CN102969391B - 一种掩膜法制作背面抛光单晶硅电池的方法 - Google Patents

一种掩膜法制作背面抛光单晶硅电池的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掩膜法制作背面抛光单晶硅电池的方法，其目的在于克服现有背面抛光单晶硅电池制备方法存在的工艺复杂、设备要求高、生产成本高的缺陷。本发明主要步骤为抛光-背面掩膜-正面制绒-扩散制PN结-二次酸洗-正面镀氮化硅膜-丝网印刷、烧结。本发明能够在现有的常规设备上运用，工艺简单易行、生产成本低，而且不会对常规设备造成污染。

Description

一种掩膜法制作背面抛光单晶硅电池的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产技术领域，特别涉及一种掩膜法制作背面抛光单晶硅电池的方法。
背景技术
目前传统单晶硅电池工艺路线主要是通过：制绒—扩散—边缘去PN结/磷硅玻璃清洗—PECVD（等离子体气相沉积）镀氮化硅膜—丝网印刷，该工艺路线已经很成熟，但目前已经很难在电池转化效率上有个很大的突破。为此，各研究机构及企业研究各种高效电池，例如：SE电池(申请号201010547938.7)、HIT电池、N型电池(申请号201110271642.1)等，但目前大多数高效电池在实验设备上需要做很大的改进，其工艺路线复杂，因此生产成本很高，真正实现量产化还需要很长一段时间。
常规的单晶硅制绒工艺是将硅片浸入到碱液（NaOH、KOH）中形成倒金字塔形的减反射绒面，这样就造成单晶硅片两面都形成绒面。理论上，我们只需要硅片正面（受光面）有绒面就可以了，硅片背面（背光面）的绒面由于没有钝化膜的保护，硅片背面在电池片制作工艺中很容易吸收杂质造成背面少数载流子复合，降低电池片效率。背面抛光单晶硅电池是一种背面抛光、正面制绒电池，与传统单晶硅电池相比，有许多优点：低背面少数载流子复合，高开路电压(Uoc)；扩散背面边缘无磷掺杂，漏电流低；高背面反射率，长波段响应增强，提高Uoc、短路电流(Isc)；背面铝背场钝化效果增强。诸如此，背面抛光单晶硅电池光电转换效率将高于传统的单晶硅电池。
制备背面抛光单晶硅电池方法有很多种，目前主要是通过链式抛光，具体路线是：制绒—扩散—去磷硅玻璃—去背、边缘PN结和背面抛光—PECVD（氮化硅膜）—丝网印刷，其主要的优点是通过链式反应槽设备，同步实现背面抛光、边缘隔离及清洗的目的，大大简化了工艺路线。而链式抛光主要的问题在于：不能在现有常规的设备上实现；链式抛光设备比较昂贵，生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有背面抛光单晶硅电池制备方法存在的工艺复杂、设备要求高、生产成本高的缺陷，提供一种掩膜法制作背面抛光单晶硅电池的方法，能够在现有的常规设备上运用，工艺简单易行、生产成本低，而且不会对常规设备造成污染。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种掩膜法制作背面抛光单晶硅电池的方法，所述的方法步骤如下：
（1）抛光：将单晶硅片置于浓度为0.12-0.16kg/L的NaOH水溶液中抛光1-10min，然后经过盐酸酸洗，氢氟酸酸洗，水洗，甩干，形成双面抛光的单晶硅片；NaOH水溶液的浓度与抛光时间对抛光效果有着重要的影响，NaOH水溶液的浓度较低时，起到的是制绒的作用，只有NaOH水溶液的浓度较高，且合理时，才能起到较佳的抛光效果。同时，抛光时间的合理控制，也是保证抛光效果的关键因素。通过本发明的抛光处理，抛光效果好，单晶硅电池背面的反射率较高。
（2）背面掩膜：在双面抛光的单晶硅片的背面采用PECVD法镀一层氮化硅保护膜，获得具有背面掩膜的抛光硅片；这样能保护背面的抛光面在下一步制绒时不受影响。
