N型电池及其选择性发射极的制备方法、以及N型电池
阅读：160发布：2020-05-08
专利汇可以提供N型电池及其选择性发射极的制备方法、以及N型电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种N型 电池 及其选择性发射极的制备方法、以及N型电池，其中，N型电池选择性发射极的制备方法包括：提供N型 硅 片 ；在所述N型 硅片 表面进行 硼 掺杂，从所述N型硅片的表面向所述硅片内部依次形成硼硅玻璃层和第一掺杂层；在所述硼硅玻璃层的至少预定区域形成吸收层；在所述预定区域通过激光进行划线，形成在所述预定区域的所述N型硅片表面的第二掺杂区，此后去除所述吸收层和所述硼硅玻璃层，其中，所述第二掺杂区硼的掺杂浓度大于去除所述第二掺杂区之外的所述第一掺杂层硼的掺杂浓度。根据本发明的N型电池选择性发射极的制备方法，通过激光在预定区域划线能够实现第二掺杂区(重掺杂区)，进而形成有效的选择性发射极。，下面是N型电池及其选择性发射极的制备方法、以及N型电池专利的具体信息内容。
1.一种N型电池选择性发射极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供N型硅片；
在所述N型硅片表面进行硼掺杂，从所述N型硅片的表面向所述硅片内部依次形成硼硅玻璃层和第一掺杂层；
在所述硼硅玻璃层的至少预定区域形成吸收层；
在所述预定区域通过激光进行划线，形成在所述预定区域的所述N型硅片表面的第二掺杂区，此后去除所述吸收层和所述硼硅玻璃层，其中，所述第二掺杂区硼的掺杂浓度大于去除所述第二掺杂区之外的所述第一掺杂层硼的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过氢氟酸溶液进行清洗以去除所述吸收层和所述硼硅玻璃层。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硼掺杂通过热扩散方式实现。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硼掺杂通过下述方法实现：
在所述N型硅片的表面依次形成掺杂源层和覆盖层，所述掺杂源层为氧化硼层，所述覆盖层为氧化硅层；
将所述N型硅片放入氮气气氛中进行退火。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光的波长范围为355nm～
532nm，光斑直径大小为50～150um，功率为20～40瓦，扫描速度为5～50米/秒。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述吸收层的厚度为50-100nm，所述吸收层的折射率为2.0～3.0，其对所述激光的吸收系数为3×106cm-1以上。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述吸收层包括氮化硅层、氮氧化硅层、氮化铝、碳化硅、或多晶硅的任意一层、多层或其混合材料层。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述硼硅玻璃层的至少预定区域形成吸收层包括：
在所述硼硅玻璃层的表面，通过等离子体增强化学气相沉积法形成所述吸收层。
9.一种N型电池的制备方法，其特征在于，包括在N型硅片上制备选择性发射极，其中，通过权利要求1至8任一项所述的制备方法在所述N型硅片上制备选择性发射极。
10.一种N型电池，其特征在于，包括所述N型硅片，所述N型硅片上形成有选择性发射极，所述选择性发射极上设置有电极，其中，通过权利要求1至8任一项所述的制备方法形成所述选择性发射极。
N型电池及其选择性发射极的制备方法、以及N型电池
技术领域
背景技术
