硅基太阳能电池单元及其制造方法

文档序号:258805 发布日期:2021-11-16 浏览:10次 >En<

阅读说明:本技术 硅基太阳能电池单元及其制造方法 (Silicon-based solar cell unit and manufacturing method thereof ) 是由 张俊兵 蒋秀林 尹海鹏 单伟 于 2021-08-31 设计创作,主要内容包括:本公开的实施例提供硅基太阳能电池单元及其制造方法。硅基太阳能电池单元包括:第一型的硅基底,其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面;多个第一掺杂部分,其在所述硅基底的第一表面中,所述多个第一掺杂部分彼此分开并且掺杂有第一型的掺杂粒子;多个第一掺杂源部分,所述多个第一掺杂部分分别设置在所述多个第一掺杂部分的背向所述硅基底的表面并且掺杂有所述第一型的掺杂粒子;以及第一钝化层,覆盖所述硅基底的第一表面和所述多个第一掺杂源部分背向所述硅基底的表面。由于省略了移除第一掺杂源部分的步骤,电池单元的制造过程被简化,制造成本降低。(Embodiments of the present disclosure provide silicon-based solar cells and methods of fabricating the same. The silicon-based solar cell unit includes: a silicon substrate of a first type having a first surface and a second surface opposite to the first surface; a plurality of first doping parts in a first surface of the silicon substrate, the plurality of first doping parts being separated from each other and doped with doping particles of a first type; a plurality of first doping source portions respectively disposed at surfaces of the plurality of first doping portions facing away from the silicon substrate and doped with doping particles of the first type; and the first passivation layer covers the first surface of the silicon substrate and the surface of the first doping source parts, which faces away from the silicon substrate. Since the step of removing the first doping source portion is omitted, the manufacturing process of the battery cell is simplified and the manufacturing cost is reduced.)

硅基太阳能电池单元及其制造方法

技术领域

本公开的实施例涉及硅基太阳能电池单元及其制造方法。

背景技术

人类的生存和发展离不开能源。太阳能是可在生、量大的、清洁的能源之一。硅基太阳能电池是一类把光能直接转化为电能的半导体器件。PERC(Passivated Emitter andRear Cell,钝化发射极背面接触电池)结构由于其高的光电转换效率而成为现今硅基太阳能电池技术发展的主流方向。PERC电池结构相比于常规的铝背场电池结构,还设置有背面钝化层,从而降低了少数载流子复合。例如,已经提出了一种具有PERC结构的硅基太阳能电池,其将p-n结置于电池片的背面,从而大大减小了非晶硅薄膜对于光线的吸收,有效提高了电池的光电转换效率。然而,这样的硅基太阳能电池制造步骤复杂且成本高。希望进一步提高电池的光电转换效率并且希望硅基太阳能电池单元具有简化的制造步骤和较低的成本。

发明内容

本公开的实施例提供一种硅基太阳能电池单元,其包括:第一型的硅基底,其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面;多个第一掺杂部分,其在所述硅基底的第一表面中,所述多个第一掺杂部分彼此分开并且掺杂有第一型的掺杂粒子;多个第一掺杂源部分,所述多个第一掺杂部分分别设置在所述多个第一掺杂部分的背向所述硅基底的表面并且掺杂有所述第一型的掺杂粒子;以及第一钝化层,覆盖所述硅基底的第一表面和所述多个第一掺杂源部分背向所述硅基底的表面。

通过对硅基底的未掺杂区域进行直接钝化,可以比整面掺杂表面极大地降低第一表面的少子复合。由于电池单元在其第一表面处采用局部掺杂,所以用于形成第一掺杂部分的第一掺杂源部分仅在第一接触电极所在的位置处局部地覆盖硅基底,不会显著遮挡硅基底而导致电池单元的光转换效率降低。因此,保留了在第一接触电极与硅基底中的第一掺杂部分之间第一掺杂源部分。在制作电池单元的过程中,可以使用第一掺杂源部分作为掺杂源对硅基底进行掺杂以形成第一掺杂部分,但不需要移除该第一掺杂源部分。由于省略了移除第一掺杂源部分的步骤,电池单元的制造过程被简化,制造成本降低。

例如,在一些实施例中,所述多个第一掺杂部分分别通过激活所述多个第一掺杂源部分中的第一型的掺杂粒子而使所述第一型的掺杂粒子掺杂到所述硅基底的第一表面中而形成。

例如,在一些实施例中,所述电池单元还包括多个第一接触电极,所述第一接触电极穿透所述第一钝化层与所述第一掺杂源部分欧姆接触。

例如,在一些实施例中,所述第一接触电极沿所述硅基底的厚度方向上在所述硅基底上的投影落入所述第一掺杂源部分沿所述硅基底的厚度方向在所述硅基底上的投影内。

例如,在一些实施例中,所述硅基底和所述第一掺杂部分为单晶硅或多晶硅。所述第一掺杂源部分包括微晶硅、非晶硅或者多晶硅中的一种或多种。

例如,在一些实施例中,所述第一钝化层包括氧化硅层、氧化铝层、氧化镓层、氧化钛层、氮氧化硅层、氮氧化铝层、硅层、碳化硅层中的一种或多种的单层或叠层。

例如,在一些实施例中,所述电池单元还包括:钝化介质层,其在所述硅基底的第二表面上;选择性载流子传输层,其在所述钝化介质层背向所述硅基底的表面,所述选择性载流子传输层掺杂有第二型的掺杂粒子;以及第二钝化层,其在所述选择性载流子传输层的背向所述硅基底的表面。

