太陽電池陣用大面積硅旁路二極管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種太陽電池陣用大面積硅旁路二極管，包括三角形P型硅襯底，襯底上面自下至上有磷擴(kuò)散層和上電極，襯底下面自上至下有硼擴(kuò)散層和下電極，磷擴(kuò)散層周圍的襯底有氧化環(huán)，其特點(diǎn)是：所述氧化環(huán)和襯底之間制有P+硼隔離環(huán)；所述上電極為Ti-Pd-Ag上電極系統(tǒng)；所述下電極為Al-Ti-Pd-Ag下電極系統(tǒng)。本實(shí)用新型采用了Ti-Pd-Ag上電極系統(tǒng)和Al-Ti-Pd-Ag下電極系統(tǒng)，大幅提高了電極的抗拉力強(qiáng)度，增強(qiáng)了電極的牢固度，具有電極不變形、不脫落的特點(diǎn)；采用了在氧化環(huán)保護(hù)下的P+硼隔離環(huán)，達(dá)到隔離反向漏電流的目的，使得反向漏電流小于1μA，具有可靠性高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
【專利說明】太陽電池陣用大面積硅旁路二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于二極管【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種太陽電池陣用大面積硅旁路二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]為了防止太陽電池由于熱斑效應(yīng)而遭受破壞，通常在太陽電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個旁路二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被受遮蔽的組件所消耗。其應(yīng)用原理是當(dāng)電池片出現(xiàn)熱斑效應(yīng)不能發(fā)電時，起旁路作用的二極管，讓其它電池片所產(chǎn)生的電流從二極管流出，使太陽能發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)電，不會因?yàn)槟骋黄姵仄霈F(xiàn)問題而產(chǎn)生發(fā)電電路不通的情況。當(dāng)電池片正常工作時，旁路二極管反向截止，對電路不產(chǎn)生任何作用；若與旁路二極管并聯(lián)的電池片組存在一個非正常工作的電池片時，整個線路電流將由最小電流電池片決定，而電流大小由電池片遮蔽面積決定，若反偏壓高于電池片最小電壓時，旁路二極管導(dǎo)通，此時，非正常工作電池片被短路。因此，對于太陽電池陣來講，旁路二極管是必不可少，其作用十分關(guān)鍵。隨著太陽電池片尺寸的不斷加大，常用的3mmX3mm尺寸的小面積旁路二極管，已不適應(yīng)缺角面積尺寸更大的太陽電池需求。
[0003]通常，大面積旁路二極管的電極大多采用鋁-金電極系統(tǒng)，鋁與二極管形成良好的接觸，再用點(diǎn)焊或球焊等方法將金絲或鋁絲與焊點(diǎn)連接引出電極。但是鋁電極在潮濕的環(huán)境中容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋁電極腐蝕造成二極管輸出電性能下降以至完全失效。
[0004]目前公知的大面積硅旁路二極管，其上、下表面通過焊接具有導(dǎo)電性能和可焊性良好的金屬銀作為電極材料，避免了電極腐蝕造成的二極管失效。但是由于金屬銀和硅沒有很好的附著性，導(dǎo)致二極管電極的抗拉力性能差，牢固度低；并且反向漏電流相對較大，為減小反向漏電流，在二極管的上下電極之間固定一層氧化環(huán)，雖然反向漏電流有所減小，但是仍然大于I μ Α,降低了二極管在太陽電池陣中應(yīng)用的可靠性和穩(wěn)定性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種電極抗拉力強(qiáng)度好、牢固度高，反向漏電流小于I μ Α,并且可靠性高、穩(wěn)定性好的太陽電池陣用大面積硅旁路二極管。
