CN103165753B - 一种准单晶硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种准单晶硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：对准单晶硅片进行分类；根据不同的分类选择制绒方法，对所述准单晶硅片的正面进行制绒；在所述硅片正面形成P扩散层，然后去除所述硅片正面的PSG和周边P扩散层；在所述硅片正面形成减反膜；在所述硅片背面形成背电极和铝背场；在所述硅片正面形成正电极。本发明通过对准单晶硅片进行更加细致地分类；然后根据准单晶硅片的不同分类选择适当的制绒工艺，进而获得外观均匀、效率分布窄、光电转化效率高的太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地说，涉及一种准单晶硅太阳能电池的制备方法。
背景技术
准单晶硅是利用多晶硅铸锭技术生产出的类似单晶硅甚至全单晶硅的产品。准单晶硅将单晶硅和多晶硅的优势相结合，具有晶界少、位错密度低、产量大、效率高等特点。目前，准单晶硅片的制备技术已相对成熟，其在太阳能电池上的应用成为各大研究机构和厂商关注的热点，部分企业已经开始进行准单晶硅电池的批量生产。
虽然准单晶硅中单晶硅的比例较高，一般都在50%以上，但其中也存在少量的多晶硅，因此，也会存在大的晶界和小的微晶界缺陷。目前，准单晶硅片的制绒成了关系太阳能电池制造的重要环节：采用碱制绒，多晶硅区域会发亮，会严重影响太阳能电池片的外观，但效率较高，可接近单晶硅，如图3所示；采用酸制绒，不存在发亮问题，但电池效率接近多晶硅，如图4所示。为了解决上述问题，出现了酸碱混合制绒的方法，即晶澳太阳能有限公司推出的先酸后碱的制绒方法和向日葵光能科技有限公司发明的先碱后酸的制绒方法。但是，这两种方法改进的空间很小，且工艺繁琐，不适应于大批量生产。此外，还可以采用反应离子刻蚀制绒，这种方法能获得外观均匀、电池效率高的准单晶硅太阳能电池，但其制造成本较高。
如果能对准单晶硅片进行分类，再根据不同的分类选择合适的制绒方法，将会大大提高准单晶硅太阳能电池的电池效率。在现有技术中，仅仅采用外观分辨的方式来对准单晶硅片进行分类，由于准单晶硅片存在多晶的大晶界以及微晶界，仅凭外观只能分辨出多晶的大晶界，硅片厂家一般根据这个标准对准单晶硅片进行分类，是一种能大致将硅片质量进行分级的方法。但是小的微晶界根本无法从外观区分，它只能在湿法制绒后才能表现出来。由于微晶界对电池的效率影响很大，因此获得的准单晶硅电池效率分布广，有时候会出现严重分层，如同一外观的硅片出现平均效率18.5%和17.8%截然不同的两批电池，这给准单晶硅电池的大批量生产带来了极大的阻力。因此，我们需要根据硅片的质量选择不同的制绒方法，这样一方面电池的效率分布相对较窄；另一方面也能根据各种制绒方法的特点来选择最优的制绒工艺，力求使得到的准单晶电池效率最高，成本最低。当然电池效率的最高也需要在保证硅片外观均匀的前提。
综上所述，为了解决现有技术中的对于准单晶硅选择制绒方式上的缺陷，需要在制绒前将初步分类的准单晶硅片再次准确分类的方法，以便根据不同类别的准单晶硅片选择不同的制绒方式，进而制备出光电转换效率较高的太阳能电池片。
发明内容
为了解决现有技术中对于准单晶硅进行制绒后得到的太阳能电池片电池效率低的问题，本发明提供一种准单晶硅太阳能电池的制备方法。本发明提供的方法中，在对准单晶硅片进行简单地分类后，进一步对准单晶硅片进行少子寿命检测，该检测能更好地反应晶体内部的缺陷、杂质和晶界等信息。本发明通过利用上述信息对准单晶硅片进行更加细致地分类；然后根据准单晶硅片的不同分类选择适当的制绒工艺，进而获得外观均匀、效率分布窄、光电转化效率高的太阳能电池。此外，采用本发明提供的方法，由于根据不同的准单晶硅片的质量来指定制绒工艺，还能够最大化地降低生产成本。
根据本发明的一个方面，提供了一种准单晶硅太阳能电池的制备方法，其中，包括以下步骤：
a）对准单晶硅片进行分类；
b）根据不同的分类选择制绒方法，对所述准单晶硅片的正面进行制绒；
c）在所述硅片正面形成P扩散层，然后去除所述硅片正面的PSG和周边P扩散层；
d）在所述硅片正面形成减反膜；
e）在所述硅片背面形成背电极和铝背场；
f）在所述硅片正面形成正电极。
根据本发明的一个优选实施方式，其中，所述步骤a）包括：
a1）根据单晶含量测试结果将所述准单晶硅片分为A类和B类；
a2）采用在线少子寿命检测方法，获取所述准单晶硅片的少子寿命，根据所述准单晶硅片的少子寿命进一步将所述A类准单晶硅片分为Ⅰ类和Ⅱ类，将所述B类准单晶硅片分为Ⅲ类和Ⅳ类。
根据本发明的又一个优选实施方式，其中，所述步骤b）具体包括以下步骤中的至少一个步骤：
b1）对Ⅰ类准单晶硅片进行碱制绒；
