CN103219425A - 一种用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，包括：清洗硅衬底；在硅衬底表面制备超小绒面；对硅衬底进行淡磷扩散；在淡磷扩散后的硅衬底表面沉积一层Si3N4减反射膜；对硅衬底表面的超小绒面进行激光烧蚀，形成栅线电极的沟槽；对激光烧蚀区进行清洗，除去激光烧蚀区堆积物及激光烧蚀时造成的损伤层；对激光烧蚀区进行二次浓磷扩散；以及丝网印刷机在激光烧蚀区内采用精确对准方式印刷栅线电极。本发明制备的电极结构，具有超低的遮光率和高效的陷光能力，应用在晶硅太阳电池上，电流密度高，可增加对基区光生电子的收集，降低浓磷区电阻功耗和栅线电极与衬底的接触电阻功耗，提高了电池的开路电压。
Description
技术领域
本发明属于高效晶体硅太阳电池技术领域，尤其涉及一种用于超小绒面高效太阳电池的前表面栅线接触电极结构的制备方法。
背景技术
近年来，能源紧缺问题和全球变暖的环境问题日益严重，人类对清洁的可再生能源需求空前急切，而光伏太阳能是一种重要的可再生能源，具有能源广泛，地域限制少，安全可靠等诸多优势。
自1954年第一块硅太阳电池应用至今，太阳电池经过了第一代单晶硅太阳电池，第二代薄膜电池的发展，其技术发展趋势是成本降低，效率提高。
目前市场应用的太阳电池以晶体硅电池为主，但成本高仍然是限制光伏产业发展的瓶颈。如何提高效率以降低成本成为太阳电池研究的关注点。
从目前晶硅电池对太阳光的吸收角度看，太阳光照中很大一部分光由于电池表面的反射而损失掉，超小绒面能够减小表面的反射光损失，起到很好的陷光作用，提高了短路电流，但同时引入了金属电极的接触问题，接触面积小，接触电阻较大。并且栅线电极的遮光率很大，使太阳光不能很好被利用。如果把这些损失的光有效地利用起来，则可以实现电池效率的显著提高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于超小绒面高效太阳电池的前表面栅线接触电极结构的制备方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，包括：清洗硅衬底；在硅衬底表面制备超小绒面；从制备有超小绒面的硅衬底表面对硅衬底进行淡磷扩散；在淡磷扩散后的硅衬底表面沉积一层Si3N4减反射膜；利用激光烧蚀方法对硅衬底表面的超小绒面进行激光烧蚀，形成栅线电极的沟槽；利用化学清洗方法对激光烧蚀区进行清洗，除去激光烧蚀区堆积物及激光烧蚀时造成的损伤层；对激光烧蚀区进行二次浓磷扩散；以及丝网印刷机在激光烧蚀区内采用精确对准方式印刷栅线电极。
上述方案中，所述清洗硅衬底的步骤，是使用标准清洗液RCA对硅衬底进行清洗，然后再用去离子水清洗，氮气吹干。
上述方案中，所述在硅衬底表面制备超小绒面的步骤中，超小绒面是使用HF和双氧水混合溶液湿法腐蚀制备的。
上述方案中，所述在硅衬底表面制备超小绒面的具体过程包括：将清洗后的硅衬底在HF和银盐溶液的混合溶液中腐蚀，时间30秒，然后将腐蚀后的硅衬底在HF和过氧化氢溶液的混合溶液中腐蚀3分钟，最后硅衬底浸泡在浓HNO3中，去除残留的银颗粒，然后利用HF漂洗30秒，去离子水冲洗3遍以上，进而N2吹干，得到带有超小绒面的硅衬底。
上述方案中，所述在淡磷扩散后的硅衬底表面沉积一层Si3N4减反射膜的步骤中，采用PECVD方法沉积Si3N4减反射膜，该Si3N4减反射膜的厚度为40nm-120nm。
上述方案中，所述利用激光烧蚀方法对硅衬底表面的超小绒面进行激光烧蚀形成栅线电极的沟槽的步骤中，激光波长为355nm、532nm或1064nm。
上述方案中，所述利用激光烧蚀方法对硅衬底表面的超小绒面进行激光烧蚀形成栅线电极的沟槽的步骤中，烧蚀宽度依据栅线设计的宽度而定，比栅线宽度宽10微米-20微米。
上述方案中，所述利用化学清洗方法对激光烧蚀区进行清洗，除去激光烧蚀区堆积物及激光烧蚀时造成的损伤层的步骤中，化学清洗方法采用的清洗腐蚀液为稀KOH溶液。
上述方案中，所述丝网印刷机在激光烧蚀区内采用精确对准方式印刷栅线电极的步骤中，丝网印刷具有的对准精度达到1微米。
上述方案中，该方法还包括：丝网印刷机在激光烧蚀区内采用精确对准方式印刷栅线电极之后，对栅线电极进行退火处理。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，利用激光烧蚀和烧蚀区二次浓磷扩散的方法，结合丝网印刷电极技术，制备了一种应用于超小绒面面高效太阳电池的表面栅线。这种结构具有超低的遮光率和高效的陷光能力，应用在晶硅太阳电池上，电流密度高，埋栅电极深入硅衬底内部可增加对基区光生电子的收集，浓磷扩散降低浓磷区电阻功耗和栅线电极与衬底的接触电阻功耗，提高了电池的开路电压。
2、本发明提供的这种用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，能够有效利用激光烧蚀和二次浓磷扩散的方法实现选择性发射区，与金属电极接触区域扩散浓度很高，接触电阻较小。将这种刻烧蚀区和丝网印刷电极对应起来于超小绒面太阳电池，能够有效地增加了电池对入射光的吸收和利用。增加了光生电流，提高了电池转换效率。
3、本发明提供的这种用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，在部分与现有太阳能电池制备工艺兼容的前提下，提出了创新结构，并给出有效的制备方法，以提高晶硅太阳能电池的转换效率，降低太阳能电池的生产成本。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为依照本发明实施例的制备用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的方法流程图；
