CN102024869B - 太阳能电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池的制造方法，包括在硅片的受光面形成PN结，所述形成PN结的过程包括：在硅片受光面形成粗糙的多晶硅层；对具有所述粗糙的多晶硅层的硅片的受光面进行离子扩散。所述太阳能电池的制造方法降低了太阳能电池对光的反射率，提高了太阳能电池的光利用率。并且，相对于现有技术酸或碱蚀刻形成绒面的工艺，上述太阳能电池的制造方法更易控制工艺的质量及稳定性。

Description

太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及太阳能电池的制造方法。
背景技术
环境保护是目前世界各国面临的重要课题之一。采用清洁能源代替传统能源，可以改善居住环境，提高环境质量，是一项重要的环保措施。太阳能电池直接利用光能转化成电能，在能量转化的过程中不产生污染物，是一种新型的清洁能源。而结合不断发展的半导体制造技术，也出现了基于硅制造太阳能电池的技术。例如，在中国专利95104877.5中就提供了一种太阳能电池的制造方法，其基于P型半导体衬底制造太阳能电池。
在太阳能电池制造技术的发展过程中，为了降低太阳能电池对光的反射以提高太阳能电池的光利用率，在制造太阳能电池的工艺中已加入形成抗反射层的步骤。例如，现有技术的一种太阳能电池的制造方法，其制造过程主要包括酸或碱蚀刻形成绒面、硅片清洗、离子扩散、形成抗反射层、丝网印刷上浆、高温烧结等步骤。其中，酸或碱蚀刻逊尼光程绒面的步骤是为了形成粗糙的表面以提高太阳能电池的光利用率，离子扩散的步骤是为了在硅片中形成PN结，而形成抗反射层的步骤如前所述是为了降低太阳能电池对光的反射率。
上述举例的现有技术太阳能电池的制造方法通过形成抗反射层一定程度上改善了太阳能电池对光的反射(其反射率在16％～17％)，然而，由于酸或碱蚀刻形成绒面对工艺的要求很高，形成绒面的工艺稳定性较难保证，且目前对太阳能电池的光利用率的需求进一步提高，仍需要进一步优化制造工艺来进一步提高太阳能电池的光利用率。
发明内容
本发明解决的是现有技术太阳能电池的光利用率有待提高的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种太阳能电池的制造方法，包括在硅片的受光面形成PN结，所述形成PN结的过程包括：在硅片受光面形成粗糙的多晶硅层；对具有所述粗糙的多晶硅层的硅片的受光面进行离子扩散。
可选地，所述形成粗糙的多晶硅层采用化学气相沉积的方法，采用SiH4作为反应气体，反应的温度为500～620℃。
可选地，所述粗糙的多晶硅层的厚度为
可选地，所述硅片为P型硅片，对具有所述粗糙的多晶硅层的硅片的受光面进行离子扩散包括：在三氯氧磷(POCl3)、氮气(N2)、氧气(O2)的氛围中进行离子扩散，扩散时的温度为700～1000℃。
与现有技术相比，上述太阳能电池的制造方法具有以下优点：在硅片上形成粗糙的多晶硅层，降低了太阳能电池对光的反射率，提高了太阳能电池的光利用率。
并且，相对于酸或碱蚀刻形成绒面的工艺，上述太阳能电池的制造方法更易控制工艺的质量及稳定性。
附图说明
图1是本发明太阳能电池的制造方法的一种实施方式中形成PN结的流程示意图；
图2是本发明太阳能电池的制造方法的一种实施例流程图。
具体实施方式
现有技术通过酸或碱蚀刻在硅片表面形成绒面，以增强硅片对入射太阳光的吸收，提高光生电流的密度。对于太阳能电池来说，理想的绒面应大小均匀，各绒面结构间无空隙，即覆盖率达到100％。但理想质量绒面的形成，受到了诸多因素的影响，例如硅片被腐蚀前的表面状态、制绒液的组成、各组分的含量、温度、反应时间等。而在实际生产中，对这一工艺过程的影响因素更加复杂，例如加工硅片的数量、反应产物在溶液中的积聚、制绒液中各组分的变化等。总的来说，通过蚀刻的方法形成绒面对工艺控制的要求往往非常高，并且质量的稳定性也较难保证。
由于现今薄膜沉积工艺的发展已经相当成熟，发明人尝试通过沉积工艺在硅片表面形成粗糙的薄膜，以替代“绒面”工艺，并且与后续太阳能电池制造过程中的离子扩散工艺整合，从而既形成可以降低反射率的粗糙电池表面，又同时形成PN结。在一些实践中，发明人尝试依次通过离子扩散、形成粗糙多晶硅薄膜以及高温退火的工艺步骤来实现形成粗糙电池表面及在硅片中形成PN结的目的。但在后续分析中发现，高温退火虽然可以产生离子的向上扩散，以在硅片中形成PN结，但该向上扩散的过程较难保证硅片中最终的掺杂浓度，从而可能产生较高的接触电阻。此外，高温退火也使得所形成的PN结的结深较深，不利于充分利用光电效应产生的光生电子。因此，发明人通过多次的反复实践及论证，提出了一种更优化的PN结的制造方法。
