CN102157585B - 一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法 - Google Patents

一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，该制备方法是首先对制绒后的硅片进行重扩散形成p-n结，然后去除非受光面的p-n结或者去除硅片边缘的p-n结，清洗去除硅片表面的氧化层，接着对硅片受光面进行浸润处理增强表面亲水性，再对受光面发射极进行全范围均匀腐蚀形成全范围浅发射极，并对发射极进行表面疏水性处理，然后在硅片受光面沉积功能介质薄膜，最后进行正负电极和背面场制备并烧结形成均匀浅发射极太阳电池。采用本发明方法制备的太阳电池具有制备成本低，转换效率高并适合工业化大规模生产的优点，具有很好的经济效益。

Description

一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法。
背景技术
随着人类社会的发展，对能源的需求不断增长。太阳能作为环保的可再生能源之一，近年来越来越受到世界各国的重视和支持，太阳能被看作未来最重要的能源供应方式。太阳电池光伏发电作为太阳能的主要利用方式，在不久的将来要成为常规化石能源的替代，必须具备低成本高效率的特点。晶体硅太阳电池是目前主流的太阳电池，因此晶体硅太阳电池低成本高效率技术的研究开发显得尤为重要。
目前传统晶体硅太阳电池的工业化生产制造流程主要分为八大环节：硅片清洗→绒面制备→高温扩散→去除磷硅玻璃→等离子边缘刻蚀或腐蚀背面p-n结→PECVD沉积SiNx:H薄膜→丝网印刷正面、背面电极和背铝→高温共烧结。在高温共烧结过程中电极会烧穿氮化硅与发射极形成合金接触，因此为了形成良好的金属半导体接触，使得接触电阻较小的同时避免电极烧穿发射极发生漏电现象，对发射极的深度和发射极表面磷掺杂浓度的要求较高。通常，晶体硅太阳电池用硅片在高温扩散形成发射极后，其表面掺杂磷原子或硼原子的浓度很高，在1021～1022cm-3的范围内，方块电阻在40～45Ω/□。表面高掺杂浓度情况下俄歇复合占主导作用，导致在表层产生的电子-空穴复合现象严重，电池的短波响应较差，电池的短路电流下降；同时高的表面掺杂浓度降低表面钝化工艺的效果，电池的开路电压难以得到提升。因此常规高温扩散发射极结构不利于电池转换效率的进一步提高。
为了解决这一问题，浅发射极技术引起了各个研究所和企业的重视。一般的浅发射极制备技术主要集中于对传统磷扩散或者硼扩散工艺的改进，例如通过改变扩散过程中的温度、扩散源气体流量或者扩散时间等变量，实现一次成型的浅发射极。尽管这些方法可以实现浅发射极的制备，有效提高短波段光子的利用效率，但是仍然存在两个问题：一是一次成型的浅发射极的表面掺杂浓度依然较高，超过1021cm-3，表面俄歇复合依然较严重；二是一次成型的工艺稳定性较差，同一批扩散出来的硅片的方块电阻存在片间偏差较大，这对于大规模工业化生产来说就意味着产品的稳定性欠缺，废品率较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，该方法的制备成本低，能够有效解决浅发射极的均匀制备问题，该方法制备的电池转换效率高，并适合工业化大规模生产。
本发明提供的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法是首先对制绒后的硅片进行重扩散形成p-n结，然后去除非受光面的p-n结或者去除硅片边缘的p-n结，清洗去除硅片表面的氧化层，接着对硅片受光面进行浸润处理增强表面亲水性，再对受光面发射极进行全范围均匀腐蚀形成全范围浅发射极，并对发射极进行表面疏水性处理，然后在硅片受光面沉积功能介质薄膜，最后进行正负电极和背面场制备并烧结形成均匀浅发射极太阳电池。
