CN103311377A - 一种提升光伏电池片并联电阻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提升光伏电池片并联电阻的方法。根据本发明的一种选择性发射结电池的制备工艺，包括：制备含发射结的硅片；在所述硅片正面设置掩模，所述掩模保护所述硅片正面的待金属化区域以及所述硅片正面的边缘部分；对所述硅片进行正面刻蚀；去除所述掩模；以及对所述硅片进行背面和正面边缘刻蚀。所述掩模包括设置在所述硅片正面的边缘部分上的掩模外框。本发明还公开了通过上述制备工艺制得的选择性发射结电池。
Description
技术领域
本发明属于光伏领域。具体地，本发明涉及一种提升光伏电池片并联电阻的方法。
背景技术
选择性发射结(Selected emitter，简称SE)电池制备技术是近年来逐步推广的一种高效的光伏电池制备技术，其原理是采用电池正表面栅线区域重扩散（拓宽烧结窗口、降低接触电阻）、正表面其它受光区域轻扩散（降低表面少子复合速率）的结构设计来达到提升电池效率的目的，提升幅度在0.3%（绝对值）左右。
并联电阻(简称Rsh)是光伏电池片的一项重要评价指标，能衡量p/n结抗反击穿的能力大小。虽然在电池片性能的判定中，Rsh只要高于某一阈值即可（低于该阈值即被判为并联失效），但在光伏电池组件的实际工作中，并联电阻越大，组件的稳定性越好，发电量越高。
目前SE电池的制备方法主要有以下几种：
1）磷不可渗透浆料扩散技术。在制绒后的硅片表面选择性地印刷磷不可渗透浆料，烘干后在扩散炉里进行扩散。在待印栅线区域由于有磷不可渗透浆料的叠加扩散而形成重扩区，在其它待受光区表面则只有POCl3磷源的扩散而形成轻扩区。由于该种特殊浆料的成本非常昂贵，且为少有几个公司所垄断，所以在工业应用上没有大规模推广。可参考中国专利申请CN200810021462.6等。
2）激光掺杂技术。完成制绒和扩散步骤后，在待印栅线区域进行激光处理，通过激光瞬间的高温来驱动表面PSG中的磷原子快速的扩散，从而在局部形成重扩区。该方法的特点是工艺相对简单，但激光处理的成本较高，同时会引入一定的损伤，增强表面少子的复合。可参考中国专利申请CN201210009252.1等。
3）掩膜技术—先背面刻蚀、后正面刻蚀技术。完成制绒和重扩散步骤后，在待印栅线区域表面叠加掩膜，如蜡和其它可以保护该区域不被后续刻蚀液进行刻蚀的任何保护性介质。将有掩膜的硅片在刻蚀液中先进行背面刻蚀，去除背面和正面外边缘的发射结，再进行正面刻蚀，去除非掩膜区表面的PSG和一部分发射结，使无掩膜覆盖区表面被刻蚀，形成轻扩区。该方法成本相对较低，没有涉及到特殊浆料和激光等高成本工序，所以目前在行业内得到了一定幅度的推广应用。可参考中国专利申请CN201110418857.1等。
4）掩膜技术—先正面刻蚀、后背面刻蚀技术。完成制绒和重扩散步骤后，在待印栅线区域表面叠加掩膜，如蜡和其它可以保护该区域不被后续刻蚀液进行刻蚀的任何保护性介质。将有掩膜的硅片在刻蚀液中先进行正面刻蚀，去除正面非掩膜区表面的PSG和一部分发射结，再进行背面刻蚀，使背面和正面边缘的发射结被完全腐蚀掉，从而形成轻扩区。该方法成本相对方法（3）更为低廉，应用前景更为广阔。但是，由于正面刻蚀完成后，正面边缘区域是裸露的硅，不亲水，所以在后续的背面刻蚀中很难进行刻蚀。所以该方法容易产生大量的并联失效电池片，极大地限制了该工艺的大规模推广。
发明内容
本发明的目的在于在上述制备方法4)的基础上，发明一种提升选择性发射结电池片并联电阻的方法，解决当前光伏领域选择性发射极电池不能得到大规模应用的迫切难题。
总体而言，本发明创造性地在用于正面刻蚀的掩膜制备过程中，在硅片正面边缘添加一额外掩膜外框，正面刻蚀后去除该掩模外框。由于硅片正表面边缘保留有具有很强亲水性的磷硅酸玻璃（PSG）膜，从而实现了边缘刻蚀效果的完全达成。该方法可以大幅提升电池片的并联电阻，降低并联失效比例，提高电池转换效率。
