[发明专利]一种重掺杂发射区和栅线电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于晶硅太阳电池技术领域，特别涉及一种重掺杂发射区和栅线电极的制备方法。

背景技术

晶硅电池提高竞争力的决定性因素就是提高光电转换效率。20世纪80年代之后，电池效率的提升主要是由于栅线电极、硅发射极等方面制备技术的优化。常规均匀发射极晶硅电池效率的提升主要依赖于银浆性能的改进。目前常规晶硅电池效率的提升空间已经十分有限，选择性发射极技术在收集电流的栅线电极以下采用重掺杂，以得到低接触电阻，而在产生光电子的太阳能电池受光区域以下采用轻掺杂，具有更少的俄歇复合，是目前显著提高实验室与产业化晶硅电池转换效率的主流技术。近年来发展了多种选择性发射极太阳能电池技术，例如掺杂银浆、激光刻槽埋栅、激光掺杂等技术。掺杂银浆就是在银浆中添加掺杂剂，通过丝网印刷等技术印制在电池前表面，然后在烧结过程中掺杂原子在硅发射极中局域扩散，通过获得局域重掺杂以降低接触电阻(Hilali,Optimization of self-doping ag paste firing to achieve high fill factors on screen-printed silicon solar cells with a100ω/sq.Emitter,Photovoltaic Specialists Conference,2002.Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE,(2002)356-359;林喜斌,N型掺杂银浆的研制,稀有金属,27(2003)246-248)。然而，该方案需要硅片整体经过高温烧结过程，为了保证足够的磷掺杂，所需的烧结温度较高，甚至可能达到1000℃(Porter,Phosphorus-doped,silver-based pastes for self-doping ohmic contacts for crystalline silicon solar cells,Sol.Energy Mater.Sol.Cells,73(2002)209-219)，高温过程会破坏硅片的晶体结构从而降低电池效率。此外，由于掺杂剂的添加，浆料中的银含量会适当降低，影响栅线电极的导电性。采用激光的选择性发射极太阳能电池技术，已经发展了两代技术：激光刻槽埋栅和激光掺杂。激光刻槽埋栅技术由澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）首先提出，该方案采用激光在电池表面刻蚀出微米量级的沟槽，然后通过化学镀或者电镀的方法制备栅线电极，最后进行热退火。然而该方案需要两次管式扩散、边缘刻蚀等环节，工艺过于复杂，同时也需要硅片整体通过烧结炉以完成电极烧结。UNSW和德国Fraunhofer研究所将该技术改进为激光掺杂技术，采用激光局域热处理电池表面的掺杂剂完成局域重掺杂，主要分为干法激光掺杂(Wenham,Self aligning method for forming a selective emitter and metallization in a solar cell,6429037(2002)9)和湿法激光掺杂(Kray,Process and device for the precision-processing of substrates by means of a laser coupled into a liquid stream,and use of same,20100213166(2010)13)两种。干法激光掺杂就是通过激光局域热处理预沉积在电池表面的掺杂剂获得局域重掺杂，然后通过电镀等技术制备栅线电极，最后通过热退火完成电极烧结。而湿法激光掺杂就是通过耦合于掺杂溶液中的激光局域热处理电池表面形成局域重掺杂，然后采用电镀等技术完成栅线电极制备，最后采用热退火进行电极烧结。UNSW的干法激光掺杂电池效率已经超过19%(Lee,Improved ldse processing for the avoidance of overplating yielding19.2%efficiency on commercial grade crystalline si solar cell,Sol.Energy Mater.Sol.Cells,95(2011)3592-3595)，Fraunhofer研究所采用湿法激光掺杂技术的电池效率已经超过20%(Kray,Laser-doped silicon solar cells by laser chemical processing(lcp)exceeding20%efficiency,33rd IEEE Photovoltaic Specialist Conference,(2008)786-788)。然而，激光掺杂技术流程也较为复杂，在预置掺杂层之后，采用激光局域热处理预置层完成局域掺杂，然后采用电镀等方法制备电极，最后硅片整体通过烧结炉热退火完成电极烧结。分别完成局域掺杂和电极烧结两个环节，过多的技术环节增加了电池污染破损的可能性，硅片整体通过烧结炉增加了硅片的热损伤，制约了效率的进一步提升，也提高了生产成本。