CN102800740A - 背接触晶体硅太阳能电池片制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种背接触晶体硅太阳能电池片制造方法，包括：对半导体基片进行开孔、制绒；然后在半导体基片的任一表面上生成阻挡层；并在阻挡层上通孔的周围区域印刷腐蚀性浆料，冲洗腐蚀性浆料在通孔周围区域形成沉孔；然后再在两个表面上进行扩散；去除阻挡层，并对去除阻挡层后半导体基片进行处理后得到背接触晶体硅太阳能电池片。该方法在扩散前，通过在背光面通孔周围腐蚀开窗，可以实现在背光面上通孔周围区域形成局部发射结，而不存在将P-N结短路的导电层。与现有技术相比，该方法可以减少激光隔离工序，降低了电池片漏电风险，降低了碎片率。另外，减少激光隔离工序，使得工艺更加简单，并且减少了设备成本，有利于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种背接触晶体硅太阳能电池片制造方法。
背景技术
太阳能电池，也称光伏电池，是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是一种有广阔发展前途的新型能源。目前，80％以上的太阳电池是由晶体硅材料制备而成，因此，制备高效率的晶体硅太阳电池对于大规模利用太阳能发电有着十分重要的意义，由于背接触晶体硅太阳电池的受光面没有主栅线，正极和负极都位于电池片的背光面，这就大大降低了受光面栅线的遮光率，提高了电池片的转换效率，所以背接触晶体硅太阳能电池成为目前太阳电池研发的热点。
目前，背接触晶体硅太阳能电池片的制造工艺已经标准化，其主要步骤如下：
1.开孔：采用激光在硅片开至少一个导电孔。
2.制绒：通过化学反应使原本光亮的硅片表面(包括正面和背面)形成凸凹不平的结构以延长光在其表面的传播路径，从而提高太阳能电池片对光的吸收。
3.扩散制结：P型硅片在扩散后表面及导电孔内壁变成N型电极，或N型硅片在扩散后表面及导电孔内壁变成P型电极，形成PN结，使得硅片具有光伏效应。
4.周边刻蚀：对硅片的侧面进行刻蚀。
5.去除掺杂玻璃层：将硅片表面扩散时形成的掺杂玻璃层去除。
6.镀膜：在硅片受光面表面镀减反射膜，目前主要有两类减反射膜，氮化硅膜和氧化钛膜，主要起减反射和钝化的作用。
7.印刷电极及电场：将背面电极、正面电极以及背面电场印刷到硅片上。
8.烧结：使印刷的电极、背面电场与硅片之间形成合金。
9.激光隔离：该步骤的目的在于去掉扩散制结时在硅片背面与导电孔之间形成的将P-N结短路的导电层。
现有的制造工艺中，在扩散制结步骤中，会在太阳能电池片背光面与导电孔之间形成将P-N结短路的导电层，这大大降低了电池片的并联电阻，容易出现漏电，所以需要通过激光隔离步骤将P-N结之间的导电层去除掉。但采用激光隔离可能会使太阳能电池片出现新的漏电途径，导致电池片的性能降低，另外，激光对电池片本身的损伤比较大，在激光隔离过程中可能出现碎片，增加了电池片的生产成本。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种背接触晶体硅太阳能电池片制造方法，在进行扩散前，在半导体基片的一个表面上先生成阻挡层，再在该表面通孔周围腐蚀开窗，这样在扩散时，就可以只在该表面上通孔的周围区域进行扩散，从而使得得到的太阳能电池片的背光面上的发射结为局部发射结，而不存在将P-N结短路的导电层。
为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：
一种背接触晶体硅太阳能电池片制造方法，包括：
对半导体基片进行开孔、制绒；
在制绒后的所述半导体基片的任一表面上生成阻挡层；
在所述阻挡层所在的表面上通孔的周围区域印刷腐蚀性浆料，并冲洗所述腐蚀性浆料使所述通孔的周围区域形成沉孔；
在形成沉孔的所述半导体基片的两个表面上进行扩散；
去除扩散后所述半导体基片上的阻挡层；
对去除阻挡层后所述半导体基片进行处理后得到背接触晶体硅太阳能电池片。
