CN101447528A

CN101447528A - 一种双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法

Info

Publication number: CN101447528A
Application number: CNA2008102074875A
Authority: CN
Inventors: 陶龙忠; 邢国强
Original assignee: JA SOLAR HOLDINGS CO Ltd
Current assignee: JA SOLAR HOLDINGS CO Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2009-06-03

Abstract

本发明公开了一种双面钝化与激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法，该方法是在常规晶体硅太阳电池制备工艺的基础上，对太阳电池前后表面进行双面钝化，然后利用激光在太阳电池后表面钝化层上快速打点，形成背电极局部接触窗口，丝网印刷或磁控溅射电极后，制备成效率较高的背点接触晶体硅太阳电池。本发明利用激光直接开钝化层窗口技术，无论与传统的光刻法还是与激光烧融铝电极法相比，其工艺步骤、工艺时间和制备成本都大为降低。并且本发明采用的丝网印刷和磁控溅射制备背电极方式都非常有利于大规模生产，尤其是丝网印刷技术，成本低、产量大，与当前生产线一致，极为有利地推动这种技术的产业化。

Description

一种双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法

技术领域

本发明属于太阳能电池制造领域，具体涉及一种晶体硅太阳电池的制备方法。

背景技术

能源紧张和环境恶化迫使世界各国积极寻求可代替常规能源的绿色可再生能源。光伏发电作为可再生能源的一个重要组成部分近年来获得了很大发展，2007年全球太阳电池产量达到4.28GW，比2006年增加了69％，2008年增幅更大，其中中国光伏行业的发展尤为显著，从2007年开始总产量已经排名全球第一。然而，与国外先进制备技术相比，我国的晶体硅太阳电池制备技术还是相对落后，基本流程如图1所示，由制绒、扩散、沉积减反膜、丝网印刷和烧结等传统工艺组成，所以制备出来的电池效率不高，目前单晶硅太阳电池转换效率一般维持在16.5～17.0％左右，多晶硅一般为15.0～16.0％左右。

相对于传统工艺，全球各大研究机构已经研发出一系列转换效率超过20.0％的高效晶体硅太阳电池，如PERL(Passivated emitter，rear locally diffused)电池、PERC(Passivated emitter and rear cell)电池、PERT(Passivated emitter，rear totallydiffused)电池、HIT(Heterojunction with Intrinsic thin—layer)电池、刻槽埋栅(Buried contact)电池、全背电极接触电池(Rear-contact solar cell)、OECO(Obliquely evaporated contact)电池、LFC(Laser-fired contact)电池、MWT(metal-wrap-through)电池、EWT(emitter-wrap-through)电池等。它们均采用高质量的硅衬底、完美的表面陷光结构、优良的表面钝化技术和独特的电池结构，从而使得太阳电池转换效率获得较大提高。但是，对于产业化生产，这些电池一方面由于采用高质量的衬底导致材料成本很高，另一方面制作工艺非常复杂，对设备的要求很高，所以很难转化为大规模的生产。

因此，当前太阳电池发展的重点是开发高效率、低成本、适合于大规模生产的太阳电池产业化技术。要得到高转换效率，必须对电池前表面和后表面结构进行完善的设计和制作。选择性发射极是一种很好的晶体硅太阳电池的前表面结构，既增加短波响应和降低前表面复合，又减少前电极与发射区的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高了转换效率。

然而对于产业化来说，目前无论是传统结构还是选择性发射极结构，后表面都没有进行钝化，为全铝电极和背场。在金属铝与硅衬底接触处，载流子的复合速率极大，使得较大部分的光生载流子在此处被复合，从而降低了电池的性能。

为了减少背面复合，很有必要对背面电极与硅衬底接触处进行钝化，以期进一步提高开路电压和短路电流，对于硅片衬底越来越薄的电池更需如此。双面钝化和背点接触结构是降低背面复合速率的一种最佳模式，由于它既可保证欧姆接触的要求，又可大幅度降低背面复合速率，所以非常适合于高效太阳电池的开发。一些研究机构开发出的效率超过20.0％电池大多数都采用此结构，如前所述的PERL电池、PERC电池、PERT电池、全背电极接触电池。但是它们的背电极与硅衬底的点接触方式主要通过光刻法在钝化层中进行开窗口(如图2所示)，成本高、时间长，无法转化为大规模生产。德国Fraunhofer-ISE研究成功的LFC(Laser-fired contact)技术，在背面钝化和磁控溅射A1电极后利用激光进行局部烧融，从而较快地形成背点接触和局部电场。这种技术比光刻法有很大进步，但仍难以转化为规模化生产，主要还是由于磁控溅射成本高以及激光烧融A1电极速度慢的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合于大规模生产、具有较低成本和较高转换效率的双面钝化与激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法。

