一種原位製備太陽能電池的方法

2023-12-10 08:26:27 1

專利名稱：一種原位製備太陽能電池的方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池製造技術領域，特別涉及一種原位製備太陽能電池的方法。
背景技術：
面對當前的能源危機和化石類燃料的大量耗用所引發的溫室效應、酸雨等環境問 題，迫切需要在世界範圍內開發和有效利用新能源。太陽能是一種取材方便、綠色環保的可 再生能源，在不遠的將來將成為世界能源供應的主體。太陽能電池作為一種清潔高效的綠 色可持續能源，將為太陽能的有效利用提供更廣闊的前景。因此，針對太陽能電池光電轉換 效率的探索也必將是一個極具應用意義和發展前景的方向。目前，現有技術製備矽太陽能電池的流程如圖1所示。首先對矽片進行預處理(步驟101)；隨後為減小矽對入射光的反射率，對矽片進 行圖形化、制絨處理或製備黑矽(步驟102)；隨後為提高矽的紅外吸收率，對矽片進行硫系 元素摻雜(硫S，硒Se，碲Te)(步驟103)；隨後向矽片中摻入P (磷)、As (砷)或B (硼)， 形成PN結(步驟104)；隨後為減小表面損傷，對矽片進行鈍化處理(步驟105)；隨後制 作柵電極和背電極，完成太陽能電池片製備(步驟106)；隨後將太陽能電池片封裝成組件 (步驟107)。上述製備太陽能電池的方法中，步驟101至步驟107對應的工序需要在不同的設 備中完成，這使得太陽能電池的製備工藝變得複雜，工藝可控性變差，更重要的是上述方法 製備的太陽電池成本太高，而無法取代傳統能源，太陽能電池的大範圍應用受到限制。

發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供一種原位製備太陽能電池的方法，採用本方 法，能夠在原位實現黑矽製備、PN結製作和鈍化層成形，從而大大減少了製備太陽能電池所 需的設備，大幅降低了太陽能電池的製作成本，並且工藝過程簡單，易於控制。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種原位製備太陽能電池的方法，所述方 法包括(a)對矽片進行預處理；(b)將經預處理後的所述矽片放置於等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內，利 用等離子體浸沒離子注入工藝，完成黑矽的製備，在所述黑矽上製作PN結以及形成鈍化 層；(C)將所述已完成PN結製作和鈍化層形成的黑矽從所述等離子體浸沒離子注入 機取出，在所述黑矽的背面製備金屬背電極，在所述鈍化層上製備金屬柵極，經封裝後形成 太陽能電池。進一步地，本發明具有如下特點，所述步驟(b)進一步包括如下步驟(bl)將經預處理後的矽片放置於等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內，使得所述矽片與可施加偏置電壓的電源電氣連接；(b2)調整所述等離子體浸沒離子注入機的若干工藝參數，使得在所述注入腔室內 產生包括具有刻蝕作用的離子和具有鈍化作用的離子的等離子體，所述具有刻蝕作用的離 子、所述具有鈍化作用的離子注入至所述矽片內，並且與所述矽片發生反應，形成黑矽；(b3)保持所述黑矽在原位，再次調整所述等離子體浸沒離子注入機的若干工藝參 數，使得在所述注入腔室內產生包括摻雜離子的等離子體，所述摻雜離子注入至所述黑矽 內，形成PN結;(b4)保持所述已形成PN結的黑矽在原位，又一次調整所述等離子體浸沒離子注 入機的若干工藝參數，使得在所述注入腔室內產生包括具有鈍化作用的離子的等離子體， 所述具有鈍化作用的離子注入至所述黑矽內，所述具有鈍化作用的離子與所述黑矽發生反 應，形成鈍化層。進一步地，本發明具有如下特點所述工藝參數包括注入腔室的本底壓強和工作 壓強，注入至所述注入腔室內的工藝氣體的流量，抽取所述注入腔室內的工藝氣體的速度， 所述工藝氣體的組成成分、組成比例和濃度，所述等離子體浸沒離子注入機的等離子體電 源的輸出功率和頻率，所述可施加偏置電壓的電源所施加的偏置電壓，以及等離子體注入 時間。