优选地，所述通孔的周围区域为：所述通孔外且距离所述的通孔的边缘为0.1mm-10cm的区域。
优选地，在制绒后的所述半导体基片的任一表面上生成阻挡层的过程为：
采用PECVD沉积、化学氧化、RTP、磁控溅射或蒸镀生成阻挡层。
优选地，所述阻挡层的主要成分为：氧化硅、氮化硅、氧化钛和/或氧化锌。
优选地，冲洗所述腐蚀性浆料的过程为：采用碱液或去离子水清洗。
优选地，所述碱液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液。
优选地，所述腐蚀性浆料的主要成分为氟化氢氨或磷酸。
优选地，背接触晶体硅太阳能电池片进行处理的过程为：
对去除阻挡层后所述半导体基片的侧面进行刻蚀；
在刻蚀后所述半导体基片的受光面上镀膜；
通过丝网印刷在镀膜后所述半导体基片上印刷电极及背电场；
对丝网印刷后所述半导体基片进行烧结得到背接触晶体硅太阳能电池片。
由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该背接触晶体硅太阳能电池片制造方法，该方法在对制绒后半导体基片进行扩散前，先在半导体的任意一个表面上生成阻挡层，然后在阻挡层所在表面上通孔的周围区域印刷腐蚀性浆料，并清洗，这样就可以在通孔的周围区域形成沉孔，然后对半导体基片的双面进行扩散，然后在进行后续的去除阻挡层、刻蚀、镀膜、制备电极及背电场，最终得到背接触晶体硅太阳能电池片。
该方法在进行扩散前，在半导体基片的任一表面上先生成阻挡层，再在该表面通孔周围腐蚀开窗，这样在扩散时，就可以只在该表面上通孔的周围区域进行扩散，从而使得得到的太阳能电池片的背光面上的发射结为局部发射结，而不存在将P-N结短路的导电层。
与现有技术相比，该方法可以减少激光隔离工序，降低了电池片漏电风险，并且使得电池片的碎片率大幅度降低。另外，减少激光隔离工序，使得工艺更加简单，并且减少了设备成本，有利于大规模工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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为本实施例一提供的背接触晶体硅太阳能电池片制造方法的流程图；
图2为本实施例一提供的开孔后硅片的结构示意图；
图3为本实施例一提供的制绒后硅片的结构示意图；
图4为本实施例一提供的生成阻挡层后硅片的结构示意图；
图5为本实施例一提供的形成沉孔后硅片的结构示意图；
图6为本实施例一提供的扩散后硅片的结构示意图；
图7为本实施例一提供的去除阻挡层后硅片的结构示意图；
图8为本实施例一提供的刻蚀后硅片的结构示意图；
图9为本实施例一提供的镀膜后硅片的结构示意图；
图10为本实施例一提供的电极及背电场制备后硅片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
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，表示器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。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
现有的背接触晶体硅太阳能电池片的制造工艺中，在开孔、制绒后进行扩散制结步骤中，会在太阳能电池片背光面与导电孔之间形成将P-N结短路的导电层，这大大降低了电池片的并联电阻，容易出现漏电，所以为了使得P-N结断开，现有的工艺在烧结步骤之后，还需要通过激光隔离步骤，在导电孔周围设置一个隔离槽，以实现将P-N结之间的导电层去除掉。
通过对现有技术研究，申请人发现：由于在烧结步骤中，电池片可能会受热变形，表面不再平整，这就使得在激光隔离时对借光的对准精度要求比较高，否则出现偏离就会导致新的漏电途径，使得电池片性能下降。此外，使用激光对电池片的会产生损伤，可能出现碎片现象，使得电池片的残次品率上升，增加了电池片的生产成本。