参照图1所示，本发明太阳能电池的制造方法的一种实施方式中形成PN结的过程包括：
步骤s1，在硅片受光面形成粗糙的多晶硅层；
步骤s2，对具有所述粗糙的多晶硅层的硅片的受光面进行离子扩散。
上述实施方式中，所述粗糙的多晶硅由于处于硅片的受光面上，当光照射到所述硅片的受光面时，光线在所述粗糙的多晶硅层上的反射率就会大幅度降低。而反射率的降低可以辅助提高太阳能电池的光利用率。
而由于上述实施方式的过程是先形成多晶硅层后扩散，其扩散的过程实质是杂质离子沿所述粗糙的多晶硅层表面向硅片内部扩散，因而在扩散后无需再进行高温退火，从而所形成的PN结的结深降低，提高了太阳能电池的光利用率。
可选地，所述形成粗糙的多晶硅层采用化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法，采用SiH4作为反应气体，反应的温度为500～620℃。
可选地，所述粗糙的多晶硅层的厚度为
可选地，所述硅片为P型硅片，对具有所述粗糙的多晶硅层的硅片的受光面进行离子扩散包括：在POCl3、N2、O2的氛围中进行离子扩散，扩散时的温度为700～1000℃。
以下通过一个具体的太阳能电池的制造过程举例，以对上述的太阳能电池的制造方法进行更详细的说明。
参照图2所示，本发明太阳能电池的制造方法的一种实施例包括：
步骤s101，清洁硅片。由于为了节约成本，增加硅片的循环利用，用于制造太阳能电池的硅片可能是原本要丢弃的硅废料，因而在制造太阳能电池之前，首先需要对硅片进行清洁，以去除其表面的污染物、杂质等。常用的清洁方法可以采用机械喷沙、化学清洗中的一种或其组合。本例中的清洁过程包括喷沙和化学清洗两个步骤。本例中的硅片为P型硅片。
步骤s102，低温干燥。在步骤s101的化学清洗之后，对硅片进行低温干燥。通常的做法是用N2冷风吹干。
步骤s103，在硅片受光面形成粗糙的多晶硅层。本例中以SiH4作为反应气体，通过化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法在硅片的受光面形成粗糙的多晶硅层。反应的温度可以为500～620℃。所形成的粗糙多晶硅层的厚度可以为在所述的反应温度，特别是568±2℃的温度下，沉积的多晶硅将形成球状结构，从而使得表面非常粗糙。
步骤s104，对具有所述粗糙的多晶硅层的硅片的受光面进行离子扩散。在形成粗糙的多晶硅层之后，将所述具有粗糙多晶硅层的硅片置于POCl3、N2或POCl3、N2、O2的氛围(扩散源)中，对所述硅片的受光面进行离子扩散，扩散时的温度为700～1000℃。所述扩散过程中，通过POCl3和硅片反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片受光面的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是PN结。
步骤s105，边缘绝缘处理。由于在步骤s104的扩散过程中，硅片的边缘也不可避免地扩散上磷，如此，PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，造成短路。因此，必须去除硅片边缘扩散上磷的区域，以避免短路情况的发生。通常的做法是采用CF4进行去除。
步骤s106，去除磷玻璃。由于在步骤s104的扩散过程中，掺杂的多晶硅层表面会形成薄层的磷玻璃，该磷玻璃其实并不是制造太阳能电池所需要的，因而需要将磷玻璃去除。通常可以通过将硅片浸入10％的HF溶液中来去除磷玻璃。
步骤s107，在所述粗糙多晶硅层表面形成抗反射层。所述抗反射层通常采用反射系数较小的材料，例如氧化硅或氮化硅。所述抗反射层可以通过等离子增强化学气相沉积的方法在所述粗糙多晶硅层表面形成。
步骤s108，丝网印刷。太阳能电池经过上述工艺后，已经形成PN结，可以在光照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极。丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺。丝网印刷是使用丝网印刷机，采用压印的方式将预定的图形印刷在硅片的两个表面(电池正面及背面)上，该工艺由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。在各部分工艺之间通过低温烘干使得印刷图形更牢固附着于硅片表面。
