CN103378213A

CN103378213A - 一种腐蚀制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法

Info

Publication number: CN103378213A
Application number: CN2012101211034A
Authority: CN
Inventors: 黄惠东; 陈永虹; 赖江海; 肖海东; 林禹
Original assignee: NANAN SANJING SUNSHINE AND POWER Co Ltd
Current assignee: NANAN SANJING SUNSHINE AND POWER Co Ltd
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2013-10-30

Abstract

该发明涉及一种腐蚀制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法，属于太阳能电池领域。本发明在原有晶体硅太阳能电池工艺和设备的基础上，通过丝网印刷和减薄处理对电池受光面非电极区域选择性腐蚀，使其在非电极区域形成轻掺杂区，电极区域形成重掺杂区，再按常规晶体硅太阳能电池生产流程继续制备太阳能电池。本发明采用的方法简单高效、成本低廉，克服了传统选择性发射极晶体硅太阳能电池需要激光处理或二次高温扩散的缺陷，制备的电池效率高，大规模产业化简单。

Description

一种腐蚀制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法

技术领域

本发明涉及一种腐蚀法制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法。具体而言，通过丝网印刷使电池受光面非电极区域选择性覆盖阻隔层，使其在腐蚀硅片过程中在硅片的扩散区形成轻掺杂区，电极区域形成重掺杂区。扩散后的硅片再衔接常规晶体硅太阳能电池制备工艺，制备晶体硅太阳能电池。

背景技术

晶体硅太阳电池占据了光伏行业大部分的市场份额，进一步提高效率，降低成本是国内外晶体硅太阳电池研究领域的基本目标。现有的常规晶体硅太阳电池工艺(参见图1)采用的是等同扩散的方法，整个电池受光面采用同一扩散方式，电极区域与非电极区域薄层方块电阻相同，一般在30-80Ω/□，以兼顾电极接触区掺杂不能过低和受光面掺杂不能过高的要求，这种折衷的掺杂方式能保持低成本，但极大地限制太阳电池效率的提高。

因此，制备选择性发射极晶体硅太阳电池具有重大意义，它可以实现在电池受光表面电极下面重掺杂，而受光表面非电极部分(受光部分)轻掺杂。从而使与金属电极接触的区域扩散浓度很高，接触电阻很小；而非电极的受光区域扩散浓度较低，避免了由于发射区俄歇复合造成太阳能电池的电流下降，这样可有效提高晶体硅太阳电池的性能。

目前国内外厂家经过多年研究，已存在多种能够制备选择性发射极太阳能电池的方法。例如，中电光伏的赵建华等人，在热氧生长后的硅片上开槽制备选择性发射极电池，采用该技术手段的硅片必须经过两次高温，对硅片自身损伤较大，且开槽所用的化学浆料为氟化氢铵，强酸性、易挥发，对环境和人体健康有较大的潜在危害。国外Centrotherm公司在热氧生长后的硅片上激光开槽，同样会对硅片造成二次损伤，且激光设备价格较为昂贵。Roth&Rau公司利用激光对表面涂覆磷源的轻扩散硅片进行二次扩散，其缺点在于激光容易造成硅片表面的晶格损伤，造成二次扩散区域复合大，限制电流的提高幅度。杜邦公司开发的硅墨水浆料，采用丝网印刷技术制备选择性发射极电池，由于硅墨水技术现为其独有专利，其次，硅墨水的价格较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有的选择性发射极的技术缺陷，提供新型的选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。

本发明的技术方案为：

一种腐蚀法制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法，使电池受光面的电极区域重掺杂，非电极区域轻掺杂，其特征在于：通过采用扩散工艺形成磷掺杂的电池PN结，再对电极区域丝网印刷掩膜，通过减薄非电极区域，使该区域的扩散掺杂浓度低于电极区域，然后再去除电极区域的保护性浆料。

具体地，前述的制备方法，包括如下步骤：

a)硅片表面织构处理；

b)电池受光面进行扩散形成PN结；

c)电池受光面第一次丝网印刷，将保护浆料覆盖在硅片受光表面需要制作电极的区域形成掩膜区；

d)丝网印刷后的硅片进行减薄，非掩模区域形成高方阻区域，而掩模区域受保护、方阻基本不变；

e)去除减薄后硅片掩模区域的浆料；

f)按常规太阳能电池生产工艺继续生产，包括刻蚀、清洗、镀减反膜

g)按常规太阳能电池生产工艺继续生产，包括丝网印刷、烧结。

其中步骤b)扩散工艺形成的方块电阻在20-60Ω，包括双面或单面扩散。

其中步骤c)所述的掩膜浆料，成分可为有机物、无机物或有机与无机混合物，其能满足丝网印刷的需求即可，掩膜浆料为现有技术。该掩膜浆料主要是起保护作用，通过丝网印刷方式印刷到硅片上，再腐蚀，之后，去除该浆料。

其中，有机物包括但不限于：醇类、醚类、脂类、纤维素等；高分子聚合物粉体，如环氧树脂、聚胺酯丙烯酸脂、环氧丙烯酸脂等。无机物包括但不限于：金属粉(如银粉)、合金粉(如银锌、锡、硅、铜、镁、金、铝等金属中的两种或两种以上形成的合金)、玻璃粉末、金属氧化物粉(如过渡金属氧化物、二氧化锡、氧化锌等)中的一种或混合物。