为此，本发明提出了一种解决方案，基本思想是：在进行扩散前，在半导体基片的一个表面上先生成阻挡层，再在该表面通孔周围腐蚀开窗，这样在扩散时，就可以只在该表面上通孔的周围区域进行扩散，从而使得得到的太阳能电池片的背光面上的发射结为局部发射结，而不存在将P-N结短路的导电层。
下面以硅片作为半导体基片，通过几个实施例对本发明技术方案进行说明：
实施例一：
请参考图1，图1为本实施例一提供的背接触晶体硅太阳能电池片制造方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101：在硅片上开孔；
采用激光在硅片上开出至少一个通孔，，其作用在通孔内可以设置电极将电池片受光面的电流引到电池片的背光面，这样就可以使得电池片的正极和负极都位于电池片的背面，降低了正面面栅线的遮光率。本发明实施例中，开孔所采用激光的波长可以为1064nm、1030nm、532nm或355nm。开孔后硅片的结构示意图如图2所示，图中1为硅片，2为受光面，3为背光面，4为通孔，5为通孔内壁。
步骤S102：在硅片表面进行制绒，形成表面结构；
在制绒时，可以在硅片1单面进行制绒，也可以在硅片1的双面进行制绒，在本申请实施例中，如图3所示，制绒时选择在硅片1的受光面2和背光面3上进行制绒，图中6为绒面。制绒的目的是通过化学反应使原本光亮的硅片表面形成凸凹不平的结构以延长光在其表面的传播路径，从而提高硅片对光的吸收。另外，在制绒前需要清除硅片1表面的油污和金属杂质，并且去除硅片1表面的切割损伤层。
步骤S103：在硅片上任一表面的整个面上生成阻挡层；
在制绒后硅片1的任一表面的整个面上生成阻挡层，其目的是为了避免扩散时对阻挡层所在的表面进行扩散。生成阻挡层的方式有多种，包括：PECVD沉积、化学氧化、RTP、磁控溅射或蒸镀等，并且阻挡层的材料可以为氧化硅、氮化硅、氧化钛或氧化锌的一种或任意组合。
在本申请实施例中，优选采用管式PECVD在硅片背光面沉积氧化硅，并且氧化硅的厚度70nm，其中在沉积时，温度选择500℃，N2O的流量为7slm，SiH4的流量为200sccm，压力为10mTorr，沉积时间为9min。如图4所示，为生成阻挡层后硅片的结构示意图，图中7为阻挡层。
步骤S104：在硅片上阻挡层所在的表面的通孔周围区域印刷腐蚀性浆料，并冲洗腐蚀性浆料在通孔周围区域形成沉孔；
通孔周围区域可以选择在距离通孔4的边缘为0.1mm-10cm的区域，印刷化学性腐蚀浆料后将硅片在室温下烘干3min，然后采用30℃的水溶液清洗，即可使得通孔周围区域形成沉孔，即通孔周围区域相比阻挡层来说，形成一个沉孔。如图5所示，为形成沉孔后硅片的结构示意图
步骤S105：在硅片的表面上及通孔内壁上进行扩散，形成P-N结；
将掺杂原子扩散到硅片1的绒面6上，并且扩散到通孔4的内壁上，如图6所示，为扩散后硅片的结构示意图，图中8为发射结，由在扩散前在背光面上通孔周围区域形成沉孔，所以在扩散时，在背光面上通孔周围区域会形成圆形发射结。P型硅片1在扩散后表面变成N型，或N型硅片1在扩散后表面变成P型，形成PN结，使得硅片1具有光伏效应，另外扩散的浓度、深度以及均匀性直接影响太阳能电池片的电性能。
步骤S106：去除硅片上的阻挡层；
通过该步骤可以步骤S104中在硅片1的背光面生成的阻挡层去除，如图7所示，为去除阻挡层后硅片的结构示意图，图中，通孔4内及背光面3上通孔4的周围区域均保留有发射结。
步骤S107：对硅片的侧面进行刻蚀；
对硅片1的侧面进行刻蚀，其目的是去掉扩散制结时在硅片1的侧面形成的将PN结两端短路的导电层。如图8所示，为刻蚀后硅片的结构示意图。
步骤S108：去除硅片上的掺杂玻璃层；
通过该步骤可以将硅片1在扩散时形成的掺杂玻璃层去除。
步骤S109：在硅片的受光面上进行镀膜；
在硅片1的受光面进行镀膜，该膜的作用是减小阳光的反射，最大限度地利用太阳能。在本发明实施例中，采用PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)在硅片1上形成减反射膜。如图9所示，图中9为减反射膜。另外，采用PECVD只是本发明的一个实施例，不应构成对本发明的限制，在本发明其他实施例中，镀膜方法还可以采用本领域技术人员所熟知的其他方法。