例如,在一些实施例中,所述电池单元还包括:多个第二接触电极,所述多个第二接触电极穿透所述第二钝化层与所述选择性载流子传输层欧姆接触。

例如,在一些实施例中,所述第一型为n型,并且所述第二型为p型。

例如,在一些实施例中,所述第一型为p型,并且所述第二型为n型。

例如,在一些实施例中,所述选择性载流子传输层包括微晶硅、非晶硅和多晶硅中的一种或多种。

例如,在一些实施例中,所述第二钝化层包括氧化硅层、氧化铝层、氧化镓层、氧化钛层、氮氧化硅层、氮氧化铝层、硅层、碳化硅层中的一种或多种的单层或叠层。

例如,在一些实施例中,所述钝化介质层包括非金属氧化物层和金属氧化物层中的一种或多种的单层或叠层。

例如,在一些实施例中,所述钝化介质层包括氧化硅层、氧化铝层、氧化镓层、氧化钛层、氮氧化硅层、氮氧化铝层、氮化硅层中的一种或多种的单层或叠层。

例如,在一些实施例中,所述钝化介质层的厚度在0.1nm-10.0nm的范围内。

本公开的实施例提供一种电池单元的制造方法,包括:提供第一型的硅基底,所述硅基底包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面;在所述硅基底的第一表面上形成多个第一掺杂源部分,所述多个第一掺杂源部分彼此分开并且掺杂有第一型的掺杂粒子;通过高温退火处理激活所述多个第一掺杂源部分中的第一型的掺杂粒子,以分别在所述硅基底的第一表面中形成多个第一掺杂部分;以及形成第一钝化层,所述第一钝化层覆盖所述硅基底的第一表面和所述多个第一掺杂源部分背向所述硅基底的表面。

例如,在一些实施例中,所述制造方法还包括:形成多个第一接触电极,使得所述多个第一接触电极穿透所述第一钝化层与所述多个第一掺杂源部分欧姆接触。

例如,在一些实施例中,所述制造方法还包括:在所述硅基底的第二表面上形成钝化介质层;在所述钝化介质层背向所述硅基底的表面形成选择性载流子传输层,所述选择性载流子传输层掺杂有第二型的掺杂粒子;在所述选择性载流子传输层的背向所述硅基底的表面形成第二钝化层;以及形成多个第二接触电极,所述多个第二接触电极穿透所述第二钝化层与所述选择性载流子传输层欧姆接触。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本公开的某些实施例,因此不应被看作是对保护范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是根据本公开的第一实施例的电池单元的剖视示意图;

图2是根据本公开的第一实施例的电池单元的制造方法的流程示意图;

图3A-3G分别是根据本公开的第一实施例的电池单元的制造方法的不同步骤对应的结构示意图;

图4是根据本公开的第二实施例的电池单元的制造方法的流程示意图;

图5是根据本公开的第二实施例的在硅基底的第一表面上形成多个第一掺杂源部分,在硅基底的第二表面上形成钝化介质层、第一选择性载流子传输前置层和第二选择性载流子传输前置层后的结构示意图;

图6是根据本公开的第三实施例的电池单元的制造方法的流程示意图;

图7是根据本公开的第三实施例的在硅基底的第一表面上形成多个第一掺杂源部分和多个前掺杂部分,在硅基底的第二表面上形成钝化介质层和第一选择性载流子传输前置层后的结构示意图;

图8是根据本公开的第五实施例的电池单元的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本公开实施例的附图,对本公开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公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。

需要说明的是,除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“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。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。

在本文中,在附图中示出为电池单元的上侧的电池单元的正面和受光面可互换使用,在附图中示出为电池单元的下侧的电池单元的背面或背光面可互换使用。在本文中,“本征”是指未掺杂有掺杂粒子。

硅基太阳能电池单元中的硅基底通常为板状或片状,其基本上在一平面内延伸并具有一定的厚度。为了方便和清楚地描述根据本公开的电池单元,将与电池单元的硅基底在其中延伸的平面垂直的方向定义为硅基底的“厚度方向”。

概述

本公开的实施例提供一种硅基太阳能电池单元,其包括:第一型的硅基底,其具有第一表面和与第一表面相对的第二表面;多个第一掺杂部分,其在硅基底的第一表面中,多个第一掺杂部分彼此分开并且掺杂有第一型的掺杂粒子;多个第一掺杂源部分,多个第一掺杂部分分别设置在多个第一掺杂部分的背向硅基底的表面并且掺杂有第一型的掺杂粒子;以及第一钝化层,覆盖硅基底的第一表面和多个第一掺杂源部分背向硅基底的表面。

通过对硅基底的未掺杂区域进行局部钝化,可以比整面掺杂表面极大地降低第一表面的少子复合。由于电池单元在其第一表面处采用局部掺杂,所以用于形成第一掺杂部分的第一掺杂源部分仅在第一接触电极所在的位置处局部地覆盖硅基底,不会显著遮挡硅基底而导致电池单元的光转换效率降低。因此,保留了在第一接触电极与硅基底中的第一掺杂部分之间第一掺杂源部分。在制作电池单元的过程中,可以使用第一掺杂源部分作为掺杂源对硅基底进行掺杂以形成第一掺杂部分,但不需要移除该第一掺杂源部分。由于省略了移除第一掺杂源部分的步骤,电池单元的制造过程被简化,制造成本降低。

