CN102709401A - 一种n型太阳能电池制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种N型太阳能电池制作方法，所述方法包括：提供一待处理的硅片；去除所述硅片表面的损伤层；对所述硅片进行表面制绒；对所述硅片进行清洗，以去除所述硅片表面残留的金属杂质；对干燥后的所述硅片进行硼扩散。本发明所述技术方案通过去除损伤层工序时能够去除硅片表面的部分金属杂质，在对所述硅片制绒之后、硼扩散之前对硅片进行清洗，采用不破坏硅片表面绒面、不影响硅片硼扩散效果且能将硅片表面金属杂质转化为溶于水的化合物的试剂对硅片进行清洗，去除硅片表面残留的金属杂质，保证了硼扩散时扩散制结的质量，进而提高了N型太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种N型太阳能电池制作方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池制作工艺技术领域，更具体地说，涉及一种N型太阳能电池制作方法。

背景技术

在能源危机日益严重的今天，开发研制新能源成为当今能源领域一个主要课题。太阳能以其无污染、取之不竭以及无地域性限制等特点成为新能源开发研制的一个主要对象。

利用太阳电池进行光伏发电是当今利用太阳能的一个主要方式。太阳能电池的载体是硅片，根据其硅片掺杂类型的不同分为P型太阳能电池和N型太阳能电池。其中，N型太阳能电池由于比P型太阳能电池性能更为稳定，且具有更长的少子寿命，成为光伏行业的一个主要研制课题。

但是，现有的N型太阳能电池其光电转换效率较低，因此，如何提高N型太阳能电池的光电转换效率，是开发研制N型太阳能电池亟待解决的一个问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种N型太阳能电池制作方法，采用该方法制备的太阳能电池具有较高的光电转换效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种N型太阳能电池制作方法，该方法包括：

提供一待处理的硅片；

去除所述硅片表面的损伤层；

对所述硅片进行表面制绒；

对所述硅片进行清洗，以去除所述硅片表面残留的金属杂质；

对干燥后的所述硅片进行硼扩散。

优选的，在上述方法中，通过去离子水、双氧水以及盐酸组成的混合试剂对所述硅片进行清洗。

优选的，在上述方法中，所述混合试剂中，去离子水质量分数为97.5%-98.5%，双氧水的质量分数为0.5%-1.5%，盐酸的质量分数为0.5%-1.5%。

优选的，在上述方法中，清洗温度为60℃-70℃，清洗时间为8min-12min。

优选的，在上述方法中，在所述混合试剂对所述硅片进行清洗之后，并在对干燥后所述硅片进行硼扩散之前还包括：采用去离子水对所述硅片进行清洗。

优选的，在上述方法中，采用去离子水对所述硅片进行清洗的时间为10min-15min。

优选的，在上述方法中，采用氢氧化钾、双氧水和去离子水组成的混合试剂去除所述硅片表面的损伤层。

优选的，在上述方法中，采用氢氧化钠、双氧水和去离子水组成的混合试剂去除所述硅片表面的损伤层。

优选的，在上述方法中，采用烘箱对所述硅片进行干燥。

优选的，在上述方法中，所述硅片为单晶硅片或多晶硅片。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的N型太阳能电池制作方法包括：提供一待处理的硅片；去除所述硅片表面的损伤层；对所述硅片进行表面制绒；对所述硅片进行清洗，以去除所述硅片表面残留的金属杂质；对干燥后的所述硅片进行硼扩散。本发明所述技术方案通过去除损伤层工序时能够去除硅片表面的部分金属杂质，在对所述硅片制绒之后、硼扩散之前对硅片进行清洗，采用不破坏硅片表面绒面、不影响硅片硼扩散效果且能将硅片表面金属杂质转化为溶于水的化合物的试剂对硅片进行清洗，去除硅片表面残留的金属杂质。而硅片表面的金属杂质在硼扩散时，在高温条件下会向硅片内部扩散，形成载流子复合中心，降低硅片内部少子的寿命，进而降低N型太阳能电池的光电转换效率。而本发明技术方案能够有效降低硅片表面金属杂质，进而提高了N型太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中常见的一种N型太阳能电池制作方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种N型太阳能电池制作方法的流程示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的N型太阳能电池其光电转换效率较低，发明人研究发现，现有的N型太阳能电池的制作方法不能有效去除硅片表面的金属杂质，所述金属杂质在进行硼扩散时，在高温的扩散炉中会向硅片内部扩散，在硅片内部形成载流子复合中心，降低了硅片内部少子的寿命，进而降低了N型太阳能电池的光电转换效率。

