CN102176491A - 一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺 - Google Patents

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孙波远
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Abstract

本发明提供了一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于：步骤为：对硅片表面进行清洗并绒化，烘焙形成掩膜，随后进行等离子刻蚀开槽，对开槽后的硅片进行扩散工艺，对硅片进行等离子刻蚀去除周边的PN结，采用等离子增强化学沉积法在硅片的选择性扩散面沉积一层氮化硅薄膜，最后通过丝网印刷的方法制作背电极、背电场和正电极，并进行烧结，从而完成埋栅电池的制作。本发明的优点是利用现在比较成熟的等离子刻蚀技术对硅片开槽和丝网印刷的技术制备掩膜，可以有效而且大规模的进行工业生产。且本发明提供的方法可嵌入现有丝网印刷工艺，无需施行大规模改造便可运用，节省了工业成本。本发明提供的方法同时适用于单晶和多晶硅片。

Description

一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺
技术领域
本发明涉及一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺。
背景技术
丝网印刷工艺以其简单易行、成本低廉等优点而在太阳能电池工业生产中普遍运用。硅太阳电池生产的一般工艺流程为：表面预清洗、制绒、化学清洗并干燥；扩散形成PN结；硅电池边缘刻蚀和去除表面磷硅玻璃；表面沉积钝化和减反射膜；运用丝网印刷技术制作太阳电池的背面电极、背面电场和正面电极；高温烧结形成欧姆接触。由此完成整个电池片的制作过程。
硅太阳电池表面电极是电池的制造工艺的关键步骤之一，对电池的光电转换效率有极大影响。通常会提高栅线的截面面积以减小电流在栅线间传导的电阻，但这往往会减小硅电池表面的受光面积，从而降低光电转换效率。埋栅太阳能电池就是在保证电池表面受光面积的同时增加电极截面面积，从而提高太阳能转换效率。
埋栅电池的制作方法是在正面电极柵线位置形成凹槽，以此减小栅线的宽度，增加栅线的高度，从而在增加栅线的截面面积的同时还可适当提高电池表面受光面积。这样可减小电池的串联电阻，同时得到更高的短路电流。综上两点，埋栅电池能得到更高的转换效率。
埋栅电池技术提出之初就得到普遍的认可，但如何在工业中大规模实现此技术还有待解决。目前已有多种埋栅电池的制作方法，如激光开槽，然后将金属直接电镀到硅片表面，但这种工艺成本太高，工艺复杂，而且和现在普遍使用的丝网印刷技术出入较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺成本低，实施简单的埋栅电池的制作方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于，步骤为：
步骤1、对硅片表面预清洗，随后进行表面绒化，制备硅片的表面金字塔结构；
步骤2、在用与正面电极图案相反的印刷模板上将光阻剂印刷在硅片上，烘焙形成掩膜；
步骤3、将硅片放置于石墨舟载具上，进行等离子刻蚀开槽，在有掩膜覆盖的区域，不形成槽体，在没有掩膜的位置，形成槽体；
步骤4、对开槽后的硅片进行扩散工艺，在有掩膜的区域形成方块电阻为40-60 ohm/□的轻扩散层，在没有掩膜的区域处形成10-20ohm/□的重扩散层；
步骤5、对硅片进行等离子刻蚀去除周边的PN结，随后清洗去除硅片表面扩散时形成的磷硅玻璃和掩膜；
步骤6、采用等离子增强化学沉积法在硅片的选择性扩散面沉积一层氮化硅薄膜；
步骤7、通过丝网印刷的方法制作背电极、背电场和正电极，并进行烧结，从而完成埋栅电池的制作。
本发明的优点是利用现在比较成熟的等离子刻蚀技术对硅片开槽和丝网印刷的技术制备掩膜，可以有效而且大规模的进行工业生产。通过丝网印刷技术制成的掩膜可以同时制备埋栅和掺杂度不同的选择性发射极。且本发明提供的方法可嵌入现有丝网印刷工艺，无需施行大规模改造便可运用，节省了工业成本。本发明提供的方法同时适用于单晶和多晶硅片。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本发明。
