CN102956741A - 一种太阳能电池的制作工艺 - Google Patents

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朱惠民
尹云坤
罗进
周东明
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Abstract

本发明一种太阳能电池的制作工艺采用了包括制绒、扩散前清洗、扩散、等离子刻蚀、去磷硅玻璃、PECVD镀膜、丝印烧结一整套独特的工艺流程技术方案，克服了现有技术的不足，实现了晶硅太阳能电池的工业化生产。

Description

一种太阳能电池的制作工艺
技术领域
本发明属于晶硅太阳电池工业化生产制作的技术领域，涉及一种太阳能电池的制作工艺。
背景技术
国内常规工艺采用的扩散炉为老式的开管扩散炉，炉口、炉中、炉尾方块电阻不均匀，扩散炉不稳定，批次间方块电阻波动较大，从而使电池转换效率产生较大的波动。等离子刻蚀工序采用的是干法刻蚀工艺，设备工艺也不稳定，且等离子体对电池边缘会造成一定的损伤。
发明内容
本发明一种太阳能电池的制作工艺采用了包括制绒、扩散前清洗、扩散、等离子刻蚀、去磷硅玻璃、PECVD镀膜、丝印烧结一整套独特的工艺流程技术方案，克服了上述不足，实现了晶硅太阳能电池的工业化生产。
1、制绒  对于多晶硅，采用HNO3和HF水溶液对硅片进行腐蚀，根据HNO3+HF溶液对硅的各向同性腐蚀特性，在硅片表面进行织构化处理而形成绒面。对于单晶硅，采用NaOH和IPA水溶液对硅片进行腐蚀，根据NaOH溶液对硅的各向异性腐蚀特性，在硅片表面进行织构化处理而形成绒面。目的是在硅片表面进行表面织构化处理，以降低光在硅片表面的反射率，提高太阳电池的转换效率。HNO3和HF溶液与硅反应的总反应方程式为：
3Si+4HNO3+18HF→3H2SiF6+4NO+8H2O
NaOH溶液与硅反应的总反应方程式为：
Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2
2、扩散前清洗  采用氢氟酸和盐酸溶液进行清洗，根据卤素对金属离子的络合作用，去除硅片表面的有害杂质。目的是去除硅片表面的金属微粒、金属离子等污染，使硅片表面清洁；防止在高温扩散过程中，金属离子进入结区造成污染，从造成而对电池转换效率的损害。
3、扩散  在P型硅片上通过N型杂质(液态三氯氧磷)扩散，改变硅片表面层的导电类型，在P型硅片上形成大面积、平整的P-N结。三氯氧磷在高温下与氧气、硅等发生化学反应分解成磷原子沉淀在硅片中形成一层N型硅，其化学反应如下：
4POCl3+3O2＝2P2O5+6Cl2
2P2O5+5Si＝5SiO2+4P
4、刻蚀去边  经过磷扩散后的硅片，整个表面都覆盖N型扩散层，为了去除硅片周边的N型扩散层，用等离子气相腐蚀方法腐蚀硅片周边，使硅片周边的PN结与背面断开。等离子气相腐蚀方法是利用射频电场电离工艺气体产生辉光放电，放电过程中形成的化学活性基与待腐蚀材料发生化学腐蚀反应。等离子体气相腐蚀方法由于处在等离子体状态的工艺气体具有较高的电子温度，加快了反应速度。使工艺过程清洁、方便、高效。反应过程如下：
CF4+O2--等离子体放电--→F+、O-、CO-、CO、CO2
CF4--等离子体放电--→CF3+F-
                 →CF2+2F-
                 →C+4F-
F活性基：氟基(F-)与硅(Si)反应：Si+4F-→SiF4↑
5、去磷硅玻璃  利用氢氟酸能够溶解二氧化硅，但不与硅反应的特性，达到去除表面磷硅玻璃层的目的。利用氢氟酸溶液对SiO2的腐蚀作用，去除磷扩散时在硅片表面形成的磷硅玻璃(含磷SiO2)层。其反应方程式为：
SiO2+6HF+H2O→H2SiF6+2H2O