[0003] N型电池作为一种高效电池，有着诸多优点。但在各种结构的N型电池上，其发射结的掺杂浓度仍然是横向均匀分布的，而我们知道金属接触区下面需要重掺杂(高的表面掺杂浓度和深的结深)，非接触区需要浅掺杂(较低的表面掺杂浓度和较浅的结深)，也就是做成选择性发射极，这可以有效地提升电池的效率。
[0005] 但是，对于N型电池进行硼的重掺杂，尚无激光掺杂的成功报道。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种使用激光掺杂形成N型电池及其选择性发射极的制备方法、以及N型电池。
[0007] 本发明人等经过反复研究发现，之所以对于N型电池的前表面的硼硅玻璃层直接激光划线无法在划线区域形成重掺杂区，其主要原因在于硼原子的迁移能较大，通过激光划线不能提供足够的能量以实现硼原子向内层的迁移。并在此基础上，完成了本发明。
[0008] 为解决上述技术问题，根据发明一方面，提供一种N型电池选择性发射极的制备方法，包括如下步骤：
[0009] 提供N型硅片；
[0010] 在所述N型硅片表面进行硼掺杂，从所述N型硅片的表面向所述硅片内部依次形成硼硅玻璃层和第一掺杂层；
[0011] 在所述硼硅玻璃层的至少预定区域形成吸收层；
[0012] 在所述预定区域通过激光进行划线，形成在所述预定区域的所述N型硅片表面的第二掺杂区，此后去除所述吸收层和所述硼硅玻璃层，形成所述选择性发射极，其中，所述第二掺杂区硼的掺杂浓度大于去除所述第二掺杂区之外的所述第一掺杂层硼的掺杂浓度。
[0013] 进一步地，通过氢氟酸溶液进行清洗以去除所述吸收层和所述硼硅玻璃层。
[0014] 进一步地，所述硼掺杂通过热扩散方式实现。
[0015] 进一步地，所述硼掺杂通过下述方法实现：
[0017] 将所述N型硅片放入氮气气氛中进行退火。
[0018] 进一步地，所述激光的波长范围为355nm～532nm，光斑直径大小为50～150um，功率为20～40瓦，扫描速度为5～50米/秒。
[0019] 进一步地，所述吸收层的厚度为50-100nm，所述吸收层的折射率为2.0～3.0，其对所述激光的吸收系数为3×106cm-1以上。
[0021] 进一步地，在所述硼硅玻璃层的至少预定区域形成吸收层包括：
[0023] 另一方面，本发明提供一种N型电池制备方法，包括在N型硅片上制备选择性发射极，其中，通过上述任一项所述的制备方法在所述N型硅片上制备选择性发射极。
[0025] 本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：根据本发明实施例的N型选择性发射极的制备方法，在硼硅玻璃层的至少预定区域形成吸收层，当在该预定区域的吸收层通过激光进行划线是，该吸收层能够有效地吸收激光的能量从而将其转化为硼原子的扩散动能，向N型硅基体内部进一步扩散，由此实现第二掺杂区(重掺杂区)，从而实现选择性发射极的制备；
[0026] 进一步地，具有所述N型选择性发射极的电池，电极在第二掺杂区(重掺杂区)不需要过高温度就能良好的欧姆接触，一方面通过控制烧制温度能够减轻Al掺杂的问题，另一方面能够避免烧结过程使用过高温度导致的银铝浆出现铝的尖峰进而损坏PN结并拖下VOC的问题；
[0028] 图1为根据本发明实施例的N型电池选择性发射极的制备方法的流程图；
[0029] 图2为根据本发明实施例的N型电池选择性发射极的制备方法制备得到的N型电池选择性发射极结构示意图；
[0030] 图3为根据实施例1的N型电池选择性发射极的ECV图；
[0031] 图4为根据实施例2的N型电池选择性发射极的ECV图；
[0032] 图5为根据本发明的实施例的N型电池的结构示意图。
[0033] 附图标记说明：
[0034] 1、N型硅片；2、第一掺杂层；3、硼硅玻璃层；4、吸收层；5、电极；6、第二掺杂区。
具体实施方式
