CN101752460A - 一种制备隐蔽型发射极硅太阳电池的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备隐蔽型发射极硅太阳电池的方法，本发明方法采用二次扩散工艺，包括：1-激光打孔，2-清洗、辐射损失去除、绒面制备，3-扩散，4-掩蔽发射区，5-发射区腐蚀、去周边结，6-去除掩蔽，7-氧化及表面钝化，8-丝网印刷电极，9-烧结。本发明可以较好的制备出隐蔽型发射极硅太阳电池。
Description
技术领域
本发明属于硅太阳电池的制造方法。
背景技术
目前一般的硅太阳电池设计和制造方法，发射区和发射区电极均位于电池正面，这种结构存在局限性。首先，尽管栅线电极所占面积很小，仅占电池正面面积8％，可依然阻挡了部分阳光，使电池有效受光面积降低，降低了光生电流的密度，不利于提高太阳电池的效率；其次，由于正负电极分别在电池的两边，需要用涂锡带从一块电池的正面焊接到另一块电池的背面，由于发射极电流通过的路径很长，发射极串联电阻增大，降低了集电极输出电流；再其次，在组件封装时，发射极双面连接方式使自动化生产的难度加大。
发明内容
为了解决前述常规硅太阳电池存在的问题，本发明提供了一种依靠导电小孔来收集载流子，并传递到背面发射区电极上的隐蔽型发射极硅太阳电池的一种制作方法。
本发明隐蔽型发射极硅太阳电池的英文缩写为EWT(Emitter WrapThrough)硅太阳电池。
本发明提出的制备隐蔽型发射极硅太阳电池方法是在P型硅片上通过激光打孔和发射区磷扩散工艺把正面发射区引入背面局部发射区，将二者直接地连接在一起；激光打孔和扩散阻挡层或发射区光刻决定了磷扩散位置，从而界定硅片背面p-n结；通过丝网印刷间隔排列的正负电极及烧结连线，将正负电极全部交叉排列在背面，实现太阳电池的完全背接触互连方式。
本发明包括以下工艺步骤：
(1)在p型硅片上激光打孔；
(2)清洗硅片去掉硅片表面的污染物，用腐蚀液去除激光打孔产生的辐射损失层，再进行表面织构化；
(3)用以下工艺中的一种或几种界定硅片背面p-n结：
a.沉积SiNx膜作为扩散阻挡层，或
b.丝网印刷扩散阻挡层，或
c.丝网印刷耐腐蚀浆料，或
d.激光刻槽法；
(4)以POCl3为磷源在扩散炉内进行扩散，获得40-70Ω/□的发射区方块电阻或者110Ω/□的前表面发射区方块电阻，电池后表面20Ω/□的发射区方块电阻；
(5)扩散结束后对硅片表面进行钝化，即在硅片表面生长SiO2或SiNx薄膜；
(6)在硅片背面用金属浆料通过丝网印刷间隔排列与p型电极区域连接的正电极和与n型电极区域连接的负电极后，烘干、烧结。
所述步骤(1)在p型硅片上激光打孔的密度为0.5-1hole/mm2。
所述步骤(4)以POCl3为磷源在扩散炉内进行扩散，获得40-70Ω/□的发射区方块电阻或者110Ω/□的前表面发射区方块电阻，电池后表面20Ω/□的发射区方块电阻。
所述步骤(6)通过两次丝网印刷交叉排列的正负电极；或者利用其它方法制作太阳电池的电极。
所述步骤(6)发射结结深大于0.3μm，表面浓度大于1020atoms/cm3，以防止旁路电流的增加和结区的复合。。
所述步骤(6)在链式烧结炉中烘干的温度为180-210℃，烧结最高温度为760℃；传送硅片的网带的前进速度为180mm/分钟。
