CN103258900A - 基于se选择性发射结的n型衬底微晶硅异质结电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法，其特征在于：以N型硅片作为电池衬底，进行以下步骤，将硅片衬底清洗制绒；通过丝网在硅片正面印刷磷墨、烘干；再对硅片进行扩散，使硅片正面形成选择性发射结N+扩散层；对硅片二次清洗；在N+扩散层上沉积a-SiNx层；在电池的背面沉积非晶硅/微晶硅叠层结构；通过丝网印刷硅片正面电极；溅射并蒸发硅片背面电极。本发明的优点：加工工艺简单快速，成本低廉，易于兼容现有工艺的电池技术，并具有极佳的钝化效果，大大提升光电转换率，提高电池使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及微晶硅异质结电池的制作方法，特别是基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法。
背景技术
基于传统工艺的高效晶体硅电池效率提升已经逐渐走到了尽头，同时研发高效率低成本且易于兼容现有主流工艺的电池技术也越发急迫。各种结构类型的选择性发射结SE电池解决方案也随之出现，但是产业化SE技术路线对电池性能改善有限。在当前电池效率超过20%的产业化电池结构中，SANYO的HIT电池以其高开路电压、工艺简单著称。本发明结合了SE电池在短波方面的优势，以及异质结电池的内在高开路电压潜质，以图将其付诸产业化大规模生产。
发明内容
本发明目的是克服现有技术存在光电转换率低、硅片钝化处理难的问题，提出了基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法，此膜贴在硅片表面，即可解决上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的：基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法，其特征在于：以N型硅片作为电池衬底，进行以下步骤，
（1） 将硅片衬底清洗制绒；
（2） 通过丝网在硅片正面印刷磷墨、烘干；
（3） 再对硅片进行扩散，使硅片正面形成选择性发射结N+扩散层；
（4） 对硅片二次清洗；
（5） 在N+扩散层上沉积a-SiNx层；
（6） 在电池的背面沉积非晶硅/微晶硅叠层结构；
（7） 通过丝网印刷硅片正面电极；
（8） 溅射并蒸发硅片背面电极。
所述步骤1具体是指，先采用NaOH溶液去除硅片衬底的损伤层；再采用KOH溶液、异丙醇IPA及制绒添加剂进行绒面刻蚀，最后经HCL溶液浸泡后，用去离子水漂洗、烘干。
所述步骤3具体是指，将硅片衬底放入扩散炉内，以三氯氧磷为液态扩散源进行一次性扩散。
所述扩散炉的温度控制在820-860℃，扩散时间为25-35分钟，使选择性扩散区方块电阻控制在70-80ohm/square，非重扩区表面方阻控制在30-40ohm/square。
所述步骤4具体是指，采用湿法刻蚀机去除硅片正面磷硅玻璃、栅线区域多余磷墨及硅片背面的磷扩散绕射背结。
所述步骤6具体是指，采用HWCVD或PECVD设备，以硅烷、氢气和硼烷为反应气源，在450℃条件下沉积厚度为10nm的非晶硅/微晶硅叠层，构成硅片衬底的背发射结。
所述步骤8具体是指，硅片衬底背面通过靶材溅射沉积一层ZnO:Al透明导电膜，并采用掩膜方式蒸发制备Al背电极，并低温退火。
本发明的优点：加工工艺简单快速，成本低廉，易于兼容现有工艺的电池技术，并具有极佳的钝化效果，大大提升光电转换率，提高电池使用性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
请参见图1，图1为本发明的结构示意图。图中所示的是基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法，其特征在于：选取电阻率在1.5～4ohmcm的N型(100)面单晶硅片作为衬底，进行以下步骤。
