CN101604711A - 一种太阳电池的制备方法以及通过该方法制备的太阳电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光伏电池制造领域，具体涉及一种太阳电池的制备方法以及通过该方法制备的太阳电池。在本发明提供的太阳电池的制备方法中，在步骤(3)的去边方法中，将腐蚀浆料均匀涂抹在扩散制结后的硅片背面边缘处，然后对硅片进行加热，使腐蚀浆料的主要成分与硅片起反应，再用纯水冲洗硅片，从而完成去除边缘处的PN结。相对于常规的去边方法，本发明的去边方法能够控制腐蚀痕迹使其不蔓延到硅片扩散面，而增大扩散面PN结有效面积。而且，使用本发明的去边方法，能够使常规太阳电池正面丝网印刷的电极栅线延伸至硅片边缘，在降低边缘接触电阻与横向电阻的同时，加强晶体硅太阳电池电流的有效收集，进一步提高晶体硅太阳电池的电性能。

Description

一种太阳电池的制备方法以及通过该方法制备的太阳电池
技术领域
本发明涉及光伏电池制造领域，具体涉及一种太阳电池的制备方法以及通过该方法制备的太阳电池。
背景技术
目前，由于传统的化石燃料资源的日益枯竭以及化石燃料造成的地球环境污染问题的日趋严峻，太阳能作为一种绿色能源在全球范围内得到快速发展，特别是利用光伏效应提供绿色新能源的晶体硅太阳电池越来越普及。晶体硅太阳电池是通过对基体材料晶体硅片经过去损伤、制绒清洗、扩散、去边清洗、制减反射膜、金属化等工艺而制得的。用于太阳电池的晶体硅片在经过磷扩散之后，硅片前后表面会被一层磷硅玻璃层所覆盖，为了避免在太阳电池的边缘出现短路现象而影响到太阳电池及其组件的性能，必须要将硅片背面(非制绒面)的边缘处的磷硅玻璃去除，即必须实施去边工艺，也就是说必须将PN结隔离开。目前，去除硅片边缘处的磷硅玻璃的方法主要有：激光刻槽法、等离子体刻蚀法、化学腐蚀法等。
在上述方法中，等离子体刻蚀法是将数个硅片紧密叠放在一起，用工具夹紧，然后置入到等离子体氛围中进行边缘刻蚀，其技术成熟、产量大，但此方法存在过刻、钻刻和刻蚀不均匀的现象。化学腐蚀法与等离子体刻蚀类似，是将叠在一起的硅片置入到腐蚀溶液中进行边缘腐蚀，该方法和等离子体刻蚀法都存在难以控制腐蚀区域或面积的问题。另外，采用激光刻槽法和等离子体刻蚀法将PN结隔断，都容易对PN结造成一定程度的损伤。
此外，在经过等离子体刻蚀法或化学腐蚀法去除硅片背面边缘处的PN结后，由于刻蚀到扩散面边缘，所以不可避免地使硅片扩散面边缘的表面N掺杂浓度减小很多或者直接破坏掉PN结，这样在设计太阳电池正面电极图形时必须要设计电极避免与这些区域接触，因此会使电池边缘接触电阻变大，影响电池性能，并且会使电池边缘的电流有所损失。
因此，为了将PN结有效地隔离开，在太阳电池制造领域中急需一种能够有效去边且去除效果好的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳电池的制备方法，以有效去除硅片背面边缘处的PN结并进一步提高晶体硅太阳电池的电性能。
本发明的另一目的是提供一种通过本发明的制备方法制备的太阳电池，以提供具有提高电性能的太阳电池。
为了解决上述技术问题及达到本发明的目的，本发明提供了一种太阳电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)对晶体硅片进行去损伤和表面制绒，其中晶体硅片包括单晶硅片和多晶硅片，其类型可以是p型硅片或n型硅片；
(2)对表面制绒后的硅片进行扩散制结；
(3)将扩散制结后的硅片背面(非制绒面)边缘处PN结去除(即去边步骤)；
(4)去除磷硅玻璃(p型硅片)或硼硅玻璃(n型硅片)；
(5)通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法沉积氮化硅钝化膜；
(6)丝网印刷正背面电极浆料和背场浆料；和
(7)共烧形成欧姆接触，
其中，在步骤(3)中，将糊状腐蚀浆料均匀涂抹在扩散制结后的硅片背面边缘处，然后对硅片进行加热，使腐蚀浆料的主要成分与硅片起反应，再用纯水冲洗硅片，从而完成去除边缘处的PN结，其中所述涂抹宽度为硅片背面边缘向内0～500微米，优选为硅片背面边缘向内0～200微米，所述腐蚀浆料的主要成分为KOH，其浓度为20～50wt％，优选为30～50wt％，所述加热温度为150～300℃，优选200～250℃，加热时间为5～20分钟，优选为10～15分钟。