進一步地，本發明具有如下特點所述偏置電壓由多種偏置電壓組合而成，通過調 節所述等離子體注入時間、所述注入氣體的流量和組成比例、所述等離子體電源的輸出功 率或所述偏置電壓來改變注入所述黑矽內的摻雜離子的濃度。進一步地，本發明具有如下特點，所述步驟(b2)包括如下步驟抽取所述注入腔室內的氣體，使得所述注入腔室的壓強進入預先設置的本底壓強 範圍，所述預先設置的本底壓強範圍為10_7Pa IOOOPa ；向所述注入腔室充入工藝氣體，所述工藝氣體包括具有刻蝕作用的氣體和具有鈍 化作用的氣體，調整所述工藝氣體的流量和組成體積比，使得所述注入腔室的壓強進入預 先設置的工作壓強範圍，所述預先設置的工作壓強範圍為10_3Pa IOOOPa ；調整所述等離子體注入時間、所述等離子體電源的輸出功率或所述偏置電壓進入 預先設置的範圍，在所述注入腔室內產生包括具有刻蝕作用的離子和具有鈍化作用的離子 的等離子體，所述具有刻蝕作用的離子、所述具有鈍化作用的離子注入至所述矽片內，並且 與所述矽片發生反應，形成黑矽；所述等離子體注入時間為1分鐘到30分鐘，所述預先設置 的輸出功率範圍為1 100000W，所述預先設置的偏置電壓範圍為-100000 100000V。進一步地，本發明具有如下特點所述工藝氣體的流量為Isccm lOOOsccm ；所述 具有刻蝕作用的氣體包括 SF6、CF4, CHF3> C4F8, NF3> SiF4^C2F6, HF、BF3> PF3> Cl2、HCl、SiH2Cl2, 3比14、8(13或冊1·；所述具有鈍化作用的氣體包括02、隊0或隊；所述具有刻蝕作用的氣體與 所述具有鈍化作用的氣體之間的體積比範圍為0. 01 100。進一步地，本發明具有如下特點，所述步驟(b3)包括如下步驟停止向所述注入腔室充入所述工藝氣體，抽出所述注入腔室內的所有氣體，保持 所述黑矽在原位；向所述注入腔室充入工藝氣體，所述工藝氣體包括具有摻雜元素的氣體，調整 所述工藝氣體的流量和所述具有摻雜元素的氣體在所述工藝氣體中的濃度，使得所述注入腔室的壓強進入預先設置的工作壓強範圍，所述預先設置的工作壓強範圍為ICT3Pa IOOOPa ；調整所述等離子體注入時間、所述等離子體電源的輸出功率或所述偏置電壓進入 預先設置的範圍，在所述注入腔室內產生包括摻雜離子的等離子體，所述摻雜離子注入至 所述黑矽內，所述摻雜離子包括B離子、P離子或As離子，形成PN結；所述等離子體注入時 間為1分鐘到30分鐘，所述預先設置的輸出功率範圍為1 100000W，所述預先設置的偏置 電壓範圍為-100000 100000V。進一步地，本發明具有如下特點所述具有摻雜元素的氣體包括氏禮、B(0CH3)3、 B2O3> BN、BC13、BBr3> BF3> PH3> PC13、PBr3, PF3, PF5, P2O5> POCl3, AsH3, AsCl3, AsF3 或 AsF5 ；所 述工藝氣體的流量為Isccm lOOOsccm，所述具有摻雜元素的氣體在所述工藝氣體中的濃 度為 0.01% 到 100%。進一步地，本發明具有如下特點所述具有摻雜元素的氣體還包括H2S、H2Se或 H2Te ；所述摻雜離子還包括S離子、Se離子或Te離子。進一步地，本發明具有如下特點，所述步驟(b4)包括如下步驟停止向所述注入腔室內充入所述工藝氣體，抽出所述注入腔室內的所有氣體，保 持所述已形成PN結的黑矽在原位；向所述注入腔室充入工藝氣體，所述工藝氣體包括具有鈍化作用的氣體，調整所 述工藝氣體的流量，使得所述注入腔室的壓強進入預先設置的工作壓強範圍，所述預先設 置的工作壓強範圍為ICT3Pa IOOOPa ；調整所述等離子體注入時間、所述等離子體電源的輸出功率或所述偏置電壓進 入預先設置的範圍，在所述注入腔室內產生包括具有鈍化作用的離子的等離子體，所述 具有鈍化作用的離子注入至所述黑矽內，形成鈍化層；所述等離子體注入時間為1分鐘 到30分鐘，所述預先設置的輸出功率範圍為1 100000W，所述預先設置的偏置電壓範圍 為-100000 100000V。與現有的製備太陽能電池的方法相比，本發明具有以下優點1、本發明原位製備太陽能電池的方法能夠在原位實現黑矽製備、PN結製作和鈍 化層成形，從而大大減少了製備太陽能電池所需的設備，大幅降低了太陽能電池的製作成 本；2、本發明原位製備太陽能電池的方法工藝過程簡單，易於控制；3、本發明原位製備太陽能電池的方法可摻雜硫系元素，能夠擴大黑矽的吸收譜範 圍，特別是將黑矽的吸收譜向紅外區拓展，提高了黑矽的紅外吸收率，進而提高了所製備的 太陽能電池的光電轉換效率。


