[发明专利]一种晶硅电池的分步式磷掺杂方法

说明书

本发明属于太阳能电池制造技术领域，涉及一种晶硅电池的分步式磷掺杂方法，即一次耗尽扩散结合二次高浓度浅层扩散及返刻方法。通过控制氧气流量、氮气流量和三氯氧磷流量在p型硅衬底上进行第一次低温磷源沉积，然后经过长时间的高温推进，耗尽磷硅玻璃里的磷，实现低表面浓度层n⁺，第二次在无磷玻璃上沉积、推进提高表面浓度，形成很薄的高浓度层n⁺⁺，可以利用返刻方式很快被刻蚀掉。该方法可以独立精确控制不同区域磷掺杂分布，以保证非电极区具有低掺杂浓度，较低的复合电流，从而保证较高的开路电压；而电极区具有高掺杂浓度，与金属电极接触形成良好的欧姆接触，保证填充因子不受损失，从而整体提升电池的光电转换性能。

技术领域

本发明属于太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种晶硅电池的分步式磷掺杂方法，即一次耗尽型磷扩散结合二次高浓度浅层扩散和返刻方法。

背景技术

光伏发电是近年来发展最快的可再生能源技术之一，而晶体硅太阳电池占据了全球光伏市场90％以上的份额。高的光电转换效率和低的电池制造成本是光伏行业发展永恒的主题。高效率晶体硅太阳电池主要融合了先进的掺杂技术、表面钝化技术、陷光技术、电极制造技术等。高效晶硅太阳电池产品目前主要包括背钝化太阳电池(PERL和PERC的统称)、异质结(HIT)太阳电池以及背接触(IBC)太阳电池。其中晶硅电池的掺杂元素的分布对光生载流子的传输、收集有着至关重要的影响，直接影响电池的转换效率。

以p型晶硅为衬底的太阳电池。现有技术是，高温下在p型硅片表面通入N₂，O₂，POCl₃原料，发生化学反应，从而在硅片表面形成一层磷硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散，形成磷掺杂层即n型层，n型层与p型硅衬底形成pn结。p型硅表面的n型层，也叫做发射极。

高效电池的发射极应该是所谓的选择性发射极，即金属栅线下的发射区磷掺杂浓度高(n⁺⁺)，可以减少电池串联电阻，以此提升电池的填充因子，非栅线接触范围的发射区磷掺杂浓度低(n⁺)，可以减少少数载流子复合，提升电池的开路电压。选择性发射极即磷的特定空间分布的实现目前主要有以下几种工艺：

1、“一次扩散”工艺，即在扩散工艺中，用掩膜层对扩散进行局部阻挡，在掩膜区形成浅结轻掺杂。这个方法简单，但掩膜可能会影响扩散的均匀性，并且浓扩散与轻扩散的匹配不好掌握。这种方法对掺杂浓度分布控制精度差。

2、“两步扩散”工艺，是利用半导体芯片制造中成熟的光刻掩膜技术。先在硅表面做一层氧化硅；旋涂光刻胶，曝光显影后形成电极窗口；将窗口处的氧化硅腐蚀掉；再除去光刻胶，进行扩散，磷元素扩散进入无氧化硅遮挡的的窗口处(也就是今后要做电极的位置)，有氧化硅遮挡的部位，没有磷元素扩散进去。然后再除去晶硅表面所有的氧化硅，对整个硅片表面进行第二次扩散。这样就在电极区域获得深结重扩散区(因为此处是两次扩散，从而扩散浓度高，扩散深度大)，在非电极区域得到浅结轻扩散区。这一方法采用光刻工艺，而且低浓度掺杂和高浓度掺杂是在第二次扩散同时形成，不利于两个不同区域的精确掺杂调控，成本高。

3、磷浆印刷技术，也就是在不同位置印刷不同浓度的磷浆并进行扩散。在电极区印刷高浓度磷浆，在非电极区印刷低浓度磷浆。然后采用一次高温扩散来制备选择性发射极。这种方法存在结深不均匀的问题。另外，随后的工艺中要在对应区域印刷电极栅线，所以对准精度的要求比较高。

4、激光掺杂技术，该技术首先在硅片表面进行磷源沉积，之后进行激光掺杂。但是激光掺杂成本高，且高功率激光容易对硅片表面造成损伤。