CN102800757B

CN102800757B - N型太阳能电池及其制造工艺

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Publication number: CN102800757B
Application number: CN201210309888.8A
Authority: CN
Inventors: 王英超; 刘大伟; 李高非; 胡志岩; 熊景峰
Original assignee: Yingli Group Co Ltd
Current assignee: Yingli Group Co Ltd
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: CN102800757A

Abstract

本发明提供了一种N型太阳能电池的制造工艺，包括步骤1）硅片清洗制绒；2）在硅片的背场面需要印刷栅线的位置处印刷磷浆，所述背场面为掺杂磷杂质的面；3）磷、硼扩散；4）化学清洗表面并激光刻边，使上下两面绝缘；5）双面镀膜；6）印刷正背面电极；7）烧结。该制造工艺在进行磷、硼扩散之前，在硅片的背场面需要印刷栅线的位置处印刷磷浆，使得扩散结束后的电池片上的印刷磷浆区形成高掺杂深扩散区，其他区域形成低掺杂浅扩散区，硅片表面形成高低异质结，使N型太阳能电池获得选择性背场，提高了电池的光电转换效率。由于与腐蚀浆料相比，磷浆价格便宜，故能够降低生产成本。本发明还提供了一种N型太阳能电池。

Description

N型太阳能电池及其制造工艺

技术领域

本发明涉及太阳能应用技术领域，更具体地说，涉及一种N型太阳能电池的制造工艺，本发明还涉及一种N型太阳能电池。

背景技术

晶硅太阳能电池作为太阳能发电系统的核心部分，已经被大规模地应用到各个领域。晶硅太阳能电池已经被大规模应用到各个领域，其良好的稳定性和成熟的工艺流程是其大规模应用的基础。其中晶体硅太阳电池的90%是P型，如何进一步提高效率，降低成本是国内外技术领域研究的基本目标。随着工艺技术的发展，N型晶硅电池以其成本低效率高的优势，越来越受到市场的重视。

与硼掺杂形成的P型太阳能电池不同，N型太阳能电池是在纯净的硅晶体中掺入Ⅴ族元素（如磷、砷、锑等），使之取代晶格中硅原子的位置所形成的N型晶硅，所以N型太阳能电池不能采用P型太阳能电池的铝背场的结构，而是采用磷扩散的方式生成背场。

传统的N型太阳能电池的背场是在硅片表面均匀扩散一层磷原子形成均匀的异质结。请参阅附图1，该图为传统的N型太阳能电池的制造工艺的流程示意图。该制造工艺包括以下步骤：

101）硅片清洗制绒：对硅片进行化学清洗及表面结构化处理；

102）磷、硼扩散：形成背场和PN结；

103）化学清洗表面并激光刻边，使上下两面绝缘；

104）双面镀膜：平板PECVD（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，等离子体增强化学气相淀积设备）双面镀膜；

105）印刷正背面电极；

106）烧结。

但是，由于磷扩散形成的背场中，如果掺杂较多的磷杂质会增加电池表面复合，如果掺杂的磷杂质太少又会增大金属栅线与背场的接触电阻，影响了电池的转换效率。

为了提高N型太阳能电池的光电转换效率，人们将N型太阳能电池的背场设计为选择性背场。选择性背场是把背场形成高低浓度的异质结，使背场形成高掺杂深扩散区（简称高掺杂区）和低掺杂浅扩散区（简称低掺杂区），并且将电极制作在高掺杂区，有利于减少金属与硅的接触电阻，能够产生良好的欧姆接触；低掺杂区设置为光照的地方，低的表面浓度可以更好地发挥表面钝化效果，解决了掺杂过重产生“死层”的矛盾。这种结构的太阳能电池使过剩的多数载流子更容易被电极收集，大大减少了载流子的复合，降低暗电流，所以短路电流和开路电压都会得到增加，进而提高了电池的光电转换效率。