本发明在目前传统硅太阳电池的工艺的基础上，在p型硅片上通过激光打孔和发射区磷扩散工艺把正面发射区引入背面局部发射区，将二者直接地连接在一起；激光打孔和扩散阻挡层或发射区光刻决定了磷扩散位置，从而界定硅片背面p-n结；通过丝网印刷间隔排列的正负电极及电极的烧结，将正负电极全部交叉排列在背面，实现太阳电池的完全背接触互连方式，制备出隐蔽型发射极硅太阳电池。
与传统太阳电池相比，太阳电池有如下优点：
(1)显著地提高了光生电流密度。这是因为本发明电池的正面不做金属电极，没有任何遮挡，增加了电池的受光面积，而将正面发射区与背面局部发射区连接在一起的激光穿孔所形成的圆柱面(πr2×硅电池高度)进一步增大了电池的受光面积；同时，激光穿孔提供的发射区电流低阻通路缩短了发射区与基区相互连接的距离，减少了连线电阻，增大了集电极电流；
(2)一定密度的通过重磷扩散的n型硅穿孔能够同时从电池的正面n扩散区和背面n扩散区收集电荷，使得电池具有很高的电荷收集率，能够利用低品质的硅材料制备隐蔽型发射极硅太阳电池；
(3)正电极和负电极均排列在电池背面，既简化了光伏组件的封装，可以采用全新的组件封装模式进行共面连接，优化了电池制作工艺，缩短了封装时电池相互之间的间隔，提高了封装密度，降低了封装难度，更容易实现工业自动化生产；
(4)电池背面采用定域合金制背场的方法，既产生了内建电场，同时减少金属电极与半导体界面的接触面积，使金属电极与半导体界面的高复合速率区面积减少，降低了电池背面的表面复合，有利于注入电子向背面n扩散区扩散，形成较大的集电结电流，提高电池功率；
(5)电池的正面平整匀称、外型美观，提高了电池的美学性能。
附图说明
图1为本发明的主要工艺流程图。
标号说明：1-激光打孔，2-清洗、辐射损失去除、绒面制备，3-扩散，4-掩蔽发射区，5-发射区腐蚀、去周边结，6-去除掩蔽，7-氧化及表面钝化，8-丝网印刷电极，9-烧结。
以下结合附图进一步说明本发明硅太阳电池制作工艺流程。
以下实施例陈述的工艺方式并不限制本发明的保护范围。
具体实施方式
1.在125mm×125mm的p型硅片上激光打孔，孔密度为0.5hole/mm2。
2.硅片的清洗、抛光、去除辐射损伤及制绒。
用以下步骤清洗除去硅片上的杂质：
1)用去离子水将硅片表面清洗数遍，去除硅片表面的大的杂质颗粒。
2)用洗涤剂超声清洗数遍，然后用大量的冷热去离子水冲洗数遍，将硅片表面的油脂去掉。
3)用浓硫酸将硅片煮至冒白烟，去除硅片表面的污染物。
制绒腐蚀液腐蚀时间为30分钟，制绒结束后，用大量的冷热去离子水交替冲洗数遍。取出硅片后，烘干，以备扩散用。
3.硅太阳电池背面P-N结的界定。
用以下方式中的一种实现EWT硅太阳电池背面p-n结的界定：
(1)沉积SiNx膜作为扩散阻挡层。扩散之前，在电池的背面先沉积上一层SiNx膜或者是SiO2膜，接着在P型区域上丝网印刷一层抗腐蚀浆料，第三步利用等离子刻蚀或机械刻蚀或激光刻槽去掉SiNx层，最后去除抗腐蚀浆料。
(2)丝网印刷扩散阻挡层。在扩散之前，直接在电池的背面P型区域丝网印刷上扩散阻挡层。
(3)丝网印刷耐腐蚀浆料。待扩散以后，在硅片的前表面和后表面的N型区域丝网印刷耐腐蚀浆料，最后用腐蚀液去除p型区域的n型层。
(4)激光刻槽法。通过丝网印刷Ag/Al浆料共烧的办法补偿电池背面的n型层，烧结后，直接用激光开槽实现电池背面p-n结的界定。
4.扩散
以POCl3为磷源，并且用一小股N2气携带其进入扩散炉中。磷源在850℃-900℃进行三步扩散制备pn结。
5.氧化及表面钝化
扩散结束后，用去离子水冲洗数遍，用工业氮气吹干后进行高温氧化，在硅片表面生长出一层SiO2薄膜。
