CN101916801A - 一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺 - Google Patents

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沈辉
陈达明
林杨欢
梁宗存
曾飞
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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Abstract

本发明公开了一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，该工艺是：首先选取硅片，在扩散面上镀一层非晶硅薄膜作为扩散的半阻挡层，接着在非晶硅薄膜上制作与前电极相互补的掩膜，然后采用碱液对未被掩膜覆盖的非晶硅薄膜进行腐蚀，腐蚀出前电极图案，接着去掉非晶硅薄膜上的掩膜，然后在非晶硅薄膜阻挡下对硅片进行选择性磷扩散，得到浓度不同的掺杂层，最后经后续处理制得太阳电池。该制备工艺简洁，成本低；便于与现有的常规太阳电池设备兼容，不需要做大幅度的设备更换，便于大规模量产；且采用非晶硅薄膜作为选择性扩散的半阻挡层，工艺可控性高，重复性好。

Description

一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺
技术领域
本发明属于太阳电池领域，具体涉及一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺。
背景技术
大规模生产的常规太阳电池很难突破18％的稳定效率，因此，国内外广泛开展了提高晶体硅太阳电池效率的研究工作。其中，选择性发射极是一种行之有效的方式。
目前，选择性发射极太阳电池的制备工艺众多。发射极的制备方法大致可以分为两步扩散法和一步扩散法。如南京中电(专利公开号CN 10110193A)先采用低浓度扩散，然后热生长二氧化硅层，并在二氧化硅层上腐蚀出电极图案，之后采用重掺杂，从而形成高低掺杂区域的选择性发射极；Certrotherm的交钥匙生产线采用热生长薄二氧化硅作为扩散的半阻挡层，并用激光开膜技术在二氧化硅上制备电极图案，之后通过一次重扩散形成选择性发射极；Roth & Rau的交钥匙生产线方案采用一次轻扩散，并通过旋涂磷源和激光辐照的方式形成选择性发射极；Manz开发技术采用激光辐照扩散后形成的磷硅玻璃，从而形成选择性发射极；Schmid的交钥匙生产线采用一次重扩散制作发射极，然后采用inkjetprinting的方式制备与前电极相同的高分子掩膜图案，并采用酸腐蚀的方式对没有掩膜的区域进行返刻形成轻掺杂区域，去除掩膜后，形成选择性发射极；也有印刷含有掺杂源的浆料的方式并通过高温扩散方式形成选择性发射极的方案。
上述制备选择性发射极太阳电池的方法大部分均已实现产业化，但工艺复杂，对设备的要求比较高，且所需设备大多需要高成本开发或技术引进，所以对设备的开发和引进成为关键点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，该工艺简洁、成本低，在不需要增加昂贵设备的前提下采用非晶硅薄膜作为扩散的半阻挡层，可在硅片的一个面上同时实现高、低浓度的掺杂，从而实现了选择性发射极。
为达到上述目的，本发明提供的一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺是：首先选取硅片，在扩散面上镀一层非晶硅薄膜作为扩散的半阻挡层，接着在非晶硅薄膜上制作与前电极相互补的掩膜，然后采用碱液对未被掩膜覆盖的非晶硅薄膜进行腐蚀，腐蚀出前电极图案，接着去掉非晶硅薄膜上的掩膜，然后在非晶硅薄膜阻挡下对硅片进行选择性磷扩散，得到浓度不同的掺杂层，最后经后续处理制得太阳电池。
进一步的，本发明提供的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，包含以下具体步骤：
