採用掩膜反刻蝕製作ibc電池交錯結構的工藝的製作方法

2023-05-12 05:31:16 3

採用掩膜反刻蝕製作ibc電池交錯結構的工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，對經過表面處理過的矽片的背面進行摻雜處理，並形成保護層；在矽片背面噴塗掩模層；利用化學液將未被保護區域進行腐蝕並去除掩膜層；在腐蝕過的區域進行摻雜處理，形成交錯背接觸IBC晶體矽太陽能電池所需要的交錯摻雜區域結構。與現有技術相比，本發明採用掩膜反刻蝕的方法代替了常規工藝中的掩膜保護和光刻等複雜高成本的工藝過程，同時也簡化了IBC電池製備的工藝，降低IBC電池製作的成本，實現工業化量產的可行性。
【專利說明】採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種製作太陽能電池的方法，尤其是涉及採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝

【背景技術】
[0002]目前，高效率、低成本是晶體矽太陽電池發展的主流方向。交錯背接觸IBC電池以其獨特的器件結構、較高的電池效率，備受人們的關注。交錯背接觸IBC電池是將原本在正面的金屬柵線電極全部轉移到電池的背面，並且與原本背面基極的電極交錯排列，在這些交錯排列的電極下面對應的是交錯排列的η+摻雜區域、p+摻雜區域，這就是交錯背接觸IBC電池的核心交錯結構。
[0003]IBC電池早在1977年就有研究者開始研究，直到現在任然是太陽電池行業研究的熱點。相對於常規的矽電池，IBC電池的優勢很明顯，主要可以表現在以下幾個方面:(I)IBC電池的基體材料為η型晶體矽，少子壽命高，適用於製備高效電池，特別是對於IBC電池這種P-η結在背表面的電池結構，因為產生於前表面的光生載流子必須要遷移到電池背表面的P-η結才能被利用，較高的少子壽命是減少光生載流子在太陽電池表面和體內複合的保證；(2) η型基體的硼含量極低，因此由硼氧對造成的光致衰減沒有P型基體材料明顯，對封裝後組件的效率提升更為明顯(3) IBC電池的正面沒有電極，減少了遮光面積，增加了光生電流，電池的正負電極呈交指狀的分布在電池的背面；(4)IBC電池易於封裝，和常規電池相比，無需把前一片的負極交叉接到後一片的正極，易於操作。同時美觀均一，滿足消費者審美要求。
[0004]常規的製備P型發射極的方法是使用高溫擴散硼源，具體就是通過採用高純N2攜帶BBr3的方法。和POCl3類似，BBr3會反應生成B2O3，在高溫的情況下擴散進入矽片內部形成P型發射極。但是，這種方法存在幾個問題:(I)和氣態的P2O5不同，B2O3的沸點較高，在高溫下還是液態，難以均勻地覆蓋在矽片表面，因此擴散的均勻性難以控制。(2)由於硼擴散的溫度比磷擴散還要高，不僅浪費資源，而且對矽片影響很大，導致矽片少子壽命下降嚴重。
[0005]當前常規的製作IBC電池背交錯結構是使用光刻技術，在電池背面分別進行磷、硼局部擴散，形成叉指狀交叉排列的P區、η區，以及位於其上方的P+區、η+區。但是這種方法可控性較差，無法精確對工藝進行控制；另外光刻技術成本較高，工藝步驟較多，操作過程較難，導致生產過程難於控制，難以大規模生產。
[0006]最近也有相關文獻報導直接使用離子注入方法在矽片背面形成交叉的η+摻雜區域、P+摻雜區域，但是其需要通過雷射技術對其兩個區域進行絕緣隔離，然而雷射技術容易造成晶娃損傷。