实施例1
本发明提供了一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其步骤为：
a.表面绒化
硅片表面预清洗，采用双氧水，氨水和纯水，以1：1： 5的比例混合成溶液，采用该混合溶液去除硅片表面杂质，配以超声波加强清洗效果。之后进行硅片表面绒化，将硅片置于温度为75℃，质量百分比浓度为1%的氢氧化钠溶液中进行表面绒化工艺，制备表面金字塔结构。
b.制备掩膜
在用与正面电极图案相反的印刷模板上将光阻剂印刷在硅片上，经过110℃的温度下烘焙90s形成掩膜，其中，光阻剂采用市面上销售的任何一款即可。
c.等离子刻蚀开槽
将制绒好的硅片放置于石墨舟上，传输进入管式等离子刻蚀工艺炉内。刻蚀原料为                                               与
Figure 2011100462473100002DEST_PATH_IMAGE004
的混合气体，其中，
Figure 407711DEST_PATH_IMAGE004
的体积浓度为10%，余量为
Figure 324852DEST_PATH_IMAGE002
。由于掩膜的图案与硅片正面电极图案对应一致，故在有掩膜覆盖的区域，即非电极受光，硅片表面没有反应，不形成槽体；在没有掩膜的位置，即电极位置，硅被剥离，形成一定深度和宽度的槽体。其中石墨舟中用于放置硅片的小单元的具体结构公开在申请号为201010277118.0，名称为《一种承载硅片的载具及选择性发射极太阳电池的掩膜工艺》的发明专利中。
d.扩散，形成PN结
以液态三氯氧磷（
Figure 2011100462473100002DEST_PATH_IMAGE006
）为原料，取开槽后的硅片进行扩散工艺，在有掩膜的区域形成方块电阻为40 ohm/□的轻扩散层，在没有掩膜的电极处形成10ohm/□的重扩散层。
e.刻蚀
对掺杂后的硅片进行等离子刻蚀去除周边的PN结。
f.去磷硅玻璃
将掺杂后的硅片置于体积百分比浓度为8%左右的氢氟酸溶液中，清洗5分钟，将硅片表面扩散时形成的磷硅玻璃和掩膜去除干净。
g.制作减反射膜
采用常规的等离子增强化学沉积（PECVD）法在硅片的选择性扩散面沉积一层氮化硅薄膜，薄膜的厚度控制在75nm，折射率控制在1.9，以保证有良好的减反射和钝化效果。
h.丝网印刷并烧结
用丝网印刷的方法，在背面先印刷背电极浆料，再印刷背电场浆料，并分别在200℃的温度下烘干。在正面对准已形成高掺杂浓度扩散层，在其上印刷细栅电极和主栅电极。然后传送至硅片表面温度在500℃的气氛下烧结，正面电极浆料将穿过钝化及减反射层与高掺杂浓度扩散层接触，形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面电极。而背面电极和电场用浆料则通过该烧结，形成太阳能电池背面的背电极和铝背场。从而完成埋栅电池的制作。
实施例2
本发明提供了一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其步骤为：
a.表面绒化
硅片表面预清洗，采用双氧水，氨水和纯水，以1：1： 5的比例混合成溶液，采用该混合溶液去除硅片表面杂质，配以超声波加强清洗效果。之后进行硅片表面绒化，将硅片置于温度为80℃，质量百分比浓度为2%的氢氧化钠溶液中进行表面绒化工艺，制备表面金字塔结构。
b.制备掩膜
在用与正面电极图案相反的印刷模板上将光阻剂印刷在硅片上，经过110℃的温度下烘焙90s形成掩膜。
c.等离子刻蚀开槽
将制绒好的硅片放置于石墨舟上，传输进入管式等离子刻蚀工艺炉内。刻蚀原料为
Figure 917638DEST_PATH_IMAGE002
与的混合气体，其中，
Figure 127220DEST_PATH_IMAGE004
的体积浓度为12%，余量为
Figure 11999DEST_PATH_IMAGE002
。由于掩膜的图案与硅片正面电极图案对应一致，故在有掩膜覆盖的区域，即非电极受光，硅片表面没有反应，不形成槽体；在没有掩膜的位置，即电极位置，硅被剥离，形成一定深度和宽度的槽体。