(1)选取硅片，在扩散面上镀一层非晶硅薄膜作为扩散的半阻挡层；
(2)在非晶体硅薄膜上制作与前电极图案相互补的掩膜；
(3)利用碱溶液腐蚀掉没有被掩膜掩盖的非晶硅薄膜，从而在非晶硅薄膜上形成前电极图案；
(4)除去非晶硅薄膜上的掩膜，并对硅片做扩散前清洗；
(5)对硅片进行选择性扩散制备p-n结，同时制备轻掺杂层和重掺杂层，然后清洗除去硅片上的磷硅玻璃；
(6)经后续处理后制得太阳电池。
在上述步骤中：
步骤(1)中所述的的硅片需经预处理，预处理过程为：选取硅片，去除损伤层，进行酸碱溶液清洗，制备表面绒面结构。
步骤(1)中所述的非晶硅薄膜为本征非晶硅薄膜，其厚度为1～1000nm；非晶硅薄膜的制备方式为化学气相沉积或物理气相沉积等，本征非晶硅薄膜作为扩散的半阻挡层，其不能完全阻挡住掺杂源的扩散，但会有效地降低进入晶体硅的掺杂深度和掺杂量；在选择性扩散过程中，由于有非晶硅薄膜的阻挡，能够在硅片的一个面上同时实现高、低浓度的掺杂，从而实现了选择性发射极。
步骤(2)中所述的掩膜的厚度为1～30μm；掩膜的材质可以选自石蜡、石蜡乳化剂、乙基纤维素、松油醇和粘结剂中的一种或几种的混合，使用时可以将上述掩膜的材质与有机溶剂如乙醇、冰醋酸等混合使用，其中，粘结剂为市售常规粘结剂；掩膜的制备方式为喷墨打印或丝网印刷等。
步骤(3)中的碱液是下述溶液中的一种或几种的混合：
(a)质量百分含量为1～20％的氢氧化钠水溶液；
(b)质量百分含量为1～26％的四甲基氢氧化铵水溶液；
(c)质量百分含量为1～25％的氢氧化钾水溶液。
步骤(5)中制备的p-n结具有不同的方块电阻区域，无非晶硅薄膜半阻挡层下区域的方块电阻为20～50Ω/□，有非晶硅半阻挡层下区域的方块电阻为60～150Ω/□。
步骤(6)中的后续处理含以下工序：制备减反射膜、前电极、背电极、背场铝，最后通过高温烧结制得太阳电池。
本发明的有益效果是：
(1)本发明工艺可以与现有的常规太阳电池设备兼容，不需要做大幅度的设备更换，便于大规模量产；
(2)采用非晶硅薄膜作为选择性扩散的半阻挡层，工艺可控性高，重复性好。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图，其中：
步骤(a)是在硅片上沉积非晶硅薄膜；
步骤(b)是在非晶硅薄膜上制作掩模图案；
步骤(c)是对未被掩膜覆盖的非晶硅薄膜进行碱腐蚀；
步骤(d)是去除掩膜；
步骤(e)是对硅片进行选择性扩散；
步骤(f)是去除硅片上的磷硅玻璃；
步骤(g)是在硅片上镀减反射膜；
步骤(h)是丝网印刷前电极、背电极和背场铝；
步骤(i)是高温烧结形成金属接触，并形成铝背场，制备出太阳电池。
附图标记说明：1、硅片；2、非晶硅薄膜；3、掩模图案；4、轻扩散层；5、重扩散区域；6、减反射膜；7、前电极；8、背电极；9、背场铝；10、铝背场。
具体实施方式
以下列举的具体实施例是对本发明进行的说明。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
本实施例提供的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺包含以下步骤：
(a)选取硅片，去除损伤层，进行酸碱溶液清洗，制备表面绒面结构，在硅片的待扩散面上镀一层非晶硅薄膜，该非晶硅薄膜为本征非晶硅薄膜，其厚度为1～1000nm，非晶硅薄膜的制备方式为化学气相沉积或物理气相沉积等；
本征非晶硅薄膜作为扩散的半阻挡层，其不能完全阻挡住掺杂源的扩散，但会有效地降低进入晶体硅的掺杂深度和掺杂量；在选择性扩散过程中，由于有非晶硅薄膜的阻挡，能够在硅片的一个面上同时实现高、低浓度的掺杂，从而实现了选择性发射极。
(b)在这层非晶体硅薄膜上制备掩膜，并且制备的掩膜具有与前电极互补的图案，该掩膜的厚度为5～30μm，掩膜的材质可以选自石蜡、石蜡乳化剂、乙基纤维素、松油醇和粘结剂中的一种或几种的混合，使用时可以将上述掩膜的材质与有机溶剂如乙醇、冰醋酸等混合使用，其中，粘结剂为市售常规粘结剂；掩膜的制备方式为喷墨打印或丝网印刷等。