本发明所述的硅片为p型或n型单晶硅片或多晶硅片，硅片电阻率为0.1～20Ω·cm，厚度为50～500μm。
本发明所述的重扩散为磷扩散或者硼扩散，扩散后的方块电阻为10～50Ω/□。
本发明所述的对硅片受光面进行浸润处理的方法为对硅片受光面进行表面浸润剂喷洒或者把硅片浸泡到表面浸润剂当中或者把表面浸润剂旋涂到硅片受光面或者把表面浸润剂印刷到硅片受光面上，从而达到增强硅片受光面的表面亲水性效果。
本发明所述的表面浸润剂为含有亲水性基团-COOH、-SO3H、-OH中的一种或几种的亲水性物质或者这些物质与去离子水的混合溶液。
本发明所述的全范围均匀腐蚀形成全范围均匀浅发射极为对重扩散形成的受光面发射极进行全域二维面分布的均匀腐蚀，形成的浅发射极的方块电阻为50～120Ω/□。
本发明所述的表面疏水性处理为对受光面浅发射极的表面进行酸性化学液喷洒或者把硅片浸泡到酸性化学液中，从而达到增强硅片受光面的表面疏水性效果。
本发明所述的酸性化学液喷洒方式为氢氟酸水溶液喷洒方式或者盐酸、硫酸水溶液喷洒然后氢氟酸水溶液喷洒方式；所述的酸性化学液浸泡方式为氢氟酸水溶液浸泡方式或者盐酸、硫酸水溶液浸泡然后氢氟酸水溶液浸泡方式。
本发明所述的功能介质薄膜为氮化硅薄膜、二氧化硅薄膜、二氧化钛薄膜、氧化铝薄膜、碳化硅薄膜、氧化锌薄膜和氟化镁薄膜中的一种介质薄膜或几种介质薄膜的复合膜，膜的总厚度为2～200nm。
本发明所述的功能介质薄膜是指对硅片具有表面钝化功能或体钝化功能或减少表面反射功能或同时具有这三种功能两个以上的介质薄膜。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用表面浸润剂对扩散后的硅片进行表面浸润处理，可以增强硅片表面的亲水性，有效提高后续的发射极全范围腐蚀的均匀性；
(2)本发明对腐蚀后的浅发射极表面进行疏水性处理，能够降低硅片表面的金属离子污染的同时使得硅片表面保持疏水状态，有利于后续功能介质薄膜的沉积和该薄膜的功能体现发挥；
(3)本发明的制备方法具有低成本优势，既能够提高太阳电池的短路电流和开路电压从而提高转换效率，又能够有效解决常规浅发射极太阳电池良品率不高的问题，满足大规模工业化生产的要求，具有很好的经济效益。
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。
以下实施例提及的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法是首先对制绒后的硅片进行重扩散形成p-n结，然后去除非受光面的p-n结或者去除硅片边缘的p-n结，清洗去除硅片表面的氧化层，接着对硅片受光面进行浸润处理增强表面亲水性，再对受光面发射极进行全范围均匀腐蚀形成全范围浅发射极，并对发射极进行表面疏水性处理，然后在硅片受光面沉积功能介质薄膜，最后进行正负电极和背面场制备并烧结形成均匀浅发射极太阳电池。
实施例1
本实施例中提到的一种均匀浅发射极太阳电池，包括以下步骤：
(1)对制绒后的硅片进行重扩散形成p-n结；
(2)去除非受光面的p-n结；
(3)清洗去除硅片表面的氧化层；
(4)对硅片受光面进行浸润处理；
(5)对受光面发射极进行全范围均匀腐蚀；
(6)对发射极进行表面疏水性处理；
(7)在硅片受光面沉积功能介质薄膜；
(8)进行正负电极和背面场制备并烧结。
本实施例所述的硅片为p型单晶硅片，硅片电阻率为1.5Ω·cm，硅片厚度为200μm。
本实施例所述的重扩散为磷扩散，扩散后的方块电阻为30Ω/□。
本实施例所述的对硅片受光面进行浸润处理的方法为对硅片受光面进行表面浸润剂喷洒，所述的表面浸润剂是重量浓度为20％的乙酸水溶液。