圖1是現有技術製備太陽能電池的工藝流程示意圖；圖2是本發明原位製備太陽能電池的方法流程示意圖；圖3是圖2中步驟400的一種實施方式的流程示意圖；圖4是圖2中步驟400的另一種實施方式的流程示意圖；圖5是圖2中步驟400的又一種實施方式的流程示意圖。
具體實施例方式為了深入了解本發明，下面結合附圖及具體實施例對本發明進行詳細說明。等離子體浸沒離子注入(Plasma Immersion Ion Implantation，簡稱為 PIII)，在 半導體業界有時也稱為等離子體注入、等離子體摻雜、等離子體浸沒注入、等離子體源離子 注入、等離子體基離子注入等等，這幾種稱法表示相同的一種工藝技術，即待注入樣品直接 浸沒在等離子體中，通過向樣品加偏置電壓(也可稱為「注入電壓」)，使得樣品和等離子體 之間形成注入鞘層電場；位於注入鞘層電場內和從等離子體進入注入鞘層電場的反應離子 在電場的加速作用下直接注入到樣品中。由於在樣品的表面形成鞘層，所以曝露在等離子 體中的樣品表面各處將同時被注入。本發明主要是利用等離子體浸沒離子注入工藝來實現原位製備太陽能電池，該方 法可以在一臺設備中完成現有技術中除了矽片預處理，製作電極和封裝成組件之外的所有 工藝，這些工藝包括製備黑矽以減小矽片對入射光線的反射率；摻雜硫系元素以提高矽 片的紅外吸收率；PN結製作和形成鈍化層，即實現原位製備太陽能電池。本方法的主要步驟包括對矽片進行預處理，將預處理完的矽片放入等離子體浸 沒離子注入機中，充入具有刻蝕和鈍化作用的工藝氣體，調整等離子體浸沒離子注入機的 工藝參數進入預先設置的數值範圍，完成黑矽製作；停止充入氣體，並且抽出在等離子體浸 沒離子注入機的注入腔室內的所有氣體，保持所製成的黑矽在原位，充入含有P、As或B元 素的氣體，調整等離子體浸沒離子注入機的工藝參數進入預先設置的數值範圍，完成PN結 製作；停止充入氣體，並且抽出在等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內的所有氣體，保持 製成PN結的黑矽在原位，充入具有鈍化作用的混合氣體，調整所述等離子體浸沒離子注入 機的工藝參數進入預先設置的數值範圍，完成鈍化，在已製成PN結的黑矽上形成鈍化層。 由於黑矽製備、PN結製作和鈍化層形成在同一臺設備中完成，彼此之間沒有其它工藝過程， 無需更換設備，所以大大減少了製備太陽能電池所需的設備，降低了太陽能電池的製作成 本。此外，本方法還包括如下步驟充入含有硫系元素的混合氣體，調整所述等離子體 浸沒離子注入機的工藝參數進入預先設置的數值範圍，完成黑矽的硫系元素摻雜。工藝參數包括注入腔室的本底壓強和工作壓強，注入至注入腔室內的工藝氣體的 流量，抽取注入腔室內的工藝氣體的速度，工藝氣體的組成成分、組成比例和濃度，等離子 體浸沒離子注入機的等離子體電源的輸出功率和頻率，可施加偏置電壓的電源所施加的偏 置電壓，以及等離子體注入時間。偏置電壓可由多種偏置電壓組合而成，通過調節等離子體 注入時間、注入氣體的流量和組成比例、等離子體電源的輸出功率或所述偏置電壓來改變 注入黑矽內的摻雜離子的濃度。等離子體浸沒離子注入機，一般包括注入腔室和等離子體源。在注入腔室內，設有 其上可放置樣品的樣品臺。在與樣品臺相對的一側，設有等離子體源。等離子體源包括抽真 空系統，其可將注入腔室抽真空至預先設置的本底壓強範圍；供氣系統，其可向注入腔室充 入所需的氣體，並且能夠按照一定的控制規則來調整氣體的各種參數，例如氣體的流量、抽 取速度、氣體成分比例和濃度等參數，當氣體充入注入腔室之後，可使得注入腔室的壓強進 入預先設置的工作壓強範圍；以及等離子體電源，其可為射頻電源、微波電源或直流電源，這些電源還可以脈衝形式供電，並且這些電源的頻率可為固定頻率或可變頻率。