CN101840954A

CN101840954A - 利用传统工艺制备双面pn结晶硅太阳能电池的方法

Info

Publication number: CN101840954A
Application number: CN200910080055A
Authority: CN
Inventors: 贾锐; 朱晨昕; 陈晨; 李维龙; 张培文; 李昊峰; 刘明
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2010-09-22

Abstract

本发明公开了一种利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，包括：在晶硅基板正面和背面制备绒面结构；将正面和背面均有绒面结构的晶硅基板放置于扩散炉中进行扩散，形成双面PN结；在晶硅基板正面和背面生长Si₃N₄减反膜；在晶硅基板的背面激光刻蚀形成太阳能电池正极的栅槽；对晶硅基板背面的正、负极电极分别进行丝网印刷，并进行热处理固化；对晶硅基板正面的负极电极进行丝网印刷，并进行热处理固化；合金退火，制备出双面PN结太阳能电池。本发明通过大生产工艺来制备双PN结晶硅电池，利用双PN结来工作，达到高效转换的目的，具有增加的工艺步骤少、能与大生产线上的工艺兼容，易于实现大规模生产的特点。

Description

利用传统工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法

技术领域

本发明涉及晶硅(单晶硅和多晶硅的简称)太阳能电池技术领域，尤其涉及一种利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法。

背景技术

随着世界人口的急剧增加和各国经济的快速发展，对能源的需求越来越多，能源问题已成为一个国家长久快速发展的战略性问题。目前大规模使用的传统能源如石油和煤炭由于储量有限，按目前的消耗量在几十年后至一百多年后将会枯竭，同时目前频繁的使用化石能源造成严重的大气污染和温室效应，因此对清洁可再生能源的需求也越来越迫切。太阳能电池作为清洁能源的一种由此得到了快速发展。

自1954年贝尔实验室报道第一个商品化的Si太阳能电池以来，各种太阳能电池相继问世。通过数十年来的不断发展，太阳能电池从第一代的单晶硅太阳能电池、第二代的薄膜太阳能电池到现在第三代的高效太阳能电池，其制作成本逐步降低，转换效率不断提高。

目前晶硅电池面临着转换效率不是很高(大规模生产能做到17％)、价格昂贵等缺点，但晶硅(单晶和多晶)电池目前在各种太阳能电池中，其市场比重占到了90％以上，大规模的退出市场还需时日。因此，提高转换效率是降低成本的一种有效手段。

利用传统的微电子工艺技术可以有效的大幅度地提高转换效率，但成本昂贵，大生产中被厂家采用的比较少。而利用大规模生产线工艺提高晶硅太阳能电池效率的手段多种多样，比如采用选择性发射极结构、背表面电场、表面钝化技术等，但这些技术手段提升太阳能电池效率的空间有限，再增加转换效率存在着很大的困难。

因此，如何利用新原理、新结构、新技术来提高晶硅电池的转换效率是一个很紧迫的问题，本发明正是基于这样的背景下展开。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，以利于采用大规模生产线的工艺来制备双面PN结晶硅太阳能电池，并提高晶硅太阳能电池的转换效率。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：

步骤101：在晶硅基板正面和背面制备绒面结构；

步骤102：将正面和背面均有绒面结构的晶硅基板放置于扩散炉中进行扩散，形成双面PN结；

步骤103：在晶硅基板正面和背面生长Si₃N₄减反膜；

步骤104：在晶硅基板的背面激光刻蚀形成太阳能电池正极的栅槽；

步骤105：对晶硅基板背面的正、负极电极分别进行丝网印刷，并进行热处理固化；

步骤106：对晶硅基板正面的负极电极进行丝网印刷，并进行热处理固化；

步骤107：合金退火，制备出双面PN结太阳能电池。

上述方案中，所述步骤101具体包括：将厚度为180微米至250微米的晶硅基板放置于氢氧化钠溶液中进行各向异性腐蚀，在腐蚀过程中基晶硅板正、背两面均置于腐蚀液中，制备出的正、反面的绒面结构各方面特性基本一致，绒面结构呈现出传统的金字塔形。

上述方案中，步骤101中所述晶硅基板为商用125单晶或者156多晶，晶硅基板衬底类型为P型衬底；单晶电阻率为0.5～3Ω·cm，多晶电阻率为0.5～6Ω·cm。

上述方案中，所述步骤102具体包括：将正反两面均有绒面结构的晶硅基板放置入扩散炉中进行扩散，扩散源为液态POCl₃，扩散出的双面PN结的结深在200～500微米之间，扩散完后利用酸洗去掉正反面的磷硅玻璃。