在使用p型硅片制备太阳电池的情况下，需要在硅片表面进行磷扩散形成N层而最终形成PN结，硅片前后表面会被一层磷硅玻璃层所覆盖。而在使用n型硅片制备太阳电池的情况下，需要在硅片表面进行硼扩散形成P层而最终形成PN结，硅片前后表面会被一层硼硅玻璃层所覆盖。在随后的去边步骤(3)中，在使用本发明所用的腐蚀浆料去除硅片背面边缘处的PN结时，无论是去除磷硅玻璃还是硼硅玻璃，都是腐蚀浆料的主要成分KOH与硅发生如下反应：2KOH+Si+H2O→K2SiO3+2H2。
换句话说，无论是使用p型硅片还是n型硅片，都可以采用本发明的去边方法，或者采用本发明的太阳电池的制备方法制备相应的太阳电池。
在上述步骤(1)中，表面制绒方法可以使用常规的制绒方法，如酸制绒或碱制绒方法；在上述步骤(4)中，去除磷硅玻璃或硼硅玻璃使用的是常规的二次清洗方法。另外，在上述步骤(2)中使用的扩散制结方法、在上述步骤(5)中使用的PECVD法、在上述步骤(6)中使用的丝网印刷法以及在上述步骤(7)中使用的共烧方法均可以使用光伏电池制造领域中的常规方法。
本发明的另一个技术方案提供了一种通过上述方法制备的太阳电池，该电池具有提高的电性能。
在本发明提供的太阳电池的制备方法中，步骤(3)中所用的去边方法具有以下优点：
1.相对于常规的去边方法，本发明的去边方法能够控制腐蚀痕迹使其不蔓延到硅片扩散面，而增大扩散面PN结有效面积；
2.使用本发明的去边方法，能够使常规太阳电池正面丝网印刷的电极栅线延伸至硅片边缘，在降低边缘接触电阻与横向电阻的同时，加强晶体硅太阳电池电流的有效收集，进一步提高晶体硅太阳电池的电性能。
附图说明
图1为通过常规的等离子体刻蚀法去除硅片背面边缘处的PN结前后以及去除边缘处PN结后与太阳电池正面电极配合的示意图；以及
图2为通过本发明的去边方法去除硅片背面边缘处的PN结前后以及去除边缘处PN结后与太阳电池正面电极配合的示意图，
图1和2中的1为扩散后硅片的示意图；图1中的2为等离子隔离后硅片情况的示意图，图2中的2为涂腐蚀浆料时的示意图；图1和2中的3为硅片隔离后与电极配合的示意图。
具体实施方式
现在将详细地说明本发明的优选实施方案。应该理解，下列实施例仅是例证性的，这些实施例并没有限制本发明。
比较例1(常规的等离子体刻蚀法)
常规电池采用等离子体气相腐蚀法来隔离硅片PN结，具体流程如下：
(1)对晶体硅片进行去损伤和表面制绒，其中晶体硅片类型为p型多晶硅片；
(2)对表面制绒后的硅片进行扩散制结；
(3)等离子刻蚀法去除硅片边缘处的PN结；
(4)去除磷硅玻璃；
(5)通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法沉积氮化硅钝化膜；
(6)丝网印刷正背面电极浆料和背场浆料；
(7)共烧形成欧姆接触。
实施例1(本发明的去边方法)
本发明采用腐蚀浆料来隔离硅片背面边缘处的PN结，具体工艺流程如下：
(1)对晶体硅片进行去损伤和表面制绒，其中晶体硅片类型为p型多晶硅片；
(2)对表面制绒后的硅片进行扩散制结；
(3)将扩散制结后的硅片背面(非制绒面)边缘处的PN结去除(即去边步骤)；
(4)去除磷硅玻璃；
(5)通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法沉积氮化硅钝化膜；
(6)丝网印刷正背面电极浆料和背场浆料；
(7)共烧形成欧姆接触，
其中，在步骤(3)中，将KOH浓度为40～50wt％的糊状腐蚀浆料均匀涂抹在扩散制结后的硅片背面边缘处，涂抹宽度为硅片背面边缘向内50微米，然后对硅片进行加热，加热温度为210℃，加热时间为15min，使腐蚀浆料的主要成分与硅片起反应，再用纯水超声波清洗硅片，从而完成去除边缘处的PN结。
实施例1中采用本发明的去边方法隔离PN结后制得的太阳电池的性能与比较例1中采用常规的等离子体刻蚀法隔离PN结后制得的太阳电池的性能如下表1所示：
表1
Figure A20091014647900081
Figure A20091014647900091
其中，Uoc表示开路电压，Isc表示短路电流，Rs表示窜连电阻，Rsh表示并联电阻，FF表示填充因子，NCell表示转换效率，Irev2表示漏电流；
表1中的第一次、第二次和第三次是指分别使用实施例1和比较例1中的方法制备的三批太阳电池，汇总是指这三批太阳电池性能的平均值。