实施例1:（1） 将硅片衬底清洗制绒：先采用NaOH溶液去除硅片衬底的损伤层；再采用KOH溶液、异丙醇IPA及制绒添加剂进行绒面刻蚀，最后经HCL溶液浸泡后，用去离子水漂洗、烘干。
（2） 通过丝网在硅片正面印刷磷墨、烘干：在特制SE磷墨网版上，采用丝网印刷技术将磷墨转印到N型硅片衬底上，烘干后待用。
（3） 再对硅片进行扩散，使硅片正面形成选择性发射结N+扩散层：将硅片衬底放入扩散炉内，以三氯氧磷为液态扩散源进行一次性扩散。所述扩散炉的温度控制在820℃，扩散时间为25分钟，使选择性扩散区方块电阻控制在70ohm/square，非重扩区表面方阻控制在30ohm/square。经过查阅大量资料及实验数据显示,在不改变正面栅线设计的前提下,选择性非重扩区域方块电阻控制在70-80ohm/sq,与常规扩散相比，能有效改善电池短波相应，降低电池表面复合速度，提高电池开路电压(Voc);选择性重扩区域方块电阻控制在30-40ohm/sq，能获得较优的串联电阻及较高的填充因子(FF)。
（4） 对硅片二次清洗：为了消除扩散中POCL3绕射对电池性能的影响，并去除电池正面栅线区域的磷墨对后续工艺电极接触的影响。采用RENA湿法刻蚀机以去除电池正面磷硅玻璃、栅线区域多余磷墨，及电池背面磷扩散绕射背结。
（5） 在N+扩散层上沉积a-SiNx层：电池N+正面经RENA单面刻蚀去除表面残留SiO2，且经去离子水清洗烘干后，采用常规PECVD设备，以硅烷和氨气为反应气源，在450°C条件下沉积厚度为70nm，经德国CentrothermPECVD设备上沉积的a-SiNx薄膜厚度统计，在此范围70-85nm内获得电池能获得较低的反射率以及较优的表面钝化效果。
（6） 在电池的背面沉积非晶硅/微晶硅叠层结构：采用HWCVD或PECVD设备（适应于产业化大规模生产），以硅烷、氢气和硼烷为反应气源，在450℃条件下沉积厚度为10nm的非晶硅(a-Si(i))/微晶硅(u-Si(P+))，构成硅片衬底的背发射结。鉴于本非晶硅优良的界面钝化效果，本发明中采用本征非晶a-Si(i)以获得低界面态密度，发射结采用微晶硅(μ-C-Si(P+))层，以降低背电极接触电阻，改善异质结电池常见的S型IV曲线，提高电池的填充因子(FF)。
（7） 通过丝网印刷硅片正面电极：采用产业化生产线中印刷精度为30微米的印刷机，实现正面发射结重扩区与印刷电极的准确套印。
（8） 溅射并蒸发硅片背面电极：硅片衬底背面通过靶材溅射沉积一层ZnO:Al透明导电膜，并采用掩膜方式蒸发制备Al背电极，并低温退火。
经测试，通过本例方法得到的电池，其转换效率提高0.17%。
实施例2:（1） 先采用NaOH溶液去除硅片衬底的损伤层；再采用KOH溶液、异丙醇IPA及制绒添加剂进行绒面刻蚀，最后经HCL溶液浸泡后，用去离子水漂洗、烘干。
（2） 在特制SE磷墨网版上，采用丝网印刷技术将磷墨转印到N型硅片衬底上，烘干后待用。
（3） 将硅片衬底放入扩散炉内，以三氯氧磷为液态扩散源进行一次性扩散。所述扩散炉的温度控制在850℃，扩散时间为30分钟，使选择性扩散区方块电阻控制在75ohm/square，非重扩区表面方阻控制在35ohm/square。
（4） 对硅片二次清洗。
（5） 电池N+正面经RENA单面刻蚀去除表面残留SiO2，且经去离子水清洗烘干后，采用常规PECVD设备，以硅烷和氨气为反应气源，在450°C条件下沉积厚度为80nm。
（6） 在电池的背面沉积非晶硅/微晶硅叠层结构。
（7） 采用产业化生产线中印刷精度为32微米的印刷机，实现正面发射结重扩区与印刷电极的准确套印。
（8） 硅片衬底背面通过靶材溅射沉积一层ZnO:Al透明导电膜，并采用掩膜方式蒸发制备Al背电极，并低温退火。
经测试，通过本例方法得到的电池，其转换效率提高0.19%。
