双面电池的掺杂方法与流程

本发明涉及一种掺杂方法，特别是涉及一种双面电池的掺杂方法。

背景技术：

双面电池是指可双面接收太阳光的太阳能电池，因其结构简单且具有相对较高的光电转换效率而广受关注。目前比较常用的双面电池的掺杂结构的工艺为双面扩散。先对硅片进行第一导电类型掺杂元素的掺杂扩散(例如正面需要第一导电类型掺杂)，但是在扩散过程中硅片的所有表面都暴露于第一导电类型掺杂源的作用下，这样需要在该次扩散之后抛光硅片的背面以去除背面的第一导电类型掺杂层，还需刻蚀硅片的边缘以除去进入硅片侧壁的第一导电类型掺杂元素。之后，保护好硅片的正面，再进行第二次的第二导电类型掺杂元素的扩散以在硅片的背面中形成第二导电类型掺杂层。

这种工艺存在以下缺陷：为了增加太阳光的利用率，较为理想的双面电池的正面和背面都能保留绒面，但是在双面扩散的工艺中由于背面抛光使得背面的绒面不复存在，从而从一定程度上降低了对太阳光的利用率。再者，因为扩散并无方向性，在第二次扩散之前，必须在正面设置保护层来保护已经形成的第一导电类型掺杂层，在完成第二次扩散之后再去除该保护层。而且二次扩散需要分开进行，硅片要经过二次高温工艺，不仅会影响最终的电池性能，还增加了生产成本。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中掺杂双面电池结构时有两道热工艺且背面绒面难以保留的缺陷，提供一种仅有一道热工艺且能保留背面绒面的掺杂方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种双面电池的掺杂方法，其特点在于，包括以下步骤：

s1：对硅衬底双面制绒，该硅衬底具有第一表面以及与该第一表面相对的第二表面；

s2：对该硅衬底的第一表面进行磷离子注入，注入剂量至少为2.5e15/cm²；

s3：通过背靠背扩散的方式对该硅衬底的第二表面进行硼扩散以在第二表面侧的硅衬底中形成硼掺杂层，同时第一表面侧的磷被推进至硅衬底中形成磷掺杂层，其中硼扩散温度在850℃-1000℃；

s4：蚀刻去除扩散过程中形成于硅衬底侧壁中的硼。

经过试验发现，采用本发明工艺制得的掺杂结构的两个表面的绒面都能较好地被保留，且通过磷离子注入和背靠背扩散的结合，第一表面和第二表面的掺杂浓度都较为理想，第一表面几乎没有硼进入或者仅有少量硼进入，由该掺杂结构制得的双面电池的背面效率和正面效率相当接近，背面效率为正面效率的95％以上。

优选地，步骤s3中硼扩散之前或者硼扩散的同时包括以下步骤：在扩散炉中通氧气，流量为1-15slm(标准升每分钟，标准状态是0℃，一个标准大气压下)。

优选地，步骤s4之后包括以下步骤：去除扩散过程中形成的硼硅玻璃和氧化层。

在该技术方案中，会在硅衬底的表面形成氧化层，如此可以在不影响第二表面硼掺杂的情况下防止硼进入硅衬底的第一表面。经过试验可知，第一表面的方阻在20-40ω/□左右，可知第一表面中几乎没有硼的进入。

优选地，步骤s4之后包括以下步骤：采用回蚀试剂去除硼扩散过程中形成于第一表面上的硼扩散层并且保留绒面。

优选地，该回蚀试剂用于去除1nm-50nm的硼扩散层。

在这一技术方案中，可能会有少量的硼进入第一表面，通过回蚀来去除可能掺有硼的硅层，来保证第一表面能够获得理想的方阻。由于回蚀的硅层 在纳米数量级，而绒面一般在微米数量级，因此回蚀几乎不会对绒面的构造造成影响，即能够在去除含硼硅层的情况下保证第一表面的绒面，从而使得双面电池的两个绒面都能得到保留。

优选地，该回蚀试剂选自：氨水和双氧水的混合物、氢氟酸和双氧水的混合物、氢氟酸和硝酸的混合物、氢氧化钾、tmah(四甲基氢氧化铵)中的一种或多种。

优选地，步骤s2中除了离子注入之外还可以通过以下方式形成第一表面侧的磷掺杂：在第一表面涂覆磷源(结合后续的硼扩散，磷会进入第一表面侧的硅衬底形成磷掺杂)、磷扩散或气相沉积磷源。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

