CN101840961B - 一种晶体硅太阳电池工业化生产工艺 - Google Patents

一种晶体硅太阳电池工业化生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种晶体硅太阳电池工业化生产工艺，选取硅片，依次进行前表面制绒、磷扩散、去除磷扩散时表面形成的磷硅玻璃和前表面PECVD沉积氮化硅后，将带有前表面氮化硅减反射膜保护的硅片置于加热的碱液中进行背面抛光处理除去背面的扩散层，然后经清洗烘干后采用抗弯曲铝浆丝网印刷和烧结即可；该工艺采用化学方法代替等离子刻蚀工艺，实现硅片绒面整个生产流程中无接触，避免了硅片摩擦引起的绒面损伤，从而降低正面银浆烧结后发生漏电的概率；平坦、洁净的背表面有利于烧结时铝硅的反应，形成更均匀的铝背场，抛光面比不规则的绒面具有更强的反射作用，可以增加入射光的吸收，提高电池片长波长的光谱响应，显著提高短路电流和开路电压。

Description

一种晶体硅太阳电池工业化生产工艺
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种晶体硅太阳电池工业化生产工艺。
背景技术
随着化石能源储量的日益减少，以及温室效应引起的种种环境问题，人们对新能源的需求越来越强。太阳电池作为一种光电转化器件，是获取太阳能源的最直接的方式。近年太阳电池世界产量一直以每年30％～40％高速增长，成为发展最快的行业之一。
目前，晶体硅太阳电池是光伏产品中的主流，占约90％的市场份额。国内晶体硅生产线基本都是按照制绒、扩散、等离子刻蚀、磷硅玻璃清洗、氮化硅沉积、丝网印刷、烧结的电池制作流程而设计。该流程制得的单晶硅太阳电池转换效率目前达到17.5％左右，在此基础上提高效率空间较小，需要考虑工艺成本，最终找到具有性价比的实施方案。
现有一般生产工艺中，硅片扩散后，从扩散炉管取出后叠在一起，压紧后进行等离子刻蚀去除边缘P/N结，防止电池边缘漏电。硅片金字塔型的绒面在叠片、分片的过程中容易出现损伤，引起烧结后的银栅线与P型基体接触而漏电。等离子体在进行刻蚀的过程中，也会刻蚀掉硅片正面边缘部分面积，刻蚀程度与硅片之间松紧，以及工艺参数有关，需要严格控制。否则正面有效面积减小，影响电池的短路电流，同样金属栅线边缘可能接触P型基体而造成漏电。
另一方面，硅材料在晶体硅太阳电池的成本中占很大比重。为了减少硅料的用量，硅片厚度变得越来越小，目前常用的硅片约170um～190μm。硅片变薄，除了要考虑生产中的碎片率，烧结后的弯曲度，还要关注电池的长波响应特性。因为硅是一种间接吸收半导体材料，薄硅片需要有很好的背面反射，才能降低光学损失，增加有效吸收。晶体硅太阳电池背面一般由掺铝背场层、铝硅合金层、铝浆烧结层组成。铝硅合金层与硅体结合紧密，两者的界面对光产生反射作用。铝浆在不规则的绒面上经过烧结，虽然也可以得到这三层结构，但铝硅合金厚度和密度不均匀，界面非常粗糙，反射效果不好。硅片背面抛光后与铝浆反应，可以产生比较均匀一致的铝硅合金层，得到类似镜面的高反射效果。电池的长波响应得到提高，转换效率也就随之升高。
中国专利申请号200810038354.X的专利申请提供了一种硅太阳电池的制绒方法，该方法是将硅片两两相并放在花篮中，在氢氧化钠溶液中进行单面制绒。该方法提高制绒效率，降低了硅片制绒过程中减薄的厚度。
中国专利申请号03158056.4的专利申请提供了一种作为硅太阳电池的背面电极，在维持硅太阳电池的背面电极功能的同时，烧结时的膜层收缩小，能够抑制硅片翘曲的导电浆。
上述的这些办法虽可降低硅片两次化学腐蚀减薄的不利影响，控制电池弯曲度，减少碎片产生，但是仍然需要将硅片叠在一起进行边缘刻蚀，未能直接避免绒面损伤的可能性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶体硅太阳电池工业化生产工艺，该工艺能实现硅片绒面整个生产流程中无接触，减少硅片摩擦引起的绒面损伤，从而降低正面银浆烧结后发生漏电的概率；该工艺还将原先粗糙的背表面抛光成平坦的表面，去除背面扩散层，铝硅烧结反应后，提高背反射作用，增加铝背场的均匀性，改善了硅太阳电池的长波响应，提高了转换效率。
本发明提供的晶体硅太阳电池工业化生产工艺，选取硅片，依次进行前表面制绒、磷扩散、去除磷扩散时表面形成的磷硅玻璃和前表面PECVD沉积氮化硅后，将带有前表面氮化硅减反射膜保护的硅片置于加热的碱液中进行背面抛光处理除去背面的扩散层，然后经清洗烘干后采用抗弯曲铝浆丝网印刷和烧结即可。
本发明所述的碱液为无机碱液，所述的无机碱液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，其重量百分含量为10～40％，所述碱液的温度为50～90℃。
本发明所述的碱液为有机碱液，所述的有机碱液为四甲基氢氧化铵或乙二胺的水溶液，其重量百分含量为10～30％，所述碱液的温度为50～90℃。
