太阳能电池的硼掺杂方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111785615 A(43)申请公布日 2020.10.16

(21)申请号 202010667296.8(22)申请日 2020.07.13

(71)申请人 常州时创能源股份有限公司

地址 213300 江苏省常州市溧阳市溧城镇

吴潭渡路8号(72)发明人 汤佳丽　张学成　杨立功　(51)Int.Cl.

H01L 21/225(2006.01)H01L 31/18(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页

(54)发明名称

太阳能电池的硼掺杂方法(57)摘要

本发明公开了一种太阳能电池的硼掺杂方法，包括沉积硼浆和激光掺杂，还包括热处理；在硅片表面沉积硼浆之后，先热处理，再激光掺杂。本发明在沉积硼浆和激光掺杂之间进行一定温度和时间的热处理，一方面热处理对硅片表面及体内缺陷进行有效的初步氢钝化，另一方面硼浆经热处理后得到初步扩散，再经激光进行二次掺杂，可达到电池片的有效钝化和硼元素的有效掺杂。

CN 111785615 ACN 111785615 A

权　利　要　求　书

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1.太阳能电池的硼掺杂方法，包括沉积硼浆和激光掺杂，其特征在于，还包括热处理；在硅片表面沉积硼浆之后，先热处理，再激光掺杂。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池的硼掺杂方法，其特征在于，还包括PECVD沉积SiN膜层；先在硅片表面PECVD沉积SiN膜层，再在SiN膜层上沉积硼浆。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池的硼掺杂方法，其特征在于，所述热处理在链式炉或管式炉中实施。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池的硼掺杂方法，其特征在于，所述热处理的温度为300～700℃。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池的硼掺杂方法，其特征在于，所述热处理的时间为1～240min。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池的硼掺杂方法，其特征在于，所述热处理的过程中通入氮气和/或氧气，氮气的流量不大于20L/min，氧气的流量不大于10L/min。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池的硼掺杂方法，其特征在于，所述沉积硼浆采用印刷、旋涂或喷涂。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池的硼掺杂方法，其特征在于，所述硼浆中的硼源为硼硅合金、氧化硼、硼酸、硼氧聚合物或卤化硼。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池的硼掺杂方法，其特征在于，所述激光掺杂的激光功率为20～100W，激光频率为50～800KHz。

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CN 111785615 A

说　明　书太阳能电池的硼掺杂方法

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技术领域

[0001]本发明涉及光伏领域，具体涉及一种太阳能电池的硼掺杂方法。

背景技术

[0002]随着传统能源的有限储量和人类对能源需求飞速增长之间不可调和的矛盾日渐突显，太阳能电池作为可再生能源具有以下优势：1、人类可利用的最丰富的能源；2、应用广泛，太阳光所到之处均可被利用；3、太阳能属于一种十分清洁的能源，在应用中不产生噪音和大气污染，对生态环境影响基本为零等。[0003]在现有技术中，晶硅太阳能电池由于其制造技术相对简单、成本较低等优点已得到广泛应用，工业化、自动化生产已相对成熟和稳定。其中扩散制结是晶硅太阳能电池的核心技术，而硼扩散掺杂是太阳能电池中实现高转换效率的关键之所在，其难点在于氧化硼（B2O3）沸点为1860℃。传统的硼扩散掺杂方法包括气相扩散法和固态源扩散法；以上两种方法均能够形成高质量结的硼扩散方法，具有低的发射极或者背场饱和电流密度，并能够保持高的有效寿命。但由于硼扩散特性均需要在相当时间段内保持一定高温，如900～1000℃，方能保证有效扩散。而这种长时间的高温会导致硅基底材料的少子寿命大幅度下降，最终影响光伏器件的转换效率。

[0004]含硼化合物结合激光掺杂技术可有效避免高温对晶硅的影响，该技术利用激光作用于晶硅表面产生的瞬时热能将硅片加热至熔融状态，同时将硼元素掺入晶硅，当激光光斑从熔融的区域移开后，达到迅速冷却并结晶，从而达到有效掺硼形成P+层的目的。但硼元素的扩散难度远高于磷元素，同样为了达到理想的硼掺杂效果，对掺杂使用的激光要求较高，通常选用高功率高频率激光器，所需的激光器要求较高，技术控制要求严苛，成本昂贵。发明内容

[0005]为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种太阳能电池的硼掺杂方法，包括沉积硼浆和激光掺杂，还包括热处理；在硅片表面沉积硼浆之后，先热处理，再激光掺杂。[0006]优选的，所述太阳能电池的硼掺杂方法，还包括PECVD沉积SiN膜层；先在硅片表面PECVD沉积SiN膜层，再在SiN膜层上沉积硼浆。[0007]优选的，所述热处理在链式炉或管式炉中实施。[0008]优选的，所述热处理的温度为300～700℃。[0009]优选的，所述热处理的时间为1～240min。[0010]优选的，所述热处理的过程中通入氮气和/或氧气，氮气的流量不大于20L/min，氧气的流量不大于10L/min。[0011]优选的，所述沉积硼浆采用印刷、旋涂或喷涂。[0012]优选的，所述硼浆中的硼源为硼硅合金、氧化硼、硼酸、硼氧聚合物或卤化硼。[0013]优选的，所述激光掺杂的激光功率为20～100W，激光频率为50～800KHz。[0014]本发明的优点和有益效果在于：