【發明內容】

[0007]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種採用掩膜反刻蝕法製作交錯背接觸IBC太陽能電池中的交錯結構的工藝，該工藝是採用掩膜反刻蝕的方法代替了常規工藝中的掩膜保護和光刻等複雜高成本的工藝過程，同時也簡化了 IBC電池製備的工藝。從而降低IBC電池製作的成本，實現工業化量產的可行性。
[0008]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0009]採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，包括以下步驟:
[0010](I)對經過表面處理過的矽片的背面進行摻雜處理，並通過退火或氧化形成一層保護層；
[0011](2)使用噴墨列印設備在矽片背面噴塗掩模層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕；
[0012](3)通過化學液腐蝕的方式將未被保護區域腐蝕一定的厚度，同時將掩膜層去除；
[0013](4)在腐蝕過的區域進行摻雜處理，形成交錯背接觸IBC晶體矽太陽能電池所需要的交錯摻雜區域結構。
[0014]步驟(I)中所述的矽片選擇但不限於P型單晶矽片、N型單晶矽片或多晶矽片，矽片厚度 40um-300um,電阻率 0.3-100 Ω.cm。
[0015]步驟(I)中所述的矽片的表面處理選擇但不限於RC1、RC2、RC3半導體清洗方式。
[0016]步驟(I)中所述的矽片進行摻雜選擇但不限於B、P原子。
[0017]步驟⑴中所述的退火的溫度為500-1000°C，時間為5_200min，退火氛圍為惰性氣體或惰性氣體與氧氣混合氣體；
[0018]步驟⑴中所述的氧化的溫度為500-1000°C，時間為5_200min，氧化氛圍為氧氣或惰性氣體與氧氣混合氣體或氧氣和水蒸汽混合氣體。
[0019]退火或氧化後在矽片背面形成2nm-5um的保護層，保護層為PSG、BSG或S1x。
[0020]步驟(I)中的摻雜、退火、氧化採用的方法包括但不限於離子注入法、管式擴散、快速退火法或APCVD法。
[0021]步驟(2)中所述的掩模層為5_50um厚度的石蠟掩膜層，該掩膜層的圖形根據設計要求變化，掩膜區域與非掩膜區域寬度比0.01-10。
[0022]步驟(3)中採用HF、HNO3> DIH2O或KOH對無掩膜區域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為 0.1 μ m-10 μ m。
[0023]步驟(3)中所述的摻雜處理與步驟(I)類似，在腐蝕過的區域摻雜選擇但不限於B、P原子。與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0024]一、成本低:發明中掩膜層使用的是環保型石蠟，相對於光刻膠，其成本較低；在反刻蝕使用的化學液也是普通的化學液；
[0025]二、工藝可控性強:掩膜層的精度較高，且掩膜層在化學液中容易去除，對矽片無汙染及其他負面影響；反刻蝕過程中厚度可控，可通過改變化學液濃度、滾輪速度、溫度等來試驗不同的腐蝕深度需求；
[0026]三、掩膜圖形變化性強:掩膜的圖形可根據需要靈活多變，圖形樣式、寬度、周期性等可根據實際需要進行修改，而且不影響工藝過程；
[0027]四、對矽片損傷小:本發明為化學腐蝕，對晶矽本身基本無損傷。