6、PECVD镀膜  在硅片发射区表面生成一层Si3N4减反射膜，起到进一步降低反射率的作用，及实现表面钝化和体钝化。硅烷和氨气通入工艺腔后，通过微波放电，激发等离子体，从而在硅片表面生产一层氮化硅膜，其化学反应方程式如下：
SiH4+NH3→Si3N4+H2
7、丝印烧结  在电池的正反两面印刷正电极和负电极浆料，通过烧结形成太阳电池的正、负电极。浆料(银铝浆、铝浆、银浆)透过制成电极图形的网膜，印在硅片的N型层上形成正面电极，印在P型层上形成背面电极及铝背场，再通过高温快速烧结使其固化并形成欧姆接触。
本发明的有益效果：用一种太阳能电池的制作工艺的独特工艺流程实现了晶硅太阳能电池的工业化生产，提高了生产效率，且生产出来的太阳能电池平均转换效率也在18.0％左右，达到国内常规水平。
具体实施方式
一种太阳能电池的制作工艺包括制绒、扩散前清洗、扩散、等离子刻蚀、去磷硅玻璃、PECVD镀膜、丝印烧结等工艺流程：
1、制绒  对于多晶硅，采用HNO3和HF水溶液对硅片进行腐蚀，根据HNO3+HF溶液对硅的各向同性腐蚀特性，在硅片表面进行织构化处理而形成绒面。对于单晶硅，采用NaOH和IPA水溶液对硅片进行腐蚀，根据NaOH溶液对硅的各向异性腐蚀特性，在硅片表面进行织构化处理而形成绒面。目的是在硅片表面进行表面织构化处理，以降低光在硅片表面的反射率，提高太阳电池的转换效率。
HNO3和HF溶液与硅反应的总反应方程式为：
3Si+4HNO3+18HF→3H2SiF6+4NO+8H2O
NaOH溶液与硅反应的总反应方程式为：
Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2
2、扩散前清洗  采用氢氟酸和盐酸溶液进行清洗，根据卤素对金属离子的络合作用，去除硅片表面的有害杂质。目的是去除硅片表面的金属微粒、金属离子等污染，使硅片表面清洁；防止在高温扩散过程中，金属离子进入结区造成污染，从造成而对电池转换效率的损害。
3、扩散  在P型硅片上通过N型杂质(液态三氯氧磷)扩散，改变硅片表面层的导电类型，在P型硅片上形成大面积、平整的P-N结。三氯氧磷在高温下与氧气、硅等发生化学反应分解成磷原子沉淀在硅片中形成一层N型硅，其化学反应如下：
4POCl3+3O2＝2P2O5+6Cl2
2P2O5+5Si＝5SiO2+4P
4、刻蚀去边  经过磷扩散后的硅片，整个表面都覆盖N型扩散层，为了去除硅片周边的N型扩散层，用等离子气相腐蚀方法腐蚀硅片周边，使硅片周边的PN结与背面断开。等离子气相腐蚀方法是利用射频电场电离工艺气体产生辉光放电，放电过程中形成的化学活性基与待腐蚀材料发生化学腐蚀反应。等离子体气相腐蚀方法由于处在等离子体状态的工艺气体具有较高的电子温度，加快了反应速度。使工艺过程清洁、方便、高效。反应过程如下：
CF4+O2--等离子体放电--→F+、O-、CO-、CO、CO2
CF4--等离子体放电--→CF3+F-
                  →CF2+2F-
                  →C+4F-
F活性基：氟基(F-)与硅(Si)反应：Si+4F-→SiF4↑
5、去磷硅玻璃  利用氢氟酸能够溶解二氧化硅，但不与硅反应的特性，达到去除表面磷硅玻璃层的目的。利用氢氟酸溶液对SiO2的腐蚀作用，去除磷扩散时在硅片表面形成的磷硅玻璃(含磷SiO2)层。其反应方程式为：
SiO2+6HF+H2O→H2SiF6+2H2O
6、PECVD镀膜  在硅片发射区表面生成一层Si3N4减反射膜，起到进一步降低反射率的作用，及实现表面钝化和体钝化。硅烷和氨气通入工艺腔后，通过微波放电，激发等离子体，从而在硅片表面生产一层氮化硅膜，其化学反应方程式如下：
SiH4+NH3→Si3N4+H2
7、丝印烧结  在电池的正反两面印刷正电极和负电极浆料，通过烧结形成太阳电池的正、负电极。浆料(银铝浆、铝浆、银浆)透过制成电极图形的网膜，印在硅片的N型层上形成正面电极，印在P型层上形成背面电极及铝背场，再通过高温快速烧结使其固化并形成欧姆接触。