本发明的目的通过采取以下技术措施予以实现：

一种双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法，其特征在于：在常规晶体硅太阳电池制备工艺的基础上，对太阳电池前后表面进行双面钝化，然后利用激光在太阳电池后表面钝化层上快速打点，形成背电极局部接触窗口，丝网印刷或磁控溅射电极后，制备成效率较高的背点接触晶体硅太阳电池。

本发明所述的电池的双面钝化为双面单层钝化或双面叠层钝化，对于双面单层钝化，前表面采用氮化硅薄膜，后表面采用氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、碳化硅薄膜、非晶硅薄膜或微晶硅薄膜；对于双面叠层钝化，前表面采用氮化硅/氧化硅薄膜体系，背表面采用氮化硅/氧化硅薄膜体系、氮化硅/非晶硅薄膜体系或氮化硅/微晶硅薄膜体系。其作用是：对于电池前表面既提供良好钝化作用，又可大大降低电池表面反射率；对于后表面既起到很好的钝化作用，又提高电池背面内反射，使得后表面复合速率得到很大降低，并增加光的有效利用。

本发明所述的背电极的局部接触窗口采用激光打点烧透钝化膜而实现。由于钝化层是硅基薄膜，且厚度只有几十纳米，利用激光扫描可以在整块硅片上极为迅速地开出数万个小窗口，比光刻法极大节省时间和成本。另外激光打点的工艺简易可调，工作稳定，孔的深度和均匀性可以得到很好控制。

本发明所述的背电极的制备方式为丝网印刷或磁控溅射方式。这两种背电极制备方式都有利于大规模生产，尤其是丝网印刷技术，成本低、产量大，与当前生产线一致，极为有利地推动这种新型制备技术的产业化。

本发明利用双面钝化，可大幅度降低背面复合速率，使得开路电压和短路电流得到较大提升；利用激光打点，快速完成背面钝化层的开孔，以便形成金属电极与硅衬底局部接触的窗口，进行磁控溅射或丝网印刷电极并烧结后形成欧姆接触，同时又满足整个背面收集光生载流子的要求，尽量降低串联电阻，使填充因子达到要求，从而最终使得电池的转换效率得到有效提高。

附图说明

图1是传统晶体硅太阳电池的制备工艺流程图；

图2是光刻法打开背电极局部接触窗口的工艺流程图；

图3是本发明实施例1双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的工艺图(采用双面单层钝化，激光打点开窗口，丝网印刷制备电极)；

图4是本发明实施例2双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的工艺图(采用双面单层钝化，激光打点开窗口，磁控溅射制备电极)；

图5是本发明实施例3双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的工艺图(采用双面叠层钝化，激光打点开窗口，丝网印刷制备电极)；

图6是本发明实施例4双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的工艺图(采用双面叠层钝化，激光打点开窗口，磁控溅射制备电极)。

具体实施方式

实施例1

如图3所示，双面钝化采用单层氮化硅薄膜，激光在背面快速打点开窗口，然后进行丝网印刷制备电极。其工艺过程如下：

1.化学腐蚀去除硅片表面损伤层，制备绒面结构及进行扩散前预清洗。

2.磷扩散形成p-n结。对于常规管式扩散，硅片采用背靠背方式，在POCl₃气氛中进行单面扩散。对于链式扩散，硅片单面喷涂磷源，然后进行快速扩散。但是即使对于单面掺杂，硅片的背面也总会有部分p-n结的存在，这是由于在扩散过程中磷源发生蒸发的原因。

3.去除边缘和背结。对于背面钝化和背电极点接触方式来说，扩散形成的背面结必须要去除，否则这个反型结的存在会严重影响光生载流子在背面的收集。

4.进行双面钝化。前表面采用PECVD或PVD沉积氮化硅薄膜来实行钝化和减反射，后表面沉积氮化硅薄膜或氧化硅薄膜作为钝化层，还要考虑氮化硅薄膜或氧化硅薄膜在与铝电极浆料高温烧结条件下的稳定性。

5.激光打点，在后表面面钝化层处形成大量的电极局部接触窗口。本发明是利用激光打点快速将钝化层薄膜开出窗口，并稍微将硅片烧融。相对于光刻法和LFC技术，由于钝化层薄膜很容易被激光烧蚀，所以整块硅片的开窗口时间可以降到很短，只需数秒钟。如此，这种工艺才有可能转化为大规模生产。