参考图1，图1为现有技术中常见的一种N型太阳能电池制作方法的流程示意图，包括：

步骤S11：提供一待处理硅片。

步骤S11：去除所述硅片表面的损伤层。

采用氢氧化钾、双氧水以及去离子水的混合溶液对待处理硅片进行清洗，氢氧化钾会与硅片表面反应去除一层硅。

步骤S12：表面制绒。

一般的采用化学试剂在上述硅片表面形成起伏不平的绒面，增加硅片表面积，以增加受光面积，进而增加光电转换效率。

步骤S13：高温硼扩散。

在扩散炉中对所述硅片进行高温加热，并为扩散炉持续通入含有三溴化硼的惰性气体，对上述硅片进行扩散制结。

步骤S11中采用碱性试剂进行预清洗以去除损伤层，在碱性试剂中，碱金属钠、钾离子含量较高，所以在硅片表面仍会附着一定的钠、钾离子；同时，其他种类的金属一般会与碱性试剂反应生成沉淀物，部分沉淀物将粘附于硅片表面。且由于工艺以及生产器具原因，可能使得某些或某种金属杂质含量进一步增加。

在步骤S12制绒时，所述化学试剂主要为在硅片表面形成绒面，而对上一步骤中残留金属杂质的去除功能有限，并不能十分有效的减少硅片表面的金属杂质。所以制绒后仍有较多的金属杂质残留于所述硅片表面，且由于工艺以及生产器具原因，可能使得某些或某种金属杂质含量进一步增加。

上述制作N型太阳能电池的制作方法延续了P型太阳能电池的制作方法。而对P型太阳能电池进行磷扩散时，扩散温度在850℃左右，反应气体中的三氯氧磷会发生反应生成单质氯，单质氯会氧化一部分金属杂质，从而避免所述金属杂质扩散进入硅片内部。但是，在N型太阳能电池制作时，硼扩散的反应气体是三溴化硼，其反应生成的硼单质氧化性较单质氯很弱，不能与硅片表面的金属杂质反应，故不能去除硅片表面的金属杂质；同时，N型太阳能电池制作时，扩散炉中温度在950摄氏度，温度较P型太阳能电池制作时高，硅片表面金属的扩散温度更加剧烈，如果硅片表面残留的金属杂质较多，将会导致大量的金属离子扩散入硅片内部形成载流子复合中心，进而降低少子的寿命，从而降低N型太阳能电池的光电转换效率。

因此，在制作N型太阳能电池的硼扩散工序前需要对硅片进行去除残留金属杂质操作。为了有效的减少硅片表面的金属杂质，可对硅片进行进一步的清洗以去除硅片表面的金属杂质。发明人研究发现，采用一般是水洗方式只能清洗部分附着在硅片表面的金属离子，而并不能有效的去除粘附在硅片表面的含有金属杂质的固体杂质。而采用化学试剂清洗需选用的试剂应不含有影响硅片硼扩散效果的杂质离子；同时，该试剂不能与硅片表面反应，即不能破坏硅片表面的绒面；且所述试剂能将硅片表面的金属杂质转化为溶于水的化合物，从而能够最大程度的清洗硅片表面残留的金属杂质。采用具有上述特点的试剂对所述硅片进行清洗去除硅片表面的残留的金属杂质，进而避免所述金属杂质在硼扩散时扩散入硅片内部，保证了硅片内少子的寿命，进而能有效提高N型太阳能电池的光电转换效率。