目前获得选择性背场的方法是在上述步骤102）与步骤103）之间增加以下步骤：

在硅片的背场非栅线区印刷高浓度腐蚀浆料，然后进行烘干和特殊水洗操作。

由于在背场非电极区印刷高浓度腐蚀浆料能够腐蚀掉一部分已扩入的磷杂质，故能形成高低浓度分布的异质结，从而获得选择性背场。

但是上述获得选择性背场的方法中所使用的腐蚀性浆料的价格很高，会使生产成本增加。而且，腐蚀浆料印刷烘干后，必须采用特殊的化学清洗才能保证把背场残留的浆料去除干净，导致N型太阳能电池的制造工艺复杂化。

综上所述，如何提供一种N型太阳能电池的制造工艺，以实现在获得选择性背场的同时，降低生产成本，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种N型太阳能电池的制造工艺，以实现在获得选择性背场的同时，降低生产成本。

本发明还提供了一种N型太阳能电池。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种N型太阳能电池的制造工艺，包括以下步骤：

1）硅片清洗制绒；

2）在硅片的背场面需要印刷栅线的位置处印刷磷浆，所述背场面为掺杂磷杂质的面；

3）磷、硼扩散；

4）化学清洗表面并激光刻边，使上下两面绝缘；

5）双面镀膜；

6）印刷正背面电极；

7）烧结。

优选的，上述N型太阳能电池的制造工艺中，所述步骤1）与所述步骤2）之间还包括步骤：

在硅片的背场面需要印刷栅线的位置处进行激光刻槽；

且所述步骤2）具体为在所述槽内印刷磷浆。

优选的，上述N型太阳能电池的制造工艺中，所述磷浆的印刷量为10g-30g。

优选的，上述N型太阳能电池的制造工艺中，所述步骤3）具体为通过POCl₃液态源扩散的方法进行磷扩散，通过BBr₃液态源扩散的方法进行硼扩散。

优选的，上述N型太阳能电池的制造工艺中，所述步骤5）具体为平板PECVD双面镀膜。

优选的，上述N型太阳能电池的制造工艺中，所述步骤7）通过共烧工艺形成金属接触完成烧结。

优选的，上述N型太阳能电池的制造工艺中，所述步骤7）之后还包括步骤：

对电池片进行检验和分级。

从上述的技术方案可以看出，与背景技术中介绍的传统的N型太阳能电池的制造工艺相比，本发明提供的N型太阳能电池的制造工艺在步骤3）前增加了步骤2），即在进行磷、硼扩散之前，首先在硅片的背场面需要印刷栅线的位置处印刷磷浆，使得扩散结束后的电池片上的印刷磷浆区即背场电极栅线下及其四周形成高掺杂深扩散区，其他区域（活性区）形成低掺杂浅扩散区，硅片表面形成高低异质结，降低了表面的电荷复合，使N型太阳能电池获得选择性背场，提高了电池的光电转换效率。同时，由于与腐蚀浆料相比，磷浆价格便宜，能够降低生产成本。

此外，由于磷是电池背场的重要组成，故本发明提供的N型太阳能电池的制造工艺不需要对印刷烘干后残留的磷浆进行清洗，工艺操作简单，适用于N型太阳能电池的大规模生产。

本发明还提供了一种N型太阳能电池，其由上述任意一项技术方案所述的N型太阳能电池的制造工艺制成。由于上述N型太阳能电池的制造工艺具有上述技术效果，其制成N型太阳能电池亦具有上述效果，故本文不再赘述。

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为传统的N型太阳能电池的制造工艺的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的N型太阳能电池的制造工艺的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种N型太阳能电池的制造工艺，能够实现在获得选择性背场的同时，降低生产成本。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参考附图2，该图为本发明实施例提供的N型太阳能电池的制造工艺的流程示意图。本发明实施例提供的N型太阳能电池的制造工艺，包括以下步骤：

