制备N型硅基太阳能电池P型掺杂层的方法.pdf

制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法，涉及太阳能电池领域，解决了现有采用硼扩散法制备P+型掺杂层存在的P+型掺杂层均匀性和可控性差的问题。该方法为：对N型单晶硅衬底进行化学清洗；采用沉积镀膜方法在N型单晶硅衬底表面沉积硅铝共掺杂非晶薄膜；对表面沉积了硅铝共掺杂非晶薄膜的N型单晶硅衬底进行高温退火热处理，硅铝共掺杂非晶薄膜中的铝离子扩散进入N型单晶硅衬底表面形成P+型掺杂层；利用化学腐蚀液将沉积在N型单晶硅衬底表面的硅铝共掺杂非晶薄膜除去，得到N型硅基太阳能电池P+型掺杂层。P+型掺杂层的掺杂浓度和结深可调控，均匀性较好，可用作发射结、表面场以及局部重P+型掺杂，有利于提升太阳能电池的效率。

权利要求书1.  制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法，其特征在于，该方法包 括以下步骤： (a)对N型单晶硅衬底进行化学清洗，再用去离子水冲洗； (b)采用沉积镀膜方法在N型单晶硅衬底表面沉积硅铝共掺杂非晶薄膜； 所述硅铝共掺杂非晶薄膜中的铝元素含量为5％～20％，厚度为0.5μm～2μm； (c)对表面沉积了硅铝共掺杂非晶薄膜的N型单晶硅衬底进行高温退火热 处理，退火温度为700℃～850℃，退火时间为5s～5min；在退火过程中硅铝共 掺杂非晶薄膜中的铝离子扩散进入N型单晶硅衬底表面形成P+型掺杂层； (d)利用化学腐蚀液将沉积在N型单晶硅衬底表面的硅铝共掺杂非晶薄膜 除去，得到N型硅基太阳能电池P+型掺杂层。 2.  根据权利要求1所述的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法， 其特征在于，所述N型单晶硅衬底选用的是厚度为450μm、电阻率为10Ω·cm、 <100>晶向的FZ单晶衬底。 3.  根据权利要求1所述的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法， 其特征在于，步骤(a)中，所述化学清洗选用的是经过稀释的盐酸、氢氟酸或 丙酮溶液。 4.  根据权利要求1所述的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法， 其特征在于，步骤(b)中，所述硅铝共掺杂非晶薄膜中的铝元素含量为10％， 厚度为1.5μm。 5.  根据权利要求1所述的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法， 其特征在于，步骤(b)中，在沉积硅铝共掺杂非晶薄膜之前，将清洗后的N型 单晶硅衬底置于镀膜机的真空室中，将真空室抽真空至压强低于8×10-4Pa。 6.  根据权利要求1所述的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法， 其特征在于，步骤(b)中，所述沉积镀膜方法选择双硅源和铝源双源电子束共 蒸发、硅靶和铝靶双靶磁控共溅射、硅铝靶单靶磁控溅射。 7.  根据权利要求1所述的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法， 其特征在于，步骤(c)中，所述退火温度为750℃，退火时间为3min。 8.  根据权利要求1所述的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法， 其特征在于，步骤(c)中，所述高温退火热处理方法选择RTP快速热处理、管 式炉热处理或平板式烧结炉。 9.  根据权利要求1所述的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法， 其特征在于，步骤(c)中，通过调整硅铝共掺杂非晶薄膜中的铝元素含量以及 退火温度、退火时间，能够使P+型掺杂层的掺杂浓度在1×1017cm-3～5×1019cm-3范围内可调控。 10.  根据权利要求1所述的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法， 其特征在于，步骤(d)中，所述化学腐蚀液为强酸与水溶液的混合溶液或强碱 与水溶液的混合溶液，腐蚀时间为10min～15min。