步骤S110：在镀膜后的硅片上制备电极及背电场；
在本发明实施例中，制备电极及背电场包括：在硅片1上印刷电极及背电场；烧结。
其中，可以采用丝网印刷将背光面电极、受光面电极以及背光面电场印刷在硅片1上。图10为电极及背电场制备后的硅片的结构示意图，图中10为孔背面电极，11为背电极，12为背电场，13为受光面电极，14为孔电极，。其中，受光面电极、孔电极、孔背面电极可以分开生成，三种电极可以采用同种材料，也可以采用不同材料。在本发明其他实施例中，还可以通过真空蒸发、溅射等方法将电极及背电场附着在硅片1上。通过烧结使得电极与硅片之间形成欧姆接触。
由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该背接触晶体硅太阳能电池片制造方法，该方法在对制绒后半导体基片进行扩散前，先在半导体的任意一个表面上生成阻挡层，然后在阻挡层所在表面上通孔的周围区域印刷腐蚀性浆料，并清洗，这样就可以在通孔的周围区域形成沉孔，然后对半导体基片的双面进行扩散，然后在进行后续的扩散、刻蚀、镀膜、制备电极及背电场，最终得到背接触晶体硅太阳能电池片。
该方法在进行扩散前，在半导体基片的任一表面上先生成阻挡层，再在该表面通孔周围腐蚀开窗，这样在扩散时，就可以只在该表面上通孔的周围区域进行扩散，从而使得得到的太阳能电池片的背光面上的发射结为局部发射结，而不存在将P-N结短路的导电层。
与现有技术相比，该方法可以减少激光隔离工序，降低了电池片漏电风险，并且使得电池片的碎片率大幅度降低。另外，减少激光隔离工序，使得工艺更加简单，并且减少了设备成本，有利于大规模工业化生产。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (8)
1.一种背接触晶体硅太阳能电池片制造方法，其特征在于，包括：
对半导体基片进行开孔、制绒；
在制绒后的所述半导体基片的任一表面上生成阻挡层；
在所述阻挡层所在的表面上通孔的周围区域印刷腐蚀性浆料，并冲洗所述腐蚀性浆料使所述通孔的周围区域形成沉孔；
在形成沉孔的所述半导体基片的两个表面上进行扩散；
去除扩散后所述半导体基片上的阻挡层；
对去除阻挡层后所述半导体基片进行处理后得到背接触晶体硅太阳能电池片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通孔的周围区域为：所述通孔外且距离所述的通孔的边缘为0.1mm-10cm的区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在制绒后的所述半导体基片的任一表面上生成阻挡层的过程为：
采用PECVD沉积、化学氧化、RTP、磁控溅射或蒸镀生成阻挡层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阻挡层的主要成分为：氧化硅、氮化硅、氧化钛和/或氧化锌。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冲洗所述腐蚀性浆料的过程为：采用碱液或去离子水清洗。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述腐蚀性浆料的主要成分为氟化氢氨或磷酸。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，背接触晶体硅太阳能电池片进行处理的过程为：
对去除阻挡层后所述半导体基片的侧面进行刻蚀；
在刻蚀后所述半导体基片的受光面上镀膜；
通过丝网印刷在镀膜后所述半导体基片上印刷电极及背电场；
对丝网印刷后所述半导体基片进行烧结得到背接触晶体硅太阳能电池片。
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