根据本发明的一种选择性发射结电池的制备工艺，包括：制备含发射结的硅片；在所述硅片正面设置掩模，所述掩模保护所述硅片正面的待金属化区域以及所述硅片正面的边缘部分；对所述硅片进行正面刻蚀；去除所述掩模；以及对所述硅片进行背面和正面边缘刻蚀。
根据本发明的一个方面，其中所述掩模包括设置在所述硅片正面的边缘部分上的掩模外框。
根据本发明的一个方面，其中所述掩模外框的宽度为0.2－1mm。
根据本发明的一个方面，所述掩模外框的外侧和所述硅片的边缘相距0.05－0.5mm。
根据本发明的一个方面，所述掩模在正面刻蚀期间在所述硅片正面的边缘部分保留亲水性的磷硅玻璃层。
根据本发明的一个方面，所述亲水性的磷硅玻璃层在背面和正面边缘刻蚀期间被刻蚀。
根据本发明的一个方面，通过丝网刷蜡浆料法或通过喷墨法在所述硅片的正表面设置所述掩模。
根据本发明的一个方面，上述制备方法还包括，在所述背面和正面边缘刻蚀后：对所述硅片进行表面纯化；以及对所述硅片进行金属化。
根据本发明的一个方面，上述制备方法中，所述制备含发射结的硅片的步骤包括：对硅片表面进行制绒；以及对经制绒硅片的正表面进行磷的扩散以制备发射结。
根据本发明的一个方面，一种选择性发射结电池，通过前述的制备工艺制得。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。
附图中：
图1是本发明的基本工艺流程的示例图。
图2是正面刻蚀前，根据常规工艺添加掩模的硅片的示意图。
图3是正面刻蚀前，根据本发明添加掩模的硅片的示意图，其中在硅片正面边缘区域额外添加了掩模外框。
具体实施方式
示例性工艺
一个示例性的工艺被描述如下，需说明的是，为便于理解，以下实施例给出了很多实施细节，但这些技术细节仅为示例之目的，并不构成对本发明的限制。同时，应理解，并非所有技术细节都是实施本发明所必要的。
参考图1，其示出了根据本发明的实施例的基本工艺流程：
1）制绒。对硅片表面进行制绒，包括酸制绒、碱制绒或等离子刻蚀等任何制备陷光绒面的方法。
2）扩散。在硅片的正表面进行磷的扩散，制备发射结，扩散方阻在40～55ohm/sq，表面磷原子的浓度为2E20cm-3～1E21cm-3，结深0.3～0.5微米。
3）掩模。在扩散后硅片表面的待金属化区域（电极）制备掩膜。图3给出了示例的掩模图案，其中竖线是指主栅线，横线是指细栅线，主栅线和细栅线在印刷（金属化）之前都需要做掩模。掩膜的制备方法包括丝网印刷浆料、喷墨等。本发明与常规工艺（如图2）的不同之处在于，除了在正常的待金属化区域制备掩膜外，本发明需要另外在正面的边缘部分额外添加一道掩膜外框，如附图3中的外框保护线300所示。该掩膜外框的宽度在0.2～1mm，外侧距离硅片的边缘为0.05～0.5mm。
4）将表面有掩膜的硅片进行正面刻蚀，依次经过HF/HNO3槽去除表面的PSG（磷硅玻璃）和部分的发射结，经过KOH/BDG槽去除掩膜区的掩膜和非掩膜区表面的多孔硅，经过HCl槽去除残余的碱金属离子，经过去离子水槽进一步去除表面的碱金属离子和其它离子。
5）将正面刻蚀后的硅片进行背面刻蚀和正面边缘刻蚀，完全去除背面的发射结。同时，由于正面的边缘添加了一掩膜外框，在步骤4）经过KOH/BDG槽后表面仍保留有一层PSG。由于PSG具有很强的亲水性，所以在背面刻蚀过程中，边缘很容易被HF/HNO3所刻蚀，成功达到正面发射结和背面基体绝缘的目的。进一步经过KOH槽、HCl槽和HF槽。
6）将步骤5）得到的硅片进行表面钝化，钝化的方式包括PECVD沉积氮化硅薄膜、ALD沉积氧化铝薄膜、或者是氧化铝/氮化硅叠层薄膜。