与比较例1中采用常规的等离子体刻蚀工艺法制得的太阳电池片相比，实施例1中采用本发明的去边方法隔离PN结后制得的太阳电池片的Eff平均提高了0.19％，Isc提高了30～80毫安。
实施例2
除了步骤(3)有所改变之外，本实施例采用与实施例1中相同的方法制备太阳电池片。在步骤(3)中，将KOH浓度为40～50wt％的糊状腐蚀浆料均匀涂抹在扩散制结后的硅片背面边缘处，涂抹宽度为硅片背面边缘向内50微米，然后对硅片进行加热，加热温度为215℃，加热时间为10min，使腐蚀浆料的主要成分与硅片起反应，再用纯水超声波清洗硅片，从而完成去除边缘处的PN结。
实施例2中采用本发明的去边方法隔离PN结后制得的太阳电池的性能与比较例1中采用常规的等离子体刻蚀法隔离PN结后制得的太阳电池的性能如下表2所示：
表2
Figure A20091014647900101
其中，Uoc表示开路电压，Isc表示短路电流，Rs表示窜连电阻，Rsh表示并联电阻，FF表示填充因子，NCell表示转换效率，Irev2表示漏电流；
表2中的第一次、第二次和第三次是指分别使用实施例2和比较例1中的方法制备的三批太阳电池。
与比较例1中采用常规的等离子体刻蚀工艺法制得的太阳电池片相比，实施例1中采用本发明的去边方法隔离PN结后制得的太阳电池片的Eff平均提高了0.2％，Isc提高了50～100毫安。
在经过常规的等离子体刻蚀或水平式湿法化学刻蚀隔离PN结后，因刻蚀到扩散面边缘，所以不可避免地使硅片扩散面边缘的表面N掺杂浓度减小很多或者直接破坏掉PN结。这样在设计太阳电池正面银电极图形的时候必须要设计银电极避免与这些区域接触，否则将会使电池边缘接触电阻变大，影响电池性能。而这样的设计，也使得电池边缘的电流有所损失。而且，扩散面边缘的PN结的破坏还导致电池片正面的有效发电面积减少，从而影响电池性能(如图1)。
本发明提供的太阳电池的制备方法，特别是其中步骤(3)去边步骤，可以有效控制腐蚀痕迹不蔓延到硅片扩散面。相对于常规隔离PN结的刻蚀技术，本发明的制备方法中的去边步骤能够有效增大扩散面PN结面积。这种刻蚀效果可使太阳电池正面丝网印刷的银电极栅线延伸至硅片边缘，在降低边缘接触电阻与横向电阻的同时增加晶体硅太阳电池的电流有效收集，进一步提升晶体硅电池的电性能(如图2)。

Claims (8)

1、一种太阳电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)对晶体硅片进行去损伤和表面制绒；
(2)对表面制绒后的硅片进行扩散制结；
(3)将扩散制结后的硅片背面边缘处PN结去除；
(4)去除磷硅玻璃或硼硅玻璃；
(5)通过等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅钝化膜；
(6)丝网印刷正背面电极浆料和背场浆料；和
(7)共烧形成欧姆接触，
其中，在步骤(3)中，将糊状腐蚀浆料均匀涂抹在扩散制结后的硅片背面边缘处，然后对硅片进行加热，使腐蚀浆料的主要成分与硅片起反应，再用纯水冲洗硅片，从而完成去除边缘处的PN结。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(3)中的腐蚀浆料包含KOH，其浓度为20～50wt％。
3、根据权利要求2所述的制备方法，其中，步骤(3)中的腐蚀浆料中的KOH的浓度为30～50wt％。
4、根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(3)中的涂抹宽度为硅片背面边缘向内0～500微米。
5、根据权利要求4所述的制备方法，其中，步骤(3)中的涂抹宽度为硅片背面边缘向内0～200微米。
6、根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(3)中的加热温度为150～300℃，并且加热时间为5～20分钟。
7、根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤(3)中的加热温度为200～250℃，并且加热时间为10～15分钟。
8、一种通过权利要求1～7中任一项所述的方法制备的太阳电池。
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