可選擇地，等離子體浸沒離子注入機還包括可施加偏置電壓的電源。該可施加偏 置電壓的電源與注入腔室內的樣品臺電氣連接。可施加偏置電壓的電源類型與等離子體電 源相似，可為射頻電源、微波電源或直流電源，這些電源還可以脈衝形式供電，還可以是這 些電源的任意組合，進而向樣品臺提供由多種偏置電壓組成的偏置電壓。可選擇地，等離子體浸沒離子注入機還可包括監視注入腔室內的各種工藝狀況的 監控部件，例如監視腔室內的電子溫度、等離子體密度、離子體電勢、離子質譜分布和發射 光譜等。等離子體電源和可施加偏置電壓的電源的功率可按一定的控制規則進行調節，如 果採用脈衝形式供電，那麼等離子體電源和可施加偏置電壓的電源的頻率、佔空比、脈寬也 可按照一定的控制規則進行調節。可施加偏置電壓的電源可按一定的控制規則調整其所施 加的偏置電壓。如下結合附圖來描述本發明所包括但非限制性的實施方式。參見圖2，本發明實施例提供了利用等離子體浸沒離子注入工藝來實現原位製備 太陽能電池的一種實施方式，包括如下步驟步驟200 矽片預處理；矽片預處理的方式包括矽片的清洗、拋光、退火、腐蝕、制絨(也可稱為絨化)和/ 或圖形化等工藝，矽片形狀可為圓形、方形或矩形等等常規形狀，也可為其它任意的複雜形 狀；例如，矽片清洗的步驟一般包括首先，把矽片浸入到氫氟酸溶液中1 10分鐘， 去離子水清洗；然後，把清洗後的矽片浸入到濃度為 30%的氫氧化鈉溶液中1 10 分鐘，溫度為50 80°C，去除矽片表面的損傷層；最後，用去離子水清洗矽片，並用氮氣吹 幹；步驟300 將矽片放置於等離子體浸沒離子注入機，使得矽片與可施加偏置電壓 的電源電氣連接；矽片放置在等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內，並且放置於樣品臺；在一些 實施方式中，等離子體浸沒離子注入機包括可施加偏置電壓的電源，此時可使得矽片與樣 品臺電氣連接，由於樣品臺與可施加偏置電壓的電源電氣連接，所以矽片與可施加偏置電 壓的電源電氣連接；在某個條件下，啟動可施加偏置電壓的電源，即可向矽片施加偏置電 壓；步驟400 調整等離子體浸沒離子注入機的若干工藝參數，完成黑矽製備，並且在 黑矽上製作PN結和形成鈍化層，步驟400的具體子步驟如下面所描述；步驟500 分別在黑矽的背面製作金屬背電極，以及在鈍化層上製作金屬柵電極； 在黑矽的背面製備金屬Al背電極，例如以高純鋁作為蒸發源，在黑矽的背面沉積厚度為 10 15微米的金屬Al ；然後在保護氣氛下，350 450°C退火20 40分鐘，形成歐姆接觸 的金屬Al背電極；在本步驟中，採用350 450°C退火替代高溫燒結過程，可避免高溫燒結 過程誘導的應力對黑矽的損傷，有利於降低黑矽的厚度；在鈍化層上製備Ag柵極；採用絲 網印刷法，即通過特殊的印刷機和模板將銀漿印製在鈍化層的表面，形成Ag柵極，柵極的 厚度為2 10微米，柵極寬度為30 150微米，間距為2 3毫米；步驟600 將已完成PN結製作、鈍化層形成、背電極製作和柵極製作的黑矽封裝成太陽能電池組件，完成太陽能電池的製備。在一種實施方式中，所述步驟400可為圖3所示工藝流程，相應的過程步驟411至 413所示。步驟411 調整等離子體浸沒離子注入機的若干工藝參數，完成黑矽製備，其中， 首先，抽取所述注入腔室內的氣體，使得注入腔室的壓強進入預先設置的本底壓強範圍，預 先設置的本底壓強範圍可為KT7Pa IOOOPa ；然後，向所述注入腔室充入工藝氣體，該工 藝氣體包括具有刻蝕作用的氣體和具有鈍化作用的氣體，例如，具有刻蝕作用的氣體包括 SF6, CF4, CHF3> C4F8, NF3> SiF4, C2F6, HF、BF3> PF3> Cl2, HCl、SiH2Cl2, SiCl4, BCl3 或 HBr，具有 鈍化作用的氣體包括02、N2O或N2,調整所述工藝氣體的流量和組成體積比，工藝氣體的流 量可為Isccm lOOOsccm，具有刻蝕作用的氣體與具有鈍化作用的氣體之間的體積比範圍 為0.01 