CN103094420B - 一种太阳电池背面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳电池背面处理方法，包括以下步骤：1）采用磁控溅射的方法在多晶硅片的一面镀上铝膜；2）对上述镀上铝膜后的多晶硅片进行酸制绒；3）采用离子注入的方法对制绒后的硅片进行磷扩散；4）扩散后的硅片进行退火；5）采用PECVD在硅片上表面沉积氮化硅薄膜；以及6）在硅片上下表面采用丝网印刷方式进行表面金属化，经高温烧结后完成电池的制备。本发明的方法生产成本低，易实现工业化大批量生产，与现有常规生产工艺兼容、操作简单、效率提升空间大，能有效提高太阳电池的短路电流和开路电压。
Description
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种太阳电池制备过程中的背面处理工艺。
背景技术
探索太阳电池的新工艺来降低成本，同时提高转换效率，是当前光伏业的两大目标。硅片背表面的复合对太阳电池效率的影响较大，随着硅片厚度的不断减薄，硅片背表面的复合速率对太阳电池效率的影响将越来越突出。
传统的太阳电池的背面处理采用印刷铝浆的方法，经过高温烧结后形成铝背场。一方面铝与硅基底形成铝硅共金P+层，有利于增大开路电压；另一方面金属铝背场是优良的背反射器，能把穿过电池上表面的长波段光反射回硅基底，增强光吸收。该工艺具有易于工业化生产，操作简单等优点。
然而，铝背场使太阳电池整个背面形成金属-半导体界面，该界面具有很高的少子复合速率，造成太阳电池的短路电流不高，新开发的点接触方式背电极技术如激光烧结开孔、光刻开孔、丝网印刷腐蚀性浆料开孔等，容易造成欧姆接触不良，而且激光和光刻技术都比较昂贵，产业化成本较高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种简便的太阳电池背面处理方法，该方法生产成本低，易实现工业化大批量生产，与现有常规生产工艺兼容、操作简单、效率提升空间大，能有效提高太阳电池的短路电流和开路电压。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种太阳电池背面处理方法，包括以下步骤：
1)采用磁控溅射的方法在多晶硅片的一面镀上铝膜；
2)对上述镀上铝膜后的多晶硅片进行酸制绒；
3)采用离子注入的方法对制绒后的硅片进行磷扩散；
4)扩散后的硅片进行退火处理；
5)采用PECVD在硅片上表面沉积氮化硅薄膜；以及
6)在硅片上下表面采用丝网印刷方式进行表面金属化，经高温烧结后完成电池的制备。
本发明的太阳电池背面处理方法，步骤1)，在多晶硅片的一面镀上铝膜的工艺条件是：腔体气压0.1～1Pa，温度200～300℃，工作电流1～2A，溅射时间10～30min。
本发明的太阳电池背面处理方法，所述铝膜的厚度为0.1～10μm。
本发明的太阳电池背面处理方法，步骤2)中，酸制绒工艺中，HNO3和HF的体积比在2：1～5：1，制绒时间为30～120s，反应液温度在4～10℃。
本发明的太阳电池背面处理方法，步骤3)中，磷扩散工艺条件是：加速管低真空在10～1000毫托，加热电炉功率为2200～3000W，机械泵油量为300～800mL，离子注入温度在500～1000℃，能量从300～45keV递减，目标方阻为75～90Ω。
本发明的太阳电池背面处理方法，步骤4)中，退火处理工艺中，退火温度为900～1000℃，通入氧气流量为1000～3000sccm，退火时间为5～15min，在高温下铝与硅基底反应生成铝硅共金，形成P+层，从而将背表面的缺陷态去除，降低了背面的损伤和缺陷密度。
本发明的太阳电池背面处理方法，步骤5)中，硅片上表面沉积氮化硅薄膜所采用的温度为400～500℃，真空度为1000～2000毫托，射频源功率5000～7000W，硅烷流量为700～1200sccm，氨气流量在4.5～5.5slm，镀膜时间为400～650s，厚度为80～100nm。
本发明的太阳电池背面处理方法，步骤6)中，所述硅片的上表面印刷银浆形成正面栅线电极；所述硅片的下表面用银铝浆印刷背电极，铝浆印刷铝背场。
