CN102157624B - 一种硅太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅太阳能电池及其制备方法，其步骤如下：(1)将硅片进行湿式化学清洗后烘干；(2)将硅片进行单面磷源扩散；(3)将硅片放入氧化炉内，形成氧化层；(4)对硅片正面进行第一次光刻；(5)去掉硅片光刻图形部分的氧化层；(6)在硅片的扩散面甩胶保护，再腐蚀其背面氧化层；(7)将硅片进行单面磷源重新局部扩散；(8)去除硅片背面的氧化层；(9)对硅片背面蒸镀Ti/Pd/Ag电极，然后退火；(10)先对硅片背面甩胶保护，再将去除硅片背面的光刻胶；(11)利用磁控溅射设备对硅片正面蒸镀氧化铟锡膜；(12)对硅片正面进行第二次光刻；(13)对硅片正面进行第三次光刻；(14)去除硅片正面的光刻，退火。本发明能有效地提高电池转换效率。本发明可以广泛应用在太阳能电池领域中。

Description

一种硅太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，特别是关于一种硅太阳能电池及其制备方法。

背景技术

能源与环境是21世纪人类面临的两大基本问题。发展无污染、可再生的新能源是解决这两大问题的必由之路。目前，光伏发电在能源中所占比重极小，成本过高是制约光伏发电大规模应用的主要障碍。开发新一代高效率、低成本的太阳能电池，使其发电成本接近甚至低于常规能源，这已成为重中之重的问题。传统的电池制作工艺为：清洗制绒-扩散-去磷硅刻蚀-沉积氮化硅-丝印烧结。由于在生产过程中各个工序工艺条件限制了最大程度提高电池效率，因此为了提高电池转换效率需要不断的对各个工艺环节进行改善与创新。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能有效提高电池转换效率的硅太阳能电池及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种硅太阳能电池制备方法，其步骤如下：(1)将硅片进行湿式化学清洗后，在红外灯下烘干；(2)将烘干后的硅片放进扩散炉中进行单面磷源扩散N型硅，形成PN结；其中，扩散温度为850～900℃，通磷源时间为18～25min，推结深为8～12min，扩散后硅片的方块电阻为80～120Ω；(3)将扩散后的硅片放入氧化炉内，在硅片背面和N型硅表面形成氧化层；其中，氧化炉内的温度为1050～1100℃、干氧氧化时间为7～8h；(4)在氧化后硅片正面、背面均设置光刻胶，其正面的光刻胶形成光刻图形，然后在硅片正面进行第一次光刻；(5)光刻后，将硅片放入由氟化铵∶HF＝5∶1的溶液中腐蚀，去掉光刻图形部分的氧化层；其中，氟化铵溶液的质量百分比为35％～40％；(6)腐蚀掉氧化层后，在硅片的扩散面甩胶保护，再用5％的HF溶液腐蚀其背面氧化层；(7)将去胶后的硅片放进扩散炉中进行单面磷源重新局部扩散N⁺型硅，在光刻图形处形成PN结；其中，扩散温度为900℃～920℃，通磷源时间为20min～25min，推结深为15min～20min，方块电阻为20～40Ω；(8)把重扩散后的硅片放到丙酮溶液中，依次在超声槽、酒精溶液中超声处理；然后去除硅片背面的氧化层；其中，在酒精溶液中超声时间为20～30s；(9)将硅片放入镀膜机中，对硅片背面蒸镀Ti/Pd/Ag电极，然后把硅片放到退火炉中退火；其中，退火温度为380℃～400℃，时间为30～40min；(10)经所述步骤(9)处理后，先对硅片背面甩胶保护，再将硅片放入由NH4F∶HF＝5∶1的溶液中腐蚀，然后把硅片放到丙酮溶液中，依次在超声槽、酒精溶液中超声处理，去除硅片背面的光刻胶；其中，在酒精溶液中超声时间为20～30s；(11)利用磁控溅射设备对硅片正面蒸镀氧化铟锡膜，磁控溅射设备喷淋条件为10～4torr真空下，温度为200℃；(12)对硅片正面进行第二次光刻，然后把硅片放进氯化氢溶液中，腐蚀掉光刻图形中的氧化铟锡膜；(13)对硅片正面进行第三次光刻，在镀膜机中对硅片正面蒸镀Ti/Pd/Ag电极；(14)进行第三次光刻后，把硅片放到丙酮溶液中，依次在超声槽、酒精溶液中再超声处理后，去除硅片正面的光刻胶，然后把硅片放到退火炉中，退火，退火温度为380℃～400℃，时间为30～40min。

