CN101853899B - 一种利用局域背场制备太阳能电池的方法 - Google Patents

一种利用局域背场制备太阳能电池的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用局域背场制备太阳能电池的方法，选取硅片制绒，然后进行硼或磷扩散，清洗掉扩散后硅片表面残留的硼硅玻璃层或磷硅玻璃层后，接着在硅片正面利用PECVD沉积氮化硅薄膜，再采用热碱液抛光背面，并在抛光后的背面上沉积钝化膜、进行激光开孔和溅射铝层，最后在硅片正面丝网印刷银电极，进行烧结并测试分选即可，该方法避免了刻蚀过程中叠片所导致的漏电问题；背面钝化膜采用PECVD工艺更适合大规模生产；采用背面激光开孔，提高了制作速度，减少了工艺步骤，避免腐蚀浆料带来的污染，且Al层通过小孔可以很好的与硅烧结接触，这样使得金属与背表面硅接触面积更小，减少了背表面的载流子复合速率。

Description

一种利用局域背场制备太阳能电池的方法
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种利用局域背场制备太阳能电池的方法。
背景技术
人类对于提高太阳能电池的转化效率，降低太阳能电池的成本的努力一直没有停止过，在硅晶体电池的效率提高的过程中，各种新结构太阳能电池相继出现，PERL(钝化发射极和背面局部扩散)电池，LSBF(局部背场)电池，HIT电池，刻槽埋栅电池都能将电池效率提高到比较高的层次。其中增加硅片表面的钝化，减小表面复合速率是提高太阳能电池转化效率的关键之一。利用局域背场制备太阳能电池是一种提高电池转化效率的有效方法，这种太阳能电池的背面沉积了一层或双层叠层(SiOx，SiNx，SiOx/SiNx)钝化层，然后在钝化膜层的部分区域上利用激光烧蚀出许多作为导电通道的小孔，在钝化膜层上印刷或沉积一层金属Al。在印刷正电极后烧结的过程中背局域接触同时形成。
现有工艺包括制绒、扩散+等离子刻蚀+PSG/BSG清洗、沉积SiNx减反射膜、在背面沉积一层或多层钝化层、溅射铝背场、印刷正面银电极和烧结，等离子刻蚀的叠片过程会导致漏电问题，采用印刷背面场的方法会导致浆料对环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用局域背场制备太阳能电池的方法，该方法首先利用化学抛光的方法取代了等离子刻蚀，省去了等离子边缘刻蚀工艺，避免了刻蚀过程中叠片所导致的漏电问题。其次，采用背面激光开孔，能提高制作速度，减少工艺步骤，避免腐蚀浆料带来的污染。
为达到上述目的，本发明提供的利用局域背场制备太阳能电池的方法，选取硅片制绒，然后进行硼或磷扩散，清洗掉扩散后硅片表面残留的硼硅玻璃层或磷硅玻璃层后，接着在硅片正面利用PECVD沉积氮化硅薄膜，再采用热碱液抛光背面，并在抛光后的背面上沉积钝化膜、进行激光开孔和溅射铝层，最后在硅片正面丝网印刷银电极，进行烧结并测试分选即可。
优选的，本发明提供的利用局域背场制备太阳能电池的方法，包括以下步骤：
(1)硅片选取、制绒和清洗
选取N型或P型单晶硅片，置于碱液中腐蚀形成金字塔型绒面，然后将碱液洗掉；
(2)磷或硼的扩散掺杂
对N型硅片采用三溴化硼液态源扩散或三氯氧磷液态源扩散，对P型硅片采用三氯氧磷液态源扩散，经扩散后硼或磷源进入硅片中；
(3)清洗除去硼硅玻璃层或者磷硅玻璃层
将扩散后的硅片浸入体积百分含量为5～15％的氢氟酸中清洗掉残留在硅片表面的硼硅玻璃层或磷硅玻璃层；
(4)SiNx膜沉积
将清洗过硼硅玻璃层或磷硅玻璃层的硅片，利用PECVD正面沉积氮化硅薄膜；
(5)背表面化学抛光
将硅片置于50～90℃的碱液中，对氮化硅薄膜的另一面即背面进行化学腐蚀抛光，将背面的绒面腐蚀掉得台阶式的平面，然后用酸将残留的碱液洗掉；
(6)背面沉积钝化膜