基于上述研究，本发明提供了一种，包括：

提供一待处理的硅片；

去除所述硅片表面的损伤层；

对所述硅片进行表面制绒；

对所述硅片进行清洗，以去除所述硅片表面残留的金属杂质；

对干燥后的所述硅片进行硼扩散。

本发明所述技术方案通过去除损伤层工序时能够去除硅片表面的部分金属杂质，在对所述硅片制绒之后、硼扩散之前对硅片进行清洗，采用不破坏硅片表面绒面、不影响硅片硼扩散效果且能将硅片表面金属杂质转化为溶于水的化合物的试剂对硅片进行清洗，去除硅片表面残留的金属杂质。而硅片表面的金属杂质在硼扩散时，在高温条件下会向硅片内部扩散，形成载流子复合中心，降低硅片内部少子的寿命，进而降低N型太阳能电池的光电转换效率。而本发明技术方案能够有效降低硅片表面金属杂质，进而提高了N型太阳能电池的光电转换效率。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。

基于上述思想，本发明实施例提供了一种N型太阳能电池的制作方法，参考图2，所述方法包括：

步骤S21：提供一待处理的硅片。

所述硅片可以为单晶硅片或是多晶硅片。

步骤S22：去除所述硅片表面的损伤层。

采用碱性试剂腐蚀硅片的原理去除硅片表面的损伤层。具体的，采用氢氧化钾、双氧水以及去离子水的混合溶液对待处理硅片进行清洗，氢氧化钾会与硅片表面反应去除一层硅；或者采用氢氧化钠、双氧水以及去离子水的混合溶液对待处理硅片进行清洗。

在去除损伤层的，硅片表面的部分原有固态金属杂质会随损伤层的腐蚀分离硅片表面，同时上述碱性试剂与硅片表面离子态的金属杂质反应生成金属氢氧化物，除碱金属钠、钾外，其他金属的氢氧化物一般为沉淀物，而普通的清洗过程并不能被有效去除粘附于硅片表面的沉淀物。即与现有技术相同，在本步骤中，只能部分去除硅片表面的金属杂质。

步骤S23：对所述硅片进行表面制绒。

将上述硅片放入低浓度的碱性溶液中，利用硅在低浓度的碱性溶液中的各向异性对硅片表面进行腐蚀，形成起伏不平的绒面，增加硅片表面积，以增加受光面积，进而增加光电转换效率。

该步骤与上述步骤不同的是对硅片表面的腐蚀程度相对较小，与上述步骤相同的是在腐蚀硅片表面的同时能够去除粘附于硅片表面原有固体金属杂质以及金属氢氧化物沉淀物。

步骤S24：对所述硅片进行清洗，以去除所述硅片表面残留的金属杂质。

在该步骤的清洗过程中，采用不引入杂质离子的化学试剂对硅片进行清洗；同时所述化学试剂不与硅片反应，即不会破坏硅片表面的绒面；且所述化学试剂能够将硅片表面的金属杂质转化为易溶的化合物，从而可以去除粘附于硅片表面的原有固体金属杂质以及金属氢氧化物沉淀。

采用SC2溶液对所述硅片进行清洗。所述SC2溶液是由去离子水、盐酸以及双氧水的组成的混合试剂。其中，去离子水质量分数为97.5%-98.5％，双氧水的质量分数为0.5%-1.5%，盐酸的质量分数为0.5%-1.5%。在60℃-70℃的温度条件下清洗8min-12min。

本实施例去离子水、盐酸以及双氧水的配比为100:1:1，在65℃温水中清洗10min-15min。在调配SC2溶液时，首先将设定比例的去离子水与双氧水混合，然后再添加设定比例的盐酸；或者是首先将设定比例的去离子水与盐酸混合，然后再添加设定比例双氧水。避免高纯度的盐酸与双氧水直接混合，造成盐酸的挥发。

所述SC2溶液不含杂质离子，即不会影响后续的硼扩散的质量效果；同时，所述SC2溶液不会与硅片反应，即不会破坏硅片表面绒面；且所述SC2溶液中的盐酸能够与粘附于硅片表面的金属杂质（包括金属氢氧化物、单质金属等固体金属杂质）反应，生成易溶于水的金属氯化物。又由于所述SC2溶液中含有大量的去离子水可使得所述金属氯化物溶于水与硅片分离。

通过所述SC2溶液清洗后，相对于现有的制作方法，硅片表面的金属杂质已经大大减少。SC2溶液中的去离子水用于稀释盐酸以及双氧水，同时用于溶解反应后的金属杂质，在对所述硅片进行SC2溶液清洗后可对单独采用去离子水对所述硅片进行10min-15min的清洗，去除其表面的金属离子。

