CN102637768A - 一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，该方法利用激光在硅片表面密集开孔或刻槽直至贯穿，随后进行表面清洗以及损伤层的处理，然后通过单步扩散法对其进行重掺杂，并在重掺杂硅片的上下表面孔或槽区域及附近通过丝网印刷高分子聚合物材料作为耐腐蚀阻挡层，硅片其余部分经过化学腐蚀变为轻掺杂或再经过进一步的腐蚀而抛光，随后除去耐腐蚀的阻挡层，即制备得选择性发射极卷包晶体硅太阳能电池。采用本发明方法制成的太阳能电池工艺步骤相对简单、且容易实现规模化生产，能够在不增加制作成本的情况下通过选择性发射极卷包结构提高电池以及组件的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制作方法，具体地说是一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制作方法。
技术背景
光伏发电行业是最具可持续发展理想特征的可再生能源发电技术，受到全球、全社会的普遍高度重视。以太阳能电池产量为代表，世界光伏产业最近10年平均增长率为48.5％(截止到2009年)，最近5年平均增长率为55.2％(截止到2009年)，2009年世界太阳能电池产量达到10.66GWp，比上年增长近35％。经过金融危机的洗礼，光伏发电战略前景愈显的突出和重要。2009年中国大陆太阳能电池产量超过4GWp，占世界产量的37.6％，显居世界首位，预计2010年将接近50％。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的75％以上的份额。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。
发射极卷包晶体硅太阳能电池早在上世纪90年代就有文献报道过，后来得到人们的重视并应用在高效电池的研究当中，例如德国IFSH(Institute for Solar Energy Research Hameln)研究所研发的RISE-EWT就是采用了此种结构，创造了21.4％的效率。目前，在发射极卷包太阳能电池研究进程中，国际上一般采用如下三种方法： 一是丝网印刷、蒸镀与激光刻槽相结合，此方法中运用蒸镀的办法需要相对复杂和昂贵的设备，激光刻槽也会引入一定的损伤同时增加碎片率；另外一种就是二次扩散法与丝网印刷法相结合，此方法主要就是二次高温不可避免带来很多损害且对扩散掩膜要求比较高；还有一种就是化学镀敷法，此方法虽然避免了高温以及效率较高，但工序复杂，成本高。尽管发射极卷包太阳能电池有一定时间的研究历史，但上述几种方法或多或少存在这样或那样的问题。因此，单步扩散法与丝网印刷法等常规手段实现的低成本、与标准电池工艺相兼容的新型类发射极卷包晶体硅太阳能电池工艺技术在时间和成本上有较好控制，适合产业化。
发明内容
本发明的目的是提供一种发射极卷包晶体硅太阳能电池制备方法，采用该方法可以制作性价比高的晶体硅太阳能电池，并且具有产业化前景。
本发明通过采取以下技术方案予以实现：
一种发射极卷包晶体硅太阳能电池制作方法，其利用激光在硅片表面密集开孔或刻槽直至贯穿，随后采用化学方法进行表面清洗以及损伤层的处理，然后通过单步扩散法对其进行重掺杂，并在重掺杂硅片的上下表面孔或槽区域及附近通过丝网印刷高分子聚合物材料作为耐腐蚀阻挡层，硅片其余部分经过化学腐蚀变为轻掺杂或再经过进一步的腐蚀而抛光，随后除去耐腐蚀的阻挡层，即制备选择性发射极卷包结构，最后采用太阳能电池常规制备方法即制备得选择性发射极 卷包晶体硅太阳能电池。
一种发射极卷包晶体硅太阳能电池制备方法，包括以下步骤：
(1)采用单步高温磷源或硼源为液态POCl3或BBr3制备p-n结；
(2)采用平均功率15～80W、波长1100～330nm的脉冲或连续激光束，在经过聚焦后达到微米量级直径的光斑照射到硅片表面开孔或刻槽直至贯穿，形成交叉状的栅线图案；；
(3)化学方法清洗激光损伤层：采用化学腐蚀液对孔或槽及内部进行清洗并去除损伤层；
(4)耐腐蚀阻挡层的制备：在重掺杂的硅片的上下表面孔或槽区域及附近通过丝网印刷高分子聚合物材料作为耐腐蚀阻挡层，以阻止化学腐蚀液对孔或槽重扩散区的腐蚀；
(5)选择发射极卷包结构制备的化学腐蚀：采用化学腐蚀液对硅片非耐腐蚀阻挡层区进行腐蚀；
(6)耐腐蚀阻挡层的去除：采用化学试剂将耐腐蚀阻挡层剥离；