图2至图9为依照本发明实施例的制备用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明通常涉及一种制备用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的方法。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。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。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。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”及/或“上方”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
参考图1，图1示出了根据本发明实施例的制备用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的方法流程图，具体包括以下步骤：
在步骤101中，首先对硅衬底201进行清洗。
其中硅衬底可以是p型硅衬底，也可以n型硅衬底。优选的，采用P型硅衬底。
步骤101使用RCA标准清洗液80℃清洗，然后用去离子水清洗，氮气吹干。
接着在步骤102中，将清洗后的硅衬底201在HF和银盐溶液的混合溶液中腐蚀，时间30秒，在硅衬底201表面形成银颗粒202，如图2所示；然后将腐蚀后的硅衬底201在HF和过氧化氢溶液的混合溶液中腐蚀3分钟，使形成于硅衬底201表面的银颗粒202进入硅衬底201表面，形成绒面203，如图3所示；最后将硅衬底201浸泡在浓HNO3中，去除进入硅衬底201表面的银颗粒202，然后利用HF漂洗30秒，去离子水冲洗3遍以上，进而N2吹干，得到带有超小绒面204的硅衬底201，如图4所示。
在步骤103中，对图4所示的绒面硅衬底201表面进行磷的表面浓度在1018-1019cm-3淡磷扩散，形成具有淡磷扩散的超小绒面205，如图5所示。
在步骤104中，在图5中淡磷扩散后的硅衬底表面450度沉积70-100nm厚的Si3N4减反射膜206，如图6所示。
优选的，步骤104中的减反射膜不限于PECVD沉积Si3N4薄膜，还可以在700-980度之间通过干法氧化或者湿法热氧化生长SiO2薄膜。
通过步骤104，形成的减反射膜厚度为80nm左右。
在步骤105中，对生长完减反射膜206的硅衬底皮秒或者飞秒激光进行时长为0.5s-10s的激光烧蚀，形成栅线电极的沟槽207，激光波长为355nm、532nm或1064nm，如图7所示。
在步骤106中，对进行了激光烧蚀的硅衬底表面的沟槽烧蚀区进行KOH、HF酸的化学清洗，以除去烧蚀区堆积物和激光损伤层。
在步骤107中，对烧蚀区进行750-980度下表面浓度在1019-1021cm-3二次浓磷扩散，如图8所示。
在步骤108中，在对图8烧蚀区二次浓磷扩散完的硅衬底沟槽烧蚀区丝网印刷电极，丝网印刷有着良好的对准精度，达到1微米左右；丝印完毕后再700-950度退火1-9分钟便形成良好的欧姆接触，如图9所示。
需要指出的是，上述关于步骤101到步骤108的具体实施例方式仅为简单清楚描述本发明原理的示意性举例，并非对本发明作任何形式上的限制，尤其是一些可通过现有工艺实现的步骤。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。本领域普通技术人员显然可知，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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。
本发明与现有技术相比具有以下明显的优点和有益效果：
1、激光烧蚀再进行丝网印刷电极结构与传统的超小绒面晶体硅结构相比，能够有效降低串联电组，提高短路电流；
2、激光烧蚀再进行丝网印刷电极结构对太阳电池载流子传输方面有辅助效果，能够减少载流子传输路径，提高载流子收集效率，增加光生电流密度；
3、采用激光烧蚀和二次浓磷扩散的办法，实现了选择性发射区，与金属电极接触的区域扩散浓度很高，接触电阻较小，发射区的薄层电阻可以较大；
在工艺制备方面较其他工艺有如下实用优点：
1、本发明采用激光烧蚀的工艺，采用的技术较为成熟，激光烧蚀的区域一定要大于栅线的宽度(依据网板的设计尺寸和丝印后的延展宽度而定)；这种技术在大面积、多品种太阳电池的研究或生产中，显得十分方便、灵活；
2、本发明采用的二次浓磷扩散的方法，实现了选择性的发射区，与金属电极接触区域扩散浓度很高，接触电阻较小，发射区的薄层电阻可以较大；
3、本发明采用的丝网印刷电极的方法，采用的技术较为成熟，简单方便；
4、制备的结构基本全采用硅基材料，原料充足，成本较低，且硅加工工艺相当成熟，有利于规模化生产的推广应用。
综上所述，本发明为用于超小绒面高效太阳电池的栅线电极结构及其制备方法，在部分与现有太阳能电池制备工艺兼容的前提下，提出了创新结构，以提高晶硅太阳能电池的转换效率，降低太阳能电池的生产成本。从而走向实用化，创造价值。本发明具有上述诸多的优点及实用价值，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，从而更加适于实用。