S1、硅片清洗制绒：

对硅片进行清洗即对其表面处理，目的是清除硅片表面的油污和金属杂质，以及去除硅片表面的切割损坏层；制绒即在硅片表面制作绒面，形成减反射织构，绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可提高太阳能电池的短路电流，从而提高太阳电池的光电转换效率；

S2、在硅片的背场面需要印刷栅线的位置处印刷磷浆，背场面为掺杂磷杂质的面：

采用印刷的方式在硅片的背场面印刷一定量的磷浆，且磷浆的图案与背场需要印刷栅线的图案一致，此时印刷磷浆处的磷浓度比未印刷磷浆处的高，即硅片背场的磷浓度不均匀；

S3、磷、硼扩散：

进行磷、硼扩散工艺是为了形成背场和PN结，由于POCl₃是目前磷扩散用得较多的一种杂质源，且POCl₃液态源扩散的方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，所以在本实施例中，优选的采用通过POCl₃液态源扩散的方法进行磷扩散，即通一定量POCl₃（三氯氧磷），使硅片的背场面扩入一层磷，该方法通过将POCl₃液态分子在N₂载气的携带下进入炉管，在高温下经过一系列化学反应磷原子被置换，并扩入硅片表面；可以理解的是，还可以采用喷涂磷酸水溶液后链式扩散的方法或者其他的链式扩散的方法完成磷扩散，本发明实施例对此不做限定；

在本实施例中，具体采用通入BBr₃（三溴化硼），使硅片的发射极扩入硼原子，形成PN结，当然还可以通过其他方法实现硼扩散；

S4、化学清洗表面并激光刻边，使上下两面绝缘；

S5、双面镀膜：

由于PECVD淀积SiN（氮化硅）时，生成的SiN薄膜中含有大量的原子氢，这些氢原子可以很好地钝化硅中的表面悬挂键，对硅片具有表面钝化作用，从而提高了载流子迁移率，提高了太阳能电池的发电效率，可用于大批量生产高效太阳能电池，故，本发明实施例优选地采用平板PECVD双面镀膜；

本领域技术人员可以理解的是，除了可以采用本实施例中的PECVD沉积减反射膜外，还可以采用常压化学气相淀积（APCVD）或低压化学气相淀积（LPCVD）的方法来制备减反射膜；

S6、印刷正背面电极：

采用丝网印刷的方法，完成背场、背电极、正栅线电极的制作，以便引出产生的光生电流，给硅片表面印刷一定图形的银浆或银铝浆，通过烧结后形成欧姆接触，使电流有效输出；

S7、烧结：

用于烘干硅片上的浆料、去除浆料中的有机成分，完成晶硅与栅线的合金化，优选的，由于共烧工艺只需一次烧结，就可形成上下电极的欧姆接触，是高效晶体硅太阳能电池的一项重要关键工艺，故本发明实施例通过共烧工艺形成金属接触完成烧结，当然，也可以通过传统的工艺进行二次烧结以形成良好的带有金属电极欧姆接触。

综上可知，与背景技术中介绍的传统的N型太阳能电池的制造工艺相比，本发明实施例提供的N型太阳能电池的制造工艺在步骤S3前增加了步骤S2，即在进行磷、硼扩散之前，首先在硅片的背场面需要印刷栅线的位置处印刷磷浆，使得扩散结束后的电池片上的印刷磷浆区即背场电极栅线下及其四周形成高掺杂深扩散区，其他区域（活性区）形成低掺杂浅扩散区，硅片表面形成高低异质结，降低了表面的电荷复合，使N型太阳能电池获得选择性背场，提高了电池的光电转换效率。同时，由于与腐蚀浆料相比，磷浆价格便宜，能够降低生产成本。

此外，由于磷是电池背场的重要组成，故本发明实施例提供的N型太阳能电池的制造工艺不需要对印刷烘干后残留的磷浆进行清洗，工艺操作简单，适用于N型太阳能电池的大规模生产。

