CN101950780A - 选择性发射极太阳电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性发射极太阳电池的制备方法，包括以下步骤：提供单晶硅片进行表面织构化；通过第一丝网印刷网版对上述硅片印刷扩散渗透膜；所述第一丝网印刷网版所印刷的扩散渗透膜遮挡住非电极区，裸露待印刷电极区域，硅片在有渗透膜的非电极受光区域形成轻扩散层，而在没有渗透膜的待印刷电极区域形成重扩散层；然后进行刻蚀去除周边的PN结，再进行洗膜并去除磷硅玻璃；制作钝化及减反射层；用印刷网版印刷并烧结形成背面Ag电极、背面铝背场和正面Ag电极。本发明提供的选择性发射极太阳电池的制备方法，采用一次扩散就可形成选择性发射极太阳电池所需的轻重掺杂，减少了一次高温扩散过程，简化了工艺路径，使得成本更低。

Description

选择性发射极太阳电池的制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导体元件的制造方法，尤其涉及一种选择性发射极太阳电池的制备方法，属于太阳能电池生产制作技术领域。
背景技术
选择性发射极太阳电池的制作要求是在正面电极柵线下区域形成高掺杂深结区，从而可形成更好的欧姆接触；在其他区域，也即活性受光区域形成低掺杂浅结区，从而减少了少子的复合，可得到更高的短路电流。因此两个方面，该电池能得到更高的转换效率。
欧姆接触的实现与电流的提升在传统结构电池中是一对矛盾。因此如何在大规模生产中实现选择性发射极电池的制作一向是讨论的热点和制作的难点。目前已有多种选择性发射极太阳电池的制作方法，诸如光刻，激光开槽等成本太高，工艺复杂。另外南京中电光伏有限公司公布了一种小规模生产SE电池的方法，以其为代表的典型工艺流程如下：
1.  去除硅片表面损伤层形成绒面化结构；2.  热生长二氧化硅作阻挡层；3.  开窗形成电极窗口；4.    高浓度重扩；5.      去除二氧化硅层；6.     低浓度轻扩；7.      去除周边及背面PN结；8.       PECVD沉积钝化、减反层；9.       对准选择性的发射极印刷正反面电极及背电场并进行烧结。
采用该方法生产SE电池的成本已大大降低，但该方法采用了扩散和氧化等多次高温热处理工艺过程，工艺步骤仍然比较复杂，且对硅片的内部损伤和能耗都较大，成本依然比目前常规工艺太阳电池高出许多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种选择性发射极太阳电池的制备方法，简化工艺，降低成本。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种选择性发射极太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
提供一单晶硅片，对单晶硅片表面织构化形成绒面结构；
通过第一丝网印刷网版对上述硅片印刷扩散渗透膜；所述第一丝网印刷网版所印刷的扩散渗透膜遮挡住非电极区，裸露待印刷电极区域，硅片在有渗透膜的非电极受光区域形成轻扩散层，而在没有渗透膜的待印刷电极区域形成重扩散层；将硅片进行等离子刻蚀去除周边的PN结，再进行酸洗去除硅片表面的磷硅玻璃和扩散渗透膜；
采用等离子增强化学气相沉积法在上述硅片的扩散面沉积一层氮化硅薄膜形成钝化及减反射层；
通过背面电极网版、背面电场网版对上述硅片层的背面依次印刷背电极浆料和背电场浆料，通过第二丝网印刷网版在正面印刷细栅电极和主栅电极浆料后进行烧结，所述第二丝网印刷网版和第一丝网印刷网版图形设计相反；
烧结后背电极浆料和背电场浆料形成太阳能电池的背面Ag电极和铝背场，而正面电极浆料则穿过钝化及减反射层与扩散层接触，形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面Ag电极。
上述的选择性发射极太阳电池的制备方法，其中，所述对单晶硅片表面织构化形成绒面结构包括如下步骤：对单晶硅片进行预清洗，预清洗采用超声波，并添加一定的清洗去污剂；之后将单晶硅片置于温度为75-80℃，质量百分比浓度为1%－2%的氢氧化钠溶液中进行表面织构化工艺，并添加适量制绒催化剂，以在100晶向的硅片表面形成均匀一致的大小在1-3um的“金字塔”状绒面结构，使表面具有良好的陷光效果。
上述的选择性发射极太阳电池的制备方法，其中，所述再进行酸洗去除硅片表面的磷硅玻璃和扩散渗透膜包括如下步骤：将扩散后的硅片置于体积百分比为10%左右的氢氟酸溶液中，清洗3-5分钟将硅片四周的扩散渗透膜和扩散时在硅片表面形成的磷硅玻璃去除干净。