利用PECVD在背面沉积钝化膜；
(7)激光背面开孔
调节激光参数和打点距离，在背面烧蚀穿钝化膜进行开孔；
(8)溅射铝背场
采用溅射工艺在开孔后的硅片背面溅射金属铝膜；
(9)印刷正电极，烧结，分选
将溅射好Al背场的硅片进行印刷正面银电极，烧结并测试分选即可。
在上述步骤中：
步骤(1)中所述的碱液为氢氧化钠水溶液，其重量百分含量为0.5～3％。
步骤(5)中所述的碱液为无机碱液，所述无机碱液为氢氧化钠或氢氧化钾水溶液，其重量百分含量为5～50％。
步骤(5)中所述的碱液为有机碱液，所述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5～50％。
步骤(6)中所述的钝化膜为SiNx单层膜，其膜厚为50～200nm。
步骤(6)中所述的钝化膜还可以是SiOx单层膜，其厚度为50～250nm。
步骤(6)中所述的钝化膜还可以是SiOx/SiNx双层膜，SiOx的膜厚为50～250nm，SiNx的膜厚为50～200nm。
步骤(7)中激光开孔的参数为：采用锁模或Q开关类型，功率为1～50W，激光波长为500～550nm，脉冲宽度2～200ns，频率为10～100MHz；或采用锁模或Q开关类型，功率为1～50W，激光波长为325～375nm，脉冲宽度为0.1～20ps，频率为10～100MHz。
步骤(8)中背面溅射金属铝膜的厚度为0.5～10μm。
本发明的有益效果是：
(1)利用化学抛光的方法取代了等离子刻蚀，省去了等离子边缘刻蚀工艺，避免了刻蚀过程中叠片所导致的漏电问题；
(2)背面钝化膜采用了PECVD制备SiNx单层钝化膜或SiOx单层钝化膜或SiOx/SiNx叠层钝化膜，PECVD生长钝化层温度较低，比热氧生长SiO2工艺更简单，也没有高温过程，更适合大规模生产。
(3)采用背面激光开孔，大大提高了制作速度，减少了工艺步骤，避免腐蚀浆料带来的污染，且Al层通过小孔可以很好的与硅烧结接触，这样使得金属与背表面硅接触面积更小，减少了背表面的载流子复合速率。
附图说明
图1是利用局域背场制备太阳能电池的常规工艺流程图；
图2是本申请利用局域背场制备太阳能电池的工艺流程图；
在上述图1和图2中，1、n+Si；2、SiNx；3、钝化层；4、Al合晶层；5、Ag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
本实施例提供的利用局域背场制备太阳能电池的方法为：首先选取N型或P型硅片制绒，然后对N型硅片进行硼扩散或磷扩散，对P型硅片进行磷扩散，清洗掉扩散后硅片表面残留的硼硅玻璃或磷硅玻璃层后，接着在硅片正面利用PECVD沉积氮化硅薄膜，再采用热碱液抛光背面，并在抛光后的背面上沉积钝化膜、进行激光开孔和溅射铝层，最后在硅片正面丝网印刷银电极，进行烧结并测试分选即可。
背面抛光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水溶液，其重量百分含量为5～50％，温度为50～90℃；背面抛光采用的碱液还可以为有机碱液，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5～50％，温度为50～90℃。
激光开孔的参数为采用锁模或Q开关类型，功率为1～50W，激光波长为500～550nm，脉冲宽度2～200ns，频率为10～100MHz；或采用锁模或Q开关类型，功率为1～50W，激光波长为325～375nm，脉冲宽度为0.1～20ps，频率为10～100MHz。
实施例2
本实施例提供的利用局域背场制备太阳能电池的方法，包括以下步骤：
(1)硅片选取、制绒和清洗
选取N型单晶硅片，采用重量百分含量为0.5～3％的氢氧化钠水溶液制绒获得金字塔型绒面，然后将碱液洗掉；
(2)磷或硼的扩散掺杂