100，使得所述注入腔室的壓強進入預先設置的工作壓強範圍，預先設置的工作 壓強範圍為10_3Pa IOOOPa ；接著，調整等離子體注入時間、等離子體電源的輸出功率或 偏置電壓進入預先設置的範圍，等離子體注入時間可為1分鐘到30分鐘，預先設置的輸出 功率範圍為1 100000W，預先設置的偏置電壓範圍為-100000 100000V，在注入腔室內 產生包括具有刻蝕作用的離子和具有鈍化作用的離子的等離子體；在等離子體產生且浸沒 矽片之後，由於向矽片施加偏置電壓而在矽片和等離子體之間所形成鞘層電場的加速作用 下，位於鞘層電場內和從等離子體進入鞘層電場的離子直接注入至矽片內，例如在注入的 工藝氣體為由SF6、02組成的混合氣體的情況下，經電離後，SF6和O2分別產生具有刻蝕作用 的廣基團和具有鈍化作用的Cf基團，其中F*基團通過與Si形成SiF4,進而對Si形成刻蝕 作用；同時，0*基團在刻蝕壁表面形成SixOyFz，對刻蝕壁產生鈍化作用；因此，在刻蝕和鈍化 的雙重作用下，最終形成了多孔或網狀結構的黑矽；步驟412 保持黑矽在原位，調整等離子體浸沒離子注入機的工藝參數，在黑矽上 製作PN結；其中，首先停止充入氣體，抽出在等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內的所 有氣體，保持所製成的黑矽在原位；然後，向等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內充入具 有摻雜元素的工藝氣體(例如含有P、As或B元素)，例如具有摻雜元素的氣體包括B2H6、 B (OCH3) 3、B203、BN、BC13、BBr3, BF3, PH3, PCl3, PBr3, PF3, PF5, P2O5> POCl3, AsH3, AsCl3, AsF3 或AsF5，調整工藝氣體的流量和具有摻雜元素的氣體在工藝氣體中的濃度，工藝氣體的流 量可為Isccm lOOOsccm，具有摻雜元素的氣體在工藝氣體中的濃度為0.01%到100%， 使得注入腔室的壓強進入預先設置的工作壓強範圍，預先設置的工作壓強範圍為KT3Pa IOOOPa ；接著，調整等離子體注入時間、等離子體電源的輸出功率或偏置電壓進入預先 設置的範圍，等離子體注入時間可為1分鐘到30分鐘，預先設置的輸出功率範圍為1 100000W，預先設置的偏置電壓範圍為-100000 100000V ；最後，在注入腔室內產生包括摻 雜離子的等離子體，例如含有P、As或B元素的工藝氣體分解成含有P、As或B元素的離子 或離子基團，這些摻雜離子或摻雜離子基團在偏置電壓的加速下，被注入到黑矽中，製作形 成PN結；步驟413 保持黑矽在原位，調整等離子體浸沒離子注入機的工藝參數，在已製作 PN結的黑矽上形成鈍化層；其中，首先，停止充入氣體，抽出在等離子體浸沒離子注入機的 注入腔室內的所有氣體，保持已製作PN結的黑矽在原位；然後，向等離子體浸沒離子注入 機的注入腔室內充入具有鈍化作用的氣體，例如，具有鈍化作用的氣體包括02、N2O或N2,調整所述工藝氣體的流量，工藝氣體的流量可為Isccm lOOOsccm，使得所述注入腔室的壓 強進入預先設置的工作壓強範圍，預先設置的工作壓強範圍為10_3Pa IOOOPa ；接著，調整 等離子體注入時間、等離子體電源的輸出功率或偏置電壓進入預先設置的範圍，等離子體 注入時間可為1分鐘到30分鐘，預先設置的輸出功率範圍為1 100000W，預先設置的偏置 電壓範圍為-100000 100000V，在注入腔室內產生包括具有鈍化作用的離子的等離子體， 例如具有鈍化作用的工藝氣體分解成含有具有鈍化作用的離子或離子基團，這些離子或離 子基團在注入偏壓的加速下，被注入到黑矽中，與矽片反應形成鈍化層。在另一種實施方式中，所述步驟400可為圖4所示工藝流程，相應的過程步驟421 至424所示，其中圖3中的步驟411與圖4中的步驟421相同，圖3中的步驟412與圖4中 的步驟422相同，圖3中的步驟413與圖4中的步驟424相同，圖4的步驟只是在圖3步驟 的基礎上增加了步驟423。