(c)采用碱溶液对未被掩膜覆盖的非晶硅薄膜进行腐蚀，从而腐蚀出前电极图案，该碱溶液为质量百分含量为20％的氢氧化钠水溶液；
(d)除去非晶硅薄膜上的掩膜，掩膜可以采用有机溶剂等清洗掉即可，并对硅片进行清洗；
(e)进入扩散工艺，在硅片上制备p-n结，制备的p-n结具有不同的方块电阻区域，无非晶硅薄膜半阻挡层下区域的方块电阻为20～50Ω/□，有非晶硅半阻挡层下区域的方块电阻为60～150Ω/□，由于有非晶硅薄膜的阻挡，能够在硅片的一个面上同时实现高、低浓度的掺杂，在硅片上得到轻掺杂层和重掺杂层，从而实现了选择性发射极；
(f)采用体积百分含量为5％的氢氟酸溶液或其它常规清洗液对硅片进行清洗去除硅片上扩散时形成的磷硅玻璃；
(g)用PECVD在选择性扩散面上镀上氮化硅减反射膜；
(h)丝网印刷前电极，背电极和背场铝；
(i)高温烧结形成金属接触，并形成铝背场，制备出太阳电池。
实施例2
本实施例提供的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺包含以下步骤：
(a)选取硅片，去除损伤层，进行酸碱溶液清洗，制备表面绒面结构，在硅片的待扩散面上镀一层非晶硅薄膜，该非晶硅薄膜为本征非晶硅薄膜，其厚度为1～1000nm，非晶硅薄膜的制备方式为化学气相沉积或物理气相沉积等；
本征非晶硅薄膜作为扩散的半阻挡层，其不能完全阻挡住掺杂源的扩散，但会有效地降低进入晶体硅的掺杂深度和掺杂量；在选择性扩散过程中，由于有非晶硅薄膜的阻挡，能够在硅片的一个面上同时实现高、低浓度的掺杂，从而实现了选择性发射极。
(b)在这层非晶体硅薄膜上制备掩膜，该掩膜具有与前电极互补的图案，该掩膜的厚度为5～30μm，掩膜的材质可以选自石蜡、石蜡乳化剂、乙基纤维素、松油醇和粘结剂中的一种或几种的混合，使用时可以将上述掩膜的材质与有机溶剂如乙醇、冰醋酸等混合使用，其中，粘结剂为市售常规粘结剂；
(c)采用碱溶液对未被掩膜覆盖的非晶硅薄膜进行腐蚀，从而腐蚀出前电极图案，该碱溶液为质量百分含量为1～26％的四甲基氢氧化铵水溶液与质量百分含量为1～20％的氢氧化钠水溶液的混合碱液，使用时二者可以以任意比例混合；
(d)除去非晶硅薄膜上的掩膜，掩膜采用有机溶剂等清洗掉即可，并对硅片进行清洗；
(e)进入扩散工艺，在硅片上制备p-n结，制备的p-n结具有不同的方块电阻区域，无非晶硅薄膜半阻挡层下区域的方块电阻为20～50Ω/□，有非晶硅半阻挡层下区域的方块电阻为60～150Ω/□，由于有非晶硅薄膜的阻挡，能够在硅片的一个面上同时实现高、低浓度的掺杂，在硅片上得到轻掺杂层和重掺杂层，从而实现了选择性发射极；
(f)采用体积百分含量为5％氢氟酸溶液或其它常规溶液对硅片进行清洗去除硅片上扩散时形成的磷硅玻璃；
(g)用PECVD在选择性扩散面上镀上氮化硅减反射膜；
(h)丝网印刷前电极，背电极和背场铝；
(i)高温烧结形成金属接触，并形成铝背场，制备出太阳电池。
实施例3
本实施例提供的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺包含以下步骤：
(a)选取硅片，去除损伤层，进行酸碱溶液清洗，制备表面绒面结构，在硅片的待扩散面上镀一层非晶硅薄膜，该非晶硅薄膜为本征非晶硅薄膜，其厚度为1～1000nm，非晶硅薄膜的制备方式为化学气相沉积或物理气相沉积等；
本征非晶硅薄膜作为扩散的半阻挡层，其不能完全阻挡住掺杂源的扩散，但会有效地降低进入晶体硅的掺杂深度和掺杂量；在选择性扩散过程中，由于有非晶硅薄膜的阻挡，能够在硅片的一个面上同时实现高、低浓度的掺杂，从而实现了选择性发射极。
(b)在这层非晶体硅薄膜上制备掩膜，该掩膜采用喷墨打印方式，并且具有与前电极互补的图案，该掩膜的厚度为5～30μm，掩膜的材质可以选自石蜡、石蜡乳化剂、乙基纤维素、松油醇和粘结剂中的一种或几种的混合，使用时可以将上述掩膜的材质与有机溶剂如乙醇、冰醋酸等混合使用，其中，粘结剂为市售常规粘结剂；
