一種制作選擇性摻雜結構的方法與流程

本發明涉及太陽能電池技術領域，特別涉及一種制作選擇性摻雜結構的方法。

背景技術：

太陽能電池是一種能將太陽能轉化為電能的半導體器件。在常規晶體硅太陽能電池中，為了減少電極和硅片之間的接觸電阻，一般要求將方塊電阻控制在100ω/sqr以下，但是，此時硅片表面的復合比較大，從而造成了對太陽能電池轉換效率的限制。選擇性發射極太陽能電池則能很好地解決這一問題。

選擇性發射極太陽能電池主要特點是金屬化區域高摻雜濃度，光照區域低摻雜濃度，目的是在不降低金半接觸質量的前提下提高表面鈍化質量，減小表面復合和發射層的復合，提高藍光波段的量子響應和電池性能。選擇性擴散太陽能電池具有良好的金半歐姆接觸；金屬化區域濃擴散區結深大，燒結過程中金屬等雜質不易進入耗盡區形成深能級，反向漏電小，并聯電阻高；金屬化高復合區域和光照區域分離，載流子復合低；光照區域摻雜濃度低，短波響應好，短路電流密度高；橫向高低結前場作用明顯，有利于光生載流子收集等優點。

選擇性發射極太陽能電池的核心是制作選擇性摻雜結構。目前，制作選擇性摻雜結構的方法主要包括兩步擴散法、激光摻雜法、磷漿擴散法及反向回蝕法。這些方法均存在一定的不足之處。其中，兩步擴散法需要經過兩次高溫過程，對硅片損傷較大，同時工藝過程復雜，難以量產；激光摻雜法難以同時獲得低重摻雜區方阻和低輕摻雜區表面濃度；磷漿擴散法難以控制磷漿在高溫下的外擴散效應，這種外擴散會影響輕摻雜區域結的質量，同時該方法無法杜絕磷漿本身以及工藝過程中帶來的污染。反向回蝕法雖然可以獲得較低的輕摻雜區表面濃度，但輕摻雜區的方阻均勻性較難控制，同時該方法涉及到掩膜的印刷和去除，會增加輔料和生產成本。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種制作選擇性摻雜結構的方法。

本發明采取的技術方案為：一種制作選擇性摻雜結構的方法，包括以下步驟：

s101、對晶體硅基體的表面作制絨和清洗處理；

s102、使用離子注入機在步驟s101處理后的晶體硅基體的正表面進行離子注入，注入完成后，在晶體硅基體的正表面形成摻雜非晶硅層；

s103、使用激光對步驟s102處理后的摻雜非晶硅層進行局部處理形成重摻雜區域；

s104、將步驟s103處理后的晶體硅基體放入清洗機中，進行化學清洗；

s105、將步驟s104處理后的晶體硅基體放入退火爐中進行高溫退火處理。

其中，在步驟s101中，所述晶體硅基體為p型晶體硅基體。

其中，在步驟s102中，注入元素為磷，注入劑量為0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，注入完成后，在p型晶體硅基體的正表面形成摻磷非晶硅層。

其中，在步驟s101中，所述晶體硅基體為n型晶體硅基體。

其中，在步驟s102中，注入元素為磷，注入劑量為0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，注入完成后，在n型晶體硅基體的背表面形成摻磷非晶硅層。

其中，在步驟s102中，注入元素為硼，注入劑量為0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，注入完成后，在n型晶體硅基體的背表面形成摻硼非晶硅層。

其中，所述p型晶體硅基體或n型晶體硅基體的電阻率為0.5～15ω·cm，厚度為50～300μm。

其中，在步驟s104中，進行化學清洗的過程為：

首先將晶體硅基體放入nh4oh/h2o2混合溶液、或hcl/h2o2混合溶液、或hno3溶液，或h2o2水溶液中，溫度為25-75℃，時間為2-10分鐘；然后將晶體硅基體放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間為2-10分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干；或，

首先將晶體硅基體放入含有臭氧的水溶液中，時間為2-10分鐘；然后將晶體硅基體放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間2-10為分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干；或，

首先將晶體硅基體放入hf/h2o2混合溶液中，時間為1-10分鐘；然后將晶體硅基體放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間為2-10分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干；或，

首先將晶體硅基體放入hf/hno3混合溶液中，溫度為5-15℃，時間為1-10分鐘；然后將晶體硅基體放入堿性溶液中去除多孔硅，所述堿性溶液為氫氧化鉀溶液，或氫氧化鈉溶液，或四甲基氫氧化銨溶液，或乙二胺溶液；再將晶體硅基體放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間2-10分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干。