经上述碱液背面抛光处理后硅片的厚度减薄5～15μm。
优选的，本发明所述的硅片为单晶硅片，其电阻率为0.5～5Ω·cm。
对于上述单晶硅片，所述的前表面制绒为：将硅片两两相并置于含有机溶剂的氢氧化钠水溶液中进行前表面腐蚀，腐蚀后的硅片再经酸洗、去离子水清洗即可。
上述单面制绒过程中：
所述氢氧化钠水溶液的重量百分含量为0.5～1.5％。
所述的有机溶剂为异丙醇或酒精，其体积百分含量为1～10％。
本发明所述磷扩散的过程为：采用三氯氧磷液态源，控制恒温区温度为800～900℃进行扩散30～50min，扩散后硅片的方块电阻为40～60Ω/□。
本发明经正面PECVD沉积后的氮化硅的折射率为1.5～2.5，膜厚为70～90nm。
本发明的有益效果是：
(1)采用化学方法代替等离子刻蚀工艺，不增加工艺步骤，且无需购买昂贵的化学腐蚀设备，实现硅片绒面整个生产流程中无接触，避免了硅片摩擦引起的绒面损伤，从而降低正面银浆烧结后发生漏电的概率；
(2)平坦、洁净的背表面有利于烧结时铝硅的反应，形成更均匀的铝背场，抛光面比不规则的绒面具有更强的反射作用，可以增加入射光的吸收，提高电池片长波长的光谱响应，显著提高短路电流和开路电压。
附图说明
图1是常规生产工艺制得的太阳电池粗糙面的背面反射示意图，其中：1、铝背场；2、铝硅合金；3、铝浆烧结层；
图2是本申请生产工艺制得的太阳电池抛光面的背面反射示意图，其中：1、铝背场；2、铝硅合金；3、铝浆烧结层；
图3是常规生产工艺与本申请生产工艺制得的太阳电池背面反射(长波)曲线。
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
本实施例提供的晶体硅太阳电池工业化生产工艺为：选取硅片，依次进行前表面制绒、磷扩散、去除磷扩散时表面形成的磷硅玻璃和前表面PECVD沉积氮化硅后，将带有前表面氮化硅减反射膜保护的硅片置于加热的碱液中进行背面抛光处理除去背面的扩散层，然后经清洗烘干后采用抗弯曲铝浆丝网印刷和烧结即可。
抛光时采用的碱液为无机碱液，该无机碱液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，其重量百分含量为10～40％，温度为50～90℃；抛光时还可采用有机碱液，该有机碱液为四甲基氢氧化铵或乙二胺的水溶液，其重量百分含量为10～30％，温度为50～90℃。
实施例2
本实施例提供的晶体硅太阳电池工业化生产工艺，包括以下步骤：
(1)绒面腐蚀
选取电阻率1.0～5Ω·cm的单晶硅片，将两片并在一起插在花篮槽中，然后置于温度为80～95℃，含体积百分含量为1～10％酒精的氢氧化钠水溶液中进行前表面单面腐蚀，氢氧化钠水溶液的重量百分含量为0.5～1.5％，制绒后的硅片在10％的稀盐酸中浸泡2min，然后用去离子水漂洗干净，备用；
(2)磷扩散
采用三氯氧磷液态源，在工业用管式扩散炉中进行扩散，使恒温区温度为800℃～900℃，扩散时间为30～50min，扩散方阻控制在40～60Ω/□；
(3)PECVD沉积氮化硅
扩散好的硅片直接从石英舟卸至清洗花篮中，清洗磷硅玻璃后烘干。在PECVD设备中，沉积正面氮化硅。氮化硅的折射率控制在2.0，膜厚约为80nm；
(4)背面化学抛光
正面带有氮化硅保护的硅片在加热的浓度为10～40％的氢氧化钾水溶液中进行反应，加热的温度为50～90℃，通过调整反应时间控制硅片减薄厚度5～15μm，抛光后的硅片在去离子水中漂洗干净，烘干备用；
(5)丝网印刷和烧结
丝网印刷采用常规生产工艺、设备，按照顺序印刷背面金属浆料、正面金属浆料，在链式烧结炉中一次烧结，完成电池金属化。
实施例3
本实施例提供的晶体硅太阳电池工业化生产工艺，包括以下步骤：
(1)绒面腐蚀
选取电阻率1.0～5Ω·cm的单晶硅片，将两片并在一起插在花篮槽中，然后置于温度为80～95℃，含体积百分含量为1～10％异丙醇的氢氧化钠水溶液中进行前表面单面腐蚀，氢氧化钠水溶液的重量百分含量为0.5～1.5％，制绒后的硅片在10％的稀盐酸中浸泡2min，然后用去离子水漂洗干净，备用；
(2)磷扩散
采用三氯氧磷液态源，在工业用管式扩散炉中进行扩散，恒温区温度800℃～900℃，扩散时间为30～50min，扩散方阻控制在40～60Ω/□；
(3)PECVD沉积氮化硅
扩散好的硅片直接从石英舟卸至清洗花篮中，清洗磷硅玻璃后烘干。在PECVD设备中，沉积正面氮化硅。氮化硅的折射率控制在1.5～2.5，膜厚约为70～85nm；
(4)背面化学抛光
正面带有氮化硅保护的硅片在温度为50～90℃的乙二胺的水溶液中，其中乙二胺水溶液的重量百分含量为10～30％，通过调整反应时间控制硅片减薄厚度5～15um。抛光后的硅片在去离子水中漂洗干净，烘干备用；
(5)丝网印刷和烧结
丝网印刷采用常规生产工艺、设备。按照顺序印刷背面抗弯曲铝浆金属浆料、正面金属浆料，在链式烧结炉中一次烧结，完成电池金属化。