(7)选择发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备：基于太阳电池的常规工艺包括制绒、丝网印刷、烧结制成选择性发射极卷包晶体硅太阳能电池。
步骤(1)中的硅片为p型晶体硅片或n型晶体硅片。
步骤(1)中采用高温磷或硼扩散制备的方块电阻为10～30Ω/□。
步骤(2)中采用的激光是选用脉冲重复频率(Q)，脉冲能量平均功率(P)(通过调节电流I)，激光束扫描速度(V)以及离焦量(Δf) 和打标次数(N)作为参数进行实验。
步骤(2)中在晶硅片表面所形成的微米级的孔或槽的宽度可达20～110um，交叉状的栅线的间距为1mm～4mm。
步骤(3)中开孔或刻槽后采用碱液清洗硅片表面的残渣，并腐蚀孔或槽区表面以及内部的损伤层，使其恢复正常的电学性能。
步骤(4)中的耐腐蚀阻挡层是一种树脂类高分子聚合物，而且需要经过烘干和固化，烘干和固化的温度为100～250℃。
步骤(5)中的化学腐蚀液为混合酸液，所述混合酸液为HF和HNO3的水溶液，HF、HNO3和水三者饱和溶液体积比是1∶3～7∶5～11，腐蚀时间是30～60s。
步骤(6)中采用的试剂是醇类有机试剂。
步骤(7)中太阳电池的常规工艺包括：制绒，丝网印刷正负电极以及背场，烧结、分析测试及表征。其中，正电极栅线为银或银铝浆，负电极为银浆。
本发明有益结果是：
(1)本发明是利用激光结合常规电池工艺设备，开发出来的步骤相对简单、且容易实现规模化生产的发射极卷包制备工艺制备高效的晶体硅太阳能电池；
(2)本发明的发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，能够在低成本的情况下通过选择发射极卷包结构提高电池的转化效率以及遏制衰减，特别适用于物理法等低质量提纯硅的电池制备；
(3)本发明的发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，不仅可以降低组件封装的成本、提高组件的转化效率，而且可以设计成更有美感的装饰品。
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
制备发射极卷包晶体硅太阳能电池具体工艺路线。
选取晶体硅片为p型硅片，首先清洗去损伤层，制绒，激光开孔或刻槽，清洗并甩干，采用POCl3进行p重扩散，采用等离子刻蚀周边p-n+结，在前、后表面孔或槽区域印刷耐腐蚀阻挡层，烘干，使用混合酸对扩散的非掩膜区域的发射极区n+进行腐蚀后，去除耐腐蚀阻挡层，清洗、甩干后，再经过PECVD减反射膜沉积，丝网印刷正电极、烘干，丝网印刷铝背场、烘干，丝网印刷负电极、烘干，烧结等常规电池工艺后即制得本发明太阳能电池，最后进行太阳能电池性能测试和分类。
实施例2
采用以下步骤制备发射极卷包晶体硅太阳能电池。
(1)采用单步高温扩散的硅片的磷或硼源为液态POCl3或BBr3制备p-n结；
(2)采用平均功率15～80W、波长1100～330nm的脉冲或连续激光束，在经过聚焦后达到微米量级直径的光斑照射到硅片表面进行密集扫描；
(3)根据硅片和激光束的性能，选择合适扫描刻蚀图案，从硅片表面开孔或刻槽直至贯穿，形成交叉状的栅线图案；
(4)化学方法清洗激光损伤层：采用化学腐蚀液对孔或槽及内部进行清洗并去除损伤层；
(5)耐腐蚀阻挡层的制备：在重掺杂的硅片的上下表面孔或槽区域及附近通过丝网印刷高分子聚合物材料作为耐腐蚀阻挡层，以阻止化学腐蚀液对孔或槽重扩散区的腐蚀；
(6)选择发射极卷包结构制备的化学腐蚀：采用化学腐蚀液对硅片非耐腐蚀阻挡层区进行腐蚀；
(7)耐腐蚀阻挡层的去除：采用化学试剂将耐腐蚀阻挡层剥离；
(8)选择发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备：基于太阳电池的常规工艺包括制绒、丝网印刷、烧结制成类选择发射极卷包晶体硅太阳能电池。
步骤(1)中的硅片为p型晶体硅片或n型晶体硅片。
步骤(1)中制备的n+的方块电阻为10～30Ω/□。
步骤(2)中采用的激光是选用脉冲重复频率(Q)，脉冲能量平均功率(P)(通过调节电流I)，激光束扫描速度(V)以及离焦量(Δf)和打标次数(N)作为参数进行实验。
步骤(3)中在晶硅片表面所形成的微米级的孔或槽的宽度可达 20～110um。
步骤(3)中交叉状的栅线的间距为1mm～4mm。
步骤(4)中开孔或刻槽后采用碱液清洗硅片表面的残渣，并腐蚀孔或槽区表面以及内部的损伤层，使其恢复正常的电学性能。
步骤(5)中的耐腐蚀阻挡层是一种树脂类高分子聚合物。
