CN102368510A - 基于激光掺杂制备发射极的n型晶体硅太阳电池的制备方法 - Google Patents

基于激光掺杂制备发射极的n型晶体硅太阳电池的制备方法 Download PDF

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梁宗存
叶小帅
朱彦斌
沈辉
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Abstract

本发明公开了一种基于激光掺杂制备发射极的n型太阳电池的制备方法，该方法是在旋涂有硼酸的n型基体上用全激光面扫描的方法制备发射极，随后采用Al2O3/SiO2叠层介质膜钝化电池前后表面，前表面镀SiNx减反膜，背面采用激光烧蚀技术形成局域开孔，最后用常规丝网印刷和烧结的方法形成电极并制成电池。本发明方法工序简单、成本低、利于生产高效率的太阳电池，可以大规模化生产。

Description

基于激光掺杂制备发射极的n型晶体硅太阳电池的制备方法
技术领域
本发明涉及太阳电池领域，具体涉及一种基于激光掺杂制备发射极的n型晶体硅太阳电池的制备方法。
背景技术
最开始在n型基体上制作太阳电池是在1950年，但是后来发现其在太空高辐射的情况下性能衰减严重，稳定后的转换效率低于类似结构的p型太阳电池。这使得p型太阳电池成为太空应用的优先选择，其电池结构和生产技术得到不断完善。
随后太阳电池转向地面应用的过程中，p型太阳电池结构得以沿用，成为主流。但是在地面应用中并不存在高辐射的威胁，尤其是近来为发展高效电池而作的大量研究发现p型晶体硅并不一定是最佳选择。
相对于硼掺杂的p型基体，磷掺杂的n型基体主要具有以下优点：一、n型基体硼含量极低，所以由硼氧对导致的光致衰减并不明显；二、n型晶体硅具有更长的少子寿命。因此很适合用于制备高效电池。
传统制备硼发射极的n型太阳电池采用的是高温扩散硼源的方法，在众多硼扩散方式中，用氮气携带液态BBr3进行管式扩散的效果最好。高温硼扩散存在的一个问题是均匀性难以控制。在扩散前期，BBr3反应生成B2O3，后者沉积在晶体硅片表面，并在高温作用下扩散进入硅基体。这与磷扩散时POCl3先生成P2O5再沉积到晶体硅片表面的过程相类似。不同的是，P2O5在850℃时为气相，可以均匀沉积在晶体硅片表面。而B2O3的沸点较高，扩散过程中一直处于液相状态，难以均匀覆盖在晶体硅片表面，扩散均匀性因而难以控制。硼扩散的另一个问题是高温导致材料性能变坏。一方面，硼原子在硅中的扩散系数较低。与磷扩散相比，硼扩散需要用更高温度或更长时间来获得相同的方块电阻。另一方面，硼发射极太阳电池多采用磷扩散来制作表面场，一般还采用热氧化方法来制作掩模。多次高温不仅浪费能源，还会导致晶体硅片少子寿命下降。
在高效、低成本的新型晶体硅太阳电池研制中，激光工艺技术发挥着越来越重要的作用。对于电池前表面的发射极区域，一般可采用激光熔融预沉积杂质源掺杂LIMPID(laser-induced melting of predeposited impurity doing)的方法，即在硅基片上预先涂敷掺有某种元素的杂质源，并且晶体硅片表面被激光加热到熔融状态，那么预敷的杂质原子快速融入熔体，然后当激光从熔区移开后，熔区的熔体开始冷却并再结晶，掺杂原子与硅形成合金。该掺杂工艺的主要优点是：无需掩模即能对硅基体进行局部的有选择性掺杂；由于是局部加热，未受激光辐照的区域不会产生附加的晶格与杂质等缺陷；工艺的环境温度为室温，不需要真空设施；工艺过程没有毒性气体，设备安全，节省空间。激光掺杂在太阳电池中的应用例子有选择性发射结太阳电池，半导体指栅太阳电池等。
在电池背面，为了减小表面少子复合速率以及提高背面对入射长波的反射率，许多高效电池包括效率达24.7％的PERL电池、LFC电池都选择在背面制备钝化介质膜系并采用点阵结构的备电极设计结构。为了克服PERL电池成本高、过程繁琐的缺点，研究人员尝试用激光烧蚀代替传统光刻介质膜开孔工艺，取得了不错的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于激光掺杂制备发射极的n型太阳电池的制备方法，该方法工序简单、成本低、可以大规模化生产，有利于产业化的实现。
为达到上述目的，本发明是按以下技术方案进行实现的：
本发明提供的基于激光掺杂制备发射极的n型太阳电池的制备方法为：其制备过程具体的步骤为：
(1)对晶体硅片进行清洗制绒，在该晶体硅片前表面涂敷硼酸；
(2)在涂有硼酸的晶体硅片的前表面利用激光面扫描的方法制成电池的发射极，并清洗；
(3)采用Al2O3/SiO2叠层介质膜钝化电池前后表面；
(4)在电池的前表面镀SiNx减反膜，电池背面采用激光烧蚀技术形成局域开孔；
(5)采用丝网印刷制电极及烧结测试，完成电池的制备过程。
其中，步骤(1)中所述的晶体硅片为n型单晶体硅片或多晶体硅片。使用的硼酸为固体硼酸溶于酒精制成的浓度为1％～5.0％的溶液，所述涂覆方法是采用旋涂的方法。
步骤(2)采用的激光的参数为：功率1～1000W、波长1100～200nm的脉冲或连续激光光束。
本发明的有益效果是：
(1)采用少子寿命更高而且光致衰减效应不明显的n型晶体硅片制备电池，利于生产高效率的太阳电池；
(2)采用的硼源是硼酸，毒性很低，成本低，污染小，将硼酸溶于酒精中并用旋涂的方法利于均匀覆盖在电池表面；
(3)与传统的n型太阳电池的发射极制备方法相比，本发明采用的是全激光掺杂的方法，避免了高温扩散所带来的一系列问题，且方便快捷，安全易行，便于大规模生产；
(4)采用Al2O3/SiO2叠层介质膜钝化电池前后表面，并在背面采用激光烧蚀技术形成局域开孔，可以有效的减小表面少子复合速率以及提高背面对入射长波的反射率；
(5)采用常规丝网印刷技术制备电极，成本低、无污染、可以大规模化生产，方便产业化。
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，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。
实施例1
本发明提出的基于激光掺杂制备发射极的n型晶体硅太阳电池的制备方法，下面以n型单晶硅太阳电池为例，说明其制备步骤如下：
(1)对晶体硅片进行清洗制绒，在晶体硅片前表面旋涂浓度为3.0％硼酸；
(2)将晶体硅片固定放在激光工作台上，采用一台波长为532nm的脉冲激光器，设置激光脉冲频率为20～40KHz，扫描速度为200～400mm/s，激光功率为3～4W，用经聚焦后达到微米量级直径的光斑照射到太阳电池表面进行面扫描制成发射极，并清洗；
(3)采用Al2O3/SiO2叠层介质膜钝化电池前后表面；
(4)在电池的前表面镀SiNx减反膜，背面采用激光烧蚀技术形成局域开孔；
(5)采用常规丝网印刷制成电极并烧结测试，完成电池的制备过程。
实施例2
本发明提出的基于激光掺杂制备发射极的n型晶体硅太阳电池的制备方法，下面以n型单晶硅太阳电池为例，说明其制备步骤如下：
(1)对晶体硅片进行清洗制绒，在晶体硅片前表面旋涂浓度为5.0％硼酸；
(2)将晶体硅片固定放在激光工作台上，采用一台波长为355nm的脉冲激光器，设置激光脉冲频率为20～50KHz，扫描速度为200～400mm/s，激光功率为1～3W，用经聚焦后到微米量级直径的光斑照射到太阳电池表面进行面扫描制成发射极，并清洗；
(3)采用Al2O3/SiO2叠层介质膜钝化电池前后表面；
(4)在电池前表面镀SiNx减反膜，背面采用激光烧蚀技术形成局域开孔；
(5)采用常规丝网印刷制电极并烧结测试，完成电池的制备过程；
实施例3
本发明提出的基于激光掺杂制备发射极的n型晶体硅太阳电池的制备方法，下面以n型单晶硅太阳电池为例，说明其制备步骤如下：
(1)对晶体硅片进行清洗制绒，在晶体硅片前表面旋涂浓度为5.0％硼酸；
(2)将晶体硅片固定放在激光工作台上，采用一台波长为532nm的连续激光器，设置激光脉冲频率为20～40KHz，扫描速度为200～400mm/s，激光功率为3～4W，用经聚焦后达到微米量级直径的光斑照射到太阳电池表面进行面扫描制成发射极，并清洗；
(3)采用Al2O3/SiO2叠层介质膜钝化电池前后表面；
(4)在电池前表面镀SiNx减反膜，背面采用激光烧蚀技术形成局域开孔；
(5)采用常规丝网印刷制电极并烧结测试，完成电池的制备过程。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也包含这些改动和变型。

