CN103117330A - 一种太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：在硅片正面形成绒面；在所述硅片正面进行P扩散，对所述硅片背面进行抛光，并生成SiO2层，同时去除周边P扩散层，然后去除所述硅片正面的磷硅玻璃；所述硅片正面形成减反膜；在所述硅片的正面和背面分别进行丝网印刷形成电极。本发明提供的方法可以使硅片的背表面光亮如镜，有效提高硅片背面的反射率；另外，光滑的背表面可以形成更均匀的铝背场；同时生成的SiO2层具有表面钝化的作用，可以提高少子寿命。采用本发明制备方法制备的太阳能电池光电转换效率可得到极大提高。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地说涉及一种太阳能电池的制备方法。
背景技术
随着世界范围内能源危机的日益严重，越来越多的科学家关注于对太阳能的研究与利用，因此，近年来光伏产业得以快速发展。太阳能发电可有效解决传统发电方式对于不可再生能源的消耗，使用太阳能进行发电已是大势所趋。晶体硅太阳能电池在光伏电池中的市场份额保持在90%左右，占据着整个光伏产业的主导，而硅片成本是电池成本的60%～70%，因此降低硅电池片制造成本是世界众多光伏研究机构和制造企业研究的热点。
传统晶体硅太阳能电池的制备工艺如下：制绒—扩散—去除边缘和背面PN结—去除磷硅玻璃—镀膜—印刷—烧结。传统工艺为双面制绒，电池正面的绒面结构可以使入射光进行多次反射和折射，以增加电池对入射光的吸收；而电池的背面则希望获得光滑的平面结构，以增强对光的反射，使得透入硅片的入射光能够反射回去，再次获得吸收利用。因此，传统的双绒面结构会使硅片中约三分之二的光直接透射出电池体外，降低了电池的光电转换效率。而且，背面是绒面结构的电池，在印刷电极浆料后，相对于光面结构，浆料与硅片之间容易存在孔隙，在后续进行背电极烧结工艺时，极易产生铝包现象，造成电极接触不良，进一步影响电池的光电转换效率。
目前背抛光主要有两种方法：一种是正面制绒完成后，使硅片背面接触热碱液进行背抛光，例如专利申请号为201010570455.9的专利申请中所公开的方法；另一种是专利申请号为200910237701.6的专利申请所公开的方法，在硅片正面沉积保护膜，然后浸入热碱液进行抛光。
上述两种方法实质上都是利用热碱溶液对硅的强腐蚀性来制作光滑的背表面，对于目前晶硅太阳能电池薄片化的发展趋势，强腐蚀的方法对硅片的腐蚀量较大，从而导致制作过程中的碎片率增加，进而成本增加。因此需要一种能够既能得到良好的背面抛光效果又可以减小碎片率的背面抛光方法。
发明内容
为了解决现有技术中，对硅片背面采用强碱性溶液抛光导致的硅片腐蚀量大，后续制造太阳能电池的过程中碎片率高等问题，本发明公开了一种太能电池的制备的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池的制备方法，其中，包括以下步骤：
a）在硅片正面形成绒面；
b）在所述硅片正面进行P扩散；
c）对所述硅片背面进行抛光，并生成SiO2层，同时去除周边P扩散层，然后去除所述硅片正面的磷硅玻璃；
d）在所述硅片正面形成减反膜；
e）在所述硅片的正面和背面分别进行丝网印刷形成电极。
根据本发明的一个优选实施例，对所述硅片进行背面抛光时，采用混合酸性溶液对所述硅片进行腐蚀。
根据本发明的另一个优选实施例，所述混合酸性溶液为硝酸与氢氟酸的混合溶液。
根据本发明的又一个优选实施例，所述硝酸与所述氢氟酸的体积比为16:1～25:1。
根据本发明的又一个优选实施例，所述混合酸性溶液中还包括去离子水。
根据本发明的又一个优选实施例，所述混合酸性溶液中，所述硝酸的质量分数为39%～95%；所述氢氟酸的质量分数为5%～37%；所述去离子水的质量分数为0～16%。
根据本发明的又一个优选实施例，所述混合酸性溶液中还包括硫酸。
根据本发明的又一个优选实施例，所述硫酸的体积与未加入硫酸时的所述混合酸性溶液的体积的体积比为17:65。
根据本发明的又一个优选实施例，所述步骤c）的反应温度为6℃～25℃。
本发明提供的太阳能电池的制备方法在去除磷硅玻璃后将硅片背面浸入高浓度HNO3低HF溶液中生长SiO2层，由于该溶液中HNO3过剩，腐蚀速率取决于SiO2形成后被HF除去的能力，鉴于刚腐蚀的表面上总是覆盖着相当厚的SiO2层（