本发明的太阳电池背面处理方法，所述硅片采用P型多晶硅片。
借由上述技术方案，本发明太阳电池背面处理方法具有的优点和有益效果是：
1、本发明太阳电池背面处理方法，适用于P型多晶硅片，由于在制绒过程中厚且致密的铝层保护了硅片背面，这样在去除铝膜后就能获得优良的背面抛光效果，铝背场在经过高温烧结后能与硅基底形成良好的镜面界面，从而增强铝背场对长波段光的反射，增强硅片对光的吸收。
2、在扩散过程中，铝膜在高温条件下与硅发生反应生成铝硅共金，在铝硅界面形成一层较薄的P+层，结合丝网印刷铝浆形成铝背场，就形成了增厚的P+层，在P+～P的界面产生一个由P区指向P+的内建电场，从而提高开路电压。
3、本发明工艺仅增加制绒前镀铝膜一步，与现有工艺兼容，而且成本较低，经过该工艺，电池的开路电压和短路电流都能得到提升，从而提高太阳电池的转换效率。
附图说明
图1为镀铝结构示意图。
1：硅片
2：铝膜
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提出了一种太阳电池背面处理方法，首先采用磁控溅射的方法沉积在该多晶硅片1的一面镀上铝膜2；对镀膜后的多晶硅片进行酸制绒；采用离子注入的方法对制绒后的硅片进行磷扩散；扩散后的硅片进行退火处理；采用PECVD在硅片上表面沉积氮化硅薄膜；在硅片上下表面采用丝网印刷方式进行表面金属化，经高温烧结后完成电池的制备。
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
实施例1
1、采用磁控溅射的方法在多晶硅片的一面镀上铝膜，腔体气压0.1Pa，温度200℃，工作电流1A，溅射时间10min，设计厚度为1μm；
2、硅片进行酸制绒，HNO3和HF的体积比在3：1，制绒时间为30s，反应液温度在5℃，由于Al在HNO3的强氧化作用下会在表面形成一层致密的钝化膜，而且制绒时间不到1min，因此Al层不会被腐蚀掉，从而形成单面制绒结构，镀铝的一面不会形成凹坑结构；
3、采用离子注入的方法对制绒后的硅片进行磷扩散，加速管低真空在10毫托，加热电炉功率为2200W，机械泵油量为300mL，离子注入温度在500℃，能量从300～45keV递减，目标方阻为75Ω；
4、扩散后的硅片进行退火，退火温度900℃，通入氧气流量为1000sccm，退火时间为5min，在高温下铝与硅基底反应生成铝硅共金，形成P+层，从而将背表面的缺陷态去除，降低了背面的损伤和缺陷密度；
5、采用PECVD在硅片上表面沉积氮化硅薄膜，温度为480℃，真空度为1000毫托，射频源功率5500W，硅烷流量为700sccm，氨气流量在4.5slm，镀膜时间为550s，厚度为80nm；
6、在硅片上下表面采用丝网印刷方式进行表面金属化，上表面印刷银浆形成正面栅线电极，下表面用银铝浆印刷背电极，铝浆印刷铝背场，再经过高温烧结，完成电池的制备。
实施例2
1、采用磁控溅射的方法在多晶硅片的一面镀上铝膜，腔体气压0.5Pa，温度250℃，工作电流1.5A，溅射时间20min，设计厚度为3μm；
2、硅片进行酸制绒，HNO3和HF的体积比在4：1，制绒时间为60s，反应液温度在7℃，由于Al在HNO3的强氧化作用下会在表面形成一层致密的钝化膜，而且制绒时间不到1min，因此Al层不会被腐蚀掉，从而形成单面制绒结构，镀铝的一面不会形成凹坑结构；
3、采用离子注入的方法对制绒后的硅片进行磷扩散，加速管低真空在100毫托，加热电炉功率为2800W，机械泵油量为600mL，离子注入温度在700℃，能量从300～45keV递减，目标方阻为85Ω；
4、扩散后的硅片进行退火，退火温度950℃，通入氧气流量为2000sccm，退火时间为10min，在高温下铝与硅基底反应生成铝硅共金，形成P+层，从而把背表面的缺陷态去除，降低了背面的损伤和缺陷密度；
5、采用PECVD在硅片上表面沉积氮化硅薄膜，温度为480℃，真空度为1000毫托，射频源功率5500W，硅烷流量为700sccm，氨气流量在4.5slm，镀膜时间为550s，厚度为80nm；
6、在硅片上下表面采用丝网印刷方式进行表面金属化，上表面印刷银浆形成正面栅线电极，下表面用银铝浆印刷背电极，铝浆印刷铝背场，再经过高温烧结，完成电池的制备。
