CN101540350A - 一种背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，在硅片背面镀二氧化硅和氮化硅复合钝化膜，并在该复合钝化膜上采用硅浆料丝网印刷具有点接触图案的硅浆层，然后采用化学腐蚀液腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域，再在硅片背面丝网印刷铝浆层，通过烧结使铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层，最后通过烧结使铝浆料与硅片背面的硅基底形成局域欧姆接触和局域铝背场。采用该制备工艺降低了制备成本，更容易实现工业化大批量生产，制得的背面点接触电极晶体硅太阳电池，可以形成良好的背面欧姆接触和局域铝背场，一定程度上降低了点接触引起的电池串联电阻增大的问题，保持了良好的背面钝化效果和光学背反射性能。
Description
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺。
背景技术
近几年来，晶体硅太阳电池产量飞速增长，导致了硅材料供应紧张。为此，需要寻找制备太阳电池的新工艺，一方面降低成本，另一方面提高电池效率。随着硅片厚度的不断减薄，硅片背表面的复合速率对太阳电池效率的影响将越来越突出。传统铝背场工艺无法满足薄硅片太阳电池的要求。然而，点接触电极却被认为是一种可以减小金属一半导体接触区域的面积，有效地降低太阳电池表面复合速率，从而可以提高太阳电池效率的一种方式。
目前制备点接触电极的方式有激光烧结开孔(如laser-fired contacts，即LFC电池)、光刻开孔(如PERC，PERL太阳电池等)、丝网印刷腐蚀性浆料开孔等。激光和光刻技术都比较昂贵，产业化成本较高。
利用丝网印刷技术制备背面点接触电极被认为是一种较容易产业化的方式。丝网印刷腐蚀性浆料开孔的研究也有报道，然而腐蚀性浆料对厚的背面钝化层开孔效果不太好；也有直接将点状金属浆料(如铝浆)印刷在背面钝化层上，然后通过高温烧结使点状金属浆料烧穿钝化层做成背面点接触的方式，但难于形成良好的欧姆接触，还存在难于大批量生产等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，该工艺制备成本低，易实现工业化大批量生产。
本发明提供的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，在硅片背面镀二氧化硅和氮化硅复合钝化膜，并在该复合钝化膜上采用硅浆料丝网印刷具有点接触图案的硅浆层，然后采用化学腐蚀液腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域，再在硅片背面丝网印刷铝浆层，通过烧结使铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层，最后通过烧结使铝浆料与硅片背面的硅基底形成局域欧姆接触和局域铝背场。
进一步的，本发明提供的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，包括以下步骤：
(1)在硅片的前表面上经扩散形成N型层；
(2)在硅片的两面通过热氧化形成二氧化硅层；
(3)在硅片背面再镀上一层氮化硅，形成二氧化硅和氮化硅复合钝化膜；
(4)在该复合钝化膜上采用硅浆料丝网印刷具有点接触图案的硅浆层；
(5)采用化学腐蚀液腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域，同时腐蚀掉硅片前表面上的二氧化硅层；
(6)在硅片的前表面镀上氮化硅减反射膜；
(7)在硅片背面丝网印刷铝浆层，通过烧结使铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层，并通过烧结使铝浆料与硅片背面的硅基底形成局域欧姆接触和局域铝背场；
(8)在硅片前表面的氮化硅减反射膜表面丝网印刷银栅线电极。
本发明所述的硅片为P型单晶硅片或P型多晶硅片，硅片的电阻率为0.5～10Ω·cm，厚度为100～250μm。
在二氧化硅和氮化硅复合钝化膜中，二氧化硅的厚度为5～30nm，氮化硅的厚度为65～200nm。
本发明丝网印刷用的硅浆料由纯度大于99.9％的硅粉制备而成，所述硅粉的粒径小于10μm。
本发明所述具有点接触图案的硅浆层的厚度为5～30μm。
本发明所述的点接触图案为圆形孔或方形孔或菱形孔或规则多边形孔的阵列，背面接触孔面积占背面总面积的比例为0.1～30％。
本发明所述的化学腐蚀液为氢氟酸水溶液，其浓度为0.5～20％，腐蚀时间为1～15min。
