Способ изготовления солнечного элемента с n+-p-p+ структурой

 

Изобретение относится к области изготовления оптоэлектронных приборов, в частности фотоэлектрических солнечных элементов (СЭ). Техническим результатом изобретения является снижение брака при изготовлении солнечных элементов (выход годных не менее 90%), повышение качества солнечных элементов, обеспечение стабильности технологического процесса и повышение эффективности СЭ - КПД до 17%. Сущность: способ включает операции: создание на тыльной поверхности кремниевой пластины р⁺-слоя, легированного бором, путем одновременной диффузии бора и фосфора при термообработке кремниевой пластины с нанесенным на тыльную и лицевую ее поверхности боросиликатной и фосфоросиликатной пленками соответственно, удаление слоя кремния и текстурирование на лицевой поверхности в одном технологическом процессе, нанесение защитного слоя на полученной на тыльной поверхности кремниевой пластины p⁺-слой в одном технологическом процессе с диффузией фосфора для получения n⁺-слоя на лицевой поверхности кремниевой пластины, формирование на лицевой поверхности кремниевой пластины n⁺-слоя, легированного фосфором, диффузией фосфора из нанесенного источника, удаление указанного защитного слоя и формирование контактов. 1 ил.

Изобретение относится к области изготовления оптоэлектронных приборов, в частности фотоэлектрических солнечных элементов (СЭ).

Известен способ изготовления СЭ, включающий текстурирование кремниевой пластины; диффузию бора из газовой фазы; окисление обеих поверхностей кремниевой пластины; нанесение маскирующего слоя на тыльную поверхность; химическое удаление окисла и поверхностного слоя кремния с лицевой стороны; текстурирование лицевой поверхности СЭ; создание n-слоя; формирование контактов (см. F. Recart et al. Screen printed bifacial solar cells on CZ substrates. The Materials of the Second World Conf. on Photoelectricity. Viena, 6-10 Yul, 1998.) К недостаткам известного способа следует отнести необходимость проведения вспомогательной высокотемпературной операции окисления, которая приводит к ухудшению рекомбинационных параметров кремниевой пластины и как следствие к уменьшению эффективности СЭ; а также формирования маскирующего слоя и проведения операции двух раздельных процессов текстурирования.

Известен способ изготовления СЭ со следующей последовательстью технологических операций: - на кремниевой пластине осуществляют одновременную диффузию бора и фосфора из нанесенных на тыльную и лицевую поверхности боросиликатной и фосфоросиликатной пленок соответственно; - проводят химическое удаление окисных пленок с обеих сторон кремниевой пластины; - текстурируют лицевую поверхность СЭ; - создают n⁺-слой; - формируют токосъемные контакты, причем формирование на лицевой стороне СЭ n⁺-слоя производят путем диффузии фосфора из нанесенного источника, содержащего по меньшей мере окись кремния и окись фосфора в соотношении не меньшем чем 1:3 для образования сложного нестехиометрического кремнефосфорокислородного соединения, обладающего коэффициентом преломления 1,7-1,8, что дает возможность использовать образующуюся пленку в качестве просветляющего покрытия на текстурированной лицевой поверхности СЭ (см. патент РФ N 2139601, МКИ H 01 L 31/18, публ. 10.10.99 г.), Формирование просветляющего покрытия одновременно с диффузией фосфора обеспечивает дополнительное снижение трудоемкости предлагаемого способа. Известный способ не содержит дополнительной высокотемпературной операции окисления и имеет меньшее общее число технологических операций.