实施例3
1、采用磁控溅射的方法在多晶硅片的一面镀上铝膜，腔体气压1Pa，温度300℃，工作电流2A，溅射时间30min，设计厚度为7μm；
2、硅片进行酸制绒，HNO3和HF的体积比在5：1，制绒时间为120s，反应液温度在9℃，由于Al在HNO3的强氧化作用下会在表面形成一层致密的钝化膜，而且制绒时间不到1min，因此Al层不会被腐蚀掉，从而形成单面制绒结构，镀铝的一面不会形成凹坑结构；
3、采用离子注入的方法对制绒后的硅片进行磷扩散，加速管低真空在500毫托，加热电炉功率为3000W，机械泵油量为800mL，离子注入温度在900℃，能量从300～45keV递减，目标方阻为90Ω；
4、扩散后的硅片进行退火，退火温度1000℃，通入氧气流量为3000sccm，退火时间为13min，在高温下铝与硅基底反应生成铝硅共金，形成P+层，从而将背表面的缺陷态去除，降低了背面的损伤和缺陷密度；
5、采用PECVD在硅片上表面沉积氮化硅薄膜，温度为480℃，真空度为1000毫托，射频源功率5500W，硅烷流量为700sccm，氨气流量在4.5slm，镀膜时间为550s，厚度为80nm；
6、在硅片上下表面采用丝网印刷方式进行表面金属化，上表面印刷银浆形成正面栅线电极，下表面用银铝浆印刷背电极，铝浆印刷铝背场，再经过高温烧结，完成电池的制备。
上述三个实施例的电池片与采用常规工艺做成的电池片其电性能数据对比，如下表1所示：
表1 实施例1-3与常规工艺的电池片电性能对比
由上述表1所反映的数据可知：采取本发明的电池背面处理方法后，三个实施例的电池片的开路电压、短路电流及电池效率均比常规工艺的电池片都有所提升。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种太阳电池背面处理方法，其特征在于包括以下步骤：
1)采用磁控溅射的方法在多晶硅片的一面镀上铝膜；
2)对上述镀上铝膜后的多晶硅片进行酸制绒；
3)采用离子注入的方法对制绒后的硅片进行磷扩散；
4)扩散后的硅片进行退火处理；
5)采用PECVD在硅片上表面沉积氮化硅薄膜；以及
6)在硅片上下表面采用丝网印刷方式进行表面金属化，经高温烧结后完成电池的制备；所述硅片的上表面印刷银浆形成正面栅线电极；所述硅片的下表面用银铝浆印刷背电极，铝浆印刷铝背场。
2.根据权利要求1所述的太阳电池背面处理方法，其特征在于：步骤1)，在多晶硅片的一面镀上铝膜的工艺条件是：腔体气压0.1～1Pa，温度200～300℃，工作电流1～2A，溅射时间10～30min。
3.根据权利要求2所述的太阳电池背面处理方法，其特征在于：所述铝膜的厚度为0.1～10μm。
4.根据权利要求1所述的太阳电池背面处理方法，其特征在于：步骤2)中，酸制绒工艺中，HNO3和HF的体积比在2：1～5：1，制绒时间为30～120s，反应液温度在4～10℃。
5.根据权利要求1所述的太阳电池背面处理方法，其特征在于：步骤3)中，磷扩散工艺条件是：加速管低真空在10～1000毫托，加热电炉功率为2200～3000W，机械泵油量为300～800mL，离子注入温度在500～1000℃，能量从300～45keV递减，目标方阻为75～90Ω。
6.根据权利要求1所述的太阳电池背面处理方法，其特征在于：步骤4)中，退火处理工艺中，退火温度为900～1000℃，通入氧气流量为1000～3000sccm，退火时间为5～15min，在高温下铝与硅基底反应生成铝硅共金，形成P+层，从而将背表面的缺陷态去除，降低了背面的损伤和缺陷密度。
7.根据权利要求1所述的太阳电池背面处理方法，其特征在于：步骤5)中，硅片上表面沉积氮化硅薄膜所采用的温度为400～500℃，真空度为1000～2000毫托，射频源功率5000～7000W，硅烷流量为700～1200sccm，氨气流量在4.5～5.5slm，镀膜时间为400～650s，厚度为80～100nm。
8.根据权利要求1所述的太阳电池背面处理方法，其特征在于：所述硅片采用P型多晶硅片。
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