BC電池是一種先進的太陽能電池結(jié)構(gòu)，通過在電池背面交替排列p型和n型摻雜區(qū)域，消除了正面的光學(xué)遮擋損失。本文提出了一種簡化的、無需掩膜的摻雜工藝，通過調(diào)整APCVD工藝中的硼和磷含量，可以自由調(diào)節(jié)p型和n型摻雜剖面。ECV測量和四點探針法分別表征了摻雜剖面和薄層電阻。傳輸線法（TLM）測量表明，生成的摻雜區(qū)域具有良好的接觸性。現(xiàn)有IBC工藝的現(xiàn)狀

左：傳統(tǒng)IBC工藝的典型流程右：簡化工藝

傳統(tǒng)IBC工藝的流程

POCI?擴散：通過POCI?擴散在硅片表面形成n?摻雜的前表面場（FSF）和背表面場（BSF）。磷擴散到整個硅片表面，包括邊緣和后續(xù)將進行硼摻雜的區(qū)域。

濕化學(xué)去除PSG：通過濕化學(xué)方法去除沉積的磷硅酸鹽玻璃（PSG）。

沉積掩膜層：通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積（PECVD）沉積氮化硅（SiN?）掩膜層。該掩膜層用于阻擋后續(xù)的硼擴散，并在某些電池設(shè)計中作為蝕刻阻擋層。

激光燒蝕掩膜層：通過激光燒蝕掩膜層，暴露出發(fā)射極區(qū)域，以便進行后續(xù)的硼擴散。

BBr?擴散：通過BBr?擴散在暴露的區(qū)域進行硼摻雜，形成p?發(fā)射極。如果未預(yù)先去除磷摻雜，硼需要過量摻雜以補償磷，這可能會影響鈍化質(zhì)量。

去除掩膜層：完全去除掩膜層。

簡化工藝流程APCVD沉積：在正面沉積PSG層，背面沉積BSG-PSG雙層。

激光摻雜和燒蝕：通過激光摻雜生成p+發(fā)射極區(qū)域，并同時燒蝕玻璃層。

高溫擴散：在擴散爐中進行高溫步驟，磷從PSG層通過BSG層擴散到硅基底中，形成n+摻雜區(qū)域。激光摻雜的p+區(qū)域

激光摻雜過程中BSG-PSG雙層結(jié)構(gòu)的狀態(tài)激光輻射初始階段（0-5ns）

激光輻射（波長為532 nm）被硅基底吸收，主要在表面附近產(chǎn)生熱量。硅基底開始熔化，熔融前沿從表面向底部傳播，最大熔融深度為1-2 μm。激光燒蝕后的狀態(tài)

隨著激光能量的增加，硅蒸發(fā)和氣體膨脹導(dǎo)致玻璃層被燒蝕，燒蝕過程阻止了進一步的摻雜原子從玻璃層向硅基底擴散。在燒蝕之前，硼原子已經(jīng)擴散到硅基底中，形成p?摻雜區(qū)域。磷原子的擴散被燒蝕過程中斷，從而在p?摻雜區(qū)域中最小化了磷的摻雜。高溫步驟中的磷擴散

磷在BSG-PSG層疊結(jié)構(gòu)中擴散的示意圖

磷的擴散路徑：磷原子從PSG層通過BSG層擴散到硅基底中。由于磷在晶體硅（c-Si）中的擴散速度比硼快，尤其是在較低的擴散溫度下，磷的擴散占主導(dǎo)地位。

n?摻雜區(qū)域的形成：磷擴散到硅基底中，形成n?摻雜區(qū)域。這些n?摻雜區(qū)域與之前通過激光摻雜生成的p?摻雜區(qū)域形成互補的p-n結(jié)，這是IBC太陽能電池的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

硼的擴散限制：在高溫步驟中，硼的擴散被限制在表面附近（約100 nm以內(nèi)），而磷的擴散則更深。這種差異使得磷的擴散在n?摻雜區(qū)域中占主導(dǎo)地位。實驗樣品處理及表征