Недостаток известного способа заключается в том, что в процессе формирования n⁺-слоя на лицевой стороне солнечного элемента (диффузия из нанесенного источника) возможно попадание паров легирующей примеси n-типа на незащищенную тыльную сторону (р⁺-слой), что может привести к ухудшению электрических параметров, внешнего вида элемента, т.е. привести к уменьшению процента выхода годных солнечных элементов.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение брака при изготовлении солнечных элементов (повышение процента выхода годных изделий), повышение качества солнечных элементов, обеспечение стабильности технологического процесса и повышение эффективности СЭ.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления солнечного элемента с n⁺ - р - р⁺ структурой, включающем осуществление операции создания на тыльной поверхности кремниевой пластины р⁺-слоя, легированного бором, путем одновременной диффузии бора и фосфора при термообработке кремниевой пластины с нанесенными на тыльную и лицевую ее поверхности боросиликатной и фосфоросиликатной пленок соответственно, удаление слоя кремния и текстурирование на лицевой поверхности в одном технологическом процессе, формирование на лицевой поверхности кремниевой пластины n⁺-слоя, легированного фосфором, диффузией фосфора из нанесенного источника и формирование контактов, после удаления слоя кремния и текстурирования лицевой стороны осуществляют защиту полученного на тыльной поверхности кремниевой пластины р⁺-слоя путем нанесения на него защитного слоя в одном технологическом процессе с диффузией фосфора для получения ⁺-слоя на лицевой поверхности кремниевой пластины, при этом перед формированием контактов указанный защитный слой удаляют.

Следовательно, за счет указанной в предлагаемом способе совокупности и последовательности операций достигается стабильность технологического процесса и повышение качества СЭ.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству, Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства, положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется на чертеже, где схематично изображена последовательность технологических операций, Пример конкретного выполнения. Использовались пластины монокристаллического кремния р-типа с ориентацией (100).После стравливания нарушенного слоя в растворе гидроокиси натрия или калия пластины отмывались в перекисных растворах. На лицевую и тыльную стороны пластины наносились стеклообразные пленки, содержащие легирующие примеси пятиокиси фосфора и окиси бора соответственно. Проводилась диффузия в атмосфере аргона при температуре около 980^oС в течение 20 мин. Полученный p⁺-слой имеет слоевое сопротивление около 25-35 Oм/□. Окисные пленки с поверхности пластины удаляются в растворе фтористоводородной кислоты. Далее проводится стравливание n слоя в растворе гидроокиси натрия или калия (2-5%) и изопропилового спирта (4-8%) при температуре 80±5^oС, при этом происходит текстурирование лицевой поверхности пластины. Диффузия фосфора проводится из нанесенной на лицевую поверхность пленки фосфоросиликатного стекла при температуре около 900^oС в течение 30-35 минут в среде аргона. Причем для предотвращения попадания пятиокиси фосфора на тыльную сторону пластины на тыльную сторону пластины наносится защитная стеклообразующая пленка. Полученный таким образом ⁺-слой имеет слоевое сопротивление 45-85 Oм/□. Затем следует стравливание легированного слоя кремния на торцах пластины и удаление защитного слоя с тыльной стороны солнечного элемента.

Далее на обе стороны пластины методом трафаретной печати серебросодержащей пасты наносится контактная сетка, состоящая из узких токосборных полос и широких полос, предназначенных для присоединения токоотводящих проводников. Паста вжигается в конвейерной печи при максимальной температуре около 720^oС.

В результате получаются солнечные элементы, имеющие КПД до 17%, с хорошим внешним видом с высоким процентом выхода годных изделий (не менее 90%).

Формула изобретения

Способ изготовления солнечного элемента с n⁺ - p - p⁺ структурой, включающий осуществление операции создания на тыльной поверхности кремниевой пластины р⁺-слоя, легированного бором, путем одновременной диффузии бора и фосфора при термообработке кремниевой пластины с нанесенными на тыльную и лицевую ее поверхности боросиликатной и фосфоросиликатной пленками соответственно, удаление слоя кремния и текстурирование на лицевой поверхности в одном технологическом процессе, формирование на лицевой поверхности кремниевой пластины n⁺-слоя, легированного фосфором, диффузией фосфора из нанесенного источника и формирование контактов, отличающийся тем, что после удаления слоя кремния и текстурирования лицевой стороны осуществляют защиту полученного на тыльной поверхности кремниевой пластины p⁺-слоя путем нанесения на него защитного слоя в одном технологическом процессе с диффузией фосфора для получения ⁺-слоя на лицевой поверхности кремниевой пластины, при этом перед формированием контактов указанный защитный слой удаляется.

РИСУНКИ

Рисунок 1