（3）正面制绒：将具有背面掩膜的抛光硅片置于浓度为12-15g/L的NaOH水溶液中直接制绒12-18min，然后经过体积浓度为8%-12%的氢氟酸酸洗1min-3min减少氮化硅保护膜的厚度，获得背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片；由于背面有氮化硅保护膜的保护，背面不会受到影响，这样就形成正面制绒，背面抛光的单晶硅硅片。本步骤经过第一次酸洗，可以减少氮化硅保护膜的厚度，为二次清洗完全除去氮化硅保护膜做好准备；残留的氮化硅保护膜厚度为原始的50%左右，这样在下一步扩散制PN结时，能保护硅片背面及边缘不受影响，保证硅片的正面进行单面扩散。
（4）扩散制PN结：对背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片的正面进行单面扩散，形成PN结，扩散方阻为70-80R方。
（5）二次酸洗：步骤（4）形成PN结的单晶硅片直接进入体积浓度为6%-8%氢氟酸酸洗4min-5min；经过本步骤的酸洗，能完全去除氮化硅保护膜，露出抛光的背面，便于丝网印刷制电极；接下来的步骤实施时，均不会影响抛光的背面的抛光效果。
（6）正面镀氮化硅膜：采用PECVD法在步骤（5）酸洗后的单晶硅片正面镀一层氮化硅减反膜。
（7）丝网印刷、烧结：在步骤（6）处理完的单晶硅片的正面、背面通过丝网印刷制电极，经过烧结形成背面抛光单晶硅电池。丝网印刷制电极、烧结等均为现有技术。
本发明通过掩膜法制备背面抛光单晶硅电池，利用了氮化硅膜的耐碱性，保护了抛光面在制绒过程中不会形成绒面，从而形成单面制绒、单面抛光的硅片。本发明所涉及的掩膜法制单晶硅电池的优点在于，能够在现有的常规设备上使用，简单易行、生产成本低，而且不会对常规设备造成污染。不仅如此，本发明去除了传统单晶硅电池工艺中的等离子刻蚀工序，从而增加了电池片利用面积。
作为优选，步骤（1）中盐酸的体积浓度为8%-9%，盐酸酸洗1min-3min。
作为优选，步骤（1）中氢氟酸的体积浓度为8%-12%，氢氟酸酸洗1min-3min。
作为优选，步骤（2）中氮化硅保护膜的厚度为30nm-60nm、折射率为2.0-2.1。控制氮化硅保护膜的厚度能保证接下来的工艺中氢氟酸酸洗能将氮化硅保护膜清洗干净，折射率与氮化硅保护膜的致密度有关，折射率大，致密度高，这样氮化硅保护膜难以清洗干净，抛光的背面无法显露，导致无法丝网印刷电极，因此需要合理控制氮化硅保护膜的厚度及折射率。
作为优选，步骤（6）中氮化硅减反膜的厚度为75nm-80nm。
本发明的有益效果是：能够在现有的常规设备上运用，工艺简单易行、生产成本低，而且不会对常规设备造成污染。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
（1）抛光：将单晶硅片（市售125单晶硅片）置于浓度为0.12kg/L的NaOH水溶液中抛光1min，并观察抛光效果，测反射率及厚度，见表1。然后经过体积浓度为8.5%的盐酸酸洗2min，体积浓度为10%的氢氟酸酸洗2min，水洗，甩干，形成双面抛光的单晶硅片；
（2）背面掩膜：在双面抛光的单晶硅片的背面采用PECVD法（现有技术在此不作详述）镀一层厚度为50nm、折射率为2.05的氮化硅保护膜，获得具有背面掩膜的抛光硅片；
（3）正面制绒：将具有背面掩膜的抛光硅片置于浓度为13g/L的NaOH水溶液中直接制绒15min，然后经过体积浓度为10%的氢氟酸酸洗2min减少氮化硅保护膜的厚度，获得背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片；
（4）扩散制PN结：对背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片的正面进行单面扩散，形成PN结（现有技术，在此不作详述），扩散方阻为75R方；
（5）二次酸洗：步骤（4）形成PN结的单晶硅片直接进入体积浓度为7%氢氟酸酸洗4.5min；
（6）正面镀氮化硅膜：采用PECVD法在步骤（5）酸洗后的单晶硅片正面镀一层厚度为78nm的氮化硅减反膜；