[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036] 除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
[0037] 下面，首先参考附图说明根据本发明实施例的N型电池选择性发射极的制备方法。
[0038] 根据本发明可选实施例的N型电池选择性发射极的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0039] 步骤S1，提供N型硅片1。
[0040] 所谓N型硅片，在硅基底掺杂，例如磷原子所形成的N型硅片。N型硅片中的杂质对少子空穴的捕获能力低于P型硅片中的杂质对少子电子的捕获能力，相同电阻率的N型硅片的少子寿命比P型硅片的高出1～2个数量级，达到毫秒级，且N型材料的少子空穴的表面复合速率低于P型材料中电子的表面复合速率，因此采用N型硅片可以制备光电转换效率更高的电池。
[0041] 可选地，对N型硅片1进行化学腐蚀，在N型硅片11上形成金字塔状的绒面结构。由此，可以降低N型电池表面的反射率。
[0042] 步骤S2，在所述N型硅片1表面进行硼掺杂，从N型硅片1的表面向N型硅片1内部依次形成硼硅玻璃层3和第一掺杂层(轻掺杂层)2。
[0043] 也就是说，如图2所示，在所述N型硅片1表面进行硼掺杂，从而从N型硅片表面向所述硅片内部依次形成硼硅玻璃层3和第一掺杂层(轻掺杂层)2。
[0044] 其中，所谓第一掺杂层(轻掺杂层)2是指硼掺杂浓度比较低的掺杂层，是相对于后述的第二掺杂区(重掺杂区)而言的，通过该第一掺杂层(轻掺杂层)方阻的增加，能够使得N型电池具有较高的开路电压和短路电流。硼硅玻璃层3为含硼的二氧化硅层，在硼掺杂过程中与第一掺杂层(轻掺杂层)2一并形成，硼硅玻璃层3中的硼可以在后续的激光划线制程中进一步向N型硅片1内部迁移。可选地，硼掺杂的方式例如可以通过热扩散方式的方式实现，也可以在所述N型硅片1依次形成掺杂源层(例如氧化硼层)和覆盖层(例如氧化硅层)，再将所述N型硅片1放入氮气气氛中进行退火方式来实现。
[0045] 以上只是列举硼掺杂的两个硼掺杂方式，需要说明的是，本发明对硼掺杂的具体方法不做特别限定，只要是能够通过硼掺杂形成第一掺杂层(轻掺杂层)2与硼硅玻璃层3，都应该被理解为包括在本发明范围内。
[0046] 步骤S3，在硼硅玻璃层3的至少预定区域形成吸收层4。
[0047] 也就是说，如图2所示，在硼硅玻璃层3上的至少预定区域形成吸收层4。
[0048] 所谓预定区域，如图2中的虚线框所示区域，也是后续需要形成选择性发射极，并在其上印刷电极5的区域。换言之，也是通过激光划线在此区域形成第二掺杂区(重掺杂区)6，并在其上印刷金属电极5的区域，以便于通过第二掺杂区(重掺杂区)6形成较好的欧姆接触。
[0049] 通过激光直接在硼硅玻璃层3进行激光划线，如上所述，无法形成有效的N型电池选择性发射极。所谓有效的选择性发射极，如图5所示，即在预定区域形成第二掺杂区(重掺杂区)6，在预定区域之外形成第一掺杂层(轻掺杂层)2，在后续的制程中，通过电极5(图4所示)与第二掺杂区(重掺杂区)6结合，形成较好的欧姆接触，从而使N型电池具有较高的开路电压、短路电流、及填充因子，即具有较高的光电转换效率。
[0050] 为了形成有效的选择性发射极，本发明在硼硅玻璃层3之上的至少预定区域形成吸收层4。此处，需要说明的是，该吸收层4既可以仅仅形成于预定区域，也可以形成于整个硼硅玻璃层3的表面。实际上，只要保证在预定区域形成有该吸收层4，即可在后续的激光掺杂制程中满足激光掺杂形成第二掺杂区(重掺杂区)的需求。当然，例如在通过气相沉积等方法形成该吸收层4的情况下，从简化工艺的角度出发，也可以在整个硼硅玻璃层3的表面形成该吸收层4。
[0051] 该吸收层4能够吸收激光的能量，将其转化为硼原子的迁移能，使硼原子进一步向N型硅片1内部掺杂。