说明书制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种制备N型硅基太阳能电池 P+型掺杂层的方法。
背景技术
在现有的太阳能电池市场上，P型硅基太阳能电池一直占据着主导地位，但 是随着人们对太阳能电池研究的逐渐深入，发现N型硅基太阳能电池的光致衰 减效应不仅弱于P型硅基太阳能电池，更为重要的是N型硅基材料中金属杂质 对少子的捕获能力低于P型硅基材料，从而使得N型硅基材料中少子空穴的复 合速率远低于P型硅基材料中少子电子的复合速率。得益于N型硅基材料的优 势，目前世界上量产的光电转化效率超过20％的硅基太阳能电池基本上都是在 N型单晶硅衬底上获得的，例如近年美国SunPower公司成功实现的N型背结背 接触单晶硅太阳能电池，其转化效率高达24.2％；松下公司的N型异质结薄膜 电池，转化效率为23％，其报道的N型硅基太阳能电池的转换效率更是创下了 高达25.6％的记录；德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所也公开发表了在N型硅 基材料上获得转换效率达到24％的太阳能电池。这充分表明了基于N型硅基材 料的太阳能电池是高效率太阳能电池领域研究的热点，也是未来产业化的方向 之一。
目前，N型硅基太阳能电池的研究重点之一是P+型掺杂层的形成。现有 P+型掺杂层的形成方法为硼扩散法，在其扩散过程中，硼的氧化物由于处于液 相状态，难以均匀覆盖在硅衬底表面，因而形成的P+型掺杂层的均匀性难以控 制。
发明内容
为了解决现有采用硼扩散法制备P+型掺杂层存在的P+型掺杂层均匀性和 可控性差的问题，本发明提供一种制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法，该方法包括以下步骤：
(a)对N型单晶硅衬底进行化学清洗，再用去离子水冲洗；
(b)采用沉积镀膜方法在N型单晶硅衬底表面沉积硅铝共掺杂非晶薄膜； 所述硅铝共掺杂非晶薄膜中的铝元素含量为5％～20％，厚度为0.5μm～2μm；
(c)对表面沉积了硅铝共掺杂非晶薄膜的N型单晶硅衬底进行高温退火热 处理，退火温度为700℃～850℃，退火时间为5s～5min；在退火过程中硅铝共 掺杂非晶薄膜中的铝离子扩散进入N型单晶硅衬底表面形成P+型掺杂层；
(d)利用化学腐蚀液将沉积在N型单晶硅衬底表面的硅铝共掺杂非晶薄膜 除去，得到N型硅基太阳能电池P+型掺杂层。
所述N型单晶硅衬底选用的是厚度为450μm、电阻率为10Ω·cm、<100>晶 向的FZ单晶衬底。
进一步的，步骤(a)中，所述化学清洗选用的是经过稀释的盐酸、氢氟酸 或丙酮溶液。
进一步的，步骤(b)中，所述硅铝共掺杂非晶薄膜中的铝元素含量优选为 10％，厚度优选为1.5μm。
进一步的，步骤(b)中，在沉积硅铝共掺杂非晶薄膜之前，将清洗后的N 型单晶硅衬底置于镀膜机的真空室中，将真空室抽真空至压强低于8×10-4Pa。
进一步的，步骤(b)中，所述沉积镀膜方法选择双硅源和铝源双源电子束 共蒸发、硅靶和铝靶双靶磁控共溅射、硅铝靶单靶磁控溅射。
进一步的，步骤(c)中，所述退火温度优选为750℃，退火时间优选为3min。
进一步的，步骤(c)中，所述高温退火热处理方法选择RTP快速热处理、 管式炉热处理或平板式烧结炉。