本发明所述的硅铝合金层的厚度为2～10μm。
本发明在P型硅片的前表面上经扩散形成N型层，先在N型层表面上镀有二氧化硅减反射膜，然后使用化学腐蚀液腐蚀掉该二氧化硅钝化膜，并镀上氮化硅SiNx:H减反射膜，并在该减反射膜表面丝网印刷有银栅线电极。
本发明步骤(1)中还可在硅片的两表面上经扩散形成N型层，再用常规酸液或碱液去除掉背面的N型层，所述N型层的方块电阻为40～60Ω/□。
本发明的有益效果是：
(1)采用丝网印刷技术制备背面点接触太阳电池，降低了制备成本，更容易实现工业化大批量生产；
(2)制备硅片背面点接触电极时，采用丝网印刷带点接触图案的硅浆层和HF短时间腐蚀开孔，可以形成良好的背面欧姆接触和局域铝背场，一定程度上降低了点接触引起的电池串联电阻增大的问题；
(3)铝浆层与硅浆层接触面上可以形成铝硅合金，进一步增强铝层的附着力；
(4)由于铝浆层厚度较大，可以有效阻止铝浆对SiO2/SiNx:H复合钝化膜的破坏，保持了良好的背面钝化效果；
(5)所制备的背面点接触晶体硅太阳电池还具有良好的光学背反射性能。
附图说明
图1～9是本发明制备背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺流程图；
其中：
图1是在硅片的硅基底1前表面通过扩散形成N型层2；
图2是在硅片两面通过热氧化生成二氧化硅层3；
图3是在硅片背面镀一层氮化硅(SiNx:H)4；
图4是在硅片背面丝网印刷带有点接触图案的硅浆层5；
图5是用氢氟酸腐蚀掉二氧化硅氮化硅复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域和硅片前表面的二氧化硅层3；
图6是镀前表面氮化硅SiNx:H减反射膜6；
图7是在硅片背面丝网印刷的铝浆层7；
图8是高温烧结形成的硅铝合金层8和局域铝背场9；
图9是正面银栅线电极的制作；
其中，1、硅片的硅基底；2、N型扩散层；3、薄SiO2层；4、背面SiNx:H钝化膜；5、带有点接触图案的硅浆层；6、前表面SiNx:H减反射膜；7、铝浆层；8、铝硅合金层；9、局域铝背场；10、前表面银栅线电极。
具体实施方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，如附图2、3、4、5、7和8，在硅片1背面镀二氧化硅3和氮化硅4复合钝化膜，并在该复合钝化膜上采用硅浆料丝网印刷具有点接触图案的硅浆层5，然后采用氢氟酸溶液腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域，再在硅片背面丝网印刷铝浆层7，通过烧结使铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层8，该硅铝合金层8进一步增强了铝层的附着力，由于铝浆层厚度较大，可以有效阻止铝浆对SiO2/SiNx:H复合钝化膜的破坏，保持了良好的背面钝化效果，最后通过烧结使铝浆料与硅片背面的硅基底形成局域欧姆接触和局域铝背场9，制备硅片背面点接触电极时，采用丝网印刷带点接触图案的硅浆层和氢氟酸溶液短时间腐蚀开孔，可以形成良好的背面欧姆接触和局域铝背场，一定程度上降低了点接触引起的电池串联电阻增大的问题。
在上述步骤中，硅片1在使用前需经过清洗、制绒，还需经过碱腐蚀，去掉损伤层约5～10μm，并通过制绒制备出表面绒面结构，之后再通过酸洗，如用盐酸，氢氟酸等漂洗后方可使用；
此外，硅片1的前表面也需要经过以下处理：具体请参照图1、2、5、6和9，在硅片的前表面上经扩散形成N型层2，在N型层表面上镀有二氧化硅层3，此后采用氢氟酸溶液将其腐蚀掉，再镀上氮化硅减反射膜6，并在氮化硅减反射膜6的表面上丝网印刷上银栅线电极10。
经扩散形成的N型层2还需经过刻边，去除边缘PN结，以及二次清洗，去除磷硅玻璃，方可进行下一步骤。
其中，
硅片为P型单晶硅片，硅片的电阻率为0.5～5Ω·cm，厚度为100～175μm。
在形成的二氧化硅和氮化硅复合钝化膜中，二氧化硅的厚度为5～15nm，氮化硅的厚度为65～100nm。
丝网印刷用的硅浆料由纯度大于99.9％的硅粉制备而成，所述硅粉的粒径小于10μm。
在二氧化硅和氮化硅复合钝化膜表面采用硅浆料丝网印刷的具有点接触图案的硅浆层的厚度为5～10μm。
点接触图案为方形孔，也可为圆形孔或菱形孔或规则多边形孔的阵列，背面接触孔面积占背面总面积的比例为0.1～30％。
腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域以及前表面二氧化硅层的化学腐蚀液为氢氟酸水溶液，其浓度为0.5～10％，腐蚀时间为10～15min。