其中，在步驟s105中，退火的峰值溫度為800-1100℃，，退火時間為30-200min，環境氣源為n2和o2。

本發明的實施包括以下技術效果：

本發明工藝過程簡單，相對使用離子注入進行整面均勻摻雜的工藝，僅增加激光局部處理這一道工序；相對其他制作選擇性摻雜結構的方法，本方法激光處理后的重摻雜區域具有更大的結深，因而在金屬化后的燒結過程中金屬雜質不易進入耗盡區形成深能級，所制電池的反向漏電小，并聯電阻高；注入后清洗可去除離子注入形成的表面高損傷層，有利于在退火后形成低表面濃度的高質量的輕摻雜區域，有效減小了表面復合和發射層復合，提高藍光波段的量子響應，有利于提高所制電池的開路電壓和短路電流；使用離子注入可在硅片各區域獲得較為均勻的摻雜量，所以本方法所制的輕摻雜區域的方阻均勻性好。

附圖說明

圖1為本發明實施例的一種制作選擇性摻雜結構的方法的流程圖。

圖2為本發明實施例的一種制作選擇性摻雜結構的方法步驟s101后的硅片結構截面示意圖。

圖3為本發明實施例的一種制作選擇性摻雜結構的方法步驟s102后的硅片結構截面示意圖。

圖4為本發明實施例的一種制作選擇性摻雜結構的方法步驟s103后的硅片結構截面示意圖。

圖5為本發明實施例的一種制作選擇性摻雜結構的方法步驟s104后的硅片結構截面示意圖。

圖6為本發明實施例2的一種制作選擇性摻雜結構的方法所制得的重摻雜區域和輕摻雜區域的典型ecv曲線。

具體實施方式

下面將結合實施例以及附圖對本發明加以詳細說明，需要指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。

實施例1

參見圖1至圖5所示，本實施例提供的一種制作選擇性摻雜結構的方法，包括以下步驟：

s101、選擇156mm*156mm的p型晶體硅基體10，并對p型晶體硅基體10的表面作制絨和清洗處理；p型晶體硅基體10的電阻率為0.5-15ω·cm，優選1～5ω·cm；p型晶體硅基體10的厚度為50～300μm，優選80～200μm。

s102、使用離子注入機在步驟s101處理后的p型晶體硅基體10的正表面進行離子注入，注入元素為磷，注入劑量為0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，優選1.5×10¹⁵cm^-2～2.5×10¹⁵cm^-2。注入完成后在p型晶體硅基體10的正表面形成摻磷非晶硅層13。完成本步驟后的電池結構如圖2所示。

s103、使用激光對摻磷非晶硅層13進行局部處理。激光照射區域的溫度會瞬間升至1000℃以上，在高溫下，這些區域中的非電活性磷完成了對硅的替位摻雜從而轉變為n++重摻雜區域15，同時這些區域中的非晶硅會轉變為晶體硅，表面相對摻磷非晶硅層13更加穩定和致密。完成本步驟后的電池結構如圖3所示。

s104、將步驟s103處理后的p型晶體硅基體10放入清洗機中，進行化學清洗。完成本步驟后的電池結構如圖4所示。化學清洗有兩個目的：第一，去除離子注入形成的表面高損傷層；第二，由于n++重摻雜區域15的表面相對摻磷非晶硅層13更加穩定和致密，在清洗過程中，摻磷非晶硅層13更加容易和化學溶液反應，從而被去除的表面厚度更大，而n++重摻雜區域15被去除的厚度很小，這樣有利于拉大重摻雜區域和輕摻雜區域的方阻差異。本步驟中的清洗有多種可選方案。

方案1：首先將p型晶體硅基體10放入nh4oh/h2o2的混合溶液中，溫度25-75℃，時間2-10分鐘；然后將p型晶體硅基體10放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間2-10分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干。

方案2：首先將p型晶體硅基體10放入hcl/h2o2的混合溶液中，溫度25-75℃，時間2-10分鐘；然后將p型晶體硅基體10放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間2-10分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干。

方案3：首先將p型晶體硅基體10放入hno3溶液中，溫度25-75℃，時間2-10分鐘；然后將p型晶體硅基體10放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間2-10分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干。

方案4：首先將p型晶體硅基體10放入含有臭氧的水溶液中(diw/o3)，時間2-10分鐘；然后將p型晶體硅基體10放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間2-10分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干。

方案5：首先將p型晶體硅基體10放入h2o2水溶液中，溫度為25-75℃，時間2-10分鐘；然后將p型晶體硅基體10放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間2-10分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干。

方案6：首先將p型晶體硅基體10放入hf/h2o2溶液中，時間1-10分鐘；然后將p型晶體硅基體10放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間2-10分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干。

方案7：首先將p型晶體硅基體10放入hf/hno3溶液中，溫度為5-15℃，時間1-10分鐘；然后將p型晶體硅基體10放入堿性溶液中去除多孔硅，堿性溶液為氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液、四甲基氫氧化銨溶液或乙二胺溶液；然后將p型晶體硅基體10放入hf或hf/hcl混合溶液中，時間2-10分鐘；最后使用去離子水進行漂洗并烘干。

s105、將步驟104處理后的p型晶體硅基體10放入退火爐中進行高溫退火處理。退火的峰值溫度為800～1100℃，優選為850～1000℃，退火時間為30～200min，優選為60～200min，環境氣源優選為n2和o2。在退火過程中，摻磷非晶硅層13中非電活性的磷完成對硅的替位摻雜，從而將摻磷非晶硅層13轉變為n+輕摻雜區域16，同時n++重摻雜區域15在退火過程中會進行重構，其結深會進一步增加。退火完成后，n+輕摻雜區域16的方阻為100～200ω/sqr，n++重摻雜區域15的方阻為10-40ω/sqr。完成本步驟后的電池結構如圖5所示。至此即完成本發明選擇性摻雜結構的制備。