b2）对Ⅱ类准单晶硅片和/或Ⅳ类准单晶硅片进行干法制绒；
b3）对Ⅲ类准单晶硅片进行酸制绒。
本专利提供一种硅片的在线检验，它能对初步分类的准单晶硅片再次进行分类，即采用在线少子寿命测试系统，根据硅片的少子寿命大小获得不同质量的准单晶硅片。然后将细致分类的硅片，采用其最优匹配的制绒工艺进行制绒，一方面将效率最大化，另一方面保证电池的外观均匀。
本专利能极大的解决准单晶电池的外观和效率的最优化的问题，对于降低电池成本、开阔准单晶电池市场很有帮助。
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所示为根据本发明的一种准单晶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所示为根据图1所示的一种准单晶硅太阳能电池的制备方法中的步骤S101的分解步骤示意图；
图3所示为传统工艺中，对准单晶硅片进行碱制绒之后的照片；
图4所示为传统工艺中，对准单晶硅片进行酸制绒之后的照片。
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所示为根据本发明的一种准单晶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，对准单晶硅片进行分类。现有技术中，通常对准单晶硅片进行简单的粗略的分类，例如通过外观进行分类，但是这种分类方式并不准确。参考图2，为了对准单晶硅片进行准确分类，步骤S101进一步包括以下两个步骤：
S101-1，根据单晶含量将所述准单晶硅片分为A类和B类。可以根据晶体的晶面方向、外观和电阻率等方面来确定准单晶硅片中的单晶含量。
其中，A类准单晶硅片中的单晶含量为80%～100%，例如，80%，90%或100%。B类准单晶硅片中的单晶含量为30%～80%，例如，30%，50%或79%。单晶硅含量越高说明准单晶硅片的质量越好，可以看出A类准单晶硅片的质量要高于B类准单晶硅片。
本领域人员可以理解，少子寿命越大，说明准单晶硅片的质量越好，因此，通过测量少子寿命，也可以看出A类准单晶硅片的质量要高于B类准单晶硅片。A类准单晶硅片的少子寿命为20微秒～100微秒，例如：20微秒，55微秒，80微秒或100微秒。B类准单晶硅片的少子寿命为0.1微秒～20微秒，例如：0.1微秒，10微秒或19.9微秒。
S101-2，采用在线少子寿命检测方法，获取所述准单晶硅片的少子寿命，根据所述准单晶硅片的少子寿命进一步将所述A类准单晶硅片分为Ⅰ类和Ⅱ类，将所述B类准单晶硅片分为Ⅲ类和Ⅳ类。
少子寿命检测法可根据需要选择准稳态光电导法、表面光电压法、微波光电导衰减法等合适的方法。在线少子寿命检测方法，可以流水线化地对准单晶硅片进行进一步分类。通过测量待测准单晶硅片的少子寿命，并与一阈值进行比较判断，可将A类准单晶硅片再次细分为Ⅰ类和Ⅱ类，将所述B类准单晶硅片再次细分为Ⅲ类和Ⅳ类。
在所述A类准单晶硅片中，当少子寿命大于60微秒且小于100微秒时，所述A类准单晶硅片定义为Ⅰ类，当少子寿命小于60微秒且大于20微秒时，所述A类准单晶硅片定义为Ⅱ类。优选的，Ⅰ类准单晶硅片的平均少子寿命是Ⅱ类准单晶硅片的平均少子寿命的1.2～10倍。
在所述B类准单晶硅片中，当少子寿命大于10微秒且小于20微秒时，所述B类准单晶硅片定义为Ⅲ类，当少子寿命小于10微秒且大于0.1微秒时，所述B类准单晶硅定义为Ⅳ类。优选的，所述Ⅲ类准单晶硅片的平均少子寿命是Ⅳ类准单晶硅片的平均少子寿命的1.2～10倍。
步骤S102，根据不同的分类选择制绒方法，对所述准单晶硅片的正面进行制绒。即，根据不同的准单晶硅片分类，从如下步骤中选择至少一个对准单晶硅片进行制绒。
S102-1，对Ⅰ类准单晶硅片进行碱制绒。碱溶液所使用的制剂通常包括氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钾（KOH）等各种适合制绒的碱性化学品。优选的，所选碱性溶液的浓度范围为1%～10%，例如：1%，5%或10%。优选的，反应温度控制在60℃～100℃的范围内，例如：60℃，78℃或100℃。
采用碱性制绒后的Ⅰ类准单晶硅片之后按照常规的太阳能电池的生产工艺制备得到的太阳能电池发亮区域面积较小、效率较高。太阳能电池的光电转换效率可以达到18.2%～19.0%，例如：18.2%，18.7%或19.0%。
S102-2，对Ⅱ类准单晶硅片和/或Ⅳ类准单晶硅片进行干法制绒。可采用如反应离子刻蚀（RIE）、激光刻蚀等方法。
采用干法制绒后的Ⅱ类准单晶硅片反射率低、外观均一。其反射率范围为1%～20%，例如：1%，13%或20%。之后按照常规的太阳能电池的生产工艺可获得高效率的准单晶硅太阳能电池，电池效率可达到18.2%～19.0%，例如：18.2%，18.6%或19.0%。