7）将步骤6）得到的硅片进行金属化，在背面印刷银铝电极、铝背场，在正面的重扩区域印刷银电极，烧结后得到电池片。
实验例
以下给出实验例以及相应的实验数据。
1)将一批尺寸为156mm的多晶硅片采用酸制绒后，在正表面进行磷扩散，扩散后的方阻为50ohm/sq，然后在正面以丝网印刷蜡浆料的方式在表面添加掩膜，除了正面的待金属化区域添加掩膜外，在正面的边缘也印刷一方形外框的掩膜，该外框离硅片边沿0.2mm，该外框的宽度为0.25mm。
2)将上述硅片依次经过HF/HNO3槽和KOH/BDG槽进行表面的刻蚀和去掩膜处理，再依次经过HCl槽和H2O槽后用热风把表面吹干。表面刻蚀后的非掩膜区方阻为95ohm/sq。
3)将上述硅片依次经过HF/HNO3槽和KOH/BDG槽进行背面刻蚀和正面边缘的刻蚀，再依次通过HCl槽、HF槽和H2O槽，去除表面残留碱，并达到洁净表面的目的。边缘刻蚀后的绝缘电阻达到3kohm以上。
4)将上述硅片在PECVD机台中进行钝化膜的沉积，沉积平均膜厚为85nm，折射率为2.1。
5)将上述硅片进行金属化和烧结，制备出电池片的性能参数如下表所示，同比改进前的电池性能参数。
上表中各参数的技术含义如下：
Uoc：开路电压；
Jsc：短路电流；
FF：填充因子；
Rsh：并联电阻；
Eff.：转换效率。
技术效果
本发明利用硅片外边缘表面不同材质的膜对刻蚀液亲水和疏水的不同特征，对膜的去除和保留进行人为设计，达到了正表面边缘成功刻蚀的目的。经实践证明，本发明可大幅度提升电池片并联电阻（提升幅度在20％～80%），消除并联失效电池片（并联失效的比例占整体的0.1％以下）。
Claims (10)
1.一种选择性发射结电池的制备工艺，包括：
制备含发射结的硅片；
在所述硅片正面设置掩模，所述掩模保护所述硅片正面的待金属化区域以及所述硅片正面的边缘部分；
对所述硅片进行正面刻蚀；
去除所述掩模；以及
对所述硅片进行背面和正面边缘刻蚀。
2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述掩模包括设置在所述硅片正面的边缘部分上的掩模外框。
3.如权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，所述掩模外框的宽度为0.2－1mm。
4.如权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，所述掩模外框的外侧和所述硅片的边缘相距0.05－0.5mm。
5.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述掩模在正面刻蚀期间在所述硅片正面的边缘部分保留亲水性的磷硅玻璃层。
6.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述亲水性的磷硅玻璃层在背面和正面边缘刻蚀期间被刻蚀。
7.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，通过丝网刷蜡浆料法或通过喷墨法在所述硅片的正表面设置所述掩模。
8.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，还包括，在所述背面和正面边缘刻蚀后：
对所述硅片进行表面纯化；以及
对所述硅片进行金属化。
9.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述制备含发射结的硅片的步骤包括：
对硅片表面进行制绒；以及
对经制绒硅片的正表面进行磷的扩散以制备发射结。
10.一种选择性发射结电池，其通过权利要求1－9中任一项所述的制备工艺制得。
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