[0052] 根据本发明一些实施例，激光的波长范围为355nm～532nm(例如，波长为355nm的蓝光，波长为532nm的绿光，等)，光斑直径大小为50～150um，功率为20～40瓦，扫描速度为5～50米/秒。由此，使用此激光在吸收层4上激光划线，能够更好的实现N型电池选择性发射极。
[0053] 根据本发明一些实施例，吸收层4可以是氮化硅层、氮氧化硅层、氮化铝、碳化硅、或多晶硅的任意一层、多层或其混合材料层。当然，本发明不限于此，任何能够有效吸收激光能量，从而有助于通过激光划线使得硼向N型硅片1生成掺杂的结构，均可以作为本发明的吸收层4。
[0054] 此外，吸收层4的厚度为50-100nm，吸收层4的折射率为2.0～3.0，其对激光的吸收系数为3×106cm-1以上。由此，可以更好地吸收激光能量，激光在此吸收层4上划线，可以使得第二掺杂区(重掺杂区)6具有更高的硼掺杂浓度。
[0055] 作为在硼硅玻璃层3的表面形成吸收层4的方法，例如可以在硼硅玻璃层3的表面通过等离子体增强化学气象沉积法形成吸收层4。等离子体增强化学气象沉积法成膜稳定且效率高，由其形成吸收层4，更加方便快捷。当然，以上只是一个可选示例，任何方法形成的吸收层4均属于本发明保护范围。
[0056] 步骤S4，在预定区域通过激光进行划线，形成在预定区域的N型硅片1表面的第二掺杂区(重掺杂区)6，此后去除吸收层4和硼硅玻璃层3，形成选择性发射极，其中，第二掺杂区(重掺杂区)6硼的掺杂浓度大于去除第二掺杂区(重掺杂区)6之外的第一掺杂层(浅掺杂层)2。
[0057] 在预定区域对吸收层4通过激光进行划线，在吸收层4的作用下，硼原子具有足够的迁移能，不仅使硼硅玻璃层3中的硼进一步向此前的第一掺杂层(轻掺杂层)2内掺入以提高硼的掺杂浓度，且使得硼原子能够进一步向N型硅片1的内部掺杂从而提高结深，由此形成第二掺杂区(重掺杂区)6。
[0058] 此后，通过去除吸收层4和硼硅玻璃层3，即可形成选择性发射极。
[0059] 其中，第二掺杂区(重掺杂区)6是相对于第一掺杂层(轻掺杂层)2而言的，也就是说，第二掺杂区(重掺杂区)6的硼掺杂浓度大于第一掺杂层(轻掺杂层)2的硼掺杂浓度。
[0060] 其中，在预定区域通过激光进行划线目的是进行硼掺杂。激光作用于吸收层4和硼硅玻璃层3，将硼硅玻璃层3中的硼进一步掺杂到N型硅片1内，从而形成第二掺杂区(重掺杂区)6。
[0061] 吸收层4和硼硅玻璃层3的作用在于形成选择性发射极，并不作为最终电池的结构，在第二掺杂区(重掺杂区)6形成后，去除所述吸收层4和所述硼硅玻璃层3。作为去除吸收层4和硼硅玻璃层3的方法，例如，可以通过氢氟酸溶液进行清洗以去除吸收层4和硼硅玻璃层3。优先地，氢氟酸溶液中氢氟酸与水的配比为2:5。由此，氢氟酸溶液可以快速且同时去除吸收层4和硼硅玻璃层3，具有较高的效率。
[0062] 优选地，在清洗过后，将N型硅片1甩干，将N型硅片1甩干，可以避免N型硅片1污染。
[0063] 下面结合具体实施例，进一步说明本发明。
[0064] 实施例1
[0065] S11，提供N型的单晶硅片，其硅片的厚度为150微米，电阻率为1欧姆*厘米。
[0066] S12，对该N型硅片1进行清洗和化学腐蚀，形成绒面结构。
[0067] S21，将所述N型硅片1置于扩散炉中。
[0068] S22，升温至扩散温度960度。
[0069] S23，在所述扩散炉内通氮气、氧气(2000sccm)、及携硼源氮气，扩散40分钟，形成方阻为120欧姆/□的第一掺杂层(轻掺杂层)2和硼硅玻璃层3。
[0070] S31，在硼硅玻璃层3表面使用等离子体化学气象沉积法形成氮化硅层，氮化硅层为吸收层4，其厚度为75纳米，折射率为2.2。
[0071] S41，在吸收层4表面通过激光进行划线，激光的波长为532，功率为35瓦，扫描速度15米/秒。