采用干法制绒后的Ⅳ类准单晶硅片反射率低、外观均一。其反射率范围为1%～20%，例如：1%，13%或20%。之后按照常规的太阳能电池的生产工艺可获得高效率的准单晶硅太阳能电池，电池效率可达到17.4%～18.0%，例如：17.4%，17.6%或18.0%。
S102-3，对Ⅲ类准单晶硅片进行酸制绒。通常使用的酸溶液包括硝酸（HNO3）、氢氟酸（HF）等适合酸制绒的各种酸溶液。酸制绒后的Ⅲ类准单晶硅片外观均一。其反射率范围为15%～30%，例如：7%，16%或20%。之后按照常规的太阳能电池的生产工艺可获得高效率的准单晶硅太阳能电池，电池效率可达到17.4%～18.0%，例如：17.4%，17.6%或18.0%。
根据准单晶硅片的不同分类，可选用上述步骤S102-1，S102-2和/或S102-3中的一个或者多个步骤的组合。在此，本发明并不做限定。
步骤S103，在所述硅片正面形成P扩散层，然后去除所述硅片正面的PSG和周边P扩散层。可采用以POCl3为磷源在硅片正面进行P的热扩散，形成P扩散层。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（RapidThermalAnealing）处理，完成硅片的正面P扩散。
之后去除所述硅片正面的PSG（PhosphoSilicateGlass，磷硅玻璃）和周边P扩散层。在太阳能电池片生产制造过程中，可以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，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。优选的，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0.5min～2min，充入硅烷和氨气，沉积氮化硅（SiNx）减反膜。
步骤S105，在所述硅片背面形成背电极和铝背场。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。
步骤S106，在所述硅片正面形成正电极。可选的，上述背电极和/或正电极可采用印刷银浆或者电镀铜的方式制备。可选的，上述背电极和/或正电极可采用常压化学气相沉积（APCVD）技术、电镀技术（SputterDepositionSystem）或丝网印刷形成。
本发明的方法对准单晶硅片进行二次分类，可以更细化地获得准单晶硅片中的成分信息，进而采取更合适的制绒方式。通过上述处理，制备的准单晶硅太阳能电池光电转换效率高，且在生产过程中能够最大化地节约成本。
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 (3)
1.一种准单晶硅太阳能电池的制备方法，其中，
a)采用如下步骤对准单晶硅片进行分类；
a1)根据单晶含量将准单晶硅片分为A类和B类；
所述A类准单晶硅片中的单晶含量为80％～100％；
所述B类准单晶硅片中的单晶含量为30％～79％；
a2)采用在线少子寿命检测方法，获取所述准单晶硅片的少子寿命；
所述A类准单晶硅片的少子寿命为20微秒～100微秒；
所述B类准单晶硅片的少子寿命为0.1微秒～20微秒；
根据所述准单晶硅片的少子寿命进一步将所述A类准单晶硅片分为Ⅰ类和Ⅱ类，将所述B类准单晶硅片分为Ⅲ类和Ⅳ类；
将少子寿命大于60微秒且小于100微秒的所述A类准单晶硅片定义为Ⅰ类，将少子寿命小于60微秒且大于20微秒的所述A类准单晶硅片定义为Ⅱ类；
将少子寿命大于10微秒且小于20微秒的所述B类准单晶硅片定义为Ⅲ类，将少子寿命小于10微秒且大于0.1微秒的所述B类准单晶硅定义为Ⅳ类；
b)根据不同的分类选择制绒方法，对所述准单晶硅片的正面进行制绒；
b1)对Ⅰ类准单晶硅片进行碱制绒；
b2)对Ⅱ类准单晶硅片和/或Ⅳ类准单晶硅片进行干法制绒；
b3)对Ⅲ类准单晶硅片进行酸制绒；
c)在所述硅片正面形成P扩散层，然后去除所述硅片正面的PSG和周边P扩散层；
d)在所述硅片正面形成减反膜；
e)在所述硅片背面形成背电极和铝背场；
f)在所述硅片正面形成正电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述Ⅰ类准单晶硅片的平均少子寿命是Ⅱ类准单晶硅片的平均少子寿命的1.2～10倍。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述Ⅲ类准单晶硅片的平均少子寿命是Ⅳ类准单晶硅片的平均少子寿命的1.2～10倍。
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