对N型硅片采用三溴化硼液态源扩散，扩散后硼源扩散进入硅片中；
(3)去除硼硅玻璃
将扩散后的硅片浸入体积百分含量为5～15％的氢氟酸中清洗掉残留在硅片表面的硼硅玻璃；
(4)SiNx膜沉积
将清洗过硼硅玻璃的硅片，利用PECVD正面沉积氮化硅薄膜；
(5)背表面化学抛光
将硅片置于重量百分含量为5～50％的氢氧化钠水溶液中，在温度为50～90℃的条件下对氮化硅薄膜的另一面即背面进行化学腐蚀抛光，将背面的绒面腐蚀掉，得到台阶式的平面，然后用酸将残留的碱液洗掉；
(6)背面沉积钝化膜
利用PECVD在背面沉积钝化膜，该钝化膜为SiNx单层膜，膜厚为50～200nm。
(7)激光背面开孔
调节激光参数和打点距离，在背面烧蚀穿钝化膜进行开孔，激光开孔的参数为：采用锁模或Q开关类型，功率为1～50W，激光波长为500～550nm，脉冲宽度2～200ns，频率为10～100MHz。
(8)溅射铝背场
采用溅射工艺在开孔后的硅片背面溅射金属铝膜，背面溅射金属铝膜的厚度为0.5～10μm。
(9)印刷正电极，烧结，分选即可。
实施例3
本实施例提供的利用局域背场制备太阳能电池的方法，包括以下步骤：
(1)硅片选取、制绒和清洗
选取P型单晶硅片，采用重量百分含量为0.5～3％的氢氧化钠水溶液制绒获得金字塔型绒面，然后将碱液洗掉；
(2)磷或硼的扩散掺杂
对P型硅片采用三氯氧磷液态源扩散，扩散后磷源扩散进入硅片中；
(3)去除磷硅玻璃
将扩散后的硅片浸入体积百分含量为5～15％的氢氟酸中清洗掉残留在硅片表面的磷硅玻璃；
(4)SiNx膜沉积
将清洗过磷硅玻璃的硅片，利用PECVD正面沉积氮化硅薄膜；
(5)背表面化学抛光
将硅片置于重量百分含量为5～50％的四甲基氢氧化铵的水溶液中，在50～90℃的条件下对氮化硅薄膜的另一面即背面进行化学腐蚀抛光，将背面的绒面腐蚀掉，得到台阶式的平面，然后用酸将残留的碱液洗掉；
(6)背面沉积钝化膜
利用PECVD在背面沉积钝化膜，该钝化膜为SiOx/SiNx双层膜，SiOx的膜厚为50～250nm，SiNx的膜厚为50～200nm；
(7)激光背面开孔
调节激光参数和打点距离，在背面烧蚀穿钝化膜进行开孔，激光开孔的参数为：采用锁模或Q开关类型，功率为1～50W，激光波长为325～375nm，脉冲宽度0.1～20ps，频率为10～100MHz。
(8)溅射铝背场
采用溅射工艺在开孔后的硅片背面溅射金属铝膜，背面溅射金属铝膜的厚度为0.5～10μm。
(9)印刷正电极，烧结，分选即可。
实施例4
(1)硅片制绒、清洗
选择电阻率为0.5～10Ω·cm的P型或N型单晶硅片，放入重量百分含量为0.5～3％的氢氧化钠水溶液中，在50～100℃的温度下进行化学反应10～60min后金字塔绒面即被腐蚀成型，然后将碱液清洗掉，传入扩散工艺段；
(2)磷或硼的扩散掺杂
对于P型硅采用三氯氧磷液态源扩散，对于N型硅片采用三溴化硼液态源扩散。将扩散炉的恒温区控制在700～1000℃的范围内，制绒后的硅片插入石英舟放入扩散炉中，经过40～180min后，磷或硼源已经扩散进入硅片中并达到0.2～0.6μm；
(3)去除硼硅玻璃或者磷硅玻璃
将扩散后的硅片浸入体积百分含量为5～15％氢氟酸中清洗，洗掉残留在硅片表面的硼硅玻璃或者磷硅玻璃。
(4)SiNx膜沉积
利用PECVD设备，将洗过硼硅玻璃或者磷硅玻璃的硅片的正表面沉积氮化硅薄膜；
(5)背表面化学抛光
将乙二胺配制成重量百分含量为5～50％的溶液，在50～90℃条件下，将硅片置于其溶液中进行腐蚀抛光，然后用酸将残留的碱液洗掉；
(6)在背面沉积钝化膜
利用PECVD设备，在背面沉积一层SiOx薄膜，该薄膜的厚度为50～250nm。
(7)激光烧蚀穿钝化膜进行背面开孔