[0006]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0007]太陽電池陣用大面積硅旁路二極管，包括三角形P型硅襯底，襯底上面自下至上有磷擴(kuò)散層和上電極，襯底下面自上至下有硼擴(kuò)散層和下電極，磷擴(kuò)散層周圍的襯底有氧化環(huán)，其特點(diǎn)是:所述氧化環(huán)和襯底之間制有P+硼隔離環(huán)；所述上電極為T1-Pd-Ag上電極系統(tǒng)；所述下電極為Al-T1-Pd-Ag下電極系統(tǒng)。
[0008]本實(shí)用新型還可以采用如下技術(shù)措施:
[0009]所述硼擴(kuò)散層為p+硼重?fù)綄?；所述磷擴(kuò)散層為η+磷重?fù)綄印?br>
[0010]所述T1-Pd-Ag上電極系統(tǒng)由依次蒸鍍在硼擴(kuò)散層上的上電極Ti層、上電極Pd層和上電極Ag層構(gòu)成。
[0011]所述Al-T1-Pd-Ag下電極系統(tǒng)由依次蒸鍍在磷擴(kuò)散層上的下電極Al層、下電極Ti層、下電極Pd層和下電極Ag層構(gòu)成。
[0012]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0013]1、本實(shí)用新型采用T1-Pd-Ag上電極系統(tǒng)和Al-T1-Pd-Ag下電極系統(tǒng)，大幅提高了電極的抗拉力強(qiáng)度，增強(qiáng)了電極的牢固度，具有電極不變形、不脫落的特點(diǎn)。
[0014]2、本實(shí)用新型采用了在氧化環(huán)保護(hù)下的P+硼隔離環(huán)，由于P+硼隔離環(huán)的擴(kuò)散使隔離槽成為P+區(qū)，該P(yáng)+區(qū)一方面與底部的N型材料形成P/N結(jié)，利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生光生電壓；另一方面，P+又與周圍的N型區(qū)域形成P/N結(jié)，達(dá)到隔離反向漏電流的目的，使得反向漏電流小于I PA。
[0015]3、本實(shí)用新型具有可靠性高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，能夠滿足大面積太陽電池陣的需要。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型二極管的主視剖面示意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型二極管如圖1中A-A層剖視俯視示意圖。
[0018]圖中，1-上電極Ag層，2-上電極Pd層，3-上電極Ti層，4-n+磷重?fù)綄樱?_襯底，6-p+硼重?fù)綄樱?-下電極Al層，8-下電極Ti層，9-下電極Pd層，10-下電極Ag層，11-氧化環(huán)，12-P+硼隔尚環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為能進(jìn)一歩了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0020]太陽電池陣用大面積硅旁路二極管，包括三角形P型硅襯底，襯底上面自下至上有磷擴(kuò)散層和上電極，襯底下面自上至下有硼擴(kuò)散層和下電極，磷擴(kuò)散層周圍的襯底有氧化環(huán)；
[0021]本實(shí)用新型的創(chuàng)新點(diǎn)為:
[0022]所述氧化環(huán)和襯底之間制有P+硼隔離環(huán)；所述上電極為T1-Pd-Ag上電極系統(tǒng)；所述下電極為Al-T1-Pd-Ag下電極系統(tǒng)；所述硼擴(kuò)散層為p+硼重?fù)綄?；所述磷擴(kuò)散層為n+磷重?fù)綄樱凰鯰1-Pd-Ag上電極系統(tǒng)由依次蒸鍍在硼擴(kuò)散層上的上電極Ti層、上電極Pd層和上電極Ag層構(gòu)成；所述Al-T1-Pd-Ag下電極系統(tǒng)由依次蒸鍍在磷擴(kuò)散層上的下電極Al層、下電極Ti層、下電極Pd層和下電極Ag層構(gòu)成。
[0023]本實(shí)用新型的制作過程:
[0024]首先，將直角邊大于10.9mmX 10.9mm的直角三角形狀P型硅片單面拋光，制成晶向〈100〉，電阻率2 Q--!!，厚度0.13m±0.03mm型的硅片作為圖1和圖2所示的襯底5，然后按以下步驟依次進(jìn)行產(chǎn)品制作:
[0025]步驟1、制作隔離槽
[0026]⑴氧化襯底拋光面:
[0027]氧化爐內(nèi)升溫的 同時，以1900-2000mL/min的速度向氧化爐中通干氧，溫度升至700°C時，氧化爐內(nèi)已充滿氧氣；襯底的拋光面朝上放入氧化石英舟中，將氧化石英舟置于氧化爐口，預(yù)熱5-10min，再將氧化石英舟推入氧化爐的恒溫區(qū)，氧化爐加熱，當(dāng)石英舟中襯底的溫度達(dá)到1015-1025°C時，通過氧氣氣體流量計控制進(jìn)氧量，以1800-1850mL/min的速度，先后向氧化爐的恒溫區(qū)通干氧lOmin、濕氧58min、干氧lOmin，對氧化爐的恒溫區(qū)降溫，當(dāng)襯底溫度降至400°C時，取出襯底，襯底拋光面表面形成氧化層；該氧化層起掩蔽膜的作用，當(dāng)后序進(jìn)行硼擴(kuò)散時，保護(hù)η+磷重?fù)綄訑U(kuò)散面；
[0028](2)光刻隔離槽:
[0029]將襯底放在勻膠機(jī)上，在⑴完成的氧化層上手動涂布ΒΡ218光刻膠后，以3000rpm進(jìn)行勻膠15s_20s,氧化層上面形成3.5 μ m±0.5 μ m厚的光刻膠；然后將襯底置于熱阻式烘箱中進(jìn)行90°C烘干，用光刻版在光刻膠上刻出刻隔離槽的圖形；根據(jù)圖形，用光刻機(jī)刻蝕掉光刻膠和氧化層，襯底拋光面層的邊緣形成一圈0.2mm寬的襯底裸露面，該裸露面作為硼擴(kuò)散形成P+硼隔離環(huán)的隔離槽；
[0030]步驟2、硼擴(kuò)散
[0031]⑴去掉襯底非剖光面氧化層
[0032]將襯底非剖光面放入35_45°C的HF緩沖液中3_4min，腐蝕掉非剖光面氧化層，取出甩干，再置于丙酮中，取出用去離子水沖洗干凈、甩干，襯底非剖光形成硅裸露面；
[0033]⑵硼擴(kuò)散
[0034]將步驟2⑴完成后的襯底和硼片放在石英舟中，襯底的非剖光形成的硅裸露面和隔離槽作為擴(kuò)硼面緊貼著硼片，石英舟放入擴(kuò)散爐內(nèi)，開啟擴(kuò)散爐加熱電源，待擴(kuò)散爐內(nèi)溫度升至920°C -930°C,以2000-2500mL/min流量向擴(kuò)散爐內(nèi)充入氮?dú)?，對襯底的擴(kuò)硼面進(jìn)行40-45min硼擴(kuò)散；關(guān)閉擴(kuò)散爐加熱電源，將氮?dú)飧膿Q為氧氣，并控制氧氣的流量為1900-2100mL/min，待擴(kuò)散爐內(nèi)溫度降至500°C后取出襯底，襯底的非剖光面擴(kuò)散出p+硼重?fù)綄?、襯底隔離槽擴(kuò)散出P+硼隔離環(huán)12 ；
[0035]步驟3、制作氧化環(huán)
[0036]⑴將兩片P+硼重?fù)綄用鎸γ尜N在一起的襯底以插入氧化石英舟中，氧化石英舟置于氧化爐口，預(yù)熱5-10min，將氧化石英舟推入氧化爐的恒溫區(qū)，對襯底進(jìn)行1015-1025°C、70min的氧化，氧化期間，氧化爐中的干氧流量保持在800-1200mL/min ;氧化后保持氧化爐溫度，將通入的干氧改為通入流量為800-1200mL/min的氬氣；關(guān)閉加熱，繼續(xù)通入氬氣，自然降溫至700°C以下后，將氧化舟移至爐口，襯底擴(kuò)散出的P+硼隔離環(huán)被氧化；
