CN102299198A - 一种带硅太阳电池的制备工艺 - Google Patents

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班群
沈辉
赵同荣
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Abstract

本发明公开了一种带硅太阳电池的制备工艺，该工艺是以带硅为衬底材料，首先在带硅衬底上进行扩散，制作p-n结，然后在p-n结的前表面上沉积SiNx减反射层，在p-n结的背面采用丝网印刷技术制作背电极和背电场，再采用激光喷墨技术在带硅电池前表面的SiNx减反射层上开槽并制作籽晶层，采用电镀方法在籽晶层上原位生长正电极，最后退火即制得带硅太阳电池。该制备工艺利用激光喷墨和电镀技术克服了带硅太阳电池正电极制作工序中串联电阻高以及碎片率居高不下的问题。

Description

一种带硅太阳电池的制备工艺
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种带硅太阳电池的制备工艺。
背景技术
带硅（String RibbonTM）材料的制备工艺介绍：带硅生长法（String Ribbon Sheet Growth）是美国MIT大学的Emmanuel Sachs教授发明的，最初命名为定边生长带硅（Edge Stabilized Ribbon）及定边生长法（Edge Stabilized Growth）。美国常青太阳能公司（Evergreen Solar Inc.）实现了产业化生产技术，并在1997年初制造出第一批商业带硅电池组件。图1 所示为多晶带硅的长晶原理图，其中11为熔化物；12为带；13为固熔面；14为生长方向；带硅技术经美国常青太阳能公司开发，至今带硅拉制设备的产能可实现与铸锭多晶硅设备产能相当。图2所示为具有大尺寸晶粒的带硅衬底（硅片规格150mm×80mm）示意图。
带硅（String RibbonTM）材料由于其低成本优势，具有巨大的潜在商业价值，然而，由于带硅（String RibbonTM）采用了半定边制备工艺，其表面平整度无法达到线切割法多晶硅片的表面平整度水平，由于单片带硅各个位置的厚度不均匀，导致带硅太阳电池串联电阻高、在现有丝网印刷工艺中的碎片率居高不下，具体如附图3a和3b所示，而这正是目前带硅太阳电池难以实现大规模量产的主要瓶颈。
发明内容
本发明的目的是提供一种带硅太阳电池的制备工艺，该制备工艺利用激光喷墨和电镀技术克服了带硅太阳电池正电极制作工序中串联电阻高以及碎片率居高不下的问题。
本发明上述目的是通过如下技术方案来实现的：
一种带硅太阳电池的制备工艺，以带硅为衬底材料，首先在带硅衬底上进行扩散，制作p-n结，然后在p-n结的前表面上沉积SiNx减反射层，在p-n结的背面采用丝网印刷技术制作背电极和背电场，再采用激光喷墨技术在带硅电池前表面的SiNx减反射层上开槽并制作籽晶层，采用电镀方法在籽晶层上原位生长正电极，最后退火即制得带硅太阳电池。
本发明所述的带硅可以为p型带硅或n型带硅。
本发明采用激光喷墨技术在带硅电池的前表面制作籽晶层时，激光喷墨时的波长优选为532nm，得到的籽晶层宽度为35-45μm，籽晶层厚度为1.0-2.0μm。
本发明采用电镀方法在籽晶层上原位生长正电极时形成的正电极的厚度优选为15-25μm，宽度为75-95μm。
本发明所述的正电极优选为镍/银正电极或镍/铜/银正电极。
本发明所述的带硅先经清洗和制绒后再进行扩散。
本发明所述的带硅衬底制作p-n结后经去背结和刻边处理。
本发明采用高温CVD技术在带硅衬底上进行扩散，制作p-n结，扩散时的温度优选为800-900℃，形成的发射区方阻为50-75Ω/□。
本发明采用低温PECVD技术在p-n结上沉积SiNx减反射层时的温度优选为300-400℃，形成的SiNx减反射层的厚度为60-80nm。
本发明的有益效果是：
(1) 本发明采用激光喷墨和电镀技术克服了带硅太阳电池正电极制作工序中串联电阻高以及碎片率居高不下的问题，可以实现带硅电池的批量化生产；
(2) 采用本发明方法制备获得的带硅太阳电池，获得的电池转换效率可达到15.5%以上，1000片试运行产出率可达到95%。
附图说明
图1是现有技术中带硅制造工艺原理图；
图2是现有技术中具有大尺寸晶粒的带硅衬底的形貌图；
图3a和图3b是现有技术中带硅的形貌图；
图4是本发明电镀电极带硅太阳电池结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如附图4所示，本实施例提供的带硅太阳电池通过如下方法制备获得：
(1) 以长×宽为150×80mm的p型带硅1为衬底材料，带硅先经体积浓度为10%的HF进行清洗处理，然后再经体积浓度为49%的HF和体积浓度为68%的HNO3以及体积浓度为98%的H2SO4混合溶液进行湿法制绒处理。
(2) 采用高温CVD技术在带硅衬底1上进行双面磷扩散，制作p-n结2，扩散时的温度为850℃，形成的发射区方阻为60Ω/□，然后进行去背结和刻边处理。
(3) 采用低温PECVD技术在p-n结上沉积SiNx减反射层3，沉积SiNx减反射层时的温度为350℃，形成的SiNx减反射层的厚度为70nm。
(4) 采用丝网印刷技术制作背电极和背电场4；
(5) 采用激光喷墨技术在带硅电池上表面制作籽晶层5，激光喷墨时的波长为532nm，得到的籽晶层宽度为40μm，籽晶层厚度为1.5μm.。
(6) 采用电镀方法在籽晶层5上原位生长镍/银正电极6，然后退火即可。
采用本实施例工艺制备获得的带硅太阳电池，获得的电池转换效率可达到15.5%以上，1000片试运行产出率可达到95%。
实施例2 
如附图4所示，本实施例提供的带硅太阳电池通过如下方法制备获得：
(1) 以长×宽为156×156mm的n型带硅1为衬底材料，带硅先经体积浓度为10%的HF进行清洗处理，然后再经体积浓度为49%的HF和体积浓度为68%的HNO3以及体积浓度为98%的H2SO4混合溶液进行湿法制绒处理。
(2) 采用高温CVD技术在带硅衬底1上进行双面硼扩散，制作p-n结2，扩散时的温度为800℃，形成的发射区方阻为55Ω/□，然后进行去背结和刻边处理。
(3) 采用低温PECVD技术在p-n结上沉积SiNx减反射层3，沉积SiNx减反射层时的温度为300℃，形成的SiNx减反射层的厚度为80nm。
(4) 采用丝网印刷技术制作背电极和背电场4；
(5) 采用激光喷墨技术在带硅电池上表面制作籽晶层5，激光喷墨时的波长为532nm，得到的籽晶层宽度为35μm，籽晶层厚度为2.0μm.。
(6) 采用电镀方法在籽晶层上原位生长镍/铜/银正电极，然后退火即可。
采用本实施例工艺制备获得的带硅太阳电池，获得的电池转换效率可达到15.5%以上，1000片试运行产出率可达到95%。
实施例3
如附图4所示，本实施例提供的带硅太阳电池通过如下方法制备获得：
(1) 以长×宽为150×80mm的p型带硅1为衬底材料，带硅先经体积浓度为10%的HF进行清洗处理，然后再经体积浓度为49%的HF和体积浓度为68%的HNO3以及体积浓度为98%的H2SO4混合溶液进行湿法制绒处理。
(2) 采用高温CVD技术在带硅衬底1上进行双面磷扩散，制作p-n结2，扩散时的温度为900℃，形成的发射区方阻为65Ω/□，然后进行去背结和刻边处理。
(3) 采用低温PECVD技术在p-n结上沉积SiNx减反射层3，沉积SiNx减反射层时的温度为400℃，形成的SiNx减反射层的厚度为60nm。
(4) 采用丝网印刷技术制作背电极和背电场4；
(5) 采用激光喷墨技术在带硅电池上表面制作籽晶层5，激光喷墨时的波长为532nm，得到的籽晶层宽度为45μm，籽晶层厚度为1.0μm。
(6) 采用电镀方法在籽晶层5上原位生长镍/银正电极6，然后退火即可。
采用本实施例工艺制备获得的带硅太阳电池，获得的电池转换效率可达到15.5%以上，1000片试运行产出率可达到95%。
 