在磷离子注入后进行硼扩散，一步高温工艺实现硅片正背面的掺杂，简化了工艺步骤，降低了生产成本。

通过特定条件的磷离子注入和背靠背硼扩散的结合，发现背面的绒面得以保留，并且由此制得的双面电池的背面效率和正面效率非常接近，背面效率为正面效率的95％以上。

附图说明

图1为本发明实施例1的硅衬底双面制绒的示意图。

图2为本发明实施例1中磷离子注入后的结构示意图。

图3为本发明实施例1中背靠背硼扩散后所得的结构示意图。

图4为本发明实施例1中去除硼硅玻璃后所得的掺杂结构示意图。

图5为本发明实施例2中硼扩散之前通入氧气所得的结构示意图。

图6为图5所示情况的局部放大示意图。

图7为本发明实施例3中第一表面有少量硼进入的结构示意图。

具体实施方式

下面以磷离子注入为例，通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

参考图1-图4，首先对硅衬底10双面制绒，该硅衬底具有第一表面以及与该第一表面相对的第二表面。这里以上方的表面作为第一表面，下方的表面为第二表面。

参考图2，接着对该硅衬底的第一表面进行磷离子注入，注入剂量为2.5e15/cm²，其中以20表示磷离子注入层。

参考图3，通过背靠背扩散的方式(两个硅衬底的第一表面靠在一起，第二表面暴露在外)对该硅衬底的第二表面进行硼扩散以在第二表面侧的硅衬底中形成硼掺杂层30，同时第一表面侧的磷被推进至硅衬底中形成磷掺杂层，依然以标记20表示，其中硼扩散温度为890℃。在硼扩散过程中，还会在硅衬底的两个表面上形成硼硅玻璃31。并且硅衬底的侧壁中也会形成硼掺杂(图中未示出)。

参考图4，采用等离子体边缘蚀刻去除扩散过程中形成于硅衬底侧壁中的硼，之后采用hf洗去硼硅玻璃31，得到如图4所示的掺杂结构。

实施例2

实施例2的基本原理与实施例1相同，不同之处在于：

参考图4-图6，完成注入后、硼扩散之前包括以下步骤：在扩散炉中通氧气，流量为10slm。由此硅衬底的两个表面上会形成氧化层32，并且扩散过程中依然会形成硼硅玻璃31。之后采用hf去除氧化层32和硼硅玻璃31，得到如图4所示的掺杂结构。

其余未提及之处参照实施例1。

实施例3

实施例3的基本原理与实施例1相同，不同之处在于：

虽然是背靠背扩散，但是经注入的第一表面侧还是有可能会有少量硼进入，图7中以33表示第一表面侧的含硼的硅层，因此在等离子体边缘刻蚀之后，采用回蚀试剂去除这一含硼的硅层，同时又不会损伤第一表面侧的绒面。回蚀药液例如：氨水：双氧水＝1：1至5：1(体积比)，回蚀时温度70-80摄氏度，反应时间5-30分钟，由此去除含硼的硅层。

其余未提及之处参照实施例1。

从工艺步骤上来说，本发明的工艺步骤较少，流程简单。具体对比如下：

双面扩散的传统工艺：制绒-〉扩散掺杂第一种元素-〉背刻蚀-〉扩散掺杂第二种元素。需要两道高温工艺，并且一面绒面会被破坏。

离子注入正常工艺：制绒-〉硼扩散-〉背刻蚀-〉磷离子注入-〉退火。需要经历扩散和离子注入后的退火两道高温工艺，并且一面绒面会被破坏。

在以上两种现有工艺中，因为硼扩散的缘故必须进行背面(n型掺杂那面)的刻蚀，由此背面的绒面就无法保留了。与两种现有工艺对比可发现，本发明只要一步高温工艺；且因为采用了特定参数的磷离子注入和背靠背扩散工艺，经过实验发现磷离子注入面几乎没有硼进入，或者仅有很少硼进入，从而无需抛光刻蚀，因此能够保留双面的绒面。

实施例4

实施例4的基本原理与实施例1相同，不同之处在于：

硅衬底第一表面的磷掺杂是通过涂覆磷源实现。例如在硅衬底第一表面涂覆磷硅玻璃，然后经过硼扩散高温工艺，第一表面上磷硅玻璃中的磷进入硅衬底中实现磷掺杂。其他步骤和实施例1相同。利用涂覆磷源进行磷掺杂，只需要一步高温工艺，简化了工艺步骤。同时也保留了硅衬底两面绒面，用这种掺杂工艺制作的太阳能电池的双面性更好。

实施例5

实施例5的基本原理与实施例1相同，不同之处在于：

硅衬底第一表面的磷掺杂是通过气相沉积磷源实现。例如在硅衬底第一 表面气相沉积磷硅玻璃，然后经过硼扩散高温工艺，第一表面上磷硅玻璃中的磷进入硅衬底中实现磷掺杂。其他步骤和实施例1相同。利用气相沉积磷源进行磷掺杂，只需要一步高温工艺，简化了工艺步骤。同时也保留了硅衬底两面绒面，用这种掺杂工艺制作的太阳能电池的双面性更好。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。