上述方案中，所述步骤103具体包括：将晶硅基板放置于等离子体增强化学气相沉积设备中，在晶硅基板的正面和背面生长Si₃N₄减反膜，Si₃N₄减反膜的厚度为70～120nm。

上述方案中，所述步骤104具体包括：利用激光刻蚀机，在生长有Si₃N₄膜基片的晶硅基板背面刻蚀出宽度大于100微米的栅槽线，形成太阳能电池正极栅槽，栅槽的深度为500nm～90微米之间，使用激光的波长为1064nm。

上述方案中，所述步骤105具体包括：对晶硅基板背面正、负电极分别进行丝网印刷，先印刷正电极图形，印刷正电极的位置与激光刻蚀形成的栅槽位置重合，但电极宽度小于激光刻蚀的栅槽宽度；正电极印刷完毕后，进行低温固化热处理；接着在晶硅基板背面印刷负电极图形，负电极的位置不能与栅槽及正电极有任合接触，完毕后再低温固化热处理；丝网印刷所使用的浆料分别为银铝浆料和银浆料。

上述方案中，所述步骤106具体包括：将晶硅基板翻转进行正面负电极丝网印刷，使用浆料为银浆料，完毕后热处理固化。

上述方案中，所述步骤107具体包括：采用常规阶梯式升温方式进行正面、背面的电极合金处理，无特殊气氛保护，最终制备出双PN结太阳能电池。

(三)有益效果

1、本发明提供的这种利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，通过大生产工艺来制备双PN结晶硅电池，利用双PN结来工作，最终达到高效转换的目的，具有增加的工艺步骤少、能与大生产线上的工艺兼容，易于实现大规模生产等特点。

2、本发明提供的这种利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，区别于传统晶硅电池靠一个PN结工作的方式，具有制备技术简单，所增加的设备和工艺步骤不多，由于是利用现有的生产线，易于大规模生产并产业化，最终达到降低成本的目的。

附图说明

图1为本发明提供的制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法流程图；

图2为P型晶硅基板的示意图；

图3为在正反面制备出绒面的示意图；

图4为双面进行扩散后形成双面PN结的示意图；

图5为双面利用PECVD淀积Si₃N₄膜后的示意图；

图6为背面利用激光刻蚀后形成栅槽后的示意图，刻蚀出背面正电极栅槽线的示意图；

图7为利用丝网印刷技术先在背面激光刻蚀栅槽线内印刷正电极浆料，再印刷背面负电极浆料的示意图；

图8为利用丝网印刷技术在正面印刷负电极浆料的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对具体实施方式加以说明，详细说明如下：

如图1所示，图1为本发明提供的制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101：在晶硅基板正面和背面制备绒面结构；

步骤102：将正面和背面均有绒面结构的晶硅基板放置入扩散炉中进行扩散，形成双面PN结；

步骤103：在晶硅基板正面和背面生长Si₃N₄减反膜；

步骤107：合金退火，制备出双面PN结太阳能电池。

图2至图8是用来说明本发明一个具体实施例的示意图。

如图2中步骤201所示，选取的晶硅基板为商用125单晶或者156多晶都可，衬底类型为P型衬底；单晶电阻率为0.5～3Ω·cm，多晶电阻率为0.5～6Ω·cm。

如图3中步骤202所示，利用大规模生产线上制备绒面的方法，将厚度为180微米至250微米之间的晶硅基板放置于按一定比例配制的NaOH、Na₂SiO₃和无水乙醇混合而成的制绒液中，由于发生化学反应，会对晶硅进行各向异性腐蚀形成绒面，绒面的形状呈现倒金字塔形；其中多晶硅制备绒面的方式略有不同。因为在制备过程中基板正、反面因为均置于腐蚀液中，因此正反两面制备出的绒面特性基本一致。

如图4中步骤303所示，将正反两面制备好绒面结构的晶硅基板放置入扩散炉中，进行扩散。扩散炉温度可在300℃至1300℃变化。远取扩散温度在850～950℃之间，扩散源为液态POCl₃。扩散出的双面PN结其结深在200～500nm之间，结深由扩散时间来确定，扩散完毕后所形成的方块电阻约在20～50Ω/_□变化。由于扩散过程中，会在电池表面形成磷硅玻璃，它会影响电池的效率，因此用HF酸、HNO₃酸和水的混合腐蚀液来消除磷硅玻璃，清除完磷硅玻璃后用去离子水清洗干净并烘干，以备接下来的制备减反膜工艺。