本实施例所述的全范围均匀腐蚀为对重扩散形成的受光面发射极进行全域二维面分布的均匀腐蚀，形成的浅发射极的方块电阻为70Ω/□。
本实施例所述的表面疏水性处理为对受光面浅发射极的表面进行酸性化学液喷洒，所述的酸性化学液为重量浓度3％的氢氟酸水溶液。
本实施例所述的功能介质薄膜为氮化硅薄膜，沉积方式为等离子体增强化学气相沉积法，介质薄膜的总厚度为75nm。
实施例2
本实施例中提到的一种均匀浅发射极太阳电池，包括以下步骤：
(1)对制绒后的硅片进行重扩散形成p-n结；
(2)去除非受光面的p-n结；
(3)清洗去除硅片表面的氧化层；
(4)对硅片受光面进行浸润处理；
(5)对受光面发射极进行全范围均匀腐蚀；
(6)对发射极进行表面疏水性处理；
(7)在硅片受光面沉积功能介质薄膜；
(8)进行正负电极和背面场制备并烧结。
本实施例所述的硅片为p型多晶硅片，硅片电阻率为1.5Ω·cm，硅片厚度为200μm。
本实施例所述的重扩散为磷扩散，扩散后的方块电阻为40Ω/□。
本实施例所述的对硅片受光面进行浸润处理的方法为把硅片浸泡到表面浸润剂当中，所述的表面浸润剂是重量浓度为10％的乙烯基磺酸钠水溶液。
本实施例所述的全范围均匀腐蚀为对重扩散形成的受光面发射极进行全域二维面分布的均匀腐蚀，形成的浅发射极的方块电阻为80Ω/□。
本实施例所述的表面疏水性处理为把硅片浸泡到酸性化学液当中，所述的酸性化学液为重量浓度5％的氢氟酸水溶液。
本实施例所述的功能介质薄膜为氮化硅薄膜，沉积方式为等离子体增强化学气相沉积法，介质薄膜的总厚度为85nm。
实施例3
本实施例中提到的一种均匀浅发射极太阳电池，包括以下步骤：
(1)对制绒后的硅片进行重扩散形成p-n结；
(2)去除非受光面的p-n结；
(3)清洗去除硅片表面的氧化层；
(4)对硅片受光面进行浸润处理；
(5)对受光面发射极进行全范围均匀腐蚀；
(6)对发射极进行表面疏水性处理；
(7)在硅片受光面沉积功能介质薄膜；
(8)进行正负电极和背面场制备并烧结。
本实施例所述的硅片为n型单晶硅片，硅片电阻率为1.5Ω·cm，硅片厚度为200μm。
本实施例所述的重扩散为硼扩散，扩散后的方块电阻为30Ω/□。
本实施例所述的对硅片受光面进行浸润处理的方法为对硅片受光面进行表面浸润剂喷洒，所述的表面浸润剂是重量浓度为30％的乙酸水溶液。
本实施例所述的全范围均匀腐蚀为对重扩散形成的受光面发射极进行全域二维面分布的均匀腐蚀，形成的浅发射极的方块电阻为70Ω/□。
本实施例所述的表面疏水性处理为对受光面浅发射极的表面进行酸性化学液喷洒，所述的酸性化学液为重量浓度3％的氢氟酸水溶液。
本实施例所述的功能介质薄膜为氧化铝薄膜和氮化硅薄膜的复合薄膜，先采用原子层沉积法制备厚度为10nm的氧化铝薄膜，然后采用等离子体增强化学气相沉积法在氧化铝薄膜上面沉积厚度为70nm的氮化硅薄膜。
实施例4
本实施例中提到的一种均匀浅发射极太阳电池，包括以下步骤：
(1)对制绒后的硅片进行重扩散形成p-n结；
(2)去除非受光面的p-n结；
(3)清洗去除硅片表面的氧化层；
(4)对硅片受光面进行浸润处理；
(5)对受光面发射极进行全范围均匀腐蚀；
(6)对发射极进行表面疏水性处理；
(7)在硅片受光面沉积功能介质薄膜；
(8)进行正负电极和背面场制备并烧结。
本实施例所述的硅片为n型多晶硅片，硅片电阻率为1.5Ω·cm，硅片厚度为200μm。
本实施例所述的重扩散为硼扩散，扩散后的方块电阻为40Ω/□。
本实施例所述的对硅片受光面进行浸润处理的方法为把硅片浸泡到表面浸润剂当中，所述的表面浸润剂是重量浓度为25％的磷酸水溶液。
本实施例所述的全范围均匀腐蚀为对重扩散形成的受光面发射极进行全域二维面分布的均匀腐蚀，形成的浅发射极的方块电阻为80Ω/□。