其工作原理为：利用丝网图形部分网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到硅片表面上。由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始终与丝网印版和硅片表面呈线性接触，接触线随刮刀移动而移动，从而完成印刷行程。
步骤s109，烧结。经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电极和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电阻特性，以提高电池片的转换效率。
烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于硅片上。
经上述实施例制造的太阳能电池，其反射率为7.66％。因而相对于现有技术的太阳能电池，其反射率下降了一半多，相应地，光利用率也得到了提高。
综上所述，本发明太阳能电池的制造方法在形成PN结的工艺中采用先形成粗糙多晶硅层，再进行离子扩散的方法。通过在硅片上形成粗糙的多晶硅层，降低了太阳能电池对光的反射率，提高了太阳能电池的光利用率。并且，相对于酸或碱蚀刻形成绒面的工艺，上述太阳能电池的制造方法更易控制工艺的质量及稳定性。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种太阳能电池的制造方法，包括：在硅片的受光面形成PN结，其特征在于，通过沉积工艺在硅片表面形成粗糙的薄膜，以替代绒面工艺；将通过沉积工艺在硅片表面形成粗糙的薄膜的工艺，与离子扩散工艺整合，从而既形成可以降低反射率的粗糙电池表面，又同时形成PN结；在所述形成PN结之后，在粗糙的多晶硅层表面形成抗反射层；
所述形成PN结的过程包括：
首先，在硅片受光面形成粗糙的多晶硅层，通过沉积工艺在硅片表面形成粗糙的薄膜，以替代绒面工艺；
然后，在形成粗糙的多晶硅层之后，对具有所述粗糙的多晶硅层的硅片的受光面进行离子扩散。
2.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，形成粗糙的多晶硅层采用化学气相沉积的方法，采用SiH4作为反应气体，反应的温度为500～620℃。
3.如权利要求2所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述反应的温度为568±2℃。
4.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述粗糙的多晶硅层的厚度为
5.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述硅片为P型硅片，对具有所述粗糙的多晶硅层的硅片的受光面进行离子扩散包括：在三氯氧磷、氮气、氧气的氛围中进行离子扩散，扩散时的温度为700～1000℃。
6.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，还包括：在形成PN结之前，先清洁硅片。
7.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，还包括：在离子扩散后形成抗反射层之前使用氢氟酸浸泡硅片。
8.如权利要求7所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，在使用氢氟酸浸泡硅片前，先对硅片进行边缘绝缘处理。
9.如权利要求7所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，在使用氢氟酸浸泡硅片后，依次进行如下步骤：在所述粗糙的多晶硅层表面形成抗反射层、丝网印刷、烧结。
10.如权利要求9所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述抗反射层为氧化硅或氮化硅。
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