d.扩散，形成PN结
以液态三氯氧磷（
Figure 279032DEST_PATH_IMAGE006
）为原料，取开槽后的硅片进行扩散工艺，在有掩膜的区域形成方块电阻为60 ohm/□的轻扩散层，在没有掩膜的电极处形成20ohm/□的重扩散层。
e.刻蚀
对掺杂后的硅片进行等离子刻蚀去除周边的PN结。
f.去磷硅玻璃
将掺杂后的硅片置于体积百分比浓度为12%左右的氢氟酸溶液中，清洗3分钟，将硅片表面扩散时形成的磷硅玻璃和掩膜去除干净。
g.制作减反射膜
采用常规的等离子增强化学沉积（PECVD）法在硅片的选择性扩散面沉积一层氮化硅薄膜，薄膜的厚度控制在85nm，折射率控制在2.3，以保证有良好的减反射和钝化效果。
h.丝网印刷并烧结
用丝网印刷的方法，在背面先印刷背电极浆料，再印刷背电场浆料，并分别在300℃的温度下烘干。在正面对准已形成高掺杂浓度扩散层，在其上印刷细栅电极和主栅电极。然后传送至硅片表面温度在800℃的气氛下烧结，正面电极浆料将穿过钝化及减反射层与高掺杂浓度扩散层接触，形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面电极。而背面电极和电场用浆料则通过该烧结，形成太阳能电池背面的背电极和铝背场。从而完成埋栅电池的制作。
实施例3
本发明提供了一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其步骤为：
a.表面绒化
硅片表面预清洗，采用双氧水，氨水和纯水，以1：1： 5的比例混合成溶液，采用该混合溶液去除硅片表面杂质，配以超声波加强清洗效果。之后进行硅片表面绒化，将硅片置于温度为80℃，质量百分比浓度为3%的异丙醇溶液中进行表面绒化工艺，制备表面金字塔结构。
b.制备掩膜
在用与正面电极图案相反的印刷模板上将光阻剂印刷在硅片上，经过110℃的温度下烘焙90s形成掩膜。
c.等离子刻蚀开槽
将制绒好的硅片放置于石墨舟上，传输进入管式等离子刻蚀工艺炉内。刻蚀原料为与
Figure 146811DEST_PATH_IMAGE004
的混合气体，其中，
Figure 953224DEST_PATH_IMAGE004
的体积浓度为12%，余量为
Figure 707554DEST_PATH_IMAGE002
。由于掩膜的图案与硅片正面电极图案对应一致，故在有掩膜覆盖的区域，即非电极受光，硅片表面没有反应，不形成槽体；在没有掩膜的位置，即电极位置，硅被剥离，形成一定深度和宽度的槽体。
d.扩散，形成PN结
以液态三氯氧磷（
Figure 444566DEST_PATH_IMAGE006
）为原料，取开槽后的硅片进行扩散工艺，在有掩膜的区域形成方块电阻为60 ohm/□的轻扩散层，在没有掩膜的电极处形成20ohm/□的重扩散层。
e.刻蚀
对掺杂后的硅片进行等离子刻蚀去除周边的PN结。
f.去磷硅玻璃
将掺杂后的硅片置于体积百分比浓度为12%左右的氢氟酸溶液中，清洗3分钟，将硅片表面扩散时形成的磷硅玻璃和掩膜去除干净。
g.制作减反射膜
采用常规的等离子增强化学沉积（PECVD）法在硅片的选择性扩散面沉积一层氮化硅薄膜，薄膜的厚度控制在80nm，折射率控制在2.1，以保证有良好的减反射和钝化效果。
h.丝网印刷并烧结
用丝网印刷的方法，在背面先印刷背电极浆料，再印刷背电场浆料，并分别在300℃的温度下烘干。在正面对准已形成高掺杂浓度扩散层，在其上印刷细栅电极和主栅电极。然后传送至硅片表面温度在800℃的气氛下烧结，正面电极浆料将穿过钝化及减反射层与高掺杂浓度扩散层接触，形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面电极。而背面电极和电场用浆料则通过该烧结，形成太阳能电池背面的背电极和铝背场。从而完成埋栅电池的制作。
实施例4
本发明提供了一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其步骤为：
a.表面绒化
硅片表面预清洗，采用双氧水，氨水和纯水，以1：1： 5的比例混合成溶液，采用该混合溶液去除硅片表面杂质，配以超声波加强清洗效果。之后进行硅片表面绒化，将硅片置于温度为80℃，质量百分比浓度为7%的异丙醇溶液中进行表面绒化工艺，制备表面金字塔结构。