），所以该溶液是“自钝化”的。该溶液对硅的腐蚀速率主要受络和物扩散而被除去的速率所限制，所以对晶体硅的结晶学取向不敏感，是真正的抛光腐蚀。通过本发明的方法对硅片进行背面抛光，可以使硅片的背面光亮如镜，将硅片背面的反射率提高2%左右。光滑的背表面不仅有利于烧结时铝硅的反应，形成更均匀的铝背场；而且具有更强的反射作用，可以增加入射光的吸收，提高电池片长波段的光谱响应，进而提高短路电流和开路电压。此外，生成的SiO2层对电池的背场具有钝化作用，实验证明，相比现有的制备工艺，采用本发明提供的方法制备得到的太阳能电池的长波响应好，光电转换效率有0.1%～0.3%左右的提升。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本发明提供的一种晶体硅太阳能电池的制备方法的一个具体实施方式的流程示意图；
图2是硝酸+氢氟酸+去离子水系统中，不同成分配比对硅腐蚀特性的影响的三元相图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
参考图1，图1为根据本发明的一种晶体硅太阳能电池的制备方法的一个具体实施方式的流程示意图。
步骤S101，在硅片正面形成绒面，即制绒。制绒的结果使入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。绒面的制备通常采用化学腐蚀法，如使用各类酸、碱和有机溶剂等来实现。常用的碱性溶液例如：氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。目前常用廉价的浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面。为了获得均匀的绒面，可选的，还可在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂。但是，在正面制绒的过程中，由于硅片浸入腐蚀性溶液中，因此硅片的背面也会形成我们并不需要的绒面结构，以致影响太阳能电池的光电转换效率。
制绒后，进一步执行步骤S102，在所述硅片正面进行P扩散。
P扩散可采用以POCl3为磷源在硅片正面进行P的热扩散。还可以先在硅片的正面喷涂磷酸或其他含磷的掺杂源，然后通过快速热退火（Rapid ThermalAnealing）处理，同时完成硅片的正面P扩散。
由于在制绒的过程中，会在硅片背面形成绒面结构，而透入硅片中的入射光有三分之二直接投射出电池体外，降低了电池的光电转换效率。为了使硅片的背面能够光滑平整，以增强对入射光的反射和利用，继续执行步骤S103，对所述硅片背面进行抛光，并生成SiO2层，同时去除周边P扩散层，然后去除所述硅片正面的磷硅玻璃。
将硅片背面置于混合酸性溶液上对其进行腐蚀以便对硅片进行背面抛光。优选的实施方式是借助于混合酸性溶液的表面张力和辊轮向前运动带动硅片向前移动，使硅片的背面和四周接触所述混合酸性溶液从而进行背面抛光。
优选的，采用高浓度硝酸（HNO3）和低浓度氢氟酸（HF）组成的酸性混合溶液。优选的，所述硝酸与所述氢氟酸的体积比为16:1～25:1。例如，16:1，20:1或25:1。由于在该酸性混合溶液中，硝酸过剩，因此腐蚀速率取决于SiO2形成后被氢氟酸除去的能力。鉴于刚刚腐蚀的硅片表面上总是覆盖着相当厚的SiO2层（
），所以该溶液是“自钝化”的。该酸性混合溶液对硅片的腐蚀速率主要受络和物扩散而被除去的速率所限制，所以对晶体硅的结晶学取向不敏感，是真正的抛光腐蚀。
可选的，所述混合酸性溶液中还包括去离子水（H2O）。优选的，在上述混合酸性溶液中：硝酸的质量分数为39%～95%，例如，39%，65%或95%；氢氟酸的质量分数为5%～37%，例如，5%，17%或37%；去离子水的质量分数为0～16%，例如，0，8%或16%。
参考图2，图2为是硝酸+氢氟酸+去离子水系统中，不同成分配比对硅腐蚀特性的影响的三元相图。A区的腐蚀速率会对硅片的腐蚀产生相当大的影响，因此要控制硅腐蚀就很困难，有鉴于此，对该区不作讨论。B区的腐蚀需加入催化剂，而本发明提供的方法并未加入催化剂。C区的腐蚀速率与硝酸的浓度无关，电子转移过程对硅片的几何形状（角、棱）影响较小。在这个区，较多的反应中心可能首先开始腐蚀，但不久就会被蒙上一层SiO2。生成的SiO2保护这些反应中心不被过度氧化，而表面的其他部分会继续反应。由于氢氟酸是限制腐蚀速率的因素，所以最后形成一层均匀的氧化层，硅的表面呈镜状、角和棱圆滑。D区的化学反应较赖于氢氟酸，腐蚀后的硅片表面粗糙。E区的溶液腐蚀后的硅片表面光亮如镜。F区虽然有较好的选择性，但是其腐蚀速率慢。因此，优选的，在本发明中，步骤S103中选取C区和E区的混合酸性溶液。
