CN101894888A - 一种掩膜阻挡背面扩散的太阳能电池制作工艺 - Google Patents

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刘鹏
李玉花
杨青天
焦云峰
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Abstract

本发明属于太阳能电池片制作工艺领域，尤其涉及一种掩膜阻挡背面扩散的太阳能电池制作工艺，是在硅片进行扩散前，在硅片背面制备二氧化硅或氮化硅掩膜，扩散前背面掩膜使得硅片在扩散过程中背面不形成PN结，可直接杜绝硅片上下电极短路的问题，可取消扩撒后边缘及背面刻蚀工序，因此避免了因为边缘刻蚀造成电池片损坏及效率下降等损失，并且背面掩膜时可以对硅片背面起到钝化作用，能有效提高太阳能电池片的光电效率，适用于工业化生产。

Description

一种掩膜阻挡背面扩散的太阳能电池制作工艺
技术领域
本发明属于太阳能电池片制作工艺领域，尤其涉及一种掩膜阻挡背面扩散的太阳能电池制作工艺。
背景技术
太阳能电池片的传统制作工艺大体分为制绒、扩散、刻蚀、去磷硅玻璃、镀减反射膜、丝网印刷等几个步骤。
在现有的对太阳能电池片进行扩散过程中，不可避免的在硅片的周边及背面边缘也形成了扩散层，即PN结。周边及背面边缘的扩散层使电池的上下电极形成短路，周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，反向电流增大，降低太阳电池的整体电性能。必须将周边的PN结去除才能避免短路。
目前工业化生产中所采用的边缘去除工艺主要有干法等离子刻蚀工艺、湿法化学腐蚀法和激光刻边方法等。
等离子干法刻蚀工艺是在辉光放电条件下通过氟和氧的交替作用，对硅片周边进行刻蚀，实质上是对硅片的一种损坏，容易造成崩边，缺角等不良，且等离子刻蚀容易出现刻蚀不足或者过量刻蚀等现象，所谓刻蚀不足即未完全把边缘PN结去除，会由于边缘漏电造成电池片电性能不良。所谓过量刻蚀，即去除PN结后，继续刻蚀，使得硅片刻蚀量较大，尤其对电池正面（吸光面）的刻蚀量较大，破坏正面的PN结，导致光电流损失相对较大，使得最后电池片的效率有所下降。目前为防止刻蚀不足导致的电池片电性能不良，通常都采用轻微的过量刻蚀，一般正表面刻蚀量在距边缘1-2mm左右，也就是说正面距边缘1-2mm内的PN结会因刻蚀而受到损坏。
激光刻蚀的方法即在正面边缘处激光刻蚀一条沟槽，达到P型N型分离的效果，此方法比较稳定，极少出现由于刻蚀不足产生的边缘漏电，但是由于其刻蚀沟槽位于电池片正面距边缘约100微米到500微米，使得正面实际使用面积减少，故而导致电池片效率略有下降，并由于激光对硅片的热损伤使电池性能下降，因此工业化生产中较少使用。
湿法化学腐蚀法是使用硝酸、氢氟酸等组成的腐蚀液对整个电池片背面及边缘加以腐蚀，会减薄硅片，对于长波长光的吸收有一定影响。
要从根本上解决这些问题，需要在扩散之前采取一定措施，杜绝对电池片背面的扩散，以免对硅片造成损失。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种掩膜阻挡背面扩散的太阳能电池制作工艺，本发明是在硅片进行扩散前，在硅片背面做二氧化硅或氮化硅掩膜，扩散前背面掩膜使得硅片在扩散过程中背面不形成PN结，可直接杜绝硅片上下电极短路的问题，可取消扩撒后边缘及背面刻蚀工序，因此避免了因为边缘刻蚀造成电池片损坏及效率下降等损失，并且背面掩膜时可以对硅片背面起到钝化作用，能有效提高太阳能电池片的光电效率，适用于工业化生产。
本发明的一种掩膜阻挡背面扩散的太阳能电池制作工艺，技术方案为：在扩散步骤前，在硅片其中一面覆盖掩膜，即阻挡扩散层；在扩散结束后，用5-10%HF溶液清洗硅片2-15分钟，去除磷硅玻璃（PSG）及硅片背面掩膜。
所述掩膜为二氧化硅或氮化硅。
所述在硅片背面掩膜采用等离子体增强化学气象沉积法（PECVD），具体为，功率2000-4000W，时间600-1000s，沉积厚度为50-150纳米的掩膜层。
且本发明方法适用于N型硅太阳能电池与P型硅太阳能电池。所述的N型硅太阳能电池即以N型硅为基底，采用硼扩散制备P型发射结，形成PN结；所述的P型硅太阳能电池即以P型硅为基底，采用磷扩散制备N型发射结，形成PN结。