本公开的实施例提供一种电池单元的制造方法,其例如可以用于制造如上的电池单元。该方法包括:提供第一型的基底,基底包括第一表面和与第一表面相反的第二表面;在基底的第一表面上形成多个第一掺杂源部分,多个第一掺杂源部分彼此分开并且掺杂有第一型的掺杂粒子;通过高温退火处理激活多个第一掺杂源部分中的第一型的掺杂粒子,以分别在基底的第一表面中形成多个第一掺杂部分;以及形成第一钝化层,第一钝化层覆盖硅基底的第一表面和多个第一掺杂源部分背向硅基底的表面。

在该制造方法中,利用彼此分开的多个第一掺杂源部分局部地形成多个第一掺杂部分,在形成第一掺杂部分后在保留第一掺杂源部分的情况下在硅基底的第一表面上形成第一钝化层,而不移除第一掺杂源部分。由于省略了移除第一掺杂源部分的步骤,电池单元的制造过程被简化,制造成本降低。

本公开的上述和其他方面将在下面以示例的方式进行说明。

需要说明的是,在本说明书中,方法中的步骤不必须按照所描述顺序进行,也可以以其他顺序进行、省略至少一个步骤或者增加至少一个附加步骤,本公开不限于此。在不脱离本公开的权利要求的范围的情况下,本领域技术人员可以组合或修改本文所给出的实施例中的步骤、特征、工艺、参数以得到另外的实施例。

第一实施例

图1是根据本公开的第一实施例的电池单元的剖视示意图。图2是根据第一实施例的电池单元的制造方法的流程示意图。图3A-3G分别是根据本公开的第一实施例的电池单元的制造方法的不同步骤对应的结构示意图。

如图1所示,电池单元包括第一型的硅基底111、包括多个第一掺杂部分116的第一掺杂层、包括多个第一掺杂源部分1151的第一掺杂源层、多个第一接触电极1191、第一钝化层117、钝化介质层112、选择性载流子传输层113、多个第二接触电极1192以及第二钝化层118。该多个第一掺杂部分116彼此分开地形成在硅基底111的第一表面中,并且掺杂有第一型的掺杂粒子。该多个第一掺杂源部分1151分别形成在该多个第一掺杂部分116的每个的背向硅基底111的表面上,并且掺杂有第一型的掺杂粒子。第一钝化层117形成在硅基底111的第一表面和第一掺杂源部分1151的背向硅基底111的表面上。该多个第一接触电极1191穿透第一钝化层117与第一掺杂源层的多个第一掺杂源部分1151欧姆接触。第一接触电极1191在沿硅基底111的厚度方向上在硅基底111上的投影落入第一掺杂源部分1151沿硅基底11的厚度方向在硅基底111上的投影内。该钝化介质层112形成在硅基底111的第二表面上。该选择性载流子传输层113形成在钝化介质层112背向硅基底的表面上,并且掺杂有第二型的掺杂粒子。该第二钝化层118形成在选择性载流子传输层113背向硅基底111的表面上。该多个第二接触电极1192穿透第二钝化层118与选择性载流子传输层113欧姆接触。硅基底111的第一表面可以面向电池单元的正面,硅基底111的第二表面可以面向电池单元的背面。

钝化介质层112和选择性载流子传输层113组成钝化接触结构,由于选择性载流子传输层113和硅基底111的掺杂粒子的类型不同,这使发射极形成于电池单元的背面。该钝化结构降低了金属接触复合。选择性载流子传输层113可以选择性地传输载流子,有助于降低背面复合,实现高开压性能。

此外,在该电池单元在正面上,对硅基底111的第一表面采用局部掺杂,相比于整面掺杂,大大降低了电池单元的正面的表面复合。这样,通过电池单元的正面钝化结构和背面钝化结构的配合,有效减少电池单元的正面和背面的少子复合,从而获得更好的钝化效果和更高的开路电压。

另外,由于电池单元在硅基底111的第一表面上采用局部掺杂,所以包括多个第一掺杂源部分1151的第一掺杂源层仅局部地覆盖硅基底111,不会显著遮挡硅基底111而导致电池单元的光转换效率降低。因此,保留了在第一接触电极1191和硅基底111中的第一掺杂部分116之间第一掺杂源部分1151。在制作电池单元的过程中,可以使用第一掺杂源部分1151作为掺杂源对硅基底111进行掺杂以形成第一掺杂部分116,但不需要移除该第一掺杂源部分1151。由于省略了移除第一掺杂源部分1151的步骤,电池单元的制造过程被简化,制造成本降低。

该第一型可以是p型,该第二型可以是n型。或者,该第一型可以是n型,该第二型可以是p型。在硅基底111为p型硅基底111的情况下,硅基底111的成本被降低,从而电池单元的成本被降低。在硅基底111为n型硅基底111的情况下,电池单元的硅基底111的基体寿命高。从而,电池单元的寿命得到提高。

在第一型是p型,并且第二型是n型的情况下,第一型的掺杂粒子可以是诸如硼(B)的第III主族元素粒子,第二型的掺杂粒子可以是诸如磷(P)的第V主族元素粒子。在第一型是n型,并且第二型是p型的情况下,第一型的掺杂粒子可以是诸如磷(P)的第V主族元素粒子,第二型的掺杂粒子可以是诸如硼(B)的第III主族元素粒子。

该硅基底111可以是单晶硅或多晶硅。例如,硅基底111的电阻率在0.1-20Ω·cm的范围内,比如可以为0.1Ω·cm、1Ω·cm、5Ω·cm、10Ω·cm,也可以为15Ω·cm或20Ω·cm等,其厚度在50-300nm的范围内,比如80-300nm、50-100nm、50-80nm、100-300nm、100-200nm、100-150nm和120-150nm等。