上述的选择性发射极太阳电池的制备方法，其中，所述钝化及减反射层的厚度为80～85nm，折射率控制为2.05～2.1。
上述的选择性发射极太阳电池的制备方法，其中，所述烧结包括如下步骤：先在200℃～300℃的温度下烘干，然后在500℃～800℃的气氛下进行烧结。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的选择性发射极太阳电池的制备方法，通过第一丝网印刷网版对上述硅片印刷扩散渗透膜；所述第一丝网印刷网版遮挡住非电极区，裸露待印刷电极区域，硅片在有渗透膜的非电极受光区域形成轻扩散层，而在没有渗透膜的待印刷电极区域形成重扩散层，从而采用一次扩散就可形成选择性发射极太阳电池所需的轻重掺杂，减少了一次高温扩散过程，简化了工艺路径，使得成本更低。
 
附图说明
图1为本发明使用的第一丝网印刷版结构示意图；
图2a为本发明的表面织构化工艺流程图；
图2b为本发明的丝网印刷扩散渗透膜工艺流程图；
图2c为本发明的轻重掺杂工艺流程图；
图2d为本发明的刻蚀工艺流程图；
图2e为本发明的去除渗透膜工艺流程图
图2f为本发明的制作减反射膜工艺流程图；
图2g为本发明的制作上下电极和烧结工艺流程图。
 
图中：
1 单晶硅片            2 绒面结构            3非栅线区渗透膜
4 待印刷栅线区        5 重扩散区            6 轻扩散区
7 钝化及减反射层      8 背面Ag电极         9 铝背场
10 正面Ag电极        11 第一丝网印刷版
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明使用的第一丝网印刷版结构示意图；图2a～图2g为本发明太阳电池制备的工艺流程图。
本发明的具体工艺流程如下：
a. 表面织构化
请参见图2a，对来料的单晶硅片1进行预清洗，预清洗采用超声波，并添加一定的清洗去污剂。之后将硅片置于温度为75-80℃，质量百分比浓度为1%－2%的氢氧化钠溶液中进行表面织构化工艺，并添加适量制绒催化剂，以在（100）晶向的硅片表面形成均匀一致的大小在1-3um的“金字塔”状绒面结构2，使表面具有良好的陷光效果。
b. 印刷扩散渗透膜
请接着参见图2b，用第一丝网印刷版10丝网印刷扩散渗透膜，所述第一丝网印刷网版11遮挡住非电极区，裸露待印刷电极区域4，使得硅片表面在非栅线印刷区域印刷上一层二氧化硅浆料形成非栅线区渗透膜3，而在待印刷栅线电极的地方没有印刷上浆料渗透膜。将印刷好掩膜浆料的硅片在烘干炉中烘干10分钟,使掩膜浆料中的有机成分挥发掉并增加浆料与硅片的附着力。
c. 轻重掺杂
请继续参见图2c，以液态三氯氧磷（POCl3）为原料，取印刷渗透膜后的硅片进行扩散工艺。在没有掩膜的地方即待印刷的电极区域形成重扩散区5，方块电阻控制在10-20ohm/□，ohm/□是方块电阻的单位，亦即欧姆每方块,在有掩膜的地方即硅片受光的区域，扩散上一层薄薄的PN结，形成轻扩散区6，方块电阻控制在60-80 ohm/□,从而一次性实现选择性扩散。其中，轻扩散区6即N+，结深较浅（如图2c中较高的线条），重扩散区5即N++，结深较深（如图2c中较低的线条），本文中统一用方块电阻的大小来表征轻扩散区和重扩散区，方块电阻越小，结越深。
d. 刻蚀
请继续参见图2d，采用等离子刻蚀的方法将轻重掺杂后的硅片周边的PN结去除掉。
e. 洗膜和去磷硅玻璃
请继续参见图2e，将轻重掺杂后的硅片置于体积百分比为10%左右的氢氟酸溶液中，清洗3-5分钟将硅片表面的渗透膜和扩散时形成的磷硅玻璃去除干净。
f. 制作减反射膜
请继续参见图2f，采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）法在硅片的扩散面沉积一层氮化硅薄膜形成钝化及减反射层7，薄膜的厚度控制在80～85nm ，比如80nm；折射率控制在2.05～2.1，比如2.1，以保证有良好的减反射和钝化效果。
g. 丝网印刷并烧结