（7）丝网印刷、烧结：在步骤（6）处理完的单晶硅片的正面、背面通过丝网印刷制电极，经过烧结形成背面抛光单晶硅电池，并测试电池片电性能，如表2。
实施例2
（1）抛光：将单晶硅片置于浓度为0.12kg/L的NaOH水溶液中抛光5min，并观察抛光效果，测反射率及厚度，见表1。然后经过体积浓度为8.5%的盐酸酸洗2min，体积浓度为10%的氢氟酸酸洗2min，水洗，甩干，形成双面抛光的单晶硅片；
（2）背面掩膜：在双面抛光的单晶硅片的背面采用PECVD法（现有技术在此不作详述）镀一层厚度为50nm、折射率为2.05的氮化硅保护膜，获得具有背面掩膜的抛光硅片；
（3）正面制绒：将具有背面掩膜的抛光硅片置于浓度为13g/L的NaOH水溶液中直接制绒15min，然后经过体积浓度为10%的氢氟酸酸洗2min减少氮化硅保护膜的厚度，获得背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片；
（4）扩散制PN结：对背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片的正面进行单面扩散，形成PN结（现有技术，在此不作详述），扩散方阻为75R方；
（5）二次酸洗：步骤（4）形成PN结的单晶硅片直接进入体积浓度为7%氢氟酸酸洗4.5min；
（6）正面镀氮化硅膜：采用PECVD法在步骤（5）酸洗后的单晶硅片正面镀一层厚度为78nm的氮化硅减反膜；
（7）丝网印刷、烧结：在步骤（6）处理完的单晶硅片的正面、背面通过丝网印刷制电极，经过烧结形成背面抛光单晶硅电池，并测试电池片电性能，如表2。
实施例3
（1）抛光：将单晶硅片置于浓度为0.12kg/L的NaOH水溶液中抛光10min，并观察抛光效果，测反射率及厚度，见表1。然后经过体积浓度为8.5%的盐酸酸洗2min，体积浓度为10%的氢氟酸酸洗2min，水洗，甩干，形成双面抛光的单晶硅片；
（2）背面掩膜：在双面抛光的单晶硅片的背面采用PECVD法（现有技术在此不作详述）镀一层厚度为50nm、折射率为2.05的氮化硅保护膜，获得具有背面掩膜的抛光硅片；
（3）正面制绒：将具有背面掩膜的抛光硅片置于浓度为13g/L的NaOH水溶液中直接制绒15min，然后经过体积浓度为10%的氢氟酸酸洗2min减少氮化硅保护膜的厚度，获得背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片；
（4）扩散制PN结：对背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片的正面进行单面扩散，形成PN结（现有技术，在此不作详述），扩散方阻为75R方；
（5）二次酸洗：步骤（4）形成PN结的单晶硅片直接进入体积浓度为7%氢氟酸酸洗4.5min；
（6）正面镀氮化硅膜：采用PECVD法在步骤（5）酸洗后的单晶硅片正面镀一层厚度为78nm的氮化硅减反膜；
（7）丝网印刷、烧结：在步骤（6）处理完的单晶硅片的正面、背面通过丝网印刷制电极，经过烧结形成背面抛光单晶硅电池，并测试电池片电性能，如表2。
实施例4
（1）抛光：将单晶硅片置于浓度为0.16kg/L的NaOH水溶液中抛光1min，然后经过体积浓度为8%的盐酸酸洗3min，体积浓度为12%的氢氟酸酸洗1min，水洗，甩干，形成双面抛光的单晶硅片；
（2）背面掩膜：在双面抛光的单晶硅片的背面采用PECVD法（现有技术在此不作详述）镀一层厚度为30nm、折射率为2.0的氮化硅保护膜，获得具有背面掩膜的抛光硅片；
（3）正面制绒：将具有背面掩膜的抛光硅片置于浓度为12g/L的NaOH水溶液中直接制绒18min，然后经过体积浓度为8%的氢氟酸酸洗1min减少氮化硅保护膜的厚度，获得背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片；
（4）扩散制PN结：对背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片的正面进行单面扩散，形成PN结（现有技术，在此不作详述），扩散方阻为70R方；
