BC電池是一種先進(jìn)的太陽(yáng)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(jiǎn)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(cè)量和四點(diǎn)探針法分別表征了摻雜剖面和薄層電阻。傳輸線法（TLM）測(cè)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(jiǎn)化工藝

傳統(tǒng)IBC工藝的流程

POCI?擴(kuò)散：通過POCI?擴(kuò)散在硅片表面形成n?摻雜的前表面場(chǎng)（FSF）和背表面場(chǎng)（BSF）。磷擴(kuò)散到整個(gè)硅片表面，包括邊緣和后續(xù)將進(jìn)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(qiáng)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(kuò)散，并在某些電池設(shè)計(jì)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(jìn)行后續(xù)的硼擴(kuò)散。

BBr?擴(kuò)散：通過BBr?擴(kuò)散在暴露的區(qū)域進(jìn)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(bǔ)償磷，這可能會(huì)影響鈍化質(zhì)量。

去除掩膜層：完全去除掩膜層。

簡(jiǎn)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(shí)燒蝕玻璃層。

高溫?cái)U(kuò)散：在擴(kuò)散爐中進(jìn)行高溫步驟，磷從PSG層通過BSG層擴(kuò)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(zhǎng)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(jìn)一步的摻雜原子從玻璃層向硅基底擴(kuò)散。在燒蝕之前，硼原子已經(jīng)擴(kuò)散到硅基底中，形成p?摻雜區(qū)域。磷原子的擴(kuò)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(kuò)散

磷在BSG-PSG層疊結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散的示意圖

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

n?摻雜區(qū)域的形成：磷擴(kuò)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(bǔ)的p-n結(jié)，這是IBC太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

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

樣品處理：使用5×5 cm2的p型Cz硅片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括表面處理、APCVD沉積、激光處理和高溫?cái)U(kuò)散步驟。樣品表征：通過四點(diǎn)探針法測(cè)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(cè)量摻雜剖面，并通過傳輸線法（TLM）測(cè)量接觸電阻。薄層電阻（n+摻雜）

不同磷濃度和擴(kuò)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?yàn)楦叩牧诐舛葘?dǎo)致更多的磷原子擴(kuò)散到硅基底中，增加了n型摻雜的濃度，從而降低了電阻。

擴(kuò)散溫度的影響：在相同的磷濃度下，較高的擴(kuò)散溫度（925°C）比較低的擴(kuò)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?yàn)榕鸷康脑黾邮沟肂SG層更加軟化，磷在BSG中的擴(kuò)散速度加快，從而增強(qiáng)了磷的擴(kuò)散效果。

純SiO?的對(duì)比：純SiO?層在925°C擴(kuò)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(duì)磷的擴(kuò)散起到了阻礙作用，而BSG中的硼含量顯著增強(qiáng)了磷的擴(kuò)散。n+ ECV剖面（爐擴(kuò)散）

不同磷濃度的n+摻雜剖面925°C擴(kuò)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(kuò)散溫度：磷擴(kuò)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(kuò)散溫度的n+摻雜剖面

925°C擴(kuò)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(kuò)散溫度：即使在不高的擴(kuò)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(qiáng)了磷的擴(kuò)散，使得在較低溫度下也能獲得較深的摻雜剖面。

擴(kuò)散溫度的影響：較高的擴(kuò)散溫度促進(jìn)了磷的擴(kuò)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(kuò)散）

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

硼濃度：SIMS測(cè)量的硼濃度在表面附近（約120nm以內(nèi)）顯著較高，表明在高溫?cái)U(kuò)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(kuò)散溫度的影響：在925°C擴(kuò)散溫度下，磷的擴(kuò)散更深，表面濃度更高。在850°C擴(kuò)散溫度下，磷的擴(kuò)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(bǔ)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(shí)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(cè)量結(jié)果

硼濃度：SIMS測(cè)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(cè)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(gè)剖面中仍然存在顯著的磷背景。

凈p+摻雜濃度：ECV測(cè)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(cè)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?cái)U(kuò)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?cái)U(kuò)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?cái)U(kuò)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(shí)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(kuò)散溫度，可以在簡(jiǎn)化工藝中實(shí)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(cè)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(jìn)一步提高IBC太陽(yáng)能電池的性能和效率。

美能TLM接觸電阻測(cè)試儀

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

• 靜態(tài)測(cè)試重復(fù)性≤1.5%，動(dòng)態(tài)測(cè)試重復(fù)性≤4%

• 接觸電阻率測(cè)試與線電阻測(cè)試隨意切換

• 定制多種探測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量和分析

本文提出的簡(jiǎn)化工藝為IBC太陽(yáng)能電池的大規(guī)模生產(chǎn)提供了新的可能性，通過進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)整工藝參數(shù)，有望在未來的太陽(yáng)能電池制造中發(fā)揮重要作用。美能TLM接觸電阻測(cè)試儀的使用為工藝優(yōu)化和器件性能評(píng)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(cè)量和驗(yàn)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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