步驟423 保持黑矽在原位，調整等離子體浸沒離子注入機的工藝參數，在黑矽上 摻雜硫系元素；其中，首先停止充入氣體，抽出在等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內的 所有氣體，保持已製成PN結的黑矽在原位；然後，向等離子體浸沒離子注入機的注入腔室 內充入具有摻雜元素的工藝氣體(例如含有S、Se或Te元素)，具有摻雜元素的氣體包括 H2S, H2Se或H2Te,調整工藝氣體的流量和具有摻雜元素的氣體在工藝氣體中的濃度，工藝 氣體的流量可為Isccm lOOOsccm，具有摻雜元素的氣體在工藝氣體中的濃度為0.01% 到100%，使得注入腔室的壓強進入預先設置的工作壓強範圍，預先設置的工作壓強範圍 為10_3Pa IOOOPa ；接著，調整等離子體注入時間、等離子體電源的輸出功率或偏置電壓進 入預先設置的範圍，等離子體注入時間可為1分鐘到30分鐘，預先設置的輸出功率範圍為 1 100000W，預先設置的偏置電壓範圍為-100000 100000V ；最後，在注入腔室內產生包 括摻雜離子的等離子體，例如含有S、Se或Te元素的工藝氣體分解成含有S、Se或Te元素 的離子或離子基團，這些摻雜離子或摻雜離子基團在偏置電壓的加速下，摻入到黑矽中，實 現黑矽的硫系元素摻雜(S、Se、Te)。在又一種實施方式中，所述步驟400可為圖5所示工藝流程，相應的過程步驟431 至433所示，其中圖3中的步驟411與圖5中的步驟431相同，圖3中的步驟413與圖4中 的步驟433相同，圖5的步驟432隻是在圖3的步驟412的基礎上增加了摻入硫系元素的步驟。步驟432 保持黑矽在原位，調整等離子體浸沒離子注入機的工藝參數，在黑矽上 製作PN結和摻雜硫系元素；其中，首先停止充入氣體，抽出在等離子體浸沒離子注入機的 注入腔室內，保持黑矽在原位；然後，向等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內充入具有摻 雜元素的工藝氣體(例如，含有S、Se或Te元素的氣體和含有P、As或B元素的氣體相混合 的工藝氣體)，含有 P、As 或 B 元素的氣體可為 B2H6、B (OCH3) 3、B2O3> BN, BC13、BBr3> BF3> PH3> PC13、PBr3> PF3> PF5, P2O5, P0C13、AsH3、AsCl3, AsF3 或 AsF5,含有 S、Se 或 Te 元素的氣體可為 H2S, H2Se或H2Te,調整工藝氣體的流量和具有摻雜元素的氣體在工藝氣體中的濃度，工藝 氣體的流量可為Isccm lOOOsccm，具有摻雜元素的氣體在工藝氣體中的濃度為0.01% 到100%，使得注入腔室的壓強進入預先設置的工作壓強範圍，預先設置的工作壓強範圍 為10_3Pa IOOOPa ；接著，調整等離子體注入時間、等離子體電源的輸出功率或偏置電壓進 入預先設置的範圍，等離子體注入時間可為1分鐘到30分鐘，預先設置的輸出功率範圍為1 100000W，預先設置的偏置電壓範圍為-100000 100000V ；最後，在注入腔室內產生包 括摻雜離子的等離子體，例如含有P、As或B元素的工藝氣體分解成含有P、As或B元素的 離子或離子基團，以及含有S、Se或Te元素的工藝氣體分解成含有S、Se或Te元素的離子 或離子基團，這些摻雜離子或摻雜離子基團在偏置電壓的加速下，注入至黑矽中，製作形成 PN結，同時還實現了黑矽的硫系元素摻雜(S、Se或Te)。對於等離子體浸沒離子注入機的工藝參數，注入腔室的本底壓強範圍可為 ICT7Pa lOOOPa，優選地可為ICT5Pa 10Pa，更為優選地可為ICT5Pa ICT3Pa ；注入腔室 的工作壓強範圍可為ICT3Pa lOOOPa，優選為0. OlPa lOOPa，更為優選地可為0. IPa 50Pa ；工藝氣體的流量可為1 lOOOsccm，優選為10 lOOsccm，更為優選地可為20 80sccm;等離子體電源的輸出功率為1 100000W，優選為10 50000W，更為優選地可為 300 5000W ；所施加偏置電壓為-100000 100000V，優選為-50000 50000V，更為優選 地可為-10000 OV ；脈寬為Ius ls，優選為Ius 0. ls，更為優選地可為Ius Ims ；佔 空比為 99%，優選為10% 90%，更為優選地可為20% 80%，等離子體電源的頻 率為直流 IOGHz，優選為IMHz 5GHz，更為優選地可為13. 56MHz 5GHz ；可施加偏置電 壓的電源的頻率為直流 IOGHz。以上所述的具體實施方式