所述步骤(2)中，最佳扩散温度为850℃，通磷源时间为20min，推结深为10min，扩散后硅片的方块电阻为100Ω。

所述步骤(3)中，所述硅片表面形成的所述氧化层的厚度为

所述步骤(7)中，最佳扩散温度为900℃，通磷源时间为20min，推结深为20min，方块电阻为30Ω。

所述步骤(11)中，所述氧化铟锡膜厚度为0.6μm～1μm。

一种如上述方法制成的硅太阳能电池，其特征在于：它包括硅片，所述硅片的背面设置有Ti/Pd/Ag电极，形成背电极；所述硅片的正面通过腐蚀均匀开设有两个凹槽，并在所述硅片正面依次设置有N型硅、氧化层和氧化铟锡膜，所述N型硅、氧化层和氧化铟锡膜的形状均与所述硅片呈对应设置；在两个所述凹槽内，由内到外分别依次设置有N⁺型硅和所述Ti/Pd/Ag电极，两个所述Ti/Pd/Ag电极形成正电极。

所述硅片采用P型<100>径向、电阻率为3Ωcm、厚度为320μm的双面抛光硅片。

所述硅片正面蒸镀所述氧化铟锡膜的厚度为0.6μm～1μm。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用P型双面抛光硅片，进行RCA化学清洗，它是以过氧化氢为基础的I、II、III号液清洗硅片，能够有效去除硅片表面金属杂质、有机物等污染，提高光吸收，进而有效地提高了电池转换效率。2、本发明由于采用磷源轻扩散，方块电阻为80～120Ω，再局部重扩散方块电阻为20～40Ω，这样使得与金属电极接触的区域扩散浓度很高，接触电阻很小，避免了由于发射区俄歇复合造成的电池电流下降。3、本发明由于采用干氧氧化产生致密的氧化层，不但为光刻作为阻挡层，而且还可以作为减反层，提高光吸收。4、本发明由于采用在镀膜机中4×10^-6Torr真空下对硅片背面蒸镀Ti/Pd/Ag电极，呈镜面，作为电极的同时，还可以作为反射层，把透射光反射到硅基体，增加光吸收。5、本发明由于采用在正面第一次光刻后，配置NH4F溶液∶HF＝5∶1溶液，腐蚀光刻图形中的氧化层，此溶液可以有效的防止氧化层的钻蚀。6、本发明由于采用在磁控溅射设备中对硅片正面蒸镀氧化铟锡膜，这样可以进一步增加光吸收。7、本发明由于采用丙酮及酒精超声去光刻胶，这样使得光刻胶去除的非常干净，操作简单。8、本发明由于采用在组合气体气氛下退火30～40min，这样有利于金属电极和硅形成很好的欧姆接触，降低串联电阻，提高短路电流；并且，组合气体气氛中含有H原子，易与悬挂键及空位相结合可以有效的钝化作用。本发明可以广泛应用在太阳能电池领域中。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的硅片进行化学清洗后示意图；