Claims (6)

1.根据权利要求1所述的基于激光掺杂制备发射极的n型太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对晶体硅片进行清洗制绒，在该晶体硅片前表面涂敷硼酸；
(2)在涂有硼酸的晶体硅片的前表面利用激光面扫描的方法制成电池的P-N结，并清洗；
(3)采用Al2O3/SiO2叠层介质膜钝化电池前后表面；
(4)在电池的前表面镀SiNx减反膜，电池背面采用激光烧蚀技术形成局域开孔；
(5)采用丝网印刷制电极及烧结测试，完成电池的制备过程。
2.根据权利要求1所述的基于激光掺杂制备发射极的n型太阳电池的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中所述的晶体硅片为n型晶体硅片。
3.根据权利要求1或2所述的基于激光掺杂制备发射极的n型太阳电池的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)所述的硼酸为固体硼酸溶于酒精制成的浓度为1％～5.0％的溶液，所述涂覆方法是采用旋涂的方法。
4.根据权利要求1所述的基于激光掺杂制备发射极的n型太阳电池的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)采用的激光的参数为：功率1～1000W、波长1100～200nm的脉冲或连续激光光束。
5.根据权利要求1所述的基于激光掺杂制备发射极的n型太阳电池的制备方法，其特征在于，步骤(3)采用Al2O3/SiO2叠层介质膜钝化电池前后表面。
6.根据权利要求1所述的基于激光掺杂制备发射极的n型太阳电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的电池背面采用激光烧蚀技术形成局域开孔。
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