，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式
而已，並不用於限制本發 明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明 的保護範圍之內。
權利要求
一種原位製備太陽能電池的方法，其特徵在於，所述方法包括(a)對矽片進行預處理；(b)將經預處理後的所述矽片放置於等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內，利用等離子體浸沒離子注入工藝，完成黑矽的製備，在所述黑矽上製作PN結以及形成鈍化層；(c)將所述已完成PN結製作和鈍化層形成的黑矽從所述等離子體浸沒離子注入機取出，在所述黑矽的背面製備金屬背電極，在所述鈍化層上製備金屬柵極，經封裝後形成太陽能電池。
2.根據權利要求1所述的原位製備太陽能電池的方法，其特徵在於，所述步驟(b)進一 步包括如下步驟(bl)將經預處理後的矽片放置於等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內，使得所述矽 片與可施加偏置電壓的電源電氣連接；(b2)調整所述等離子體浸沒離子注入機的若干工藝參數，使得在所述注入腔室內產生 包括具有刻蝕作用的離子和具有鈍化作用的離子的等離子體，所述具有刻蝕作用的離子、 所述具有鈍化作用的離子注入至所述矽片內，並且與所述矽片發生反應，形成黑矽；(b3)保持所述黑矽在原位，再次調整所述等離子體浸沒離子注入機的若干工藝參數， 使得在所述注入腔室內產生包括摻雜離子的等離子體，所述摻雜離子注入至所述黑矽內， 形成PN結；(b4)保持所述已形成PN結的黑矽在原位，又一次調整所述等離子體浸沒離子注入機 的若干工藝參數，使得在所述注入腔室內產生包括具有鈍化作用的離子的等離子體，所述 具有鈍化作用的離子注入至所述黑矽內，並且與所述黑矽發生反應，形成鈍化層。
3.根據權利要求2所述的原位製備太陽能電池的方法，其特徵在於所述工藝參數包 括注入腔室的本底壓強和工作壓強，注入至所述注入腔室內的工藝氣體的流量，抽取所述 注入腔室內的工藝氣體的速度，所述工藝氣體的組成成分、組成比例和濃度，所述等離子體 浸沒離子注入機的等離子體電源的輸出功率和頻率，所述可施加偏置電壓的電源所施加的 偏置電壓，以及等離子體注入時間。
4.根據權利要求3所述的原位製備太陽能電池的方法，其特徵在於所述偏置電壓由 多種偏置電壓組合而成；通過調節所述等離子體注入時間、所述注入氣體的流量和組成比 例、所述等離子體電源的輸出功率或所述偏置電壓來改變注入所述黑矽內的摻雜離子的濃 度。
5.根據權利要求4所述的原位製備太陽能電池的方法，其特徵在於，所述步驟(b2)包 括如下步驟抽取所述注入腔室內的氣體，使得所述注入腔室的壓強進入預先設置的本底壓強範 圍，所述預先設置的本底壓強範圍為10_7Pa IOOOPa ；向所述注入腔室充入工藝氣體，所述工藝氣體包括具有刻蝕作用的氣體和具有鈍化作 用的氣體，調整所述工藝氣體的流量和組成體積比，使得所述注入腔室的壓強進入預先設 置的工作壓強範圍，所述預先設置的工作壓強範圍為10_3Pa IOOOPa ；調整所述等離子體注入時間、所述等離子體電源的輸出功率或所述偏置電壓進入預先 設置的範圍，在所述注入腔室內產生包括具有刻蝕作用的離子和具有鈍化作用的離子的等 離子體，所述具有刻蝕作用的離子、所述具有鈍化作用的離子注入至所述矽片內，並且與所述矽片發生反應，形成黑矽；所述等離子體注入時間為1分鐘到30分鐘，所述預先設置的輸 出功率範圍為1 100000W，所述預先設置的偏置電壓範圍為-100000 100000V。