图3是本发明的硅片进行磷源扩散示意图；

图4是本发明的硅片沉积氧化层示意图；

图5是本发明的硅片进行第一次光刻示意图；

图6是本发明的硅片腐蚀掉氧化层示意图；

图7是本发明的硅片去光刻胶示意图；

图8是本发明的硅片局部重新磷源扩散示意图；

图9是本发明的硅片去除背面氧化层示意图；

图10是本发明的硅片蒸镀背电极示意图；

图11是本发明的硅片背面甩胶保护示意图；

图12是本发明的硅片正面喷淋ITO膜示意图；

图13是本发明的硅片正面甩胶示意图；

图14是本发明的硅片腐蚀ITO膜示意图；

图15是本发明的硅片蒸镀正电极示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的硅太阳能电池包括硅片1，硅片1的背面设置有Ti/Pd/Ag电极2，形成背电极；硅片1的正面通过腐蚀均匀开设有两个凹槽3，并在硅片1正面依次设置有N型硅4、氧化层5和ITO(氧化铟锡)膜6，N型硅4、氧化层5和ITO膜6的形状均与硅片1呈对应设置。在两个凹槽3内，由内到外分别依次设置有N⁺型硅7和Ti/Pd/Ag电极8，两个Ti/Pd/Ag电极8形成正电极。

上述实施例中，硅片1采用P型<100>径向、电阻率为3Ωcm、厚度为320μm的双面抛光硅片。

上述各实施例中，硅片1正面蒸镀ITO膜6的厚度为0.6μm～1μm。

如图2～图15所示，本发明的硅太阳能电池制备方法采用P型<100>径向，电阻率为3Ωcm，厚度为320μm的双面抛光硅片1，则其制备方法的步骤如下：

1)将硅片1进行RAC化学清洗(湿式化学清洗)后，在红外灯下烘干(如图2所示)；采用P型双面抛光，进行RCA化学清洗，它是以过氧化氢为基础的I、II、III号液清洗硅片1，能够有效去除硅片1表面金属杂质、有机物等污染；

2)如图3所示，将烘干后的硅片1放进扩散炉中进行单面磷源扩散N型硅4，形成PN结；其中，扩散温度为850～900℃，通磷源时间为18～25min，推结深为8～12min，扩散后硅片1的方块电阻为80～120Ω；

上述最佳扩散温度为850℃，通磷源时间为20min，推结深为10min，扩散后硅片的方块电阻为100Ω；

3)如图4所示，将扩散后的硅片1放入氧化炉内，在硅片1的背面和N型硅4表面形成氧化层5；其中，氧化炉内的温度为1050～1100℃、干氧氧化时间为7h～8h，形成氧化层5的厚度以备光刻使用；

上述干氧氧化能产生致密的氧化层，不但为光刻作为阻挡层，而且还可以作为减反层，提高光吸收；

4)如图5所示，在氧化后硅片1正面、背面均设置光刻胶，且在其正面的光刻胶形成光刻图形，然后在硅片1正面进行第一次光刻；

5)如图6所示，光刻后，将硅片1放入由NH4F(氟化铵)∶HF＝5∶1的溶液中腐蚀，直到脱水为止，进而去掉光刻图形部分的氧化层5，然后用离子水将硅片1冲洗干净、烘干；其中，NH4F溶液的质量百分比为35～40％，NH4F(氟化铵)∶HF＝5∶1的溶液可以有效的防止氧化层5的钻蚀；

6)如图7所示，腐蚀掉氧化层5后，在硅片1的扩散面甩胶保护，再用5％的HF溶液腐蚀其背面的磷硅玻璃及氧化层，直到脱水为止；

7)如图8所示，将去胶后的硅片1放进扩散炉中进行单面磷源重新局部扩散N⁺型硅7，在光刻图形处形成PN结；其中，扩散温度为900～920℃，通磷源时间为20～25min，推结深为15～20min，此时方块电阻为20～40Ω；

上述最佳扩散温度为900℃，通磷源时间为20min，推结深为20min，方块电阳为30Ω。

8)如图9所示，把重扩散后的硅片1放到丙酮溶液中，在超声槽内超声20秒，然后在酒精溶液中超声20～30s，把硅片1正面的光刻胶完全去干净；然后在HCL∶H2O2∶去离子水＝1∶1∶5煮沸的溶液中煮10min，冲洗干净，再在0.5～1.2％HF溶液中将硅片1漂5～8s，将其背面的氧化层5去掉，冲洗干净并烘干；