（5）二次酸洗：步骤（4）形成PN结的单晶硅片直接进入体积浓度为6%氢氟酸酸洗4min；
（6）正面镀氮化硅膜：采用PECVD法在步骤（5）酸洗后的单晶硅片正面镀一层厚度为75nm的氮化硅减反膜；
（7）丝网印刷、烧结：在步骤（6）处理完的单晶硅片的正面、背面通过丝网印刷制电极，经过烧结形成背面抛光单晶硅电池，并测试电池片电性能，发现镀30nm厚的氮化硅保护膜并不影响背面抛光单晶硅电池的电性能特性。
实施例5
（1）抛光：将单晶硅片置于浓度为0.14kg/L的NaOH水溶液中抛光3min，然后经过体积浓度为9%的盐酸酸洗1min，体积浓度为8%的氢氟酸酸洗3min，水洗，甩干，形成双面抛光的单晶硅片；
（2）背面掩膜：在双面抛光的单晶硅片的背面采用PECVD法（现有技术在此不作详述）镀一层厚度为60nm、折射率为2.1的氮化硅保护膜，获得具有背面掩膜的抛光硅片；
（3）正面制绒：将具有背面掩膜的抛光硅片置于浓度为15g/L的NaOH水溶液中直接制绒12min，然后经过体积浓度为12%的氢氟酸酸洗3min减少氮化硅保护膜的厚度，获得背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片；
（4）扩散制PN结：对背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片的正面进行单面扩散，形成PN结（现有技术，在此不作详述），扩散方阻为80R方；
（5）二次酸洗：步骤（4）形成PN结的单晶硅片直接进入体积浓度为8%氢氟酸酸洗5min；
（6）正面镀氮化硅膜：采用PECVD法在步骤（5）酸洗后的单晶硅片正面镀一层厚度为80nm的氮化硅减反膜；
（7）丝网印刷、烧结：在步骤（6）处理完的单晶硅片的正面、背面通过丝网印刷制电极，经过烧结形成背面抛光单晶硅电池，并测试电池片电性能，发现镀80nm厚的氮化硅保护膜并不影响背面抛光单晶硅电池的电性能特性。
由表2可以看出，本发明制得的背面抛光单晶硅电池的电性能优于传统单晶硅电池即常规硅片。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (2)

1.一种掩膜法制作背面抛光单晶硅电池的方法，其特征在于：所述的方法步骤如下：
（1）抛光：将单晶硅片置于浓度为0.12-0.16kg/L的NaOH水溶液中抛光1-10min，然后经过盐酸酸洗，氢氟酸酸洗，水洗，甩干，形成双面抛光的单晶硅片；
（2）背面掩膜：在双面抛光的单晶硅片的背面采用PECVD法镀一层氮化硅保护膜，获得具有背面掩膜的抛光硅片；
（3）正面制绒：将具有背面掩膜的抛光硅片置于浓度为12-15g/L的NaOH水溶液中直接制绒12-18min，然后经过体积浓度为8%-12%的氢氟酸酸洗1min-3min减少氮化硅保护膜的厚度，获得背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片；
（4）扩散制PN结：对背面残留一定厚度氮化硅保护膜的正面制绒的单晶硅片的正面进行单面扩散，形成PN结，扩散方阻为70-80 Ω/□；
（5）二次酸洗：步骤（4）形成PN结的单晶硅片直接进入体积浓度为6%-8%氢氟酸酸洗4min-5min；
（6）正面镀氮化硅膜：采用PECVD法在步骤（5）酸洗后的单晶硅片正面镀一层氮化硅减反膜；
（7）丝网印刷、烧结：在步骤（6）处理完的单晶硅片的正面、背面通过丝网印刷制电极，经过烧结形成背面抛光单晶硅电池；
步骤（1）中盐酸的体积浓度为8%-9%，盐酸酸洗1min-3min；步骤（1）中氢氟酸的体积浓度为8%-12%，氢氟酸酸洗1min-3min；步骤（2）中氮化硅保护膜的厚度为30nm-60nm、折射率为2.0-2.1。
2.根据权利要求1所述的一种掩膜法制作背面抛光单晶硅电池的方法，其特征在于：步骤（6）中氮化硅减反膜的厚度为75nm-80nm。
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