6.根據權利要求5所述的原位製備太陽能電池的方法，其特徵在於所述工藝氣體的 流量為Isccm IOOOsccm ；所述具有刻蝕作用的氣體包括SF6、CF4, CHF3> C4F8, NF3> SiF4, (丨6、冊、8卩3、卩卩3、(12、!1(1、5讓2(12、5比14、8(13或冊『；所述具有鈍化作用的氣體包括02、N20 或隊；所述具有刻蝕作用的氣體與所述具有鈍化作用的氣體之間的體積比範圍為0. 01 100。
7.根據權利要求4所述的原位製備太陽能電池的方法，其特徵在於，所述步驟(b3)包 括如下步驟停止向所述注入腔室充入所述工藝氣體，抽出所述注入腔室內的所有氣體，保持所述 黑矽在原位；向所述注入腔室充入工藝氣體，所述工藝氣體包括具有摻雜元素的氣體，調整所述工 藝氣體的流量和所述具有摻雜元素的氣體在所述工藝氣體中的濃度，使得所述注入腔室的 壓強進入預先設置的工作壓強範圍，所述預先設置的工作壓強範圍為10_3Pa IOOOPa ；調整所述等離子體注入時間、所述等離子體電源的輸出功率或所述偏置電壓進入預先 設置的範圍，在所述注入腔室內產生包括摻雜離子的等離子體，所述摻雜離子注入至所述 黑矽內，所述摻雜離子包括B離子、P離子或As離子，形成PN結；所述等離子體注入時間為 1分鐘到30分鐘，所述預先設置的輸出功率範圍為1 100000W，所述預先設置的偏置電壓 範圍為-100000 100000V。
8.根據權利要求7所述的原位製備太陽能電池的方法，其特徵在於所述具有摻雜元 素的氣體包括 B2H6、B (OCH3) 3、B2O3> BN、BC13、BBr3> BF3> PH3> PC13、PBr3, PF3, PF5, P2O5> POCl3, AsH3、AsC13、AsF3或AsF5 ；所述工藝氣體的流量為Isccm lOOOsccm，所述具有摻雜元素的 氣體在所述工藝氣體中的濃度為0. 01%到100%。
9.根據權利要求8所述的原位製備太陽能電池的方法，其特徵在於所述具有摻雜元 素的氣體還包括H2s、H2Se或H2Te ；所述摻雜離子還包括S離子、Se離子或Te離子。
10.根據權利要求4所述的原位製備太陽能電池的方法，其特徵在於，所述步驟(b4)包 括如下步驟停止向所述注入腔室內充入所述工藝氣體，抽出所述注入腔室內的所有氣體，保持所 述已形成PN結的黑矽在原位；向所述注入腔室充入工藝氣體，所述工藝氣體包括具有鈍化作用的氣體，調整所述工 藝氣體的流量，使得所述注入腔室的壓強進入預先設置的工作壓強範圍，所述預先設置的 工作壓強範圍為KT3Pa IOOOPa ；調整所述等離子體注入時間、所述等離子體電源的輸出功率或所述偏置電壓進入預先 設置的範圍，在所述注入腔室內產生包括具有鈍化作用的離子的等離子體，所述具有鈍化 作用的離子注入至所述黑矽內，形成鈍化層；所述等離子體注入時間為1分鐘到30分鐘，所 述預先設置的輸出功率範圍為1 100000W，所述預先設置的偏置電壓範圍為-100000 100000V。
全文摘要
本發明公開了一種原位製備太陽能電池的方法，屬於太陽能電池製造技術領域。所述製備方法包括對矽片進行預處理；將經預處理後的矽片放置於等離子體浸沒離子注入機的注入腔室內，利用等離子體浸沒離子注入工藝，完成黑矽的製備，在所述黑矽上製作PN結和形成鈍化層；將已完成PN結製作和鈍化層形成的黑矽從等離子體浸沒離子注入機取出，在黑矽的背面製備金屬背電極，在鈍化層上製備金屬柵極，經封裝後製成太陽能電池。本發明原位製備太陽能電池的方法能夠在原位實現黑矽製備、PN結製作和鈍化層成形，從而大大減少了製備太陽能電池所需的設備，大幅降低了太陽能電池的製作成本，並且工藝過程簡單，易於控制。
文檔編號H01L31/18GK101950779SQ201010274489
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者劉傑, 劉邦武, 夏洋, 李勇滔, 李超波, 汪明剛 申請人:中國科學院微電子研究所;嘉興科民電子設備技術有限公司