实施例3:（1） 先采用NaOH溶液去除硅片衬底的损伤层；再采用KOH溶液、异丙醇IPA及制绒添加剂进行绒面刻蚀，最后经HCL溶液浸泡后，用去离子水漂洗、烘干。
（2） 在特制SE磷墨网版上，采用丝网印刷技术将磷墨转印到N型硅片衬底上，烘干后待用。
（3） 将硅片衬底放入扩散炉内，以三氯氧磷为液态扩散源进行一次性扩散。所述扩散炉的温度控制在860℃，扩散时间为35分钟，使选择性扩散区方块电阻控制在80ohm/square，非重扩区表面方阻控制在40ohm/square。
（4） 对硅片二次清洗。
（5） 电池N+正面经RENA单面刻蚀去除表面残留SiO2，且经去离子水清洗烘干后，采用常规PECVD设备，以硅烷和氨气为反应气源，在450°C条件下沉积厚度为78nm。
（6） 在电池的背面沉积非晶硅/微晶硅叠层结构。
（7） 采用产业化生产线中印刷精度为25微米的印刷机，实现正面发射结重扩区与印刷电极的准确套印。
（8） 硅片衬底背面通过靶材溅射沉积一层ZnO:Al透明导电膜，并采用掩膜方式蒸发制备Al背电极，并低温退火。
经测试，通过本方法得到的电池，其转换效率提高0.18%。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法，其特征在于：以N型硅片作为电池衬底，进行以下步骤，
（1） 将硅片衬底清洗制绒；
（2） 通过丝网在硅片正面印刷磷墨、烘干；
（3） 再对硅片进行扩散，使硅片正面形成选择性发射结N+扩散层；
（4） 对硅片二次清洗；
（5） 在N+扩散层上沉积a-SiNx层；
（6） 在电池的背面沉积非晶硅/微晶硅叠层结构；
（7） 通过丝网印刷硅片正面电极；
（8） 溅射并蒸发硅片背面电极。
2.根据权利要求1所述的基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法，其特征在于：步骤1具体是指，先采用NaOH溶液去除硅片衬底的损伤层；再采用KOH溶液、异丙醇IPA及制绒添加剂进行绒面刻蚀，最后经HCL溶液浸泡后，用去离子水漂洗、烘干。
3.根据权利要求1所述的基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法的制备方法，其特征在于：所述步骤3具体是指，将硅片衬底放入扩散炉内，以三氯氧磷为液态扩散源进行一次性扩散。
4.根据权利要求3所述的基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法的制备方法，其特征在于：所述扩散炉的温度控制在820-860℃，扩散时间为25-35分钟，使选择性扩散区方块电阻控制在70-80ohm/square，非重扩区表面方阻控制在30-40 ohm/square。
5.根据权利要求1所述的基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法的制备方法，其特征在于：所述步骤4具体是指，采用湿法刻蚀机去除硅片正面磷硅玻璃、栅线区域多余磷墨及硅片背面的磷扩散绕射背结。
6.根据权利要求1所述的基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法的制备方法，其特征在于：所述步骤6具体是指，采用HWCVD或PECVD设备，以硅烷、氢气和硼烷为反应气源，在450℃条件下沉积厚度为10nm的非晶硅/微晶硅叠层，构成硅片衬底的背发射结。
7.根据权利要求1所述的基于SE选择性发射结的N型衬底微晶硅异质结电池的制备方法的制备方法，其特征在于：所述步骤8具体是指，硅片衬底背面通过靶材溅射沉积一层ZnO:Al透明导电膜，并采用掩膜方式蒸发制备Al背电极，并低温退火。
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