【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0029]實施例1
[0030]本發明是採用掩膜反刻蝕法製作交錯背接觸IBC太陽能電池中的交錯結構的工藝，在已摻雜B的N型矽片上，使用噴墨列印的方式在噴上掩膜層，掩膜區域寬度lOOOum，未覆蓋區域為600um，形成有無掩膜層交錯周期性變化的掩膜；然後在化學液中腐蝕Ium左右將未覆蓋掩膜層區域的摻雜層腐蝕掉，同時將掩膜層去除；接下來在被腐蝕的區域摻雜P，最終形成交錯結構。
[0031]實施例2
[0032]採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，包括以下步驟:
[0033](I)對經過表面處理過的P型單晶矽片(矽片厚度40um，電阻率0.3Ω -cm)的背面進行B摻雜處理，然後進行退火處理，退火的溫度為500°C，時間為200min，退火氛圍採用惰性氣體氛圍，在矽片背面形成2nm的PSG保護層；
[0034](2)使用噴墨列印設備在背面噴塗20um厚度的石蠟掩膜層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕，掩膜區域與非掩膜區域寬度比0.01 ；
[0035](3)通過化學液腐蝕的方式採用HF對無掩膜區域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為0.1 μ m，問時將掩?旲層去除；
[0036](4)在腐蝕過的區域進行摻雜P處理，形成交錯背接觸IBC晶體矽太陽能電池所需要的交錯摻雜區域結構。
[0037]實施例3
[0038]採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，包括以下步驟:
[0039](I)對經過表面處理過的N型單晶矽片(矽片厚度80um，電阻率10 Ω.cm)的背面進行B摻雜處理，然後進行退火處理，退火的溫度為1000°C，時間為5min，退火氛圍採用惰性氣體氛圍，在娃片背面形成5nm的BSG保護層；
[0040](2)使用噴墨列印設備在背面噴塗20um厚度的石蠟掩膜層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕，掩膜區域與非掩膜區域寬度比0.1 ；
[0041](3)通過化學液腐蝕的方式採用HNO3對無掩膜區域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為I μ m，問時將掩I吳層去除；
[0042](4)在腐蝕過的區域進行摻雜P處理，形成交錯背接觸IBC晶體矽太陽能電池所需要的交錯摻雜區域結構。
[0043]實施例4
[0044]採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，包括以下步驟:
[0045](I)對經過表面處理過的P型多晶矽片(矽片厚度lOOum，電阻率50 Ω -cm)的背面進行B摻雜處理，然後進行氧化處理，溫度為500°C，時間為200min，氧化氛圍採用與氧氣混合氣體氛圍，在娃片背面形成5nm的S1x保護層；
[0046](2)使用噴墨列印設備在背面噴塗20um厚度的石蠟掩膜層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕，掩膜區域與非掩膜區域寬度比2 ；
[0047](3)通過化學液腐蝕的方式採用HNO3對無掩膜區域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為5 μ m，同時將掩膜層去除；
[0048](4)在腐蝕過的區域進行摻雜P處理，形成交錯背接觸IBC晶體矽太陽能電池所需要的交錯摻雜區域結構。
[0049]實施例5
[0050]採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，包括以下步驟:
[0051](I)對經過表面處理過的P型多晶矽片(矽片厚度300um，電阻率100 Ω.cm)的背面進行B摻雜處理，然後進行氧化處理，溫度為1000°C，時間為5min，氧化氛圍採用與氧氣和水蒸汽混合氣體氛圍，在娃片背面形成5nm的S1x保護層；
[0052](2)使用噴墨列印設備在背面噴塗20um厚度的石蠟掩膜層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕，掩膜區域與非掩膜區域寬度比10 ；
[0053](3)通過化學液腐蝕的方式採用HNO3對無掩膜區域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為10 μ m，問時將掩I旲層去除；
[0054](4)在腐蝕過的區域進行摻雜P處理，形成交錯背接觸IBC晶體矽太陽能電池所需要的交錯摻雜區域結構。
【權利要求】
1.採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，其特徵在於，該工藝包括以下步驟: (1)對經過表面處理過的矽片的背面進行摻雜處理，並通過退火或氧化形成一層保護層； (2)使用噴墨列印設備在矽片背面噴塗掩模層，避免掩膜層下方的表面被腐蝕； (3)通過化學液腐蝕的方式將未被保護區域腐蝕一定的厚度，同時將掩膜層去除； (4)在腐蝕過的區域進行摻雜處理，形成交錯背接觸IBC晶體矽太陽能電池所需要的交錯摻雜區域結構。
2.根據權利要求1所述的採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，其特徵在於，步驟(I)中所述的矽片選擇但不限於P型單晶矽片、N型單晶矽片或多晶矽片，矽片厚度40um-300um,電阻率 0.3-100 Ω.cm。
3.根據權利要求1所述的採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，其特徵在於，步驟(I)中所述的矽片的表面處理選擇但不限於RC1、RC2、RC3半導體清洗方式。
4.根據權利要求1所述的採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，其特徵在於，步驟(I)中所述的矽片進行摻雜選擇但不限於B、P原子。
5.根據權利要求1所述的採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，其特徵在於， 步驟(I)中所述的退火的溫度為500-1000°C，時間為5-200min，退火氛圍為惰性氣體或惰性氣體與氧氣混合氣體； 步驟(I)中所述的氧化的溫度為500-1000°C，時間為5-200min，氧化氛圍為氧氣或惰性氣體與氧氣混合氣體或氧氣和水蒸汽混合氣體。
6.根據權利要求1或5所述的採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，其特徵在於，退火或氧化後在矽片背面形成2nm-5um的保護層，保護層為PSG、BSG、SiNx或S1x。
7.根據權利要求1所述的採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，其特徵在於，步驟(I)中的摻雜、退火、氧化採用的方法包括但不限於離子注入法、管式擴散、快速退火法或APCVD法。
8.根據權利要求1所述的採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，其特徵在於，步驟(2)中所述的掩模層為5-50um厚度的石蠟掩膜層，該掩膜層的圖形根據設計要求變化，掩膜區域與非掩膜區域寬度比0.01-10。
9.根據權利要求1所述的採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，其特徵在於，步驟(3)中採用HF、HN03、DIH2O或KOH對無掩膜區域進行腐蝕處理，腐蝕除去的厚度為0.1 μ m-10 μ m。
10.根據權利要求1所述的採用掩膜反刻蝕製作IBC電池交錯結構的工藝，其特徵在於，步驟(3)中所述的摻雜處理與步驟(I)類似，在腐蝕過的區域摻雜但不限於B、P原子。
【文檔編號】H01L31/18GK104282799SQ201310293673
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優先權日:2013年7月12日
【發明者】劉穆清, 周利榮, 沈培俊, 李懷輝, 張忠衛 申請人:上海神舟新能源發展有限公司