本发明另一实施例提供的N型太阳能电池的制造工艺中，在上述实施例提供的N型太阳能电池的制造工艺的步骤S1与步骤S2之间增加了步骤S2’：

在硅片的背场面需要印刷栅线的位置处进行激光刻槽：

对制绒后N型硅片进行激光刻槽（只刻蚀背场面），刻蚀的图案与背场印刷栅线的图案一致；且步骤S2具体为在所述槽内印刷磷浆。将磷浆印刷在激光所刻的槽内，能够拉大磷扩散后的异质结浓度的高低差，更好地提高电池的光电转换效率。

具体的，上述实施例提供的N型太阳能电池的制造工艺中，磷浆的印刷量为10g-30g。根据实际生产过程中的测试可得，当磷浆的印刷量为10g-30g时，扩散后背场的高掺杂区方阻为15Ω-40Ω，低掺杂区方阻为30Ω-55Ω，此时，背场电极制作在高掺杂区上减少了金属与硅的接触电阻，产生良好的欧姆接触，低掺杂区可使表面钝化效果更好的发挥，解决了掺杂过重产生“死层”的矛盾。这种结构的太阳能电池使过剩的多数载流子更容易被电极收集，减少了少数载流子的复合，降低了暗电流，所以增加了短路电流和开路电压。

磷浆的印刷量为印刷磷浆前的硅片与印刷磷浆后的硅片之间的质量差，该印刷量与印刷丝网的图案、印刷压力以及印刷速度有关，其具体的数值不局限于10g-30g，应根据实际的硅片种类以及硅片效率的需求来选择磷浆的印刷量。

优选的，上述实施例提供的N型太阳能电池的制造工艺中，步骤S7之后还包括对电池片进行检验和分级，主要通过测试N型太阳能电池的基本特性，如开路电压V_OC、短路电流I_SC、填充因子FF和能量转化效率η，用自动分选机将电池按转化率分级，并进行包装，便于工作人员根据不同效率的太阳能产品需求选择合适等级的电池片。

本发明实施例还提供了一种N型太阳能电池，其由上述任意一项实施例所提供的N型太阳能电池的制造工艺制成。

由于本发明实施例提供的N型太阳能电池由上述的N型太阳能电池的制造工艺制成，故N型太阳能电池能够实现在获得选择性背场的同时，降低生产成本，其优点是由N型太阳能电池的制造工艺带来的，具体的请参考上述实施例中相关的部分，在此就不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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

1.一种N型太阳能电池的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)硅片清洗制绒；

2)在硅片的背场面需要印刷栅线的位置处进行激光刻槽；在所述槽内印刷磷浆，所述背场面为掺杂磷杂质的面；

3)磷、硼扩散，使得扩散结束后的硅片上的印刷磷浆区形成高掺杂深扩散区，其他区域形成低掺杂浅扩散区；

4)化学清洗表面并激光刻边，使上下两面绝缘；

5)双面镀膜；

6)印刷正背面电极；

7)烧结。

2.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的制造工艺，其特征在于，所述磷浆的印刷量为10g-30g。

3.根据权利要求1所述的N型太阳能电池的制造工艺，其特征在于，所述步骤3)具体为通过POCl₃液态源扩散的方法进行磷扩散，通过BBr₃液态源扩散的方法进行硼扩散。

4.根据权利要求3所述的N型太阳能电池的制造工艺，其特征在于，所述步骤5)具体为平板PECVD双面镀膜。

5.根据权利要求4所述的N型太阳能电池的制造工艺，其特征在于，所述步骤7)通过共烧工艺形成金属接触完成烧结。

6.根据权利要求5所述的N型太阳能电池的制造工艺，其特征在于，所述步骤7)之后还包括步骤：

对电池片进行检验和分级。

7.一种N型太阳能电池，其特征在于，其由如权利要求1-6任意一项所述的N型太阳能电池的制造工艺制成。