[发明专利]利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏行业的太阳能电池领域,具体涉及到太阳能电池器件的形成方法。

背景技术

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。

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。在金属接触区的硅表面复合速率很高。如果金属接触区的硅表面形成重掺杂，浓度差形成的势垒有排斥少数载流子的作用，从而降低这里的复合。而非金属接触的采光发射区则希望通过轻掺杂来减少表面死层造成的损失。这样的要求就促成了金属接触区域重掺杂、其它发射区轻掺杂的选择性掺杂设计（又称选择性发射极技术）。而且这种设计的另一个优点是更浓掺杂的硅表面对金属的接触电阻更小。

传统的分区掺杂技术比如通过激光消融或化学刻蚀形成选择性分区掺杂图案通过两次扩散法配合（比如中电光伏采用化学刻蚀的方法）、或者如德国施密特公司通过一次热扩散配合化学反刻的方法，或者通过Suntech尚德电力公司的激光局部掺杂的方法，或者通过美国innovolight公司的硅墨水结合热扩散形成选择性掺杂的方法等等也都可以形成选择性分区掺杂。

但是这些技术方法应用于大多数是基于热扩散技术来形成选择性掺杂的。当应用于结构复杂些的高效晶体硅电池，比如N型电池、IBC电池、双面电池、PERL/PERT电池往往需要在电池的一面或者一些区域形成N+掺杂，而电池的另一面或者另一些区域也需要形成P+掺杂，在这种情况下利用上述这些现有的技术工艺步骤就会相对复杂些，不利于工业化生产。

采用离子注入制作的p-n结表面杂质浓度较低，避免了热扩散形成pn结表面的死层带来的表面复合的损失，还极大程度提高了结的均匀性。如果需要对电池前后表面都实施分区掺杂技术，而且离子注入是单面工艺，就排除了边缘刻蚀的需求，简化了工艺流程具有更大的优势。

采用离子注入技术实现选择性掺杂由于工艺步骤简单而更加适合于高效电池结构两面都需要选择性分区掺杂的设计。传统的通过离子注入实现选择性掺杂的方法主要是通过在离子注入工艺腔内的掩膜基板来实现分区掺杂，这种方法虽然工艺步骤简单，但是对于同一种掺杂元素（比如磷或者硼），需要实施两次的离子注入才能获得分区的掺杂图案，而且总会相当有一部分掺杂离子在离子注入工艺中被浪费在掩膜基板上，这使得晶硅太阳能电池的生产成本增加。

发明内容

本发明目的是，提出一种选择性发射极制备方法制造高效晶体硅太阳能电池，适用于制备结构复杂些的高效晶体硅电池，如N型电池、IBC电池、双面电池、PERL/PERT电池；克服离子注入制作选择性发射极的不足，尤其是通过离子注入掩蔽的掩膜（半掩膜）材料来完成。

本发明的技术方案是，一种利用离子注入形成选择性掺杂和制备高效晶体硅太阳能电池的方法，1）首先通过前面所述的热生长、CVD、PVD、ALD或化学凝胶等方法在硅基体的一面或前后表面形成一层一定厚度的半掩膜材料（比如氧化硅（SiOx）或者硅氮氧化物（SiOxNy）），作为后续离子注入工艺形成分区掺杂的半掩膜；半掩膜材料的选择：半掩膜材料选择：SiOx、SiOxNy、SiNx或TiOx等；2）对晶硅电池的某一面（既可以正面，也可以是背面）或者某一面的（既可以正面的，也可以是背面的）特定区域进行图案化刻蚀处理，形成所需要的选择性掺杂图案：刻蚀处理后的图案区将会形成重掺杂区；3）根据电池结构的设计，在晶硅电池的某一面（既可以正面的，也可以是背面的）或者与某一面的（既可以正面的，也可以是背面的）特定区域进行与衬底相同掺杂类型或者相反掺杂类型的离子注入掺杂；4）退火：放置到高温管式扩散炉或者RTP快速热退火炉中，通过选择合适的退火温度、时间、气氛，进行掺杂杂质的再分布退火，退火温度范围：600-1100℃，退火时间范围：1-500分钟，气氛:惰性气体（比如氮气）、氧气的单一或者混合气体，退火炉的选择：管式扩散炉或者RTP快速热退火炉；在退火的过程中，修复注入后的损失和进行杂质再分布，根据掺杂杂质在半掩膜层的扩散系数不同，形成选择性的分区掺杂。半掩膜层厚范围是10-100nm。