[发明专利]一种纳米硅磷浆及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米硅磷浆的制备方法及其应用。

背景技术

目前，生产普通正面接触p型太阳能电池的工艺流程可简单地概括为：1、硅片清洗制绒，2、POCl₃扩散，3、清洗磷硅玻璃，4、沉积SiNx膜，5、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，6、烧结银浆和铝浆金属电极。步骤2POCl₃扩散是整个生产流程的核心部分。此步骤在硅片正面（即阳光面）进行磷扩散。将表面层转变成n型，并与p型基板形成p/n结，扩散条件决定n型层中磷的浓度和厚度。在太阳能电池中，n型层也称为发射极，其导电性通常用方阻值表示。扩散条件越强，磷掺杂浓度越高、扩散层越厚，则发射极方阻值越低。反之亦然。发射极方阻值与太阳能电池的效率关系密切。高方阻发射极电池的效率通常要高出2～8%。目前，适用于高方阻发射极电池的银浆还处于发展中。主要问题在于正面银浆。烧结时，银栅线必须与硅片基板形成良好的接触，又不穿透发射极、破坏p/n结。针对这一问题，业界提出许多生产选择性发射极电池的工艺。其精髓可概括为两个方面。第一，对受光区（即银栅线之间的区域）采用轻掺磷。方阻值范围80～120Ω/□。由于扩散层磷杂质浓度低，电池蓝光效应好。这种电池开路电压高、短路电流大，光电转换效率高。第二，对银栅线覆盖区选择重掺磷，方阻值在40Ω/□左右。重掺区容易与银电极形成欧姆接触，电子顺畅地从发射极导入电极。电池填充因子大，效率高。第三，重掺区扩撒层厚，发射极不易被烧穿，保护p/n结不受损伤。烧结工艺窗口大，成品率高。总之，选择性发射极电池光电二者兼顾，光电转换效率可相对提高10%。实验室结果已有报道提升6%，生产线上也实现提升3%。总体说来，生产选择性发射极电池工艺比较复杂。工艺路线繁多。比较常见的几种技术路线包括反刻法、掩膜法、和磷浆法。基本流程如下所述。

反刻法制备选择性发射极电池（参见CN 102637772A）：

1、硅片清洗制绒，2、POCl₃扩散，3、清除磷硅玻璃，4、印刷刻蚀浆料或印刷栅线掩护膜，5、刻蚀，6、清洗刻蚀浆料或清洗栅线掩护膜，7、沉积SiNx减反射层，8、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，9、烧结银浆和铝浆金属电极。上述步骤2中的POCl₃扩散通常使用重掺，方阻值在40Ω/□左右；扩散层厚度约1微米左右。步骤4在受光区印刷刻蚀浆料或在栅线覆盖区印刷掩护膜；步骤5对受光区进行刻蚀，减薄扩散层厚度，使其方阻增至80～100Ω/□。

掩膜法制备选择性发射极电池：

1、硅片清洗制绒，2、高温生长SiO₂掩护膜，3、印刷SiO₂刻蚀浆料于栅线覆盖区或印刷刻蚀掩护膜于受光区，4、刻蚀SiO₂，5、清除SiO₂刻蚀浆料或清除刻蚀掩护膜，6、POCl₃扩散，7、清除磷硅玻璃和SiO₂膜，8、沉积SiNx减反射层，9、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，10、烧结银浆和铝浆金属电极。其中步骤4的目的是把将要被银栅线覆盖区域的SiO₂膜刻蚀掉。同时，保留受光区域的SiO₂膜。步骤6使用重扩散工艺对银栅线覆盖区进行重掺磷，方阻值在40Ω/□左右。由于SiO₂膜对磷扩散的阻滞作用，受光区为轻掺磷，方阻控制在80～100Ω/□之间。

磷浆法制备选择性发射极电池：

1、硅片清洗制绒，2、印刷、烘干磷浆，3、清洗，4、POCl₃扩散，5、清除磷硅玻璃，6、沉积SiNx减反射层，8、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，9、烧结银浆和铝浆金属电极。上述步骤2在印刷银栅线前印刷一层磷浆，对栅线覆盖区进行重掺磷。步骤3清除磷浆印刷时带来的污染。步骤4采用轻掺磷工艺，控制发射极方阻在80～100Ω/□之间。由于磷浆的作用，栅线覆盖区方阻可控制在40Ω/□左右。

上述工艺的缺点如下：

反刻法的主要缺点有两条。第一，反刻法制备出的发射极方阻不均匀。主要原因在于植绒后的硅片表面是金字塔组成。塔尖与塔底的刻蚀速率不一样，导致塔尖扩散层薄塔底扩散层厚。电池p/n结厚薄不均，导致电池效率下降。第二，反刻法必须增加三个工艺步骤。它们是1）印刷刻蚀浆料或掩护膜；2）刻蚀；3)清洗刻蚀浆料或掩护膜。工艺复杂。成品率较低。