[0037]⑵將襯底的p+硼重?fù)綄用娣旁趧蚰z機(jī)上，襯底另一面手動涂布BP218光刻膠，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定在3000rpm，進(jìn)行15_20s勻膠；
[0038]⑶將勻膠后的襯底置于熱阻式烘箱中進(jìn)行90°C烘干；
[0039]⑷以P+硼隔離環(huán)內(nèi)圈為界限，用光刻版在光刻膠上刻出磷擴(kuò)散面的圖形，刻蝕掉磷擴(kuò)散面圖形的氧化層形成硅裸露面，保留在P+硼隔離環(huán)上的氧化層即為氧化環(huán)11 ；
[0040]步驟4、磷擴(kuò)散:
[0041]將步驟3形成的硅裸露面朝外，兩片襯底的p+硼重?fù)綄淤N在一起，放入擴(kuò)散石英舟中，石英舟放入充有稀釋氮?dú)釴22的擴(kuò)散爐爐口，擴(kuò)散爐恒溫區(qū)加熱至820°C時，將石英舟和放有POCl3液的開口容器推入擴(kuò)散爐恒溫區(qū)，保持15-20min，以向恒溫區(qū)充入500-600mL/min流量的攜源氮?dú)怅?duì)1和250iL/min流量的反應(yīng)氧氣02，POCl3對硅裸露面進(jìn)行22-30min的磷擴(kuò)散；停止充入N2I和O2，轉(zhuǎn)為充入5-lOmin的2000-3000mL/min流量的稀釋氮?dú)釴22，取出襯底，硅裸露上形成ー層n+磷重?fù)綄?，該層實(shí)現(xiàn)了二級管PN結(jié)構(gòu)中的N型擴(kuò)散；
[0042]步驟5、蒸鍍上電極系統(tǒng):
[0043]襯底的n+磷重?fù)綄用娉路旁谀＞呱峡ê?；將清潔處理好的鈦、鈀、銀膜料分別放入坩堝內(nèi)，模具和坩堝均放入存有電極蒸鍍程序的高真空鍍膜機(jī)真空室中，真空室的起始真空度不低于3X10_4Pa，上電極蒸鍍程序設(shè)定為Ti的速率為15A/S~25A/S、Pd的速
率為15A/S~25A/s、Ag的速率為22A/S;抽真空后，啟動高真空鍍膜機(jī)中的上電極蒸鍍程
序，自動在n+磷重?fù)綄由弦来握翦兒穸葹?.2kA的上電極Ti層3、0.4kA的上電極Pd層
2和52k人的上電極Ag層1，形成T1-Pd-Ag上電極系統(tǒng)；
[0044]步驟6、蒸鍍下電極系統(tǒng):
[0045]襯底的p+硼重?fù)綄用娉路旁谀＞呱峡ê?；將清潔處理好的鋁、鈦、鈀、銀膜料分別放入坩堝內(nèi)，模具和坩堝均放入存有電極蒸鍍程序的高真空鍍膜機(jī)真空室中，真空室的起始真空度不低于2 X 10_4Pa，下電極蒸鍍程序設(shè)定為Al的速率為15A/S~25A/S、Ti的速
率為15A/S~25A/S、Pd的速率為15A/S~25A/S、Ag的速率力28A/s~35A/s;抽真空
后，啟動高真空鍍膜機(jī)中的下電極蒸鍍程序，自動在P+硼重?fù)綄由弦来握翦兒穸葹? kA
的下電極Al層7、0.6kA的下電極Ti層8、0.2kA的下電極Pd層9和42k人的下電極Ag
層10，形成Al-T1-Pd-Ag下電`極`系統(tǒng)；制成如圖1所示的大面積硅旁路二極管的半成品；
[0046]步驟7、劃片:
[0047]最后用自動砂輪劃片機(jī)，對大面積娃芳路二極管的半成品進(jìn)彳丁劃片，完成如圖2所示兩直角邊為10.9mmX 10.9mm的三角形狀大面積硅旁路二極管的制作過程。
[0048]工作原理:
[0049]1、本實(shí)用新型二極管采用與上電極接觸面的n+磷重?fù)綄邮荖型摻雜，由于N型摻雜不能直接和鋁接觸，因此上電極系統(tǒng)采用了 T1-Pd-Ag結(jié)構(gòu)J1-Pd-Ag結(jié)構(gòu)是利用三層金屬各自的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)其高可靠性的，金屬鈦對N型摻雜的硅有良好的附著性，可以形成歐姆接觸并可以高強(qiáng)度與硅連接；金屬鈀化學(xué)性質(zhì)極不活潑，起鈍化作用，對內(nèi)層金屬起保護(hù)作用；金屬銀導(dǎo)電性能優(yōu)越，并有良好的可焊性，可以很容易實(shí)現(xiàn)與外部的電連接。而與下電極接觸面的P+硼重?fù)綄邮荘型摻雜，由于鋁屬于P型材料，與P+硼重?fù)綄泳哂辛己玫慕佑|，因此下電極采用了最為理想的Al-T1-Pd-Ag電極系統(tǒng)。經(jīng)83N/cm2，45°抗拉カ測試，電極不變形、不脫落；對公知的太陽電池陣用大面積硅旁路二極管進(jìn)行5N/cm2，45°抗拉カ測試，電極即產(chǎn)生變形甚至脫落；實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)用新型采用T1-Pd-Ag和Al-T1-Pd-Ag構(gòu)成的電極系統(tǒng)，大幅提高了電極的抗拉力強(qiáng)度和牢固度，大大增強(qiáng)了本實(shí)用新型制作產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。
[0050]2、本實(shí)用新型采用了在氧化環(huán)下面増加P+硼隔離環(huán)的方式，由于硼擴(kuò)散使隔離槽成為P+區(qū)，該P(yáng)+區(qū)一方面與底部的N型材料形成P/N結(jié)，利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生光生電壓；另一方面，P+又與周圍的N型區(qū)域形成P/N結(jié)，達(dá)到隔離反向漏電流的目的，經(jīng)測試，加反向電壓為4V的條件下，制成的二極管反向漏電流小于I μ A，遠(yuǎn)好于單純用氧化環(huán)隔離邊緣漏電的效果好。
[0051] 盡管上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.太陽電池陣用大面積硅旁路ニ極管，包括三角形P型硅襯底，襯底上面自下至上有磷擴(kuò)散層和上電極，襯底下面自上至下有硼擴(kuò)散層和下電極，磷擴(kuò)散層周圍的襯底有氧化環(huán)，其特征在于:所述氧化環(huán)和襯底之間制有P+硼隔離環(huán)；所述上電極為T1-Pd-Ag上電極系統(tǒng)；所述下電極為Al-T1-Pd-Ag下電極系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽電池陣用大面積硅旁路ニ極管，其特征在于:所述硼擴(kuò)散層為P+硼重?fù)綄?；所述磷擴(kuò)散層為n+磷重?fù)綄印?br>
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽電池陣用大面積硅旁路ニ極管，其特征在于:所述T1-Pd-Ag上電極系統(tǒng)由依次蒸鍍在硼擴(kuò)散層上的上電極Ti層、上電極Pd層和上電極Ag層構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽電池陣用大面積硅旁路ニ極管，其特征在于:所述Al-T1-Pd-Ag下電極系統(tǒng)由依次蒸鍍在磷擴(kuò)散層上的下電極Al層、下電極Ti層、下電極Pd層和下電極Ag層構(gòu)成。
【文檔編號】H01L29/06GK203434160SQ201320436633
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月22日
【發(fā)明者】梁存寶, 杜永超, 歐偉, 韓志剛 申請人:天津恒電空間電源有限公司, 中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所