经过本步骤清洗后，硅片表面的金属杂质将会大大减少，从而可以保证在后续硼扩散过程中扩散制结的质量。

步骤S25：对干燥后的所述硅片进行硼扩散。

将上述清洗后的硅片干燥后放入扩散炉中进行扩散制结。

具体的，可采用烘箱对清洗后的硅片进行8min-12min的干燥处理，然后将其放入扩散炉中进行硼扩散。由于上一步骤中对硅片进行了清洗，所以硅片表面的金属杂质极少，避免了进而保证了硼扩散的质量。

通过上述论述可知，本实施例所述技术方案，相对于现有的N型太阳能电池制作方法在硼扩散前对硅片进行了清洗处理，去除了残留在硅片表面的金属杂质，避免大量金属离子扩散入硅片内部形成载流子复合中心，从而保证了在进行硼扩散时的扩散制结的质量，保证了制备而成的N型太阳能电池的光电转换效率。

下面结合具体的实验数据说明本发明技术方案在硼扩散前能够有效去除硅片表面的金属杂质。下方表1为N型太阳能电池制作时各个工艺阶段硅片表面金属杂质含量的数据表格。

表1

由表1中数据可知，待处理硅片在去除损伤层及制绒两个工序后，其表面各种金属杂质含量均大幅度降低，但是其表面仍残留含有大量的各种金属杂质。而现有技术在制绒后直接对硅片进行硼扩散会导致硅片表面残留的金属杂质向硅片内部扩散形成载流子复合中心，从而降低硅片少子的寿命，进而降低N型太阳能电池的光电转换效率。

需要说明的是，在去除损伤层后硅片表面铁的含量的增多是由于生产工艺不完善、生产器件为铁质器具等原因额外引入了铁金属杂质，使得其含量增加。制绒后金属铝含量的增多与上述铁的含量增多的原因相同，是生产工艺不完善、生产器件为铝制器具等原因额外引入了铝金属杂质。

需要说明的是，虽然碱金属钠、钾为离子形式，但是其在去除损伤层以及制绒后的含量仍然较高的原因是去除损伤层以及制绒工艺是在碱性试剂中进行的，试剂中钠、钾离子含量较高，所以，即便含有钠、钾离子的金属杂质易溶于水，但是在硅片表面仍有较多钠、钾金属杂质。

而本发明技术方案在制绒后对硅片进行清洗，以去除硅片表面的金属杂质，实验数据表明通过SC2溶液清洗后，硅片表面的各种金属杂质含量相对于制绒后的含量大幅度下降，减少了在进行硼扩散时向硅片内部扩散的金属杂质的含量，进而保证了扩散制结的效果，保证了N型太阳能电池的光电转换效率。通过本发明技术方案所述方案制备的N型太阳能电池相对于现有技术中的N型太阳能电池其光电转换效率明显提高。

综上所述，本发明所述N型太阳能电池的制作方法能够有效除去硅片表面残留的金属杂质，保证硼扩散时的扩散制结的质量，故由该方法制备的N型太阳能电池能具有较高的光电转换效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种N型太阳能电池制作方法，其特征在于，包括：

提供一待处理的硅片；

去除所述硅片表面的损伤层；

对所述硅片进行表面制绒；

对所述硅片进行清洗，以去除所述硅片表面残留的金属杂质；

对干燥后的所述硅片进行硼扩散。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过去离子水、双氧水以及盐酸组成的混合试剂对所述硅片进行清洗。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混合试剂中，去离子水质量分数为97.5%-98.5%，双氧水的质量分数为0.5%-1.5%，盐酸的质量分数为0.5%-1.5%。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，清洗温度为60℃-70℃，清洗时间为8min-12min。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述混合试剂对所述硅片进行清洗之后，并在对干燥后所述硅片进行硼扩散之前还包括：采用去离子水对所述硅片进行清洗。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用去离子水对所述硅片进行清洗的时间为10min-15min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用氢氧化钾、双氧水和去离子水组成的混合试剂去除所述硅片表面的损伤层。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用氢氧化钠、双氧水和去离子水组成的混合试剂去除所述硅片表面的损伤层。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用烘箱对所述硅片进行干燥。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅片为单晶硅片或多晶硅片。

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