樣品處理：使用5×5 cm2的p型Cz硅片進行實驗，包括表面處理、APCVD沉積、激光處理和高溫擴散步驟。樣品表征：通過四點探針法測量n+摻雜區(qū)域的薄層電阻，使用電化學(xué)電容-電壓（ECV）和二次離子質(zhì)譜（SIMS）測量摻雜剖面，并通過傳輸線法（TLM）測量接觸電阻。薄層電阻（n+摻雜）

不同磷濃度和擴散溫度下n+摻雜區(qū)域的薄層電阻

磷濃度的影響：隨著PSG層中磷濃度的增加，n+摻雜區(qū)域的薄層電阻顯著降低。這是因為更高的磷濃度導(dǎo)致更多的磷原子擴散到硅基底中，增加了n型摻雜的濃度，從而降低了電阻。

擴散溫度的影響：在相同的磷濃度下，較高的擴散溫度（925°C）比較低的擴散溫度（850°C）導(dǎo)致更低的薄層電阻。

硼含量的影響：較高的硼含量（BSG 6%）比較低的硼含量（BSG 4%）導(dǎo)致更低的薄層電阻。這是因為硼含量的增加使得BSG層更加軟化，磷在BSG中的擴散速度加快，從而增強了磷的擴散效果。

純SiO?的對比：純SiO?層在925°C擴散溫度下的薄層電阻顯著高于含有硼的BSG層。這表明純SiO?對磷的擴散起到了阻礙作用，而BSG中的硼含量顯著增強了磷的擴散。n+ ECV剖面（爐擴散）

不同磷濃度的n+摻雜剖面925°C擴散溫度：摻雜剖面深度超過700 nm，薄層電阻為30-50 Ω/m2。摻雜剖面呈現(xiàn)典型的“kink-tail”形狀，表面濃度較高，隨著深度增加逐漸降低。

850°C擴散溫度：磷擴散受到抑制，導(dǎo)致較淺的摻雜剖面和較低的表面濃度。薄層電阻較高，約為125-2000 Ω/m2。

不同磷濃度和擴散溫度的n+摻雜剖面

925°C擴散溫度：摻雜剖面深度超過700nm，薄層電阻為30 Ω/m2。摻雜剖面呈現(xiàn)典型的“kink-tail”形狀，表面濃度較高。

850°C擴散溫度：即使在不高的擴散溫度下，摻雜剖面仍然較深，薄層電阻為62-132 Ω/m2。較高的硼含量顯著增強了磷的擴散，使得在較低溫度下也能獲得較深的摻雜剖面。

擴散溫度的影響：較高的擴散溫度促進了磷的擴散，使得摻雜剖面更深，薄層電阻更低。

磷濃度的影響：較高的磷濃度導(dǎo)致更高的表面摻雜濃度和更低的薄層電阻。n+ SIMS剖面（爐擴散）

SIMS和ECV測量的n+摻雜剖面的對比磷濃度：SIMS測量的磷濃度與ECV測量的凈n+摻雜濃度基本一致，但在表面附近，SIMS測量的磷濃度高于ECV測量的凈n+摻雜濃度。

硼濃度：SIMS測量的硼濃度在表面附近（約120nm以內(nèi)）顯著較高，表明在高溫擴散步驟中存在一定的硼污染。隨著深度增加，硼濃度迅速降低。

擴散溫度的影響：在925°C擴散溫度下，磷的擴散更深，表面濃度更高。在850°C擴散溫度下，磷的擴散較淺，表面濃度較低。p+ ECV剖面（激光摻雜）

激光摻雜生成的p+摻雜剖面

摻雜剖面形狀：激光摻雜生成的p+摻雜剖面呈盒狀，最大深度約為1.4μm。這種形狀是激光摻雜的典型特征，表明摻雜濃度在深度方向上分布較為均勻。

表面摻雜濃度：隨著PSG中磷濃度的增加，表面摻雜濃度顯著降低，尤其是在高磷濃度（12%）下。

磷濃度的影響：較高的磷濃度導(dǎo)致p+摻雜區(qū)域中磷的補償增加，從而降低了凈p型摻雜濃度。在PSG 12%的情況下，凈摻雜劑量比PSG 6%時減少了約2/3。p+ SIMS剖面（激光摻雜）