[0072] S42，通过氢氟酸溶液进行清洗以去除吸收层4和硼硅玻璃层3，氢氟酸溶液中氢氟酸与水的配比为2:5。最后，将N型硅片1甩干。
[0073] 以上制备方法形成图3所示的ECV(电化学掺杂浓度检测)曲线，其中横坐标表示距离N型硅片1表面的深度，纵坐标表示硼原子的浓度。可以看到，第二掺杂区(重掺杂区)6的硼掺杂浓度显著大于第一掺杂层(轻掺杂层)2的硼掺杂浓度，形成了有效的N性电池的选择性发射极。
[0074] 实施例2
[0075] S11’，提供N型的单晶硅片，其硅片的厚度为200微米，电阻率为3欧姆*厘米。
[0076] S12’，对该N型硅片1进行清洗和化学腐蚀，形成绒面结构。
[0077] S21’，将所述N型硅片1使用常压化学气象沉积方式形成上述的掺杂源层和覆盖层依次形成氧化硼(掺杂源层)和氧化硅层(覆盖层)，其中，氧化硼层厚度为50nm，硼的原子比为3％，氧化硅薄膜的厚度为40nm。
[0078] S22’将所述N型硅片1放入氮气气氛中进行退火，其中，退火温度为970度，时间为50分钟，形成第一掺杂层(轻掺杂层)2和硼硅玻璃层3。
[0079] S31’，在硼硅玻璃层3表面使用等离子体化学气象沉积法形成氮氧化硅层，即吸收层4，其厚度为100纳米，折射率为2.2。
[0080] S41’，在吸收层4表面通过激光进行划线，激光的波长为532，功率为35瓦，扫描速度15米/秒。
[0081] S42’，通过氢氟酸溶液进行清洗以去除吸收层4和硼硅玻璃层3，氢氟酸溶液中氢氟酸与水的配比为2:5，并将N型硅片1甩干。
[0082] 以上制备方法形成图4所示的ECV(电化学掺杂浓度检测)曲线，其中横坐标表示距离N型硅片1表面的深度，纵坐标表示硼原子浓度。可以看到，第二掺杂区(重掺杂区)6的硼掺杂浓度显著大于第一掺杂层(轻掺杂层)2的硼掺杂浓度，形成了有效的N性电池的选择性发射极。
[0083] 此外，本发明实施例还提供一种N型电池的制备方法，包括在N型硅片1上制备选择性发射极，其中，通过上述的制备方法在N型硅片1上制备选择性发射极。
[0084] 关于该N型电池片的其他步骤(即，除了制备选择性发射极的步骤之外的步骤)，可以参考现有的制备方法来进行。
[0085] 例如，根据本发明一个具体实施例，N型电池制备方法包括：
[0086] 1)提供N型的单晶硅片，作为N型硅片1；
[0087] 2)对该N型硅片1进行清洗和化学腐蚀，形成绒面结构；
[0088] 3)将N型硅片1表面通过硼扩散进行硼掺杂，从N型硅片1的表面向N型硅片1内部依次形成硼硅玻璃层3和第一掺杂层(轻掺杂层)2；
[0089] 4)在硼硅玻璃层3表面形成氮化硅层，作为吸收层4；
[0090] 5)在吸收层4表面通过激光进行划线，形成在预定区域的N型硅片1表面的第二掺杂区(重掺杂区)6，此后去除吸收层4和硼硅玻璃层3，形成选择性发射极，其中，第二掺杂区(重掺杂区)6硼的掺杂浓度大于去除第二掺杂区(重掺杂区)6之外的第一掺杂层(浅掺杂层)2；
[0091] 6)在N型硅片1的第二掺杂区(重掺杂区)6上印刷电极5。
[0092] 另外，本发明实施例还提供一种N型电池，包括N型硅片1，N型硅片1上形成有选择性发射极，选择性发射极上设置有电极5，其中，所述选择性发射极通过上述的制备方法形成。
[0093] 作为示例，如图5所示，N型电池的结构为：
[0094] N型硅片1上形成有绒面结构；
[0095] N型硅片1的绒面结构上形成有通过上述任一实施例的制备方法得到的选择性发射极，该选择性发射极包括第二掺杂区(重掺杂区)6和去除第二掺杂区(重掺杂区)6之外的第一掺杂层(浅掺杂层)2；
[0096] 其中，在第二掺杂区(重掺杂区)6上形成有电极5。
[0097] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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