进一步的，步骤(c)中，通过调整硅铝共掺杂非晶薄膜中的铝元素含量以 及退火温度、退火时间，能够使P+型掺杂层的掺杂浓度在1×1017cm-3～5×1019cm-3范围内可调控。
进一步的，步骤(d)中，所述化学腐蚀液为强酸与水溶液的混合溶液或强 碱与水溶液的混合溶液，腐蚀时间为10min～15min。
本发明的有益效果是：
1、本发明的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法，通过在N型单 晶硅衬底表面沉积硅铝共掺杂非晶薄膜制备高质量P+型掺杂层，通过改变硅铝 共掺杂非晶薄膜中铝含量和热处理条件实现P+型掺杂层的掺杂浓度和结深的可 控性，具有工艺简单、成本低且易实现等优点。
2、采用本发明的方法制备的高质量N型硅基太阳能电池P+型掺杂层，P+ 型掺杂层的掺杂浓度和结深可调控，均匀性较好，可用作发射结、表面场以及 局部重P+型掺杂，有利于提升太阳能电池的效率。
附图说明
图1为本发明的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法的工艺流程 图。
图中：1、N型单晶硅衬底，2、硅铝共掺杂非晶薄膜，3、铝离子，4、P+ 型掺杂层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明中，对利用沉积镀膜方法沉积在N型单晶硅衬底1表面的硅铝共掺 杂非晶薄膜2进行热处理，通过改变硅铝共掺杂非晶薄膜2中的铝元素含量和 高温退火热处理条件能够在N型单晶硅衬底1表面形成掺杂浓度和结深可调控 的高质量P+型掺杂层4。
如图1所示，本发明的制备N型硅基太阳能电池P+型掺杂层的方法，该方 法的条件和步骤如下：
(a)对N型单晶硅衬底1进行化学清洗，然后用去离子水冲洗。
本实施方式中，N型单晶硅衬底1选用的是厚度为450μm、电阻率为10Ω·cm、 <100>晶向的FZ单晶衬底，化学清洗选用的是经过稀释的盐酸、氢氟酸或丙酮 等溶液。
(b)将清洗后的N型单晶硅衬底1置于镀膜机的真空室中，将真空室抽真 空至压强低于8×10-4Pa，然后采用沉积镀膜方法在N型单晶硅衬底1表面沉积 硅铝共掺杂非晶薄膜2。
所采用的沉积镀膜方法选自双源电子束共蒸发、双靶磁控共溅射和单靶磁 控溅射等工艺中的一种，其中膜料的纯度高于99.99％，沉积的硅铝共掺杂非晶 薄膜2中的铝元素含量为5％～20％，最好为10％，厚度为0.5μm～2μm，最好 为1.5μm。
本实施方式中，双源电子束共蒸发为硅源和铝源双源电子束共蒸发，双靶 磁控共溅射为硅靶和铝靶双靶磁控共溅射，单靶磁控溅射为硅铝靶单靶磁控溅 射。优选硅源和铝源双源电子束共蒸发，膜料的纯度为99.999％。
(c)对步骤(b)中表面沉积了硅铝共掺杂非晶薄膜2的N型单晶硅衬底1 进行高温退火热处理，热处理温度为700℃～850℃，最好为750℃，热处理时 间为5s～5min，最好为3min，在退火热处理过程中硅铝共掺杂非晶薄膜2中的 铝离子3扩散进入N型单晶硅衬底1表面形成P+型掺杂层4。通过调整硅铝共 掺杂非晶薄膜2中的铝含量以及热处理温度、时间等参数，能够使P+型掺杂层 4的掺杂浓度在1×1017cm-3～5×1019cm-3范围内可调控。
所采用的高温退火热处理方法选自RTP快速热处理、管式炉热处理和平板 式烧结炉等工艺中的一种，本实施方式中，所采用的高温退火热处理方法为RTP 快速热处理。
(d)利用化学腐蚀液将沉积在N型单晶硅衬底1表面的硅铝共掺杂非晶薄 膜2除去，得到N型硅基太阳能电池P+型掺杂层。
所采用的化学腐蚀液为强酸与水溶液的混合溶液或强碱与水溶液的混合溶 液，强酸可以选择HNO3溶液，强碱可以选择NaOH溶液。本实施方式中，选 择NaOH溶液与水溶液的混合溶液作为化学腐蚀液，按照摩尔比NaOH:H2O＝1:3 比例制成化学腐蚀液，腐蚀时间为10min～15min。