實施例2

參見圖1至圖5所示，本實施例提供的一種制作選擇性摻雜結構的方法，包括以下步驟：

s101、選擇156mm*156mm的n型晶體硅基體10，并對n型晶體硅基體10的表面作制絨和清洗處理；n型晶體硅基體10的電阻率為0.5～15ω·cm，優選1～5ω·cm；n型晶體硅基體10的厚度為50～300μm，優選80～200μm。

s102、使用離子注入機在步驟s101處理后的n型晶體硅基體10的背表面進行離子注入，注入元素為磷，注入劑量為0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，優選1.5×10¹⁵cm^-2～2.5×10¹⁵cm^-2。注入完成后在n型晶體硅基體10的背表面形成摻磷非晶硅層13。完成本步驟后的電池結構如圖2所示。

s103、使用激光對摻磷非晶硅層13進行局部處理。激光照射區域的溫度會瞬間升至1000℃以上，在高溫下，這些區域中的非電活性磷完成了對硅的替位摻雜從而轉變為n++重摻雜區域15，同時這些區域中的非晶硅會轉變為晶體硅，表面相對摻磷非晶硅層13更加穩定和致密。完成本步驟后的電池結構如圖3所示。

s104和s105參照實施例1中的方案實施，至此獲得n++重摻雜區域15和n+輕摻雜區域16，從而完成本發明選擇性摻雜結構的制備。

實施例3

參見圖1至圖5所示，本實施例提供的一種制作選擇性摻雜結構的方法，包括以下步驟：

s101、選擇156mm*156mm的n型晶體硅基體10，并對n型晶體硅基體10的表面作制絨和清洗處理；n型晶體硅基體10的電阻率為0.5～15ω·cm，優選1～5ω·cm；n型晶體硅基體10的厚度為50～300μm，優選80～200μm。

s102、使用離子注入機在步驟s101處理后的n型晶體硅基體10的前表面進行離子注入，注入元素為硼，注入劑量為0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，優選1.5×10¹⁵cm^-2～2.5×10¹⁵cm^-2。注入完成后在n型晶體硅基體10的背表面形成摻硼非晶硅層13。完成本步驟后的電池結構如圖2所示。

s103、使用激光對摻硼非晶硅層13進行局部處理。激光照射區域的溫度會瞬間升至1000℃以上，在高溫下，這些區域中的非電活性硼完成了對硅的替位摻雜從而轉變為p++重摻雜區域15，同時這些區域中的非晶硅會轉變為晶體硅，表面相對摻硼非晶硅層13更加穩定和致密。完成本步驟后的電池結構如圖3所示。

s104和s105參照實施例1中的方案實施，至此獲得p++重摻雜區域15和p+輕摻雜區域16，從而完成本發明選擇性摻雜結構的制備。

以實施例2為例，測試了重摻雜區域和輕摻雜區域的ecv曲線。如圖6所示，重摻雜區域的方阻為30ω/sqr，其結深達到1.7um，重摻雜區域結深大，金屬化后的燒結過程中金屬雜質不易進入耗盡區形成深能級，所制電池的反向漏電小，并聯電阻高。輕摻雜區域的方阻為175ω/sqr，輕摻雜區域表面濃度低，可提高表面鈍化質量，減小表面復合和發射層復合，提高藍光波段的量子響應，有利于提高所制電池的開路電壓和短路電流。

本實施例提供的選擇性摻雜結構的制備方法，通過離子注入、激光局部處理、清洗和退火等等一系列操作處理后，可以在晶體硅的表面形成具有重摻雜區域和輕摻雜區域的選擇性摻雜結構。本方法工藝過程簡單，相對使用離子注入進行整面均勻摻雜的工藝，僅增加激光局部處理一道工序；相對其他制作選擇性摻雜結構的方法，本方法激光處理后的重摻雜區域具有更大的結深，因而在金屬化后的燒結過程中金屬雜質不易進入耗盡區形成深能級，所制電池的反向漏電小，并聯電阻高；注入后清洗可去除離子注入形成的表面高損傷層，有利于在退火后形成低表面濃度的高質量的輕摻雜區域，有效減小了表面復合和發射層復合，提高藍光波段的量子響應，有利于提高所制電池的開路電壓和短路電流。使用離子注入可在硅片各區域獲得較為均勻的摻雜量，所以本方法所制的輕摻雜區域的方阻均勻性好。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。