本实施例所述的表面疏水性处理为把硅片浸泡到酸性化学液当中，所述的酸性化学液为重量浓度5％的氢氟酸水溶液。
本实施例所述的功能介质薄膜为氧化铝薄膜和氮化硅薄膜的复合薄膜，先采用原子层沉积法制备厚度为10nm的氧化铝薄膜，然后采用等离子体增强化学气相沉积法在氧化铝薄膜上面沉积厚度为80nm的氮化硅薄膜。

Claims (10)

1.一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，首先对制绒后的硅片进行重扩散形成p-n结，然后去除非受光面的p-n结或者去除硅片边缘的p-n结，清洗去除硅片表面的氧化层，接着对硅片受光面进行浸润处理增强表面亲水性，再对受光面发射极进行全范围均匀腐蚀形成全范围均匀浅发射极，并对发射极进行表面疏水性处理，然后在硅片受光面沉积功能介质薄膜，最后进行正负电极和背面场制备并烧结形成均匀浅发射极太阳电池。
2.根据权利要求1所述的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的硅片为p型或n型单晶硅片或多晶硅片，硅片电阻率为0.1～20Ω·cm，厚度为50～500μm。
3.根据权利要求1所述的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的重扩散为磷扩散或者硼扩散，扩散后的方块电阻为10～50Ω/□。
4.根据权利要求1所述的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的对硅片受光面进行浸润处理的方法为对硅片受光面进行表面浸润剂喷洒或者把硅片浸泡到表面浸润剂当中或者把表面浸润剂旋涂到硅片受光面或者把表面浸润剂印刷到硅片受光面上。
5.根据权利要求4所述的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的表面浸润剂为含有亲水性基团-COOH、-SO3H、-OH中的一种或几种的亲水性物质或者这些物质与去离子水的混合溶液。
6.根据权利要求1所述的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的全范围均匀腐蚀形成全范围均匀浅发射极为对重扩散形成的受光面发射极进行全域二维面分布的均匀腐蚀，形成的浅发射极的方块电阻为50～120Ω/□。
7.根据权利要求1所述的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的表面疏水性处理为对受光面浅发射极的表面进行酸性化学液喷洒或者把硅片浸泡到酸性化学液中。
8.根据权利要求7所述的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的酸性化学液喷洒为氢氟酸水溶液喷洒或者盐酸、硫酸水溶液喷洒然后氢氟酸水溶液喷洒；所述的浸泡到酸性化学液中为浸泡到氢氟酸水溶液中或者浸泡到盐酸、硫酸水溶液中然后浸泡到氢氟酸水溶液中。
9.根据权利要求1所述的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的功能介质薄膜为氮化硅薄膜、二氧化硅薄膜、二氧化钛薄膜、氧化铝薄膜、碳化硅薄膜、氧化锌薄膜和氟化镁薄膜中的一种介质薄膜或几种介质薄膜的复合膜，膜的总厚度为2～200nm。
10.根据权利要求9所述的一种均匀浅发射极太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的功能介质薄膜是指对硅片具有表面钝化功能或体钝化功能或减少表面反射功能或同时具有这三种功能两个以上的介质薄膜。
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