硅基底111的第二表面可以是抛光面、湿刻面或者制绒面等平坦的或粗糙的表面。

该第一掺杂层的第一掺杂部分116是通过激活第一掺杂源部分1151中的第一型的掺杂粒子而使第一型的掺杂粒子掺杂到硅基底111中而形成。与硅基底111类似地,该第一掺杂层可以是单晶硅或多晶硅。

该第一掺杂源层包括微晶硅、非晶硅或者多晶硅中的一种或多种。例如,该第一掺杂源层的厚度在10-300nm的范围内,例如20-100nm、40-80nm、40nm、50nm等。

钝化介质层112也可以称为隧穿钝化层,其可以包括金属氧化物或非金属氧化物,例如其可以包括氧化硅(SiOx)层、氮氧化硅(SiOxN1-x)层、氧化铝(AlOx)层、氧化钛(TiOx)层和氧化镓(GaOx)层、碳化硅(SiCx)层和氮氧化铝层中的一种或多种的单层或叠层。例如,钝化介质层112的厚度可以在0.1-10nm的范围内,诸如0.1-5nm,0.5-2nm,1.5nm、1.8nm等。

选择性载流子传输层113可以包括微晶硅层、非晶硅层和多晶硅层中的一种或多种。例如,选择性载流子传输层113的厚度在1-300nm的范围内,诸如10-300nm、10-100nm、30-100nm、50-100nm、70nm等。

第一钝化层117可以包括氧化硅层、氧化铝层、氧化镓层、氧化钛层、氮氧化硅层、氮氧化铝层、碳化硅层、硅层(多晶硅层、非晶硅层或微晶硅层)中的一种或多种的单层或叠层。例如,第一钝化层117的厚度可以为1-300nm,诸如10-300nm、10-100nm、30-100nm、50-100nm、70nm等。例如,第一钝化层117可以被设计为起到减反射作用。当多层叠层中每层的材料不同时,每层的钝化效果和减反射作用不同,通过多层配合,能够赋予第一钝化层117良好的钝化效果和减反射作用。

类似地,第二钝化层118可以包括氧化硅层、氧化铝层、氧化镓层、氧化钛层、氮氧化硅层、氮氧化铝层、碳化硅层、硅层(多晶硅层、非晶硅层或微晶硅层)中的一种或多种的单层或叠层。例如,第二钝化层118的厚度可以为1-300nm,诸如10-300nm、10-100nm、30-100nm、50-100nm、70nm等。多层叠层中每层的材料不同时,每层的钝化效果和减反射作用不同,通过多层配合,能够赋予第二钝化层118良好的钝化效果和减反射作用。

如图1至图3G所示,在本实施例中,该电池单元的制造方法可以包括:

步骤S11,提供第一型的硅基底111并对硅基底111的第一表面和第二表面进行表面处理,如图3A所示。例如,表面处理包括利用氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)溶液在制绒槽中对硅基底111的第一表面和第二表面进行表面织构化处理以形成包括多个金字塔状子结构的绒面结构,用硝酸(HNO3)和氢氟酸(HF)混合溶液对金字塔状子结构进行圆滑处理,以及用四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液对第二表面进行抛光处理。在其他实施例中,例如,可以使用臭氧(O3)和HF的混合溶液对绒面的金字塔进行圆滑处理;例如,可以使用HNO3和HF的混合溶液、或者NaOH溶液、或者KOH溶液对第二表面进行湿法刻蚀或抛光处理。具体地,在本实施例中,硅基底111是电阻率为2Ω·cm的p型单晶硅。

步骤S12,在硅基底111的第二表面上形成钝化介质层112,如图3B所示。具体地,在本实施例中,通过离子体增强化学气相沉积(PECVD,Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)形成厚度为1.8nm的二氧化硅层作为钝化介质层112。此外,例如,可以通过低温炉管氧化工艺、硝酸氧化工艺、臭氧氧化工艺、原子层沉积(ALD,Atom LayerDeposition)工艺(例如,包括离子体增强原子层沉积(PEALD,Plasma Enhanced AtomicLayer Deposition)等)、化学气相沉积(CVD,Chemical Vapor Deposition)工艺(例如,包括PECVD、低压化学气相沉积(LPCVD,Low Pressure Chemical Vapor Deposition)、常压化学气相沉积(APCVD,Atmosphere Pressure Chemical Vapor Deposition)等)、物理气相沉积(PVD,Physical Vapor Deposition)工艺(如溅射或蒸发)、快速等离子体沉积(RPD,Rapid Plasma Deposition)工艺等形成钝化介质层112。

步骤S13,在钝化介质层112的背向硅基底的表面上形成具有第二型的掺杂粒子的第一选择性载流子传输前置层113’,如图3C所示。具体地,在本实施例中,通过PVD形成厚度为70nm的掺杂有磷的非晶硅层作为第一选择性载流子传输前置层113’。在本实施例中,该第一选择性载流子传输前置层113’是原位掺杂的,也就是说,是已经掺杂了第二型的掺杂粒子的选择性载流子传输前置层113’。该第一选择性载流子传输前置层113’是没有被晶化的。本文中,使用“选择性载流子传输前置层”以区别于已经被晶化的选择性载流子传输层113。