经烧结铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层的厚度为2～6μm。
硅片前表面制备得N型层的方块电阻为40～50Ω/□。
实施例2
如附图1-9所示：本实施例提供的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，包括以下步骤：
(1)在硅片1的前表面上经扩散形成N型层2；
(2)在硅片的两面通过热氧化形成二氧化硅层3；
(3)在硅片背面再镀上一层氮化硅4，形成二氧化硅和氮化硅复合钝化膜；
(4)在该复合钝化膜上采用硅浆料丝网印刷具有点接触图案的硅浆层5；
(5)采用化学腐蚀液腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域形成点电极接触孔，同时腐蚀掉硅片前表面上的二氧化硅层；
(6)在硅片的前表面镀上氮化硅减反射膜6；
(7)在硅片背面丝网印刷铝浆层7，通过烧结使铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层8，并通过烧结使点电极接触孔的铝浆料与硅片背面的硅基底形成局域欧姆接触和局域铝背场9；
(8)在硅片前表面的氮化硅减反射膜表面丝网印刷银栅线电极10。
此外，在上述步骤中，硅片1在使用前需经过清洗、制绒，还需经过碱腐蚀，去掉损伤层约5～10μm，并通过制绒制备出表面绒面结构，之后再通过酸洗，如用盐酸，氢氟酸等漂洗后方可使用；
经扩散形成的N型层2还需经过刻边，去除边缘PN结，以及二次清洗，去除磷硅玻璃，方可进行下一步骤。
在上述步骤中，
硅片为P型多晶硅片，硅片的电阻率为5～10Ω·cm，厚度为175～250μm。
在形成的二氧化硅和氮化硅复合钝化膜中，二氧化硅的厚度为15～30nm，氮化硅的厚度为100～200nm。
丝网印刷用的硅浆料由纯度大于99.9％的硅粉制备而成，所述硅粉的粒径为5～10μm。
在二氧化硅和氮化硅复合钝化膜表面采用硅浆料丝网印刷的具有点接触图案的硅浆层的厚度为10～30μm。
点接触图案为方形孔，也可为圆形孔或菱形孔或规则多边形孔的阵列，背面接触孔面积占背面总面积的比例为0.1～30％。
腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域以及前表面二氧化硅层的化学腐蚀液为氢氟酸水溶液，其浓度为10～20％，腐蚀时间为1～10min。
经烧结铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层的厚度为6～10μm。
硅片前表面制备得N型层的方块电阻为50～60Ω/□。
实施例3
参考附图1～9所示，本实施例提供的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，包括以下步骤：
(1)在硅片1的两表面经扩散形成N型层2；
(2)用酸或碱去除掉背面的N型层，可以通过先将正面的N型层掩盖起来，去除完后将掩膜去掉等方式；
(3)在硅片的两面通过热氧化形成二氧化硅层3；
(4)在硅片背面再镀上一层氮化硅4，形成二氧化硅和氮化硅复合钝化膜；
(5)在该复合钝化膜上采用硅浆料丝网印刷具有点接触图案的硅浆层5；
(6)采用化学腐蚀液腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域形成点电极接触孔，同时腐蚀掉硅片前表面上的二氧化硅层；
(7)在硅片的前表面镀上氮化硅减反射膜6；
(8)在硅片背面丝网印刷铝浆层7，通过烧结使铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层8，并通过烧结使点电极接触孔的铝浆料与硅片背面的硅基底形成局域欧姆接触和局域铝背场9；
(9)在硅片前表面的氮化硅减反射膜表面丝网印刷银栅线电极10。
此外，在上述步骤中，硅片1在使用前需经过清洗、制绒，还需经过碱腐蚀，去掉损伤层约5～10μm，并通过制绒制备出表面绒面结构，之后再通过酸洗，如用盐酸，氢氟酸等漂洗后方可使用；
经扩散形成的N型层2还需经过刻边，去除边缘PN结，以及二次清洗，去除磷硅玻璃等。
本实施例先在硅片两面经扩散形成N型层，之后再用酸或碱去除掉背面的N型层，可以先将正面的N型层掩盖起来，去除完后将掩膜去掉，达到只有硅片前表面具有N型层的目的。
其中：
硅片为P型多晶硅片，硅片的电阻率为0.5～10Ω·cm，厚度为100～250μm。
在形成的二氧化硅和氮化硅复合钝化膜中，二氧化硅的厚度为5～30nm，氮化硅的厚度为65～200nm。