步骤(5)中的耐腐蚀阻挡层需要经过烘干和固化，烘干和固化的温度为100～250℃。
步骤(6)中的化学腐蚀液为混合酸液，所述混合酸液为HF和HNO3的水溶液，HF、HNO3和水三者饱和溶液体积比是1∶3～7∶5～11，腐蚀时间是30～60s。
步骤(7)中采用的试剂是醇类有机试剂。
步骤(8)中太阳电池的常规工艺包括：制绒，丝网印刷正负电极以及背场，烧结、分析测试及表征。其中，正电极栅线为银或银铝，负电极为银。
Claims (10)
1.一种发射极卷包晶体硅太阳能电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用单步高温扩散的硅片的磷源或硼源为液态POCl3或BBr3制备p-n结；
(2)采用平均功率15～80W、波长1100～330nm的脉冲或连续激光束，在经过聚焦后达到微米量级直径的光斑照射到硅片表面开孔或刻槽直至贯穿，形成交叉状的栅线；
(3)化学方法清洗激光损伤层：采用化学腐蚀液对孔或槽及内部进行清洗并去除损伤层；
(4)耐腐蚀阻挡层的制备：在重掺杂的硅片的上下表面孔或槽区域及附近通过丝网印刷高分子聚合物材料作为耐腐蚀阻挡层，以阻止化学腐蚀液对孔或槽重扩散区的腐蚀；
(5)选择发射极卷包结构制备的化学腐蚀：采用化学腐蚀液对硅片非耐腐蚀阻挡层区进行腐蚀；
(6)耐腐蚀阻挡层的去除：采用化学试剂将耐腐蚀阻挡层剥离；
(7)选择发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备：基于太阳电池的常规工艺包括制绒、丝网印刷、烧结制成选择性发射极卷包晶体硅太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的硅片为p型晶体硅片或n型晶体硅片。
3.根据权利要求1所述的一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤(1)中采用高温磷或硼扩散制备的p-n结方块电阻为10～30Ω/□。
4.根据权利要求1所述的一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤(2)中采用的激光是选用脉冲重复频率(Q)，脉冲能量平均功率(P)，激光束扫描速度(V)以及离焦量(Δf)和打标次数(N)作为参数进行实验。
5.根据权利要求1所述的一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的微米级的孔或槽的宽度为20～110um，交叉状的栅线的间距为1mm～4mm。
6.根据权利要求1所述的一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤(3)中开孔或刻槽后采用碱液清洗硅片表面的残渣，并腐蚀孔或槽区表面以及内部的损伤层，使其恢复正常的电学性能。
7.根据权利要求1所述的一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤(4)中的耐腐蚀阻挡层是一种树脂类高分子聚合物，而且需要经过烘干和固化，烘干和固化的温度为100～250℃。
8.根据权利要求1所述的一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤(5)中的化学腐蚀液为混合酸液，所述混合酸液为HF和HNO3的水溶液，HF、HNO3和水三者饱和溶液体积比是1∶3～7∶5～11，腐蚀时间是30～60s。
9.根据权利要求1所述的一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤(6)中采用醇类有机化学试剂将耐腐蚀阻挡层剥离。
10.根据权利要求1所述的一种发射极卷包晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤(7)中的常规工艺包括：制绒，丝网印刷正负电极以及背场，烧结、分析测试及表征。
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- 2011-02-15 CN CN201110038480.7A patent/CN102637768B/zh not_active Expired - Fee Related
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