步骤S14,在硅基底111的第一表面上局部区域形成包括掺杂有第一型的掺杂粒子的多个第一掺杂源部分1151的第一掺杂源层,如图3D所示。具体地,在本实施例中,通过PVD工艺利用掩膜版形成厚度为40nm的多个含有硼的非晶硅部分作为多个第一掺杂源部分1151。

步骤S15,对步骤S14中所形成的结构进行高温退火处理使得激活第一掺杂源部分1151中的第一型的掺杂粒子以在硅基底111的第一表面中形成多个第一掺杂部分116,并且激活第一选择性载流子传输前置层113’中的第二型的掺杂粒子并且使第一选择性载流子传输前置层113’晶化以形成选择性载流子传输层113,如图3E所示。此外,在进行高温退火处理的过程中,还在第一掺杂源层和硅基底111的第一表面上形成了第一氧化层1152、在选择性载流子传输层113的背向硅基底111的表面形成了第二氧化层1131。具体地,在本实施例中,高温退火处理包括在退火炉管中以950℃进行高温热处理。

步骤S16,移除第一氧化层1152和第二氧化层1131,如图3F所示。具体地,在本实施例中,利用HF溶液清洗掉由于高温退火处理产生的第一氧化层1152和由于高温退火处理产生的第二氧化层1131。

步骤S17,在硅基底111的第一表面和第一掺杂源层的背向硅基底的表面上形成第一钝化层117,并且在选择性载流子传输层113的背向硅基底的表面上形成第二钝化层118,如图3G所示。具体地,在本实施例中,通过管式PECVD在硅基底111的第一表面和第一掺杂源层的背向硅基底111的表面形成第一钝化层117,并且在选择性载流子传输层113背向硅基底111的表面形成第二钝化层118。例如,替代地或附加地,可以采用ALD、PEALD等形成第一钝化层117和第二钝化层118。例如,第一钝化层117和第二钝化层118可以分别是氧化铝层和氮化硅层的叠层。

步骤S18,形成第一接触电极1191和第二接触电极1192,如图1所示。具体地,在本实施例中,通过丝网印刷在第一钝化层117和第二钝化层118的表面上印刷诸如银浆、铝浆或银铝浆的金属接触浆料,再通过烧结得到凝固的第一接触电极1191和第二接触电极1192。或者,也可以通过电镀等来形成第一接触电极1191和第二接触电极1192。

在本实施例中,省略了移除第一掺杂源层的步骤,从而简化了制造过程并且降低了制造成本。

此外,在本实施例中,通过一步高温退火处理步骤(步骤S15)实现半导体结构的正面和背面的同时热处理,即:在正面,激活第一型的掺杂粒子以形成多个第一掺杂部分116;在背面,激活第二型的掺杂粒子并且使第一选择性载流子传输前置层113’晶化以形成选择性载流子传输层113。简化了制造步骤,降低了制造成本,适合于规模化生产。

此外,在本实施例中,采用PVD工艺来形成第一选择性载流子传输前置层113’和第一掺杂源部分1151。相较于CVD等工艺,采用PVD工艺可以仅在目标表面形成单面膜层,而不会在与目标表面相对的表面或侧表面也形成膜层,即避免了绕镀。这样,不需要进行用于去除由于绕镀产生的不期望的膜层的另外的制造步骤,提高了生产效率。

另外,在本实施例中,由于第一选择性载流子传输前置层113’和第一掺杂源部分1151均采用PVD工艺形成,通过使形成第一选择性载流子传输前置层113’和第一掺杂源部分1151的步骤以连续的步骤进行,可以在同一PVD设备中形成第一选择性载流子传输前置层113’和第一掺杂源部分1151,这进一步简化了制造步骤、提高了生产效率。

需要说明的是,在本说明书中,方法中的步骤不必须按照上述顺序进行,也可以以其他顺序进行、省略至少一个步骤或者增加至少一个附加步骤,本公开不限于此。在不脱离本公开的权利要求的范围的情况下,本领域技术人员可以组合或修改本文所给出的实施例中的步骤、特征、工艺、参数以得到另外的实施例。例如下面给出的根据本公开的其他实施例的电池单元的制造方法。

第二实施例-

图4是根据本公开的第二实施例的电池单元的制造方法的流程示意图。图5是根据本公开的第二实施例的在硅基底111的第一表面上形成多个第一掺杂源部分1151,在硅基底111的第二表面上形成钝化介质层112、第一选择性载流子传输前置层113’和第二选择性载流子传输前置层113”后的结构示意图。

利用根据第二实施例的制造方法制造的电池单元的结构与如图1所示的利用根据第一实施例的制造方法制造的电池单元的结构基本上相同,在此不再赘述。

根据本公开的第二实施例的电池单元的制造方法包括:

步骤S21,提供第一型的硅基底111并对硅基底111的第一表面和第二表面进行表面处理。具体地,在本实施例中,硅基底111是电阻率为1Ω·cm的p型单晶硅。例如,表面处理包括利用氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)溶液在制绒槽中对硅基底111的第一表面和第二表面进行表面织构化处理以形成包括多个金字塔状子结构的绒面结构,用O3和HF混合溶液对金字塔状子结构进行圆滑处理,以及最后用HNO3和HF溶液对第二表面进行抛光处理。

步骤S22,在硅基底111的第一表面上形成包括具有第一型的掺杂粒子的多个第一掺杂源部分1151的第一掺杂源层。具体地,在本实施例中,通过PVD工艺利用掩膜版形成厚度为30nm的多个含有硼的非晶硅部分作为多个第一掺杂源部分1151。