激光摻雜的p+剖面的SIMS測量結(jié)果

硼濃度：SIMS測量的硼濃度在表面附近（<30nm）顯著較高，但隨著深度增加迅速降低。在深度大于30nm的區(qū)域，硼濃度較為均勻。磷濃度：SIMS測量的磷濃度在表面附近顯著較高，尤其是在<30nm的區(qū)域內(nèi)，磷濃度甚至超過了硼濃度。隨著深度增加，磷濃度逐漸降低，但在整個剖面中仍然存在顯著的磷背景。

凈p+摻雜濃度：ECV測量的凈p+摻雜濃度在表面附近較低，但在深度大于30nm的區(qū)域較為均勻。盡管存在顯著的磷背景，ECV測量結(jié)果仍然顯示凈p型摻雜。IBC背面的p+和n+剖面組合

平面和紋理化Cz基底上生成的p+和n+摻雜剖面的組合p+摻雜剖面：在紋理化基底上，激光摻雜生成的p+摻雜剖面更深，最大深度約為1.4 μm。在平面基底上，p+摻雜剖面的深度較淺。

n+摻雜剖面：在紋理化基底上，高溫擴散生成的n+摻雜剖面更深，表面濃度更高。在平面基底上，n+摻雜剖面的深度較淺，表面濃度較低。接觸電阻率

激光摻雜和高溫擴散生成的p+和n+摻雜區(qū)域的接觸電阻接觸電阻率范圍：

激光摻雜生成的p+摻雜區(qū)域：平面基底的接觸電阻率大多在4-10 mΩcm2范圍內(nèi)。紋理化基底的接觸電阻率大多在2-7 mΩcm2范圍內(nèi)。

高溫擴散生成的n+摻雜區(qū)域：紋理化基底的接觸電阻率較低，大多在5 mΩcm2以下。平面基底的接觸電阻率較高，且存在較大的偏差，有時超過15 mΩcm2。

通過合理調(diào)整BSG中的硼含量、PSG中的磷濃度以及擴散溫度，可以在簡化工藝中實現(xiàn)低電阻的n+摻雜區(qū)域和高濃度的p+摻雜區(qū)域。此外，接觸電阻的測量結(jié)果顯示，生成的p+和n+摻雜區(qū)域具有良好的接觸性，適合商業(yè)絲網(wǎng)印刷漿料接觸，進一步提高IBC太陽能電池的性能和效率。

美能TLM接觸電阻測試儀

美能TLM接觸電阻測試儀所具備接觸電阻率測試功能，可實現(xiàn)快速、靈活、精準(zhǔn)檢測。測量接觸電阻率可以反映擴散、電極制作、燒結(jié)等工藝中存在的問題。

• 靜態(tài)測試重復(fù)性≤1.5%，動態(tài)測試重復(fù)性≤4%

• 接觸電阻率測試與線電阻測試隨意切換

• 定制多種探測頭進行測量和分析

本文提出的簡化工藝為IBC太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)提供了新的可能性，通過進一步優(yōu)化和調(diào)整工藝參數(shù)，有望在未來的太陽能電池制造中發(fā)揮重要作用。美能TLM接觸電阻測試儀的使用為工藝優(yōu)化和器件性能評估提供了可靠的工具，確保了摻雜區(qū)域接觸性能的精確測量和驗證。

原文出處：A simplified and masking-free doping process for interdigitated back contact solar cells using an atmospheric pressure chemical vapor deposition borosilicate glass / phosphosilicate glass layer stack for laser doping followed by a high temperature tep

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