氮化硅掩膜表面的網(wǎng)印工藝

氮化硅掩膜表面的網(wǎng)印工藝

1選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的實(shí)現(xiàn)方法近年來，照明行業(yè)以40%以上的速度和速度快速發(fā)展。人們從各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)μ栯姵剡M(jìn)行研究,其中研究的最重要目標(biāo)是提高效率,降低成本。在常規(guī)晶體硅太陽電池中,為了減小電極和硅片的接觸電阻,通常要求擴(kuò)散后方塊電阻為40Ω/□左右的高濃度摻雜,但此時(shí)電池的頂層復(fù)合大,限制了電池的轉(zhuǎn)換效率。選擇性發(fā)射極作為晶體硅太陽能電池生產(chǎn)工藝中實(shí)現(xiàn)高效率的方法之一,能夠很好地解決這一常規(guī)晶體硅太陽電池生產(chǎn)工藝所不能解決的矛盾,提高電池的轉(zhuǎn)換效率。選擇性發(fā)射極有多種實(shí)現(xiàn)方法,譬如在電極區(qū)印刷高濃度磷漿后放入擴(kuò)散爐中擴(kuò)散;硅片表面不同區(qū)域沉積不同濃度的磷硅玻璃;以及一些其它的新工藝。雖然表現(xiàn)出了比常規(guī)晶體硅太陽電池更好的電性能,但是上述方法成本太高,無法大批量生產(chǎn),有必要尋求一種新的選擇性發(fā)射極的實(shí)現(xiàn)方法。本文研究了一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的實(shí)現(xiàn)方法。在制絨清洗后的硅片上等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積一定厚度的SiNx掩膜,然后采用絲網(wǎng)印刷腐蝕漿料的方式腐蝕出電極圖形,經(jīng)過三氯氧磷液態(tài)源擴(kuò)散完成重?cái)U(kuò),去除氮化硅掩膜后進(jìn)行淺擴(kuò)最終實(shí)現(xiàn)選擇性發(fā)射極。本方法旨在通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝,避免常規(guī)晶體硅太陽電池工藝的技術(shù)缺陷,在較低成本下實(shí)現(xiàn)高效太陽電池。2擇性發(fā)射極太陽電池更有利于提高光生載流子的收集率圖1(a)為常規(guī)晶體硅太陽能電池,圖1(b)為選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池。選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的特點(diǎn)是在電極區(qū)摻雜濃度高,而光吸收區(qū)摻雜濃度低,這樣便在低摻雜區(qū)和高摻雜區(qū)交界處獲得一個(gè)橫向n+/n高低結(jié),并在電極柵線下獲得一個(gè)n+/p結(jié)。圖2為常規(guī)晶體硅太陽電池和選擇性發(fā)射極太陽電池的能帶圖。對比圖2(a)、2(b)可知:與常規(guī)晶體硅太陽電池相比,選擇性發(fā)射極太陽電池更有利于光生載流子的收集,尤其能提高短波光生載流子的收集率。由半導(dǎo)體物理知識可以知道常規(guī)晶體硅太陽電池的接觸勢壘為:qVD1=kTlnN+ANDn2i(1)qVD1=kΤlnΝA+ΝDni2(1)而選擇性發(fā)射極太陽電池的接觸勢壘為:qVD2=kTlnN+AND+n2i(2)qVD2=kΤlnΝA+ΝD+ni2(2)明顯有qVD2>qVD1,所以選擇性發(fā)射極太陽電池與常規(guī)晶體硅太陽電池相比,提高了輸出電壓。金屬和半導(dǎo)體的接觸電阻和半導(dǎo)體的摻雜濃度有密切的關(guān)系,摻雜濃度越高,接觸電阻越小。采用高的表面濃度和相對較深的結(jié)深,相比在其它各處都采用一樣的較低的表面雜質(zhì)濃度和結(jié)深是可以獲得更低的接觸電阻的。這就是說,相比之下,選擇性發(fā)射極太陽電池可以形成良好的歐姆接觸,從而獲得更小的串聯(lián)電阻。另外選擇性發(fā)射極太陽電池在光吸收區(qū)采用較低的表面摻雜濃度,相比常規(guī)晶體硅太陽電池可以顯著地減小光生少數(shù)載流子的表面復(fù)合。另外,低的表面摻雜濃度的表面鈍化效果優(yōu)于高摻雜,可以進(jìn)一步減少表面態(tài)密度,從而進(jìn)一步減小光生少數(shù)載流子的復(fù)合?？偠灾?相比常規(guī)晶體硅太陽電池,選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池在開路電壓、短路電流密度和填充因子上都具有一定的優(yōu)勢,能夠提高電池的轉(zhuǎn)換效率。3陽電池的方法,工藝流程本文研究采用氮化硅作為掩膜實(shí)現(xiàn)選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的方法,工藝流程如圖3所示。實(shí)驗(yàn)采用125×125cm2、厚度為200μm的原始硅片,各向異性腐蝕制絨,之后使用鹽酸去金屬離子,完成制絨清洗工藝。3.1pecvd氮化硅薄膜減反劑氮化硅薄膜能有效阻擋Na、P等元素的擴(kuò)散,能夠作為有效的擴(kuò)散阻擋層。