步骤S23,在硅基底111的第二表面上形成钝化介质层112。具体地,在本实施例中,通过ALD形成厚度为1.5nm的二氧化硅层作为钝化介质层112。

步骤S24,在钝化介质层112的背向硅基底111的表面上形成具有第二型的掺杂粒子的第一选择性载流子传输前置层113’和本征的第二选择性载流子传输前置层113”的叠层,如图5所示。例如,通过PVD形成厚度为40nm的掺杂有磷的非晶硅薄膜层作为第一选择性载流子传输前置层113’,形成厚度为30nm的未掺杂的非晶硅薄膜层作为第二选择性载流子传输前置层113”。在其他实施例中,第一选择性载流子传输前置层113’和第二选择性载流子传输前置层113”的位置可以互换。

不同于第一实施例中的单层的原位掺杂第二型的掺杂粒子的第一选择性载流子传输前置层113’,在第二实施例中,在制造过程中所形成的结构包括具有第二型的掺杂粒子的第一选择性载流子传输前置层113’和本征的第二选择性载流子传输前置层113”的叠层。该第一选择性载流子传输层113’在后续的高温退火处理中为形成选择性载流子传输层113提供第二型的掺杂粒子并且被晶化以形成选择性载流子传输层113的一部分。第二选择性载流子传输前置层113”在后续的高温退火处理中从第一选择性载流子传输层113’接收第二型的掺杂粒子并且也被晶化以形成选择性载流子传输层113的一部分。

第一实施例中形成单层的原位掺杂第二型的掺杂粒子的第一选择性载流子传输前置层113’的优点是仅需要一个步骤,操作更为简单。

第二实施例中形成第一选择性载流子传输前置层113’和本征的第二选择性载流子传输前置层113”的叠层的优点是,提高了生产效率,因为形成原位掺杂的第一选择性载流子传输前置层113’需要更长的时间,而这里用本征的第二选择性载流子传输前置层113”替代一部分原位掺杂的第一选择性载流子传输前置层113’。

此外,根据第二实施例的制造方法还包括如下与第一实施例的制造方法相同或类似的步骤:

步骤S25,对步骤S24中所形成的半导体结构进行高温退火处理使得激活第一掺杂源部分1151中的第一型的掺杂粒子以在硅基底111的第一表面中形成多个第一掺杂部分116,并且同时激活第一选择性载流子传输前置层113’中的第二型的掺杂粒子并且使第一选择性载流子传输前置层113’和第二选择性载流子传输前置层113”晶化以形成掺杂的选择性载流子传输层113。此外,在进行高温退火处理的过程中,还在第一掺杂源部分1151的背向硅基底111的表面和硅基底111的第一表面上形成了第一氧化层1152、在选择性载流子传输层113背向硅基底111的表面形成了第二氧化层1131。具体地,在本实施例中,高温退火处理包括在退火炉管中以920℃进行高温热处理。

步骤S26,移除第一氧化层1152和第二氧化层1131。例如,使用HF溶液。

步骤S27,在硅基底111的第一表面和第一掺杂源层的背向硅基底111的表面上形成第一钝化层117,并且在选择性载流子传输层113的背向硅基底111的表面上形成第二钝化层118。例如,第一钝化层117和第二钝化层118可以分别是氧化钛层和氮氧化硅层的叠层。

步骤S28,形成第一接触电极1191和第二接触电极1192。

对根据第二实施例和下面的第三和第四实施例的制造方法的其他描述可以参照对第一实施例的相应描述。

第三实施例

图6是根据本公开的第三实施例的电池单元的制造方法的流程示意图。图7是根据本公开的第三实施例的在硅基底111的第一表面上形成多个第一掺杂源部分1151和多个前掺杂部分116’,在硅基底111的第二表面上形成钝化介质层112和第一选择性载流子传输前置层113’后的结构示意图。

利用根据第三实施例的制造方法制造的电池单元的结构与如图1所示的利用根据第一实施例的制造方法制造的电池单元的结构基本相同,在此不再赘述。

根据本公开的第三实施例的电池单元的制造方法包括:

步骤S31,提供第一型的硅基底111并对硅基底111的第一表面和第二表面进行表面处理。具体地,在本实施例中,硅基底111是电阻率为4Ω·cm的p型单晶硅。例如,表面处理包括利用氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)溶液在制绒槽中对硅基底111的第一表面和第二表面进行表面织构化处理以形成包括多个金字塔状子结构的绒面结构,用O3和HF混合溶液对金字塔状子结构进行圆滑处理,以及最后用HNO3和HF溶液对第二表面进行抛光处理。

步骤S32,在硅基底111的第二表面上形成钝化介质层112。具体地,在本实施例中,通过离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成厚度为1.8nm的二氧化硅层作为钝化介质层112。

步骤S33,在硅基底111的第一表面上依次形成包括具有第一型的掺杂粒子的多个第一掺杂源部分1151的第一掺杂层和包括多个本征的前掺杂部分116’的前掺杂层。具体地,在本实施例中,通过PVD工艺利用掩膜版形成厚度为20nm的含硼的微晶硅部分作为多个第一掺杂源部分1151并且形成厚度为20nm的多个本征的非晶硅薄膜部分作为前掺杂部分116’。由于本征的前掺杂层的生长速度比原位掺杂的第一掺杂层的生长速度快,因此,用前掺杂层替代一部分第一掺杂层可以缩短制造时间并且提高制造效率。

步骤S34,在钝化介质层112的背向硅基底111的表面上形成第一选择性载流子传输前置层113’,如图7所示。具体地,在本实施例中,通过PVD形成厚度为80nm的掺杂有磷的非晶硅层作为第一选择性载流子传输前置层113’。