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。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，其特征在于，包括：
清洗硅衬底；
在硅衬底表面制备超小绒面；
从制备有超小绒面的硅衬底表面对硅衬底进行淡磷扩散；
在淡磷扩散后的硅衬底表面沉积一层Si3N4减反射膜；
利用激光烧蚀方法对硅衬底表面的超小绒面进行激光烧蚀，形成栅线电极的沟槽；
利用化学清洗方法对激光烧蚀区进行清洗，除去激光烧蚀区堆积物及激光烧蚀时造成的损伤层；
对激光烧蚀区进行二次浓磷扩散；以及
丝网印刷机在激光烧蚀区内采用精确对准方式印刷栅线电极。
2.根据权利要求1所述的用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，其特征在于，所述清洗硅衬底的步骤，是使用标准清洗液RCA对硅衬底进行清洗，然后再用去离子水清洗，氮气吹干。
3.根据权利要求1所述的用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，其特征在于，所述在硅衬底表面制备超小绒面的步骤中，超小绒面是使用HF和双氧水混合溶液湿法腐蚀制备的。
4.根据权利要求3所述的用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，其特征在于，所述在硅衬底表面制备超小绒面的具体过程包括：
将清洗后的硅衬底在HF和银盐溶液的混合溶液中腐蚀，时间30秒，然后将腐蚀后的硅衬底在HF和过氧化氢溶液的混合溶液中腐蚀3分钟，最后硅衬底浸泡在浓HNO3中，去除残留的银颗粒，然后利用HF漂洗30秒，去离子水冲洗3遍以上，进而N2吹干，得到带有超小绒面的硅衬底。
5.根据权利要求1所述的用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，其特征在于，所述在淡磷扩散后的硅衬底表面沉积一层Si3N4减反射膜的步骤中，采用PECVD方法沉积Si3N4减反射膜，该Si3N4减反射膜的厚度为40nm-120nm。
6.根据权利要求1所述的用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，其特征在于，所述利用激光烧蚀方法对硅衬底表面的超小绒面进行激光烧蚀形成栅线电极的沟槽的步骤中，激光波长为355nm、532nm或1064nm。
7.根据权利要求1所述的用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，其特征在于，所述利用激光烧蚀方法对硅衬底表面的超小绒面进行激光烧蚀形成栅线电极的沟槽的步骤中，烧蚀宽度依据栅线设计的宽度而定，比栅线宽度宽10微米-20微米。
8.根据权利要求1所述的用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，其特征在于，所述利用化学清洗方法对激光烧蚀区进行清洗，除去激光烧蚀区堆积物及激光烧蚀时造成的损伤层的步骤中，化学清洗方法采用的清洗腐蚀液为稀KOH溶液。
9.根据权利要求1所述的用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，其特征在于，所述丝网印刷机在激光烧蚀区内采用精确对准方式印刷栅线电极的步骤中，丝网印刷具有的对准精度达到1微米。
10.根据权利要求1所述的用于超小绒面高效太阳电池的电极结构的制备方法，其特征在于，该方法还包括：
丝网印刷机在激光烧蚀区内采用精确对准方式印刷栅线电极之后，对栅线电极进行退火处理。
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| CN101533871A (zh) * | 2009-04-01 | 2009-09-16 | 常州天合光能有限公司 | 晶体硅太阳电池选择性扩散工艺 |
| CN102130210A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-07-20 | 中国科学院微电子研究所 | 太阳能电池、其减反结构及形成方法 |
| CN102456765A (zh) * | 2010-10-14 | 2012-05-16 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 选择性发射极电池的制作方法 |
-
2013
- 2013-04-10 CN CN2013101226509A patent/CN103219425A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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| CN103872182A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-06-18 | 陕西师范大学 | 一种具有横向输运特性的纳米线晶硅太阳电池的制备方法 |
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