[发明专利]多晶硅薄膜太阳能电池的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别是一种在低纯度3N级多晶硅衬底上制造多晶硅薄膜太阳能电池的方法。

相关的背景技术

太阳能是一种干净、清洁、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源，将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础，受到世界各国的普遍重视。受单晶硅材料价格和单晶硅电池制备过程的影响，作为单晶硅太阳能电池的替代产品，薄膜太阳能电池以其低成本、高转换效率、适合规模生产等优点，引起生产厂家的广泛兴趣，薄膜太阳能电池的产量迅速增长。多晶硅薄膜电池既具有晶体硅电池的高效、稳定、无毒和资源丰富的优势，又具有薄膜电池工艺简单、材料节省、成本大幅度降低的优点，多晶硅薄膜电池的研究开发已成为近几年的热点。而多晶硅薄膜电池研究的关键技术是发展性能优良的廉价衬底材料。通常的情况下，人们选择价格低廉的玻璃作为衬底，然后在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在衬底表面。但是，直接在玻璃上用CVD法沉积多晶硅，较难形成较大的晶粒，并且容易在晶粒之间形成孔隙，对制备较高效率的电池不利。因此对再结晶技术进一步改进，以提高晶粒尺寸，其具体方法是：先用化学气相沉积(CVD)法在衬底表面形成一层较薄的非晶硅层，再用高温将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，用这层较薄的大尺寸多晶硅层作为籽晶层，在其上面用CVD法生长厚的多晶硅膜。可以看出，这种CVD法制备多晶硅薄膜太阳电池的方法还要寻找一种较好的再结晶技术，这样的方法也能形成效率高的多晶硅薄膜电池，但是它增加了工艺的复杂程度，从而增加了制造电池的成本，效率的提高不能弥补工艺增加的成本。与此同时，由于衬底与外延层晶格和膨胀系数的不匹配，从而使外延层产生大量位错等缺陷，再次区熔结晶也不能消除。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、高效率、易于产业化的多晶硅薄膜太阳能电池的制造方法。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：多晶硅薄膜太阳能电池制造方法，包括在衬底上外延形成第一半导体层和第二半导体层步骤、形成接触电极步骤和在第二半导体层上形成一层减反射膜步骤，衬底选择3N级纯度多晶硅片。

衬底选择3N级纯度高掺杂的具有大晶粒柱状晶的多晶硅片。

多晶硅片经高温处理在表面形成杂质耗尽层。

多晶硅片高温处理步骤为：把多晶硅片放入反应室中带有射频感应加热线圈的基座上，于1200±20℃加热15±5分钟，与此同时通入氢气。

多晶硅片高温处理后于1150±5℃退火处理10±5分钟。

外延形成第一半导体层步骤为：把反应组分硅烷或者三氯硅烷经高纯氢气稀释到体积浓度1％-10％、掺杂组分B₂H₆经高纯氢气稀释到体积浓度1％-5％，分别同时通入反应室于1150℃进行化学气相沉积，沉积至外延层把衬底轻微盖后停止供料，通氢气至边界层中的杂质排尽，再继续供料沉积至规定厚度。

外延形成第二半导体层步骤为：在第一半导体层表面以液态扩散源POCl₃浓度为10¹⁹/cm³于850-900℃扩散形成第二半导体层至规定厚度，形成p-n结。

取出带p-n结的多晶硅片清除边缘淀积的杂质，进行减反射膜淀积，再形成太阳能电池上下电极。

本发明过程中，既可先进行p型半导体的外延、然后进行p型半导体的外延，也可以先进行n型半导体层的外延、然后进行p型半导体的外延，只不过电极方向发生变化。

本发明使用低纯度的多晶硅作为衬底，由于外延层半导体也为硅半导体层，在进行外延时，外延层和衬底层的晶格能很好的匹配，没有晶体缺陷和内应力，并且外延层可以以衬底为籽晶生长，生长出大晶粒的多晶层。通过对多晶硅片进行高温加热处理，使低纯度的多晶硅表面层内含有的杂质得以扩散蒸发清除，从而减少在外延时对外延层进行扩散污染。如果再进行退火处理，还能使衬底进行二次结晶形成大晶粒的多晶硅。外延生长用适应性广的射频感应线圈加热，可以保证硅片内形成有效的温度梯度，使硅片表面的温度高于背面的温度，从而减少外延时衬底表面的杂质向外延层扩散，使外延层中杂质分布很陡，过渡层很薄，使得外延层沿着衬底晶粒的方向和大小生长，外延层可形成良好的大粒度的柱状晶，每一个柱状晶是一个太阳能电池，多个柱状晶相当于多个太阳能电池并联，从而实现太阳能电池的高效率。