9)如图10所示，经步骤8)处理后，将硅片1放入现有技术中的镀膜机中，在4×10^-6Torr真空条件下对硅片1背面蒸镀Ti/Pd/Ag电极2，形成背电极；然后把硅片1放到380℃～400℃的退火炉中，在FG(Forming Gas，组合气体，含5％H2，95％氩气)气氛下退火30～40min；

上述在镀膜机中4×10^-6Torr真空条件下，对硅片1背面蒸Ti/Pd/Ag电极2，呈镜面，作为电极的同时，还可以作为反射层，把透射光反射到硅基体，进一步增加光吸收；

10)如图11所示，经步骤9)处理后，先对硅片1背面甩胶保护，再将硅片1放入由NH4F∶HF＝5∶1的溶液中腐蚀，直到光刻图形脱水为止，用去离子水冲洗干净并烘干；然后把硅片1放到丙酮溶液中，在超声槽内超声20秒，然后在酒精溶液中超声20～30s，把硅片1背面的光刻胶完全去干净；其中，NH4F溶液为质量百分比为35％～40％；本发明采用丙酮溶液及酒精超声去除光刻胶，非常干净，操作简单；

11)如图12所示，利用现有技术中的磁控溅射设备对硅片1正面蒸镀ITO膜6，可以增加光吸收；其中，磁控溅射设备喷淋条件为10～4torr真空下，温度为200℃，ITO膜6厚度为0.6μm～1μm；

12)如图13、图14所示，对硅片1正面进行第二次光刻，然后把硅片1放进浓度为20％的HCL(氯化氢)溶液中，腐蚀掉光刻图形中的ITO膜6，然后将硅片1冲洗干净、烘干；

13)如图15所示，对硅片1正面进行第三次光刻，在镀膜机中4×10^-6Torr的真空条件下，在硅片1正面蒸镀Ti/Pd/Ag电极8，形成正电极；

14)进行第三次光刻后，把硅片1放到丙酮溶液中，在超声槽内超声20秒，然后在酒精溶液中再超声20秒，把硅片1正面的光刻胶完全去干净；再把硅片1放到退火炉中，在温度为380℃～400℃、FG气氛下退火30min～40min，制成硅太阳能电池(如图1所示)。

上述步骤9)和步骤14)中，将电池在FG气氛下退火30min～40min，这样有利于金属电极和硅片1形成很好的欧姆接触，降低了串联电阻，提高了短路电流；另外，FG气氛中含有H原子，易与悬挂键及空位相结合，可以起到有效的钝化作用。

上述步骤2)和步骤7)中先采用的磷源扩散，使得硅片1与金属电极接触的区域扩散浓度很高，接触电阻很小；常规晶体硅电池方块电阻则为40～60Ω，因此，本发明避免了由于发射区俄歇复合造成的电池电流下降。

上述各实施例仅用于说明本发明，各步骤及各种溶液的配比都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别步骤和配比进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种硅太阳能电池制备方法，其步骤如下：

(1)将硅片进行湿式化学清洗后，在红外灯下烘干；

(2)将烘干后的硅片放进扩散炉中进行单面磷源扩散N型硅，形成PN结；其中，扩散温度为850～900℃，通磷源时间为18～25min，推结深为8～12min，扩散后硅片的方块电阻为80～120Ω；

(3)将扩散后的硅片放入氧化炉内，在硅片背面和N型硅表面形成氧化层；其中，氧化炉内的温度为1050～1100℃、干氧氧化时间为7～8h；

(4)在氧化后硅片正面、背面均设置光刻胶，其正面的光刻胶形成光刻图形，然后在硅片正面进行第一次光刻；

(5)光刻后，将硅片放入由氟化铵∶HF＝5∶1的溶液中腐蚀，去掉光刻图形部分的氧化层；其中，氟化铵溶液的质量百分比为35％～40％；

(6)腐蚀掉氧化层后，在硅片的扩散面甩胶保护，再用5％的HF溶液腐蚀其背面的磷硅玻璃及氧化层，直到脱水为止；

(7)将去胶后的硅片放进扩散炉中进行单面磷源重新局部扩散N⁺型硅，在光刻图形处形成PN结；其中，扩散温度为900℃～920℃，通磷源时间为20min～25min，推结深为15min～20min，方块电阻为20～40Ω；