為了達(dá)到理想的擴(kuò)散阻擋效果,要求制備的氮化硅薄膜具有高的致密性。在常規(guī)晶體硅太陽電池工藝中,一般采用PECVD氮化硅薄膜作為減反膜,減少入射光的反射以增加電池的光生載流子,另外為了達(dá)到很好鈍化效果,這層氮化硅薄膜含有一定量的氫。采用PECVD的方法制備的氮化硅薄膜具有良好的均勻性,但是薄膜各處含氫量不一樣,而且擴(kuò)散高溫下氫會(huì)從掩膜中快速逸出,從而導(dǎo)致薄膜致密性的不均勻,最終部分區(qū)域沒有有效阻擋。通過改變射頻功率、硅烷和氨氣的流量比,減少掩膜中的氫含量,改善氮化硅掩膜的擴(kuò)散阻擋性能。本文所使用的氮化硅掩膜沉積厚度為80nm,折射率為2.3。3.2印刷腐蝕漿料采用金屬化時(shí)使用的傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷機(jī)將由一定量的磷酸和添加劑組成的腐蝕漿料印刷在待腐蝕區(qū)域,完成開窗過程。采用絲網(wǎng)印刷腐蝕漿料的方式實(shí)現(xiàn)氮化硅掩膜的開窗,去除電極區(qū)下的氮化硅,相對于激光熔融、光刻和等離子刻蝕等方法,具有很高的產(chǎn)量,而且設(shè)備投資和運(yùn)營成本也低。之后采用液態(tài)源POCl3進(jìn)行擴(kuò)散,電極區(qū)重?cái)U(kuò)方塊電阻為10Ω/□。然后去除氮化硅掩膜,同樣采用液態(tài)源POCl3完成淺擴(kuò),淺擴(kuò)區(qū)方塊電阻為80Ω/□,最終實(shí)現(xiàn)選擇性發(fā)射極。4結(jié)果與討論4.1熱生長和高溫氧化對電池電性能參數(shù)的影響常見的擴(kuò)散掩膜除了氮化硅還有二氧化硅,本文選擇使用氮化硅作為擴(kuò)散阻擋掩膜有以下兩點(diǎn)原因:(1)氮化硅相對二氧化硅具有更佳的阻擋性能,它能阻擋二氧化硅所不能阻擋的元素。此時(shí)氮化硅除了作為擴(kuò)散掩膜還能防止其他雜質(zhì)元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入硅片;(2)二氧化硅一般采用高溫?zé)嵘L的方法,而本文的氮化硅掩膜使用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的方法,沉積溫度遠(yuǎn)低于熱生長二氧化硅的高溫。眾所周知,高溫對硅片存在一定的熱損傷,會(huì)影響硅片的少子壽命。為了考察高溫對電池電性能參數(shù)的影響,取20片絨面片,分為A、B兩組各10片,其中A組進(jìn)行高溫氧化,去氧化膜與B組使用相同工藝做成電池片。兩者的電性能參數(shù)如表1所示。從表1中可以看出,經(jīng)過高溫處理后電池的開路電壓和電流密度均有所下降,轉(zhuǎn)化效率下降了0.15個(gè)百分點(diǎn)。因此可以認(rèn)為采用二氧化硅掩膜制備選擇性發(fā)射極存在硅片高溫?zé)釗p傷帶來的弊病,這是本文研究氮化硅掩膜法制備選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池的重要出發(fā)點(diǎn)。4.2填充因子依據(jù)本實(shí)驗(yàn)方法制備的選擇性發(fā)射極太陽電池和常規(guī)太陽電池的電性能參數(shù)如表2所示。從表2可以看出,選擇性發(fā)射極電池的開路電壓(630mV)比常規(guī)太陽電池的開路電壓(625mV)高,這是因?yàn)殚_窗處的重?cái)U(kuò)和光吸收區(qū)的淺擴(kuò)所形成的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)使得太陽電池多了一個(gè)橫向n+/n高低結(jié)和一個(gè)橫向n/p結(jié),這有利于提高輸出電壓;短路電流密度提高了0.27mA/cm2,這是由于光吸收區(qū)低的表面雜質(zhì)濃度減小了光生少數(shù)載流子的表面復(fù)合,在高載流子產(chǎn)生率的區(qū)域獲得高的收集率。但由于仍采用絲網(wǎng)印刷方式印刷金屬柵線,遮光面積較大,所以短路電流密度提高的幅度受到了限制;填充因子升高幅度不大,具體原因需要進(jìn)一步分析。最終體現(xiàn)在電池效率上選擇性發(fā)射極太陽電池較常規(guī)太陽電池提高了0.3%。4.3陽電池內(nèi)量子效率對比太陽電池的光譜響應(yīng)是指光電流與入射光波長的關(guān)系。圖4為選擇性發(fā)射極太陽電池和常規(guī)太陽電池內(nèi)量子效率對比圖,從圖4中可以看出,選擇性發(fā)射極太陽電池相對于常規(guī)太陽電池有更好的短波響應(yīng)。常規(guī)太陽電池由于前表面摻雜濃度比較高,所以短波響應(yīng)差,而選擇性發(fā)射極太陽電池光吸收區(qū)的摻雜濃度低,有效地減少了頂層的表面復(fù)合,具有非常好的短波響應(yīng)。5本方法的優(yōu)缺點(diǎn)本文采用氮化硅掩膜法制備選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池。首先采用氮化硅作為掩膜避免了使用二氧化硅掩膜所帶來的高溫?fù)p傷的缺點(diǎn);其次本方法