可选的，上述混合酸性溶液中还包括硫酸（H2SO4）。所述硫酸的体积与未加入硫酸时的混合酸性溶液（包括硝酸、氢氟酸和去离子水）的体积的体积比为17:65。
优选的，步骤S103的反应温度为6℃～25℃，例如，6℃，13℃或25℃。
通过酸性混合溶液的腐蚀可以使硅片的背面光亮如镜，将硅片背面的反射率提高2%左右，光滑的背表面不仅有利于烧结时铝硅的反应，形成更均匀的铝背场，而且具有更强的反射作用，可以增加入射光的吸收，提高电池片长波段的光谱响应，进而提高短路电流和开路电压。且生成的SiO2层对电池的背场具有钝化作用。
进一步地，生成SiO2层。该层的生成可以进一步减小硅片背面的凹凸感，使硅片背面更加光滑。此光滑的背面结构不仅可以增加长波响应，而且减小了背面金属电极与硅的复合率。在生成SiO2的同时，去除周边P扩散层
去除所述硅片正面的PSG（Phospho Silicate Glass，磷硅玻璃）。在太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法也即把硅片放在腐蚀性溶液（如氢氟酸、氢氧化钠等各类酸/碱或有机溶液）中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层PSG。
步骤S104，在所述硅片正面形成减反膜。沉积减反膜可以采用本领域技术人员熟知的各种常规方法。举例说明，可以将硅片置于氢气气氛的管式PECVD炉中，温度400℃～800℃，退火5min～30min；然后将炉管抽真空至0Pa～50Pa，去除残余气体；恒定压强1min～2min，充入硅烷和氨气，沉积氮化硅（SiNx）减反膜。
步骤S105，在所述硅片的正面和背面分别进行丝网印刷形成电极。
铝背场具有钝化和反型的功能，可进一步降低载流子复合，提高少子寿命，提高电池效率。通过丝网印刷的方法在硅片的背面印刷一层铝浆，然后烧结即可形成铝背场。在铝背场上形成背电极，以及在硅片正面形成正电极可选的，可以采用常压化学气相沉积（APCVD）技术、电镀技术（SputterDeposition System）或丝网印刷等方式。例如，在铝背场上采用印刷银浆的方式制备背电极。在硅片的正面进行丝网印刷，印刷银浆形成正电极。
本发明的方法通过酸性混合溶液对硅片背面进行腐蚀抛光，并生长SiO2，可以有效提高入射光的吸收率，使制成的太阳能电池的光电转换效率比传统方式制得太阳能电池转换效率有0.1%～0.3%左右的提升。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
Claims (9)
1.一种晶体硅太阳能电池的制备方法，其中，包括以下步骤：
a）在硅片正面形成绒面；
b）在所述硅片正面进行P扩散；
c）对所述硅片背面进行抛光，并生成SiO2层，同时去除周边P扩散层，然后去除所述硅片正面的磷硅玻璃；
d）在所述硅片正面形成减反膜；
e）在所述硅片的正面和背面分别进行丝网印刷形成电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，对所述硅片进行背面抛光时，采用混合酸性溶液对所述硅片进行腐蚀。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述混合酸性溶液为硝酸与氢氟酸的混合溶液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述硝酸与所述氢氟酸的体积比为16:1～25:1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述混合酸性溶液中还包括去离子水。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述混合酸性溶液中，所述硝酸的质量分数为39%～95%；所述氢氟酸的质量分数为5%～37%；所述去离子水的质量分数为0～16%。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，所述混合酸性溶液中还包括硫酸。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述硫酸的体积与未加入硫酸时的所述混合酸性溶液的体积的体积比为17:65。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的制备方法，其中，所述步骤c）的反应温度为6℃～25℃。
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