(8)把重扩散后的硅片放到丙酮溶液中，在超声槽内超声20秒，然后在酒精溶液中超声20～30s，把硅片正面的光刻胶完全去干净；然后在HCL∶H2O2∶去离子水＝1∶1∶5煮沸的溶液中煮10min，冲洗干净，再在0.5～1.2％HF溶液中将硅片1漂5～8s，将其背面的氧化层去掉，冲洗干净并烘干；

(9)将硅片放入镀膜机中，在4×10^-6Torr真空条件下对硅片背面蒸镀Ti/Pd/Ag电极，然后把硅片放到380℃～400℃的退火炉中，在含5％H2，95％氩气的组合气体气氛下退火30～40min；

(10)经所述步骤(9)处理后，先对硅片背面甩胶保护，再将硅片放入由NH4F∶HF＝5∶1的溶液中腐蚀，直到光刻图形脱水为止，用去离子水冲洗干净并烘干；然后把硅片放到丙酮溶液中，依次在超声槽、酒精溶液中超声处理，去除硅片背面的光刻胶；其中，在酒精溶液中超声时间为20～30s，在超声槽内超声时间为20秒，NH4F溶液的质量百分比为35％～40％；

(11)利用磁控溅射设备对硅片正面蒸镀氧化铟锡膜，磁控溅射设备喷淋条件为10～4torr真空下，温度为200℃；

(12)对硅片正面进行第二次光刻，然后把硅片放进浓度为20％的氯化氢溶液中，腐蚀掉光刻图形中的氧化铟锡膜；

(13)对硅片正面进行第三次光刻，在镀膜机中4×10^-6Torr的真空条件下对硅片正面蒸镀Ti/Pd/Ag电极；

(14)进行第三次光刻后，把硅片放到丙酮溶液中，在超声槽内超声20秒，然后在酒精溶液中再超声20秒，依次在超声槽、酒精溶液中再超声处理后，去除硅片正面的光刻胶，然后把硅片放到退火炉中，在温度为380℃～400℃、含5％H2，95％氩气的组合气体气氛下退火30min～40min退火，退火温度为380℃～400℃，时间为30～40min。

2.如权利要求1所述的一种硅太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，最佳扩散温度为850℃，通磷源时间为20min，推结深为10min，扩散后硅片的方块电阻为100Ω。

3.如权利要求1所述的一种硅太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述硅片表面形成的所述氧化层的厚度为

4.如权利要求2所述的一种硅太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述硅片表面形成的所述氧化层的厚度为

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种硅太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中，最佳扩散温度为900℃，通磷源时间为20min，推结深为20min，方块电阻为30Ω。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种硅太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤(11)中，所述氧化铟锡膜厚度为0.6μm～1μm。

7.如权利要求5所述的一种硅太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤(11)中，所述氧化铟锡膜厚度为0.6μm～1μm。

8.一种如权利要求1～7任意一项所述方法制成的硅太阳能电池，其特征在于：它包括硅片，所述硅片的背面设置有Ti/Pd/Ag电极，形成背电极；所述硅片的正面通过腐蚀均匀开设有两个凹槽，并在所述硅片正面依次设置有N型硅、氧化层和氧化铟锡膜，所述N型硅、氧化层和氧化铟锡膜的形状均与所述硅片呈对应设置；在两个所述凹槽内，由内到外分别依次设置有N⁺型硅和所述Ti/Pd/Ag电极，两个所述Ti/Pd/Ag电极形成正电极。

9.如权利要求8所述的一种硅太阳能电池，其特征在于：所述硅片采用P型<100>径向、电阻率为3Ωcm、厚度为320μm的双面抛光硅片。

10.如权利要求8或9所述的一种硅太阳能电池，其特征在于：所述硅片正面蒸镀所述氧化铟锡膜的厚度为0.6μm～1μm。

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