Claims (1)

1.一种太阳能电池的制作工艺包括制绒、扩散前清洗、扩散、等离子刻蚀、去磷硅玻璃、PECVD镀膜、丝印烧结等工艺流程，其特征在于：
制绒：对于多晶硅，采用HNO3和HF水溶液对硅片进行腐蚀，根据HNO3+HF溶液对硅的各向同性腐蚀特性，在硅片表面进行织构化处理而形成绒面；对于单晶硅，采用NaOH和IPA水溶液对硅片进行腐蚀，根据NaOH溶液对硅的各向异性腐蚀特性，在硅片表面进行织构化处理而形成绒面；
HNO3和HF溶液与硅反应的总反应方程式为：
3Si+4HNO3+18HF→3H2SiF6+4NO+8H2O
NaOH溶液与硅反应的总反应方程式为：
Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2
扩散前清洗：采用氢氟酸和盐酸溶液进行清洗，根据卤素对金属离子的络合作用，去除硅片表面的有害杂质；
扩散：在P型硅片上通过N型杂质(液态三氯氧磷)扩散，改变硅片表面层的导电类型，在P型硅片上形成大面积、平整的P-N结；三氯氧磷在高温下与氧气、硅等发生化学反应分解成磷原子沉淀在硅片中形成一层N型硅，其化学反应如下：
4POCl3+3O2＝2P2O5+6Cl2
2P2O5+5Si＝5SiO2+4P
刻蚀去边：利用射频电场电离工艺气体产生辉光放电，放电过程中形成的化学活性基与待腐蚀材料发生化学腐蚀反应，反应过程如下：
CF4+O2--等离子体放电--→F+、O-、CO-、CO、CO2
CF4--等离子体放电--→CF3+F-
                  →CF2+2F-
                  →C+4F
F活性基：氟基(F-)与硅(Si)反应：Si+4F-→SiF4↑
去磷硅玻璃：利用氢氟酸能够溶解二氧化硅，但不与硅反应的特性，达到去除表面磷硅玻璃层的目的。利用氢氟酸溶液对SiO2的腐蚀作用，去除磷扩散时在硅片表面形成的磷硅玻璃(含磷SiO2)层，其反应方程式为：
SiO2+6HF+H2O→H2SiF6+2H2O
PECVD镀膜：在硅片发射区表面生成一层Si3N4减反射膜，起到进一步降低反射率的作用，及实现表面钝化和体钝化。硅烷和氨气通入工艺腔后，通过微波放电，激发等离子体，从而在硅片表面生产一层氮化硅膜，其化学反应方程式如下：
SiH4+NH3→Si3N4+H2
丝印烧结：在电池的正反两面印刷正电极和负电极浆料，通过烧结形成太阳电池的正、负电极；浆料(银铝浆、铝浆、银浆)透过制成电极图形的网膜，印在硅片的N型层上形成正面电极，印在P型层上形成背面电极及铝背场，再通过高温快速烧结使其固化并形成欧姆接触。
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PB01 Publication
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