步骤S35,对步骤S34中所形成的结构进行高温退火处理使得激活第一掺杂源部分1151中的第一型的掺杂粒子以在硅基底111的第一表面中形成多个第一掺杂部分116,并且同时激活第一选择性载流子传输前置层113’中的第二型的掺杂粒子并且使第一选择性载流子传输前置层113’晶化以形成选择性载流子传输层113。此外,在进行高温退火处理的过程中,还在第一掺杂源部分1151的背向硅基底111的表面和硅基底111的第一表面上形成了第一氧化层1152,并且在选择性载流子传输层113的背向硅基底111的表面形成了第二氧化层1131。具体地,在本实施例中,高温退火处理包括在退火炉管中以900℃对中间半导体结构进行高温热处理。

步骤S36,移除第一氧化层1152和第二氧化层1131。例如,利用HF溶液清洗掉由于高温退火处理产生的第一氧化层1152和由于高温退火处理产生的第二氧化层1131。

步骤S37,在硅基底111的第一表面和第一掺杂源层上形成第一钝化层117,并且在选择性载流子传输层113上形成第二钝化层118。例如,第一钝化层117和第二钝化层118可以分别为氧化镓层和氮氧化硅层的叠层。

步骤S38,形成第一接触电极1191和第二接触电极1192。

第四实施例

利用根据第四实施例的制造方法制造的电池单元的结构与如图1所示的利用根据第一实施例的制造方法制造的电池单元的结构的主要不同之处在于,在第一实施例中,第一型为p型,第二型为n型;在第四实施例中,第一型为n型,第二型为p型。

根据本公开的第四实施例的电池单元的制造方法包括:

步骤S41,提供电阻率为3Ω·cm的n型单晶硅的硅基底111并对硅基底111的第一表面和第二表面进行表面处理。

步骤S42,在硅基底111的第二表面上形成厚度为2.0nm的氧化铝和氧化钛的叠层作为钝化介质层112。

步骤S43,通过PVD在钝化介质层112上形成厚度为80nm的含硼的非晶硅层作为第一选择性载流子传输前置层113’。

步骤S44,通过PVD工艺利用掩膜版在硅基底111的正面的第二表面上局部地形成厚度为40nm的多个含有磷的非晶硅部分作为多个第一掺杂源部分1151。

步骤S45,对步骤S44中所形成的结构进行高温退火处理使得激活第一掺杂源部分1151中的n型的掺杂粒子以在硅基底111的第二表面中形成多个第一掺杂部分116,激活第一选择性载流子传输前置层113’中的p型的掺杂粒子并且使第一选择性载流子传输前置层113’晶化以形成选择性载流子传输层113。此外,在进行高温退火处理的过程中,还在第一掺杂源部分1151的背向硅基底111的表面和硅基底111的第一表面上形成了第一氧化层1152、在选择性载流子传输层113背向硅基底111的表面上形成了第二氧化层1131。例如,高温退火处理包括在退火炉管中以970℃对中间半导体结构进行高温热处理。

步骤S46,移除第一氧化层1152和第二氧化层1131。例如,使用HF溶液。

步骤S47,在硅基底111的第一表面和第一掺杂源层的背向硅基底111的表面上形成第一钝化层117,并且在选择性载流子传输层113的背向硅基底111的表面上形成第二钝化层118。例如,第一钝化层117和第二钝化层118可以分别是氧化铝层、氧化镓层和氮氧化硅层的叠层。

步骤S48,形成第一接触电极1191和第二接触电极1192。

在上述第一实施例到第四实施例中,通过一步高温退火处理步骤实现对待形成电池单元的半导体结构的正面和背面的同时热处理,但本公开不限于此。也可以分别对待形成电池单元的半导体结构的正面和背面进行热处理。

此外,上述选择性载流子传输前置层113’、113”不限于通过PVD的方式形成,还可以采用其他方式,例如诸如PECVD的CVD。

例如,通过下面的第五实施例进行示例性说明。

第五实施例

图8是根据本公开的第五实施例的电池单元的制造方法的流程示意图。

利用根据第五实施例的制造方法制造的电池单元的结构与如图1所示的利用根据第一实施例的制造方法制造的电池单元的结构基本相同,在此不再赘述。

根据本公开的第五实施例的电池单元的制造方法包括:

步骤S51,提供第一型的硅基底111并对硅基底111的第一表面和第二表面进行表面处理。

步骤S52,在硅基底111的第一表面上局部地形成包括具有第一型的掺杂粒子的多个第一掺杂源部分1151的第一掺杂源层。

步骤S53,对步骤S52形成的结构进行高温退火处理,激活第一掺杂源部分1151中的第一型的掺杂粒子以在硅基底111的第一表面中形成多个彼此分开的多个第一掺杂部分116。

步骤S54,在硅基底111的第二表面上形成钝化介质层112。

步骤S55,在钝化介质层112的背向硅基底111的表面上形成具有第二型的掺杂粒子的第一选择性载流子传输前置层113’。通过高温退火处理激活第一选择性载流子传输前置层113’中的第二型的掺杂粒子并且使第一选择性载流子传输前置层113’晶化以形成选择性载流子传输层113。此外,在进行高温退火处理的过程中,还在第一掺杂部分116的背向硅基底111的表面和硅基底111的第一表面上形成了第一氧化层1152、在选择性载流子传输层113的背向硅基底111的表面上形成了第二氧化层1131。例如,高温退火处理包括在退火炉管中以850℃进行高温热处理。