丝网印刷用的硅浆料由纯度大于99.9％的硅粉制备而成，所述硅粉的粒径小于10μm。
在二氧化硅和氮化硅复合钝化膜表面采用硅浆料丝网印刷的具有点接触图案的硅浆层的厚度为5～30μm。
点接触图案为方形孔，也可为圆形孔或菱形孔或规则多边形孔的阵列，背面接触孔面积占背面总面积的比例为0.1～30％。
腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域以及前表面二氧化硅层的化学腐蚀液为氢氟酸水溶液，其浓度为0.5～20％，腐蚀时间为1～15min。
经烧结铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层的厚度为2～10μm。
硅片前表面制备得N型层的方块电阻为40～60Ω/□。
Claims (10)
1、一种背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于，在硅片背面镀二氧化硅和氮化硅复合钝化膜，并在该复合钝化膜上采用硅浆料丝网印刷具有点接触图案的硅浆层，然后采用化学腐蚀液腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域，再在硅片背面丝网印刷铝浆层，通过烧结使铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层，最后通过烧结使铝浆料与硅片背面的硅基底形成局域欧姆接触和局域铝背场。
2、根据权利要求1所述的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在硅片的前表面上经扩散形成N型层；
(2)在硅片的两面通过热氧化形成二氧化硅层；
(3)在硅片背面再镀上一层氮化硅，形成二氧化硅和氮化硅复合钝化膜；
(4)在该复合钝化膜上采用硅浆料丝网印刷具有点接触图案的硅浆层；
(5)采用化学腐蚀液腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域，同时腐蚀掉硅片前表面上的二氧化硅层；
(6)在硅片的前表面镀上氮化硅减反射膜；
(7)在硅片背面丝网印刷铝浆层，通过烧结使铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层，并通过烧结使铝浆料与硅片背面的硅基底形成局域欧姆接触和局域铝背场；
(8)在硅片前表面的氮化硅减反射膜表面丝网印刷银栅线电极。
3、根据权利要求1或2所述的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于，所述的硅片为P型单晶硅片或P型多晶硅片，硅片的电阻率为0.5～10Ω·cm，厚度为100～250μm。
4、根据权利要求1或2所述的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于，在二氧化硅和氮化硅复合钝化膜中，二氧化硅的厚度为5～30nm，氮化硅的厚度为65～200nm。
5、根据权利要求1或2所述的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于，丝网印刷用的硅浆料由纯度大于99.9％的硅粉制备而成，所述硅粉的粒径小于10μm。
6、根据权利要求1或2所述的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于，所述具有点接触图案的硅浆层的厚度为5～30μm。
7、根据权利要求1或2所述的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于，所述的点接触图案为圆形孔或方形孔或菱形孔或规则多边形孔的阵列，背面接触孔面积占背面总面积的比例为0.1～30％。
8、根据权利要求1或2所述的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于，所述的化学腐蚀液为氢氟酸水溶液，其浓度为0.5～20％，腐蚀时间为1～15min。
9、根据权利要求1或2所述的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于，所述的硅铝合金层的厚度为2～10μm。
10、根据权利要求2所述的背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中还可在硅片的两表面上经扩散形成N型层，再用常规酸液或碱液去除掉背面的N型层，所述N型层的方块电阻为40～60Ω/□。
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