最后请参见图2g，用背面电极网版，背面电场网版，在背面先印刷背电极浆料，再印刷背电场浆料，并分别在200℃～300℃的温度下烘干。通过第二丝网印刷网版在正面印刷正面Ag电极10。所述第二丝网印刷网版和第一丝网印刷网版图形设计相反。传送至烧结炉，先在300℃左右的温度下烘干后，硅片传输进入表面温度在500℃～800℃的气氛下进行烧结，背面电极和电场浆料通过该烧结，形成太阳能电池的背面Ag电极8和背面铝背场9；而正面电极浆料则穿过钝化及减反射层7与扩散层接触，形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面Ag电极10。正面Ag电极10又名栅电极，简称栅线，包括主栅电极和副栅电极，其中副栅电极线宽只有100um左右，又称细栅电极。从而完成整个太阳电池工艺制作。本太阳电池制作一共需要用到四块网版，印刷扩散渗透膜所用网版（又称第一丝网印刷网版），背面电极网版，背面电场网版和正面电极网版（又称第二丝网印刷网版），其中印刷扩散渗透膜所用网版，即第一丝网印刷网版采用与正面Ag电极所用网版（即第二丝网印刷网版）图形设计呈反一致。
综上所述，本发明提供的太阳电池的制备方法具有如下有点：1）与热氧化法制备一层致密的SiO2膜相比，减少了一次高温氧化过程，有效地避免高温带来更多的硅片体内缺陷的产生并降低了生产成本；2）与一般的两次扩散形成轻重扩散相比，本方法采用一次扩散就可形成选择性发射极太阳电池所需的轻重掺杂，减少了一次高温扩散过程，简化了工艺路径，使得成本更低；3）与其他制备掩膜的工艺相比，该印刷掩膜的工艺方式与后续电极印刷工艺正好匹配，从而使得后续重掺杂和电极的对准精度更高，工艺速度更快，路径更简单，更容易实现产业化。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种选择性发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供一单晶硅片，对单晶硅片表面织构化形成绒面结构；
通过第一丝网印刷网版对上述硅片印刷扩散渗透膜；所述第一丝网印刷网版所印刷的扩散渗透膜遮挡住非电极区，裸露待印刷电极区域，硅片在有渗透膜的非电极受光区域形成轻扩散层，而在没有渗透膜的待印刷电极区域形成重扩散层；将硅片进行等离子刻蚀去除周边的PN结，再进行酸洗去除硅片表面的磷硅玻璃和扩散渗透膜；
采用等离子增强化学气相沉积法在上述硅片的扩散面沉积一层氮化硅薄膜形成钝化及减反射层；
通过背面电极网版、背面电场网版对上述硅片层的背面依次印刷背电极浆料和背电场浆料，通过第二丝网印刷网版在正面印刷细栅电极和主栅电极浆料后进行烧结，所述第二丝网印刷网版和第一丝网印刷网版图形设计相反；
烧结后背电极浆料和背电场浆料形成太阳能电池的背面Ag电极和铝背场，而正面电极浆料则穿过钝化及减反射层与扩散层接触，形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面Ag电极。
2.如权利要求1所述的选择性发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述对单晶硅片表面织构化形成绒面结构包括如下步骤：对单晶硅片进行预清洗，预清洗采用超声波，并添加一定的清洗去污剂；之后将单晶硅片置于温度为75-80℃，质量百分比浓度为1%－2%的氢氧化钠溶液中进行表面织构化工艺，并添加适量制绒催化剂，以在100晶向的硅片表面形成均匀一致的大小在1-3um的“金字塔”状绒面结构，使表面具有良好的陷光效果。
3.如权利要求1所述的选择性发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述轻扩散层方块电阻在60-80 ohm/□，所述重扩散层方块电阻在10-20 ohm/□。
4.如权利要求1所述的选择性发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述再进行酸洗去除硅片表面的磷硅玻璃和扩散渗透膜包括如下步骤：将扩散后的硅片置于体积百分比为10%左右的氢氟酸溶液中，清洗3-5分钟将硅片四周的扩散掩蔽膜和扩散时在硅片表面形成的磷硅玻璃去除干净。
5.如权利要求1所述的选择性发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述钝化及减反射层的厚度为80～85nm，折射率控制为2.05～2.1。
6.如权利要求1所述的选择性发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述烧结包括如下步骤：先在200℃～300℃的温度下烘干，然后在500℃～800℃的气氛下进行烧结。
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