(c)采用碱溶液对未被掩膜覆盖的非晶硅薄膜进行腐蚀，从而腐蚀出前电极图案，该碱溶液为质量百分含量为15％的氢氧化钾水溶液；
(d)除去非晶硅薄膜上的掩膜，掩膜采用有机溶剂等清洗掉即可，并对硅片进行清洗；
(e)进入扩散工艺，在硅片上制备p-n结，制备的p-n结具有不同的方块电阻区域，无非晶硅薄膜半阻挡层下区域的方块电阻为20～50Ω/□，有非晶硅半阻挡层下区域的方块电阻为60～150Ω/□，由于有非晶硅薄膜的阻挡，能够在硅片的一个面上同时实现高、低浓度的掺杂，在硅片上得到轻掺杂层和重掺杂层，从而实现了选择性发射极；
(f)采用体积百分含量为5％氢氟酸溶液或其它常规溶液对硅片进行清洗去除硅片上扩散时形成的磷硅玻璃；
(g)用PECVD在选择性扩散面上镀上氮化硅减反射膜；
(h)丝网印刷前电极，背电极和背场铝；
(i)高温烧结形成金属接触，并形成铝背场，制备出太阳电池。

Claims (8)

1.一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于：首先选取硅片，在扩散面上镀一层非晶硅薄膜作为扩散的半阻挡层，接着在非晶硅薄膜上制作与前电极相互补的掩膜，然后采用碱液对未被掩膜覆盖的非晶硅薄膜进行腐蚀，腐蚀出前电极图案，接着去掉非晶硅薄膜上的掩膜，然后在非晶硅薄膜阻挡下对硅片进行选择性磷扩散，得到浓度不同的掺杂层，最后经后续处理制得太阳电池。
2.根据权利要求1所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于：包含以下具体步骤：
(1)选取硅片，在扩散面上镀一层非晶硅薄膜作为扩散的半阻挡层；
(2)在非晶体硅薄膜上制作与前电极图案相互补的掩膜；
(3)利用碱溶液腐蚀掉没有被掩膜掩盖的非晶硅薄膜，从而在非晶硅薄膜上形成前电极图案；
(4)除去非晶硅薄膜上的掩膜，并对硅片做扩散前清洗；
(5)对硅片进行选择性扩散制备p-n结，同时制备轻掺杂层和重掺杂层，然后清洗除去硅片上的磷硅玻璃；
(6)经后续处理后制得太阳电池。
3.根据权利要求2所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中的所述的硅片需经预处理，预处理过程为：选取硅片，去除损伤层，进行酸碱溶液清洗，制备表面绒面结构。
4.根据权利要求2所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中所述的非晶硅薄膜为本征非晶硅薄膜，其厚度为1～1000nm。
5.根据权利要求2所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于：步骤(2)中所述的掩膜的厚度为1～30μm。
6.根据权利要求2所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于：步骤(3)中的碱液是下述溶液中的一种或几种的混合：
(a)质量百分含量为1～20％的氢氧化钠水溶液；
(b)质量百分含量为1～26％的四甲基氢氧化铵水溶液；
(c)质量百分含量为1～25％的氢氧化钾水溶液。
7.根据权利要求2所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于：步骤(5)中制备的p-n结具有不同的方块电阻区域，无非晶硅薄膜半阻挡层下区域的方块电阻为20～50Ω/□，有非晶硅半阻挡层下区域的方块电阻为60～150Ω/□。
8.根据权利要求2所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备工艺，其特征在于：步骤(6)中的后续处理含以下工序：制备减反射膜、前电极、背电极、背场铝，最后通过高温烧结制得太阳电池。
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