b.制备掩膜
在用与正面电极图案相反的印刷模板上将光阻剂印刷在硅片上，经过110℃的温度下烘焙90s形成掩膜。
c.等离子刻蚀开槽
将制绒好的硅片放置于石墨舟上，传输进入管式等离子刻蚀工艺炉内。刻蚀原料为
Figure 967951DEST_PATH_IMAGE002
与
Figure 460112DEST_PATH_IMAGE004
的混合气体，其中，
Figure 701737DEST_PATH_IMAGE004
的体积浓度为12%，余量为
Figure 976861DEST_PATH_IMAGE002
。由于掩膜的图案与硅片正面电极图案对应一致，故在有掩膜覆盖的区域，即非电极受光，硅片表面没有反应，不形成槽体；在没有掩膜的位置，即电极位置，硅被剥离，形成一定深度和宽度的槽体。
d.扩散，形成PN结
以液态三氯氧磷（）为原料，取开槽后的硅片进行扩散工艺，在有掩膜的区域形成方块电阻为60 ohm/□的轻扩散层，在没有掩膜的电极处形成20ohm/□的重扩散层。
e.刻蚀
对掺杂后的硅片进行等离子刻蚀去除周边的PN结。
f.去磷硅玻璃
将掺杂后的硅片置于体积百分比浓度为12%左右的氢氟酸溶液中，清洗3分钟，将硅片表面扩散时形成的磷硅玻璃和掩膜去除干净。
g.制作减反射膜
采用常规的等离子增强化学沉积（PECVD）法在硅片的选择性扩散面沉积一层氮化硅薄膜，薄膜的厚度控制在80nm，折射率控制在2.1，以保证有良好的减反射和钝化效果。
h.丝网印刷并烧结
用丝网印刷的方法，在背面先印刷背电极浆料，再印刷背电场浆料，并分别在300℃的温度下烘干。在正面对准已形成高掺杂浓度扩散层，在其上印刷细栅电极和主栅电极。然后传送至硅片表面温度在800℃的气氛下烧结，正面电极浆料将穿过钝化及减反射层与高掺杂浓度扩散层接触，形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面电极。而背面电极和电场用浆料则通过该烧结，形成太阳能电池背面的背电极和铝背场。从而完成埋栅电池的制作。
实施例5
本发明提供了一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其步骤为：
a.表面绒化
硅片表面预清洗，采用双氧水，氨水和纯水，以1：1： 5的比例混合成溶液，采用该混合溶液去除硅片表面杂质，配以超声波加强清洗效果。之后进行硅片表面绒化，将硅片置于温度为80℃，质量百分比浓度为5%的异丙醇溶液中进行表面绒化工艺，制备表面金字塔结构。
b.制备掩膜
在用与正面电极图案相反的印刷模板上将光阻剂印刷在硅片上，经过110℃的温度下烘焙90s形成掩膜。
c.等离子刻蚀开槽
将制绒好的硅片放置于石墨舟上，传输进入管式等离子刻蚀工艺炉内。刻蚀原料为与
Figure 494540DEST_PATH_IMAGE004
的混合气体，其中，
Figure 573354DEST_PATH_IMAGE004
的体积浓度为12%，余量为
Figure 71331DEST_PATH_IMAGE002
。由于掩膜的图案与硅片正面电极图案对应一致，故在有掩膜覆盖的区域，即非电极受光，硅片表面没有反应，不形成槽体；在没有掩膜的位置，即电极位置，硅被剥离，形成一定深度和宽度的槽体。
d.扩散，形成PN结
以液态三氯氧磷（
Figure 905295DEST_PATH_IMAGE006
）为原料，取开槽后的硅片进行扩散工艺，在有掩膜的区域形成方块电阻为60 ohm/□的轻扩散层，在没有掩膜的电极处形成20ohm/□的重扩散层。
e.刻蚀
对掺杂后的硅片进行等离子刻蚀去除周边的PN结。
f.去磷硅玻璃
将掺杂后的硅片置于体积百分比浓度为12%左右的氢氟酸溶液中，清洗3分钟，将硅片表面扩散时形成的磷硅玻璃和掩膜去除干净。
g.制作减反射膜
采用常规的等离子增强化学沉积（PECVD）法在硅片的选择性扩散面沉积一层氮化硅薄膜，薄膜的厚度控制在80nm，折射率控制在2.1，以保证有良好的减反射和钝化效果。
h.丝网印刷并烧结