步骤S56,移除第一氧化层1152和第二氧化层1131。

步骤S57,在硅基底111的第一表面和第一掺杂源层的背向硅基底111的表面上形成第一钝化层117,并且在选择性载流子传输层113的背向硅基底111的表面上形成第二钝化层118。

步骤S58,形成第一接触电极1191和第二接触电极1192。

另外,第五实施例中的步骤S52和步骤S54的顺序也可以交换。

本公开实施例还包括以下技术方案:

技术方案1、一种硅基太阳能电池单元,包括:

第一型的硅基底,其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面;

多个第一掺杂部分,其在所述硅基底的第一表面中,所述多个第一掺杂部分彼此分开并且掺杂有第一型的掺杂粒子;

多个第一掺杂源部分,所述多个第一掺杂源部分分别设置在所述多个第一掺杂部分的背向所述硅基底的表面并且掺杂有所述第一型的掺杂粒子;以及

第一钝化层,其覆盖所述硅基底的第一表面和所述多个第一掺杂源部分背向所述硅基底的表面。

技术方案2、根据技术方案1所述的电池单元,其中,

所述多个第一掺杂部分分别通过激活所述多个第一掺杂源部分中的第一型的掺杂粒子而使所述第一型的掺杂粒子掺杂到所述硅基底的第一表面中而形成。

技术方案3、根据技术方案1所述的电池单元,还包括:

多个第一接触电极,所述第一接触电极穿透所述第一钝化层与所述第一掺杂源部分欧姆接触。

技术方案4、根据技术方案1所述的电池单元,其中,

所述第一接触电极沿所述硅基底的厚度方向上在所述硅基底上的投影落入所述第一掺杂源部分沿所述硅基底的厚度方向在所述硅基底上的投影内。

技术方案5、根据技术方案1所述的电池单元,其中,

所述硅基底和所述第一掺杂部分为单晶硅或多晶硅,

所述第一掺杂源部分包括微晶硅、非晶硅或者多晶硅中的一种或多种。

技术方案6、根据技术方案1所述的电池单元,其中,

所述第一钝化层包括氧化硅层、氧化铝层、氧化镓层、氧化钛层、氮氧化硅层、氮氧化铝层、硅层、碳化硅层中的一种或多种的单层或叠层。

技术方案7、根据技术方案1-6中任一项所述的电池单元,还包括:

钝化介质层,其在所述硅基底的第二表面上;

选择性载流子传输层,其在所述钝化介质层背向所述硅基底的表面,所述选择性载流子传输层掺杂有第二型的掺杂粒子;以及

第二钝化层,其在所述选择性载流子传输层的背向所述硅基底的表面。

技术方案8、根据技术方案7所述的电池单元,还包括:

多个第二接触电极,所述多个第二接触电极穿透所述第二钝化层与所述选择性载流子传输层欧姆接触。

技术方案9、根据技术方案7所述的电池单元,其中,

所述第一型为n型,并且所述第二型为p型。

技术方案10、根据技术方案7所述的电池单元,其中,

所述第一型为p型,并且所述第二型为n型。

技术方案11、根据技术方案7所述的电池单元,其中,

所述选择性载流子传输层包括微晶硅、非晶硅和多晶硅中的一种或多种。

技术方案12、根据技术方案7所述的电池单元,其中,

所述第二钝化层包括氧化硅层、氧化铝层、氧化镓层、氧化钛层、氮氧化硅层、氮氧化铝层、硅层、碳化硅层中的一种或多种的单层或叠层。

技术方案13、根据技术方案7所述的电池单元,其中,

所述钝化介质层包括非金属氧化物层和金属氧化物层中的一种或多种的单层或叠层。

技术方案14、根据技术方案7所述的电池单元,其中,

所述钝化介质层包括氧化硅层、氧化铝层、氧化镓层、氧化钛层、氮氧化硅层、氮氧化铝层、氮化硅层中的一种或多种的单层或叠层。

技术方案15、根据技术方案7所述的电池单元,其中,

所述钝化介质层的厚度在0.1nm-10.0nm的范围内。

技术方案16、一种电池单元的制造方法,包括:

提供第一型的硅基底,所述硅基底包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面;

在所述硅基底的第一表面上形成多个第一掺杂源部分,所述多个第一掺杂源部分彼此分开并且掺杂有第一型的掺杂粒子;

通过高温退火处理激活所述多个第一掺杂源部分中的第一型的掺杂粒子,以分别在所述硅基底的第一表面中形成多个第一掺杂部分;以及

形成第一钝化层,所述第一钝化层覆盖所述硅基底的第一表面和所述多个第一掺杂源部分背向所述硅基底的表面。

技术方案17、根据技术方案16所述的电池单元的制造方法,还包括:

形成多个第一接触电极,使得所述多个第一接触电极穿透所述第一钝化层与所述多个第一掺杂源部分欧姆接触。

技术方案18、根据技术方案16所述的电池单元的制造方法,还包括:

在所述硅基底的第二表面上形成钝化介质层;

在所述钝化介质层背向所述硅基底的表面形成选择性载流子传输层,所述选择性载流子传输层掺杂有第二型的掺杂粒子;

在所述选择性载流子传输层的背向所述硅基底的表面形成第二钝化层;以及

形成多个第二接触电极,所述多个第二接触电极穿透所述第二钝化层与所述选择性载流子传输层欧姆接触。

本公开的范围并非由上述描述的实施方式来限定,而是由所附的权利要求书及其等同范围来限定。

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