6.化学腐蚀。这一方面是为了除去激光烧蚀时在小孔周围产生的大量缺陷，另一方面将这些小孔孔径加大加深，以方便后期丝网印刷时的铝浆填充及增强局部背场的作用。

7.丝网印刷前、背电极并烧结。由于硅片背面已形成了大量的小孔，丝网印刷后铝浆料填充进小孔，烧结后形成点接触结构。这样，铝电极与衬底的接触面积得到极大降低，可使得光生载流子在背电极处的复合得到显著降低。另外，由于烧结时A1扩散入衬底，可产生局部的背场作用，进一步使得开路电压和填充因子得到改善。

实施例2

如图4所示，前表面钝化和减反射采用单层氮化硅薄膜，后表面钝化可采用单层氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、非晶硅薄膜或微晶硅薄膜，随后激光在后表面快速打点开窗口，然后利用磁控溅射制备电极。其工艺过程如下：

2.磷扩散形成p-n结。

3.去除边缘和背结。

4.进行双面钝化。前表面采用PECVD或PVD沉积氮化硅薄膜来实行钝化和减反射，后表面钝化采用氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、非晶硅薄膜或微晶硅薄膜。

5.激光打点，在后表面钝化层处形成大量的电极局部接触窗口。

6.化学腐蚀去除小孔周围缺陷。

7.丝网印刷前电极并烧结。

8.磁控溅射背电极并退火。

实施例3

如图5所示，采用双面双层钝化方式，硅片前后表面都是使用氮化硅/氧化硅薄膜叠层，随后激光在背面快速打点开窗口，然后丝网印刷制备电极。其工艺过程如下：

2.磷扩散形成p-n结。

3.去除边缘和背结。

4.双面双层钝化。利用热氧化、PECVD或PVD在硅片前后两表面形成氮化硅/氧化硅薄膜叠层，进一步提高钝化、减反射、内反射等效果。

6.化学腐蚀去除小孔周围缺陷。

7.丝网印刷电极并烧结。

实施例4

如图6所示，采用双面双层钝化方式，硅片前表面使用氮化硅/氧化硅薄膜叠层，后表面采用氮化硅/氧化硅薄膜叠层、氮化硅/非晶硅薄膜叠层、氮化硅/微晶硅薄膜叠层或氮化硅/多晶硅薄膜叠层，随后激光在背面快速打点开窗口，然后磁控溅射制备电极。其工艺过程如下：

2.磷扩散形成p-n结。

3.去除边缘和背结。

4.双面双层钝化。利用热氧化、PECVD或PVD在硅片前表面形成氮化硅/氧化硅薄膜叠层，进一步提高钝化、减反射效果。硅片后表面采用氮化硅/氧化硅薄膜叠层、氮化硅/非晶硅薄膜叠层、氮化硅/微晶硅薄膜叠层或氮化硅/多晶硅薄膜叠层。

5.激光打点，在背面钝化层处形成大量的电极局部接触窗口。

6.化学腐蚀去除小孔周围缺陷。

7.丝网印刷前电极并烧结。

8.磁控溅射背电极并退火。

总之，本发明例举了上述优选实施方式，但是应该说明，本领域的技术人员可以进行各种变化和改型。因此，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法，其特征在于：在常规晶体硅太阳电池制备工艺的基础上，对太阳电池前后表面进行双面钝化，然后利用激光在太阳电池后表面钝化层上快速打点，形成背电极局部接触窗口，丝网印刷或磁控溅射电极后，制备成效率较高的背点接触晶体硅太阳电池。

2.根据权利要求1所述的双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法，其特征在于：电池的双面钝化为双面单层钝化或双面叠层钝化。

3.根据权利要求2所述的双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法，其特征在于：对于双面单层钝化，前表面采用氮化硅薄膜，后表面采用氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、碳化硅薄膜、非晶硅薄膜或微晶硅薄膜。

4.根据权利要求2所述的双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法，其特征在于：对于双面叠层钝化，前表面采用氮化硅/氧化硅薄膜体系，背表面采用氮化硅/氧化硅薄膜体系、氮化硅/非晶硅薄膜体系或氮化硅/微晶硅薄膜体系。

5.根据权利要求1所述的双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法，其特征在于：背电极的局部接触窗口采用激光打点烧透钝化膜而实现。

6.根据权利要求1所述的双面钝化和激光打点制备背点接触晶体硅太阳电池的方法，其特征在于：背电极的制备方式为丝网印刷或磁控溅射方式。