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种带硅太阳电池的制备工艺，其特征是：以带硅为衬底材料，首先在带硅衬底上进行扩散，制作p-n结，然后在p-n结的前表面上沉积SiNx减反射层，在p-n结的背面采用丝网印刷技术制作背电极和背电场，再采用激光喷墨技术在带硅电池前表面的SiNx减反射层上开槽并制作籽晶层，采用电镀方法在籽晶层上原位生长正电极，最后退火即制得带硅太阳电池。
2.根据权利要求1所述的带硅太阳电池的制备工艺，其特征是：所述的带硅为p型带硅或n型带硅。
3.根据权利要求1或2所述的带硅太阳电池的制备工艺，其特征是：采用激光喷墨技术在带硅电池的前表面制作籽晶层时，激光喷墨时的波长为532nm，得到的籽晶层宽度为35-45μm，籽晶层厚度为1.0-2.0μm。
4.根据权利要求3所述的带硅太阳电池的制备工艺，其特征是：采用电镀方法在籽晶层上原位生长正电极时形成的正电极的厚度为15-25μm，宽度为75-95μm。
5.根据权利要求4所述的带硅太阳电池的制备工艺，其特征是：所述的正电极为镍/银正电极或镍/铜/银正电极。
6.根据权利要求1或2所述的带硅太阳电池的制备工艺，其特征是：所述的带硅先经清洗和制绒后再进行扩散。
7.根据权利要求6所述的带硅太阳电池的制备工艺，其特征是：采用高温CVD技术在带硅衬底上进行扩散，制作p-n结，扩散时的温度为800-900℃，形成的发射区方阻为50-75Ω/□。
8.根据权利要求7所述的带硅太阳电池的制备工艺，其特征是：所述的带硅衬底制作p-n结后经去背结和刻边处理。
9.根据权利要求1所述的带硅太阳电池的制备工艺，其特征是：采用低温PECVD技术在p-n结上沉积SiNx减反射层时的温度为300-400℃，形成的SiNx减反射层的厚度为60-80nm。
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