CN102593244B - 一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：(1)表面清洗及织构化，然后采用单步扩散法对p型硅片进行轻扩散，制备p-n⁺结；(2)清洗刻蚀去边、镀减反射膜；(3)在硅片的镀膜面电极区域丝网印刷含磷的银浆料，形成p-n⁺⁺结；(4)第一次烧结；(5)在硅片的非镀膜面印刷背电极和背电场；(6)第二次烧结，即可得到选择性发射极晶体硅太阳电池。本发明开发了一种新的制备选择性发射极晶体硅太阳电池的方法，该方法的制备成本较低，制备时间较短，且可与现有标准电池工艺兼容，具有产业化前景。

Description

一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法

技术领域

本发明涉及一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，属于太阳能技术领域。

背景技术

自进入本世纪以来光伏产业成为了世界上增长最快的高新技术产业。在各类太阳能电池中，晶体硅（单晶、多晶）太阳能电池占有极其重要的地位，目前占据了光伏市场75%以上的份额。晶体硅太阳能电池利用p-n结的光生伏特效应实现光电转换，从发展的观点来看，晶体硅太阳能电池在未来很长的一段时间仍将占据主导地位。

现有的晶体硅太阳能电池的制造流程为：表面清洗及织构化、扩散、清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触、测试。这种商业化晶体硅电池制造技术相对简单、成本较低，适合工业化、自动化生产，因而得到了广泛应用。其中，扩散是核心工艺；传统的扩散工艺在发射极区域会出现较高的接触电阻和比较严重的死层问题，而仅仅通过调整一步扩散工艺的制程是无法同时解决接触电阻和死层的问题，所以传统的扩散工艺限制了短路电流、开路电压、填充因子和效率的提高。

为了同时兼顾开路电压、短路电流和填充因子的需要，选择性发射极太阳电池是非常理想的选择，即在电极接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。这样的结构会增加短波响应和降低表面复合，同时减少前电极与发射区的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，最终提高转换效率。

选择性发射极晶体硅太阳电池早在上世纪90年代就有文献报道过，现在制备选择性发射极晶体硅太阳电池技术层出不穷，成本和效率也是参差不齐。因此，开发低成本的、与标准电池工艺兼容的选择性发射极晶体硅太阳电池工艺技术是各大厂家的一个重要研发方向，同时该制备方法还要做到在时间和成本上有很好控制，适合产业化。

发明内容

本发明目的是提供一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

(1) 表面清洗及织构化，然后采用单步扩散法对p型硅片进行轻扩散，制备p-n⁺结；

(2) 清洗刻蚀去边、镀减反射膜；

(3) 在硅片的镀膜面电极区域丝网印刷含磷的银浆料，形成p-n⁺⁺结；

(4) 第一次烧结；

(5) 在硅片的非镀膜面印刷背电极和背电场；

(6) 第二次烧结，即可得到选择性发射极晶体硅太阳电池。

上文中，所述步骤(1)中的表面清洗及织构化，以及步骤(2)、(5)中的步骤均为现有技术。

上述技术方案中，所述步骤(1)中，p-n⁺结的n⁺区的方块电阻为60~100Ω∕□。

上述技术方案中，所述步骤(3)中丝网印刷的含磷的银浆料的厚度为10~40微米。

上述技术方案中，所述步骤(3)中，p-n⁺⁺结的n⁺⁺区的方块电阻为30~50Ω∕□。

上述技术方案中，所述步骤(3)中，在硅片的镀膜面电极区域丝网印刷含磷的银浆料，使其表面的磷浓度为10²⁰~10²¹cm^-3。

上述技术方案中，所述步骤(4)中的第一次烧结，其烧结炉的温度为200~1000℃，网带带速为100~300 inch/min。

上述技术方案中，所述步骤(6)中的第二次烧结，其烧结炉的温度为200~1000℃，网带带速为100~300 inch/min。

上文中，所述p型硅片可以采用单晶或多晶p型硅片。所述步骤(4)中的烧结的烧结炉中所有温区优选采用灯管加热方式，烧结炉应该具有很快的升温和降温速率、单片硅片快速均匀受热的特点。

由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1．本发明开发了一种新的制备选择性发射极晶体硅太阳电池的方法，该方法的制备成本较低，制备时间较短，且可与现有标准电池工艺兼容，具有产业化前景。

2．本发明的制备方法简单，通过二次烧结，进一步提升了太阳电池的转换效率，实验证明，按照本发明的制备方法得到的太阳电池的转换效率相比现有工艺可提高0.2~0.3%，具有显著的效果。

3．本发明采用丝网印刷含磷的银浆料，同时实现了电极的制备与形成高表面浓度区，大大简化了工艺步骤。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一

一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

(1) 表面清洗及织构化，然后均匀的磷轻扩散：采用液态的POCl₃为磷源，采用单步扩散法对晶体硅片进行轻扩散，制备p-n⁺结；

(2) 清洗刻蚀去边、PECVD制备SiNx膜；

(3) 含有磷的银浆料的印刷：在电池的前电极区域采用丝网印刷含有磷的银浆料，厚度为20微米，使得在前电极区域硅表面n⁺⁺形成较高的磷浓度，其磷浓度为10²¹cm^-3；

(4) 选择性发射极结构的烧结：先进行丝网印刷含有磷的银浆料，进行第一次高温烧结处理，然后印刷背电极、背场后，再进行第二次高温烧结处理，使其前电极区域硅表面形成重磷掺杂；第一次烧结的烧结炉中所有温区采用的是灯管加热方式；

分析测试及表征后，即可得到选择性发射极晶体硅太阳电池。

步骤（1）中的硅片为单晶p型硅片，制得的n⁺区的方块电阻为70Ω∕□，n⁺⁺区的方块电阻为40Ω∕□。

对比例一

采用与实施例一相同的材料，基于常规的晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

(1) 硅片清洗制绒；

(2) 均匀的磷轻扩散：采用液态的POCl₃为磷源，采用单步扩散法对P型晶体硅片进行轻扩散，制备p-n⁺结，其方块电阻为70Ω∕□；

(3) 刻蚀镀膜；

(4) 印刷电极与烧结；

(5) 测试与包装。

以上两批为同一种片源的硅片，在进行清洗、制绒、扩散、刻蚀镀膜以及背极、背场印刷的工序中都是同一条件。

结果证明，相比于对比例，通过本发明制备的选择性发射极电池的开路电压提升了5~8mv，短路电流提升了30~50mA，最终光电转换效率有0.2~0.3%的提升。

Claims (3)

1.一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1) 表面清洗及织构化，然后采用单步扩散法对p型硅片进行轻扩散，制备p-n⁺结；

(2) 清洗刻蚀去边、镀减反射膜；

(3) 在硅片的镀膜面电极区域丝网印刷含磷的银浆料，形成p-n⁺⁺结；

(4) 第一次烧结；

(5) 在硅片的非镀膜面印刷背电极和背电场；

(6) 第二次烧结，即可得到选择性发射极晶体硅太阳电池；

所述步骤(3)中丝网印刷的含磷的银浆料的厚度为10~40微米；

所述步骤(3)中，p-n⁺⁺结的n⁺⁺区的方块电阻为30~50Ω∕□；

所述步骤(3)中，在硅片的镀膜面电极区域丝网印刷含磷的银浆料，使其表面的磷浓度为10²⁰~10²¹cm^-3。

2.根据权利要求1所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，p-n⁺结的n⁺区的方块电阻为60~100Ω∕□。

3.根据权利要求1所述的选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的第一次烧结，其烧结炉的温度为200~1000℃，网带带速为100~300 inch/min。