调节激光参数和打点距离在背面烧蚀穿钝化膜进行开孔，激光开孔的参数为：采用锁模或Q开关类型，功率为1～50W，激光波长为500～550nm，脉冲宽度2～200ns，频率为10～100MHz；或采用锁模或Q开关类型，功率为1～50W，激光波长为325～375nm，脉冲宽度为0.1～20ps，频率为10～100MHz。
(8)溅射Al背场
用磁控溅射炉采用溅射工艺将背面溅射厚度为0.5～10μm的金属铝膜，然后在200～500℃下退火；
(9)印刷正电极，烧结，分选
将溅射好Al背场的硅片再进行印刷正面电极，烧结并测试分选即可。

Claims (6)

1.一种利用局域背场制备太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)硅片选取、制绒和清洗
选取N型或P型单晶硅片，置于碱液中腐蚀形成金字塔型绒面，然后将碱液洗掉；
(2)磷或硼的扩散掺杂
对N型硅片采用三溴化硼液态源扩散或三氯氧磷液态源扩散，对P型硅片采用三氯氧磷液态源扩散，经扩散后硼或磷源进入硅片中；
(3)清洗除去硼硅玻璃层或者磷硅玻璃层
将扩散后的硅片浸入体积百分含量为5～15％的氢氟酸中清洗掉残留在硅片表面的硼硅玻璃层或磷硅玻璃层；
(4)SiNx膜沉积
将清洗过硼硅玻璃层或磷硅玻璃层的硅片，利用PECVD正面沉积氮化硅薄膜；
(5)背表面化学抛光
将硅片置于50～90℃的碱液中，对氮化硅薄膜的另一面即背面进行化学腐蚀抛光，将背面的绒面腐蚀掉得台阶式的平面，然后用酸将残留的碱液洗掉；
所述的碱液为无机碱液，所述无机碱液为氢氧化钠或氢氧化钾水溶液，其重量百分含量为5～50％；
或所述的碱液为有机碱液，所述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5～50％；
(6)背面沉积钝化膜
利用PECVD在背面沉积钝化膜；
(7)激光背面开孔
调节激光参数和打点距离，在背面烧蚀穿钝化膜进行开孔；激光开孔的参数为：采用锁模或Q开关类型，功率为1～50W，激光波长为500～550nm，脉冲宽度2～200ns，频率为10～100MHz；或采用锁模或Q开关类型，功率为1～50W，激光波长为325～375nm，脉冲宽度为0.1～20ps，频率为10～100MHz；
(8)溅射铝背场
采用溅射工艺在开孔后的硅片背面溅射金属铝膜；
(9)印刷正电极，烧结，分选
将溅射好Al背场的硅片进行印刷正面银电极，烧结并测试分选即可。
2.根据权利要求1所述的利用局域背场制备太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的碱液为氢氧化钠水溶液，其重量百分含量为0.5～3％。
3.根据权利要求1所述的利用局域背场制备太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(6)中所述的钝化膜为SiNx单层膜，其膜厚为50～200nm。
4.根据权利要求1所述的利用局域背场制备太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(6)中所述的钝化膜为SiOx单层膜，，其膜厚为50～250nm。
5.根据权利要求1所述的利用局域背场制备太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(6)中所述的钝化膜为SiOx/SiNx双层膜，SiOx的膜厚为50～250nm，SiNx的膜厚为50～200nm。
6.根据权利要求1所述的利用局域背场制备太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(8)中背面溅射金属铝膜的厚度为0.5～10μm。
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