出，通过一次、两次、三次照射所形成的重掺杂区4，在与第一表面21的距离为≤0.04μm的范围内，掺杂元素的浓度均大于轻掺杂区5。且在所形成的重掺杂区4的与第一表面21的距离为≤0.04μm的范围内，经过三次照射所形成的掺杂浓度最大，经过一次照射所形成的重掺杂区4的掺杂浓度最小。
100.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。