6.丝网印刷电极及烧结
隐蔽性发射极穿孔硅太阳电池的正负电极交叉排列在硅片背面，丝网印刷定位精度要求严格。本发明根据电池的结构特征，采用印刷两次金属浆料的方法印刷电极。每次印刷的浆料先被烘干，然后在红外链式烧结炉中进行共烧，同时形成电极的欧姆接触。为了获得好的填充因子，一般的结深要超过0.3μm，表面浓度大于1020atoms/cm3，以防止旁路电流的增加和结区的复合。
链式烧结炉中的温度高低及其分布、传送硅片的网带的前进速度如下：
(1)链式烧结炉中的温度分布
印刷完浆料后将硅片置于180℃-210℃链式烧结炉中进行烘干，烧结最高温度为760℃。
(2)传送硅片的网带的前进速度
网带的前进速度为每分钟约180mm。
Claims (10)
1.一种制备隐蔽型发射极硅太阳电池的方法，包括以下步骤：
(1)在p型硅片上激光打孔；
(2)清洗硅片去掉硅片表面的污染物，用腐蚀液去除激光打孔产生的辐射损失层，再进行表面织构化；
(3)用以下工艺中的一种或几种界定硅片背面p-n结：
a.沉积SiNx膜作为扩散阻挡层，或
b.丝网印刷扩散阻挡层，或
c.丝网印刷耐腐蚀浆料，或
d.激光刻槽法；
(4)以POCl3为磷源在扩散炉内进行扩散，获得40-70Ω/□的发射区方块电阻或者110Ω/□的前表面发射区方块电阻，电池后表面20Ω/□的发射区方块电阻；
(5)扩散结束后对硅片表面进行钝化，即在硅片表面生长SiO2或SiNx薄膜；
(6)在硅片背面用金属浆料通过丝网印刷间隔排列与p型电极区域连接的正电极和与n型电极区域连接的负电极后，烘干、烧结。
2.根据权利要求1所述的制备隐蔽型发射极穿孔硅太阳电池的方法，其特征是步骤(1)在p型硅片上激光打孔密度为0.5-1hole/mm2。
3.根据权利要求1、2所述的制备隐蔽型发射极穿孔硅太阳电池的方法，其特征是步骤(4)采用磷源在850℃-900℃进行三步扩散制备pn结。
4.根据权利要求1、2所述的制备隐蔽型发射极穿孔硅太阳电池的方法，其特征是步骤(6)通过两次丝网印刷交叉排列的正负电极；或者利用其它方法制作太阳电池的电极。
5.根据权利要求3所述的制备隐蔽型发射极穿孔硅太阳电池的方法，其特征是步骤(6)通过两次丝网印刷交叉排列的正负电极；或者利用其它方法制作太阳电池的电极。
6.根据权利要求1、2所述的制备隐蔽型发射极硅太阳电池的方法，其特征是步骤(6)发射结结深大于0.3μm，表面浓度大于1020atoms/cm3，以防止旁路电流的增加和结区的复合。
7.根据权利要求3所述的制备隐蔽型发射极硅太阳电池的方法，其特征是步骤(6)发射结结深大于0.3μm，表面浓度大于1020atoms/cm3，以防止旁路电流的增加和结区的复合。
8.根据权利要求4所述的制备隐蔽型发射极硅太阳电池的方法，其特征是步骤(6)发射结结深大于0.3μm，表面浓度大于1020atoms/cm3，以防止旁路电流的增加和结区的复合。
9.根据权利要求5所述的制备隐蔽型发射极硅太阳电池的方法，其特征是步骤(6)发射结结深大于0.3μm，表面浓度大于1020atoms/cm3，以防止旁路电流的增加和结区的复合。
10.根据权利要求1、2所述的制备隐蔽型发射极硅太阳电池的方法，其特征是步骤(6)在链式烧结炉中烘干的温度为180-210℃，烧结最高温度为760℃；传送硅片的网带的前进速度为180mm/分钟。
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