如图5中步骤405所示，为了制备减反膜，将基片再放入到等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)中，生长Si₃N₄膜，膜厚控制在70～120nm之间。对于晶硅电池的单层减反膜情况来说，其对光的减反效果可达到最佳。

如图6中步骤501所示，利用工作波长为1064nm的激光刻蚀机对背面进行刻蚀，在此处要求其大于100微米，刻蚀的深度要求大于500nm，但小于90微米。此刻蚀深度已穿透背面PN结的深度，尽量避免刻蚀深度处于背面PN结内。刻蚀的图形与下一步丝网印刷的图形一样，但刻蚀宽度一定要大于下一步工艺中丝网印刷电极的宽度。因此，此步骤中刻蚀图形的设计一定要与下一步骤中的丝网印刷的图形统一起来。

如图7中，先如步骤601所示，将丝网印刷的铝浆电极印刷于栅槽线内，印刷的电极宽度一定要小于栅槽线的宽度，而且要印刷在栅槽线以内，不可有丝毫的浆料在栅槽线以外。印刷完毕后在200℃热处理并加以固化。接着再如步骤602所示，用丝网印刷机在背面涂覆作为负电极的银浆料，印刷的过程中一定不要与正电极浆料有任合的接触或者重合；印刷完毕后在200℃热处理并加以固化。

如图8中步骤701所示，将正面朝上，用丝网印刷在正面印刷上银浆料，作为电池正面的负电极；印刷完毕后在200℃热处理并加以固化。

最后按照大规模生产线的退火合金方式，对正面的负电极、背正的正电极和负电极进行从300℃至900℃的阶梯式热退火处理，最终完成双PN结晶硅高效太阳能电池的制备。

以上所述制备工艺，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤101：在晶硅基板正面和背面制备绒面结构；

步骤103：在晶硅基板正面和背面生长Si₃N₄减反膜；

步骤107：合金退火，制备出双面PN结太阳能电池。

2.根据权利要求1所述的利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤101具体包括：

将厚度为180微米至250微米的晶硅基板放置于氢氧化钠溶液中进行各向异性腐蚀，在腐蚀过程中基晶硅板正、背两面均置于腐蚀液中，制备出的正、反面的绒面结构各方面特性基本一致，绒面结构呈现出传统的金字塔形。

3.根据权利要求1所述的利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，步骤101中所述晶硅基板为商用125单晶或者156多晶，晶硅基板衬底类型为P型衬底；单晶电阻率为0.5～3Ω·cm，多晶电阻率为0.5～6Ω·cm。

4.根据权利要求1所述的利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤102具体包括：

将正反两面均有绒面结构的晶硅基板放置入扩散炉中进行扩散，扩散源为液态POCl₃，扩散出的双面PN结的结深在200～500微米之间，扩散完后利用酸洗去掉正反面的磷硅玻璃。

5.根据权利要求1所述的利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤103具体包括：

将晶硅基板放置于等离子体增强化学气相沉积设备中，在晶硅基板的正面和背面生长Si₃N₄减反膜，Si₃N₄减反膜的厚度为70～120nm。

6.根据权利要求1所述的利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤104具体包括：

利用激光刻蚀机，在生长有Si₃N₄膜基片的晶硅基板背面刻蚀出宽度大于100微米的栅槽线，形成太阳能电池正极栅槽，栅槽的深度为500nm～90微米之间，使用激光的波长为1064nm。

7.根据权利要求1所述的利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤105具体包括：

对晶硅基板背面正、负电极分别进行丝网印刷，先印刷正电极图形，印刷正电极的位置与激光刻蚀形成的栅槽位置重合，但电极宽度小于激光刻蚀的栅槽宽度；正电极印刷完毕后，进行低温固化热处理；接着在晶硅基板背面印刷负电极图形，负电极的位置不能与栅槽及正电极有任合接触，完毕后再低温固化热处理；丝网印刷所使用的浆料分别为银铝浆料和银浆料。

8.根据权利要求1所述的利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤106具体包括：

将晶硅基板翻转进行正面负电极丝网印刷，使用浆料为银浆料，完毕后热处理固化。

9.根据权利要求1所述的利用传统大规模生产线工艺制备双面PN结晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤107具体包括：

采用常规阶梯式升温方式进行正面、背面的电极合金处理，无特殊气氛保护，最终制备出双PN结太阳能电池。