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说　明　书

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本发明在沉积硼浆和激光掺杂之间进行一定温度和时间的热处理，一方面热处理对硅片表面及体内缺陷进行有效的初步氢钝化，另一方面硼浆经热处理后得到初步扩散，再经激光进行二次掺杂，可达到电池片的有效钝化和硼元素的有效掺杂。[0015]硼浆沉积于SiN膜层上，由于PECVD淀积的SiN含有超过20%的氢，原子氢能够钝化硅表面的悬挂键以及体内缺陷，从而降低载流子的复合速率，提高材料的少子寿命。PECVD SiN中的氢对太阳能电池的钝化通过两步过程来实现，首先是硅表面淀积PECVD SiN时，硅表面形成富氢层，这些氢对硅表面起到钝化作用，其次是后续的热处理可以使硅表面的氢进一步扩散到器件内实现体缺陷钝化。

[0016]本发明通过低温热处理使硼浆有效附着于硅片表面，结合激光掺杂工艺，可以同时实现穿过钝化层的激光扩散以及低密度缺陷；一定温度范围的热处理对PECVD淀积SiN起到氢钝化的作用，随着热处理工艺，硅表面的氢一部分扩散到硅体内，一部分逸散到环境中；而适当的热处理温度与时间有利于部分氢先一步扩散至硅体内，以保证在电池的后续处理中更好的钝化硅表面悬挂键和体缺陷。

具体实施方式

[0017]下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。[0018]本发明提供一种太阳能电池的硼掺杂方法，先在硅片表面PECVD沉积SiN膜层，再在SiN膜层上沉积硼浆，再对硼浆进行热处理，再进行激光掺杂；

所述沉积硼浆采用印刷、旋涂或喷涂；硼浆中的硼源为硼硅合金、氧化硼、硼酸、硼氧聚合物或卤化硼；

所述热处理在链式炉或管式炉中实施；热处理的温度为300～700℃，热处理的时间为1～240min；热处理过程中可通入氮气、氧气，氮气的流量为0～20L/min，氧气的流量为0～10L/min；

所述激光掺杂的激光功率为20～100W，激光频率为50～800KHz，激光光斑大小为20～200μm；所使用的激光图形包括线图形、点图形和线段图形三种，线间距为0～2mm；硼掺杂区域中硼元素的掺杂浓度≥1.0E+19atoms/cm3，掺杂深度0.5～5μm。[0019]本发明的具体实施例如下：

实施例1

P-PERC电池的生产工艺，包括如下步骤：①P型片制绒；②磷扩散；③背面去PSG；④背面抛光；⑤背面印刷硼浆；⑥热处理；⑦背面激光硼掺杂；⑧清洗；⑨钝化；⑩印刷及烧结；

步骤⑤硼浆印刷为整面印刷；步骤⑥热处理在管式炉中实施，温度为580℃，氮气流量10L/min，时间40min；步骤⑦激光硼掺杂采用的图形为线图形，线间距1.302mm，激光功率40W，激光频率100KHz，硼掺杂深度2.8μm，掺杂浓度（表面浓度）2.5E+19atoms/cm3，激光光斑宽度120μm。[0020]对比例1

在实施例1的基础上，区别仅在于省去步骤⑥热处理，其他工艺步骤和工艺条件不变。[0021]实施例1所得电池片与对比例1所得电池片测试对比，实施例1所得电池片具有如下优势：Uoc提升3.7mV，Isc下降25mA，FF提升0.26%，Eta提升0.13%。

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CN 111785615 A[0022]

说　明　书

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实施例2

P-PERC电池的生产工艺，包括如下步骤：①P型片制绒；②磷扩散；③背面去PSG；④背面抛光+正面去PSG；⑤钝化；⑥背面印刷硼浆；⑦热处理；⑧背面激光硼掺杂；⑨清洗；⑩印刷及烧结；

步骤⑥硼浆印刷为局部印刷；步骤⑦热处理在链式炉中实施，温度为400℃，氮气流量5L/min，时间20min；步骤⑧激光掺杂采用的图形为线段图形，线间距1.42mm，激光功率55W，激光频率250KHz，硼掺杂深度4.05μm，掺杂浓度（表面浓度）6.8E+19atoms/cm3，激光光斑宽度35μm。

[0023]对比例2

在实施例2的基础上，区别仅在于省去步骤⑦热处理，其他工艺步骤和工艺条件不变。[0024]实施例2所得电池片与对比例2所得电池片测试对比，实施例2所得电池片具有如下优势：Uoc提升2.7mV，Isc提升33mA，FF提升0.23%，Eta提升0.22%。[0025]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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