本发明的有益效果为：本工艺是在硅片进行扩散前，在硅片背面做二氧化硅或氮化硅掩膜，扩散前背面掩膜使得硅片在扩散过程中背面不形成PN结，因此不需要对硅片进行边缘或者背面刻蚀，可直接杜绝硅片上下电极短路的问题，可取消扩撒后边缘及背面刻蚀工序，因此避免了因为边缘刻蚀造成电池片损坏及效率下降等损失，并且背面掩膜时可以对硅片背面起到钝化作用，提高电池的光电效率。工艺稳定，易于控制，适用于工业化生产。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是发明并不局限于此。
本发明的一种掩膜阻挡背面扩散的太阳能电池制作工艺，技术方案为：在扩散步骤前，在硅片其中一面覆盖掩膜，即阻挡扩散层；在扩散结束后，用5-10%HF溶液清洗硅片2-15分钟，去除磷硅玻璃（PSG）及硅片背面掩膜。
所述掩膜为二氧化硅或氮化硅。
所述在硅片背面掩膜采用等离子体增强化学气象沉积法（PECVD），具体为，功率2000-4000W，时间600-1000s，沉积厚度为50-150纳米的掩膜层。
且本发明方法适用于N型硅太阳能电池与P型硅太阳能电池。所述的N型硅太阳能电池即以N型硅为基底，采用硼扩散制备P型发射结，形成PN结；所述的P型硅太阳能电池即以P型硅为基底，采用磷扩散制备N型发射结，形成PN结。
实施例1
本发明做氮化硅掩膜阻挡背面扩散的工艺
在制绒步骤结束后，采用等离子体增强化学气象沉积法（PECVD）在硅片背面制作氮化硅掩膜，反应气体为硅烷和氨气，按照1:10的体积比通入反应气体，压强控制在200Pa，功率2800W，时间为900s，掩膜厚度为80纳米，然后进入扩散炉中进行扩散，扩散结束后使用5-10%的HF溶液清洗硅片10-15分钟，去除磷硅玻璃(PSG)及二氧化硅掩膜，然后经过在硅片正面镀增透膜、丝网印刷等步骤后，检测分选，得到成品电池片。
实施例2
本发明做氮化硅掩膜阻挡背面扩散的工艺
在制绒步骤结束后，采用等离子体增强化学气象沉积法（PECVD）在硅片背面制作氮化硅掩膜，反应气体为硅烷、氨气和氮气，按照1:3：3的体积比通入反应气体，压强控制在60Pa，功率1800W，时间为200s，掩膜厚度为80纳米，然后进入扩散炉中进行扩散，扩散结束后使用5-10%的HF溶液清洗硅片10-15分钟，去除磷硅玻璃(PSG)及二氧化硅掩膜，然后经过在硅片正面镀增透膜、丝网印刷等步骤后，检测分选，得到成品电池片
实施例3
本发明做二氧化硅掩膜阻挡背面扩散的工艺
在制绒步骤结束后，采用等离子体增强化学气象沉积法（PECVD）在硅片背面制作二氧化硅掩膜，反应气体为硅烷和一氧化二氮，制得二氧化硅掩膜120纳米，然后进入扩散炉中进行扩散，扩散结束后使用5%的HF溶液清洗硅片4分钟，去除磷硅玻璃(PSG)及二氧化硅掩膜，然后经过在硅片正面镀增透膜、丝网印刷等步骤后，检测分选，得到成品电池片。
实施例4
传统方法，及采用边缘刻蚀工艺制作太阳能电池片的工艺
制绒步骤结束后，进行扩散工序，之后再进行等离子体边缘刻蚀，之后用5%的HF溶液清洗硅片2分钟，去除磷硅玻璃(PSG)，然后镀减反射膜及印刷电极，得到成品电池片。
采用传统工艺实施例4，即进行采用边缘刻蚀工艺制出的太阳能电池片与实施例1、实施例2、实施例3制出的太阳能电池片数据比较
功率（W) 开路电压（V) 短路电流(A) 串联电阻(mΩ） 并联电阻（Ω） 填充因子（%） 效率（%）
实施例1 2.83 0.631 5.65 4.45 163 79.26 18.25
实施例2 2.84 0.633 5.66 4.53 159 79.21 18.33
实施例3 2.81 0.631 5.62 4.59 165 79.29 18.16
传统做法 2.76 0.628 5.55 4.75 156 79.15 17.82
经过上述表格可以看出，采用本发明的工艺制作的太阳能电池片与传统工艺相比，短路电流提高明显，开路电压也有一定的提升从而使得其功率和转换效率大幅度提高，故本发明工艺在太阳能电池片制作方面有着很大的优势。
本发明所述的应用方式可根据实际情况进行调整，并不是用来限制本发明。

Claims (3)

1.一种掩膜阻挡背面扩散的太阳能电池制作工艺，其特征在于，在扩散步骤前，在硅片其中一面覆盖掩膜，即阻挡扩散层；在扩散结束后，用5-10%HF溶液清洗硅片2-15分钟，去除磷硅玻璃（PSG）及硅片背面掩膜。
2.根据权利要求1所述的一种掩膜阻挡背面扩散的太阳能电池制作工艺，其特征在于，所述掩膜为二氧化硅或氮化硅。
3.根据权利要求1所述的一种掩膜阻挡背面扩散的太阳能电池制作工艺，其特征在于，所述在硅片背面掩膜采用等离子体增强化学气象沉积法（PECVD），具体为，功率2000-4000W，时间600-1000s，沉积厚度为50-150纳米的掩膜层。
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