用丝网印刷的方法，在背面先印刷背电极浆料，再印刷背电场浆料，并分别在300℃的温度下烘干。在正面对准已形成高掺杂浓度扩散层，在其上印刷细栅电极和主栅电极。然后传送至硅片表面温度在800℃的气氛下烧结，正面电极浆料将穿过钝化及减反射层与高掺杂浓度扩散层接触，形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面电极。而背面电极和电场用浆料则通过该烧结，形成太阳能电池背面的背电极和铝背场。从而完成埋栅电池的制作。

Claims (9)

1.一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于：步骤为：
步骤1、对硅片表面预清洗，随后进行表面绒化，制备硅片的表面金字塔结构；
步骤2、在用与正面电极图案相反的印刷模板上将光阻剂印刷在硅片上，烘焙形成掩膜；
步骤3、将硅片放置于石墨舟载具上，进行等离子刻蚀开槽，在有掩膜覆盖的区域，不形成槽体，在没有掩膜的位置，形成槽体；
步骤4、对开槽后的硅片进行扩散工艺，在有掩膜的区域形成方块电阻为40-60 ohm/□的轻扩散层，在没有掩膜的区域处形成10-20ohm/□的重扩散层；
步骤5、对硅片进行等离子刻蚀去除周边的PN结，随后清洗去除硅片表面扩散时形成的磷硅玻璃和掩膜；
步骤6、采用等离子增强化学沉积法在硅片的选择性扩散面沉积一层氮化硅薄膜；
步骤7、通过丝网印刷的方法制作背电极、背电场和正电极，并进行烧结，从而完成埋栅电池的制作。
2.如权利要求1所述的一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于：步骤1所述的预清洗是指采用由双氧水、氨水和纯水以1：1：5的比例混合而成的混合溶液对所述硅片表面进行清洗，同时，配以超声波加强清洗效果。
3.如权利要求1所述的一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于：所述表面绒化的步骤为：将硅片置于温度为75-80℃，质量百分比浓度为1%－2%的氢氧化钠溶液或质量百分比浓度为3%-7%的异丙醇溶液中进行表面绒化工艺。
4.如权利要求1所述的一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于：步骤2所述烘焙的温度为110℃。
5.如权利要求1所述的一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于：步骤3中所述等离子刻蚀采用的设备为管式等离子刻蚀工艺炉，刻蚀原料为                                               
Figure 2011100462473100001DEST_PATH_IMAGE002
与
Figure 2011100462473100001DEST_PATH_IMAGE004
的混合气体，其中，的体积浓度为10%-12%，余量为
Figure 420202DEST_PATH_IMAGE002
。
6.如权利要求1所述的一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于：步骤4中所述扩散工艺的原料为液态
Figure 2011100462473100001DEST_PATH_IMAGE006
。
7.如权利要求1所述的一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于：步骤5中所述清洗是指将所述硅片置于体积百分比浓度为8%-12%的氢氟酸溶液中，清洗3-5分钟。
8.如权利要求1所述的一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于：步骤6中所述氮化硅薄膜的厚度控制在75-85nm，折射率控制在1.9-2.3。
9.如权利要求1所述的一种埋栅太阳能电池的等离子刻蚀开槽制作工艺，其特征在于：所述步骤7的具体步骤为：用丝网印刷的方法，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，在正面对准已形成高掺杂浓度扩散层，在其上印刷细栅电极和主栅电极，然后传送至硅片表面温度为500℃～800℃的气氛下烧结。
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