Claims (6)

1.一种晶体硅太阳电池工业化生产工艺，其特征在于，选取硅片，依次进行前表面制绒、磷扩散、去除磷扩散时表面形成的磷硅玻璃和前表面PECVD沉积氮化硅后，将带有前表面氮化硅减反射膜保护的硅片置于加热的碱液中进行背面抛光处理除去背面的扩散层，然后经清洗烘干后采用抗弯曲铝浆丝网印刷和烧结即可，
所述的碱液为无机碱液，所述的无机碱液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，其重量百分含量为10～40％，所述碱液的温度为50～90℃；
或所述的碱液为有机碱液，所述的有机碱液为四甲基氢氧化铵或乙二胺的水溶液，其重量百分含量为10～30％，所述碱液的温度为50～90℃；
所述的硅片为单晶硅片，其电阻率为0.5～5Ω·cm；
所述的前表面制绒为：将硅片两两相并置于含有机溶剂的氢氧化钠水溶液中进行前表面腐蚀，腐蚀后的硅片再经酸洗、去离子水清洗即可。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池工业化生产工艺，其特征在于，经碱液背面抛光处理后硅片的厚度减薄5～15μm。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池工业化生产工艺，其特征在于，所述含有机溶剂的氢氧化钠水溶液的重量百分含量为0.5～1.5％。
4.根据权利要求3所述的晶体硅太阳电池工业化生产工艺，其特征在于，所述的有机溶剂为异丙醇或酒精，其体积百分含量为1～10％。
5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池工业化生产工艺，其特征在于，所述磷扩散的过程为：采用三氯氧磷液态源，控制恒温区温度为800～900℃进行扩散30～50min，扩散后硅片的方块电阻为40～60Ω/□。
6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池工业化生产工艺，其特征在于，经正面PECVD沉积后的氮化硅的折射率为1.5～2.5，膜厚为70～90nm。
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