有机与无机物混合物例如：前述的金属粉、玻璃粉、合金粉、金属氧化物粉等与有机载体的混合物，有机载体为醇类、醚类、脂类等。

其中步骤d)减薄后的非掩膜区域的方阻为70-300。

其中步骤d)减薄的实现方式包括物理或化学方法，例如化学溶液腐蚀、反应离子刻蚀等。

其中步骤e)所用的掩膜去除方法可包括纯水清洗、化学溶液清洗、等离子刻蚀或高温烧蚀等。

其中步骤g)电池受光面第二次丝网印刷制备金属化电极，印刷时使金属化电极与步骤b)掩膜印刷图形重叠；

本发明首先对硅片进行扩散制备PN结，采用丝网印刷的方式将用于掩膜的浆料覆盖在硅片受光表面需要制作电极的区域，对硅片的受光面进行减薄；减薄后的硅片进行清洗，去除电极区域覆盖的掩膜。由于掩膜在硅片减薄过程中的保护阻隔作用，无掩膜区域的扩散层被减薄，有掩膜的区域的扩散层基本不变。因而非电极区扩散浓度较低，形成轻掺杂区、方阻大；电极区有阻隔层，扩散浓度较高，形成重掺杂区、方阻小。在丝网印刷前电极烧结金属化时，由于电极区域扩散浓度高，将有效降低电极与硅片的欧姆接触电阻，提高电池的填充因子，制备出效率高于常规工艺的选择性发射极太阳能电池。

本发明采用丝网印刷工艺和腐蚀的方法，在硅片表面形成不同浓度的扩散区，使其电极区域扩散浓度高，非电极区域浓度低，整体工艺可一次扩散完成，无需二次高温扩散，对硅片损伤小；也无需昂贵的激光设备，利用现有的常规设备可以实现能大幅降低制备成本，以及满足大规模常规工艺生产技术升级需求。

附图说明

图1为现有技术中晶体硅太阳能电池的生产制作过程；图中，A.去除硅片表面损伤，形成减反射表面结构及化学清洗；B.在POCl₃气氛中进行扩散；C.清洗并去除周边PN结；D表面钝化及减反射膜制备；E丝网印刷正、背面电极及背表面电场及烧结形成欧姆接触。

图2为本发明选择性发射极晶体硅太阳能电池的生产制作过程。图中，A.去除硅片表面损伤，形成减反射表面结构；B在POCl₃气氛中进行扩散；C.丝网印刷掩膜；D腐蚀受光面.；E.硅片清洗；F.制备减反射膜；G.丝网印刷正、背面电极及背表面电场及烧结形成欧姆接触。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：如图2所示，选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。其工艺过程如下：

1、进行化学清洗，去除硅片表面损伤，形成具有减反射作用的表面织构形状；

2、将表面织构处理后的硅片进行扩散，扩散后方阻为30Ω；

3、将扩散后的硅片进行边缘刻蚀；

4、采用与受光面电极分布相同的网板对硅片印刷浆料，浆料成分含有SiO₂，重量比为40％，其余60％为有机物，将保护浆料覆盖在硅片受光表面需要制作电极的区域形成掩膜区；

5、丝网印刷后的硅片进行减薄，即将步骤4处理后的硅片在常温中分别进行HF和NaOH溶液腐蚀，非掩模区域形成高方阻区域，腐蚀后其方阻为100Ω/，而掩模区域受保护、方阻基本不变；

6、将步骤5处理后的硅片在酒精中进行超声波清洗10min，然后在去离子水中进行超声波清洗10min，甩干硅片；

7、将步骤6处理后的硅片进行清洗处理，所用化学药剂为15％氢氟酸；

8、将步骤7处理后的硅片进行α-SiN_x:H减反射膜制备；

9、将步骤8处理后的硅片进行丝网印刷正反面电极，烧结金属化处理，其中，电池受光面第二次丝网印刷制备金属化电极时，使金属化电极与步骤4)第一次丝网印刷掩膜印刷图形重叠。

实施例2：如图2所示，选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。其工艺过程如下：

1、去除硅片表面损伤，形成具有减反射作用的表面织构形状，并进行化学清洗；

2、将表面织构处理后的硅片进行扩散，扩散后方阻为40Ω；

3、采用与受光面电极分布相同的网板对硅片印刷浆料，浆料成分为有机物，如丙酮和石蜡混合物；将保护浆料覆盖在硅片受光表面需要制作电极的区域形成掩膜区；

4、将步骤3处理后的硅片在常温中进行HF/HNO₃混合溶液腐蚀；

5、将步骤4处理后的硅片在酒精中进行超声波清洗10min，然后在去离子水中进行超声波清洗10min，甩干硅片；

6、将步骤5处理后的硅片进行边缘刻蚀和清洗处理，所用化学药剂为15％氢氟酸；

7、将步骤6处理后的硅片进行α-SiN_x:H减反射膜制备；

8、将步骤7处理后的硅片进行丝网印刷正反面电极，烧结金属化处理。其中，电池受光面第二次丝网印刷制备金属化电极时，使金属化电极与步骤3)第一次丝网印刷掩膜印刷图形重叠。

上述仅为本发明的具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1.一种腐蚀制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法，使电池受光面的电极区域形成重掺杂，非电极区域形成轻掺杂，其特征在于：通过采用扩散工艺形成磷掺杂的电池PN结，对电极区域丝网印刷掩膜，通过减薄非掩模区域，使该区域的扩散掺杂浓度低于掩模区域，然后去除掩模区域的掩膜。

2.如权利要求1所述的一种腐蚀制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法，包括如下步骤：

a)硅片表面织构处理；

b)电池受光面进行扩散形成PN结；

e)去除减薄后硅片掩模区域的浆料；

f)按常规太阳能电池生产工艺继续生产，包括刻蚀、清洗、镀减反膜、丝网印刷、烧结。

3.权利要求2所述的一种腐蚀制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于：

步骤c)所用的掩膜浆料，成分为无机物、有机物或无机有机混合物。

4.如权利要求2所述的一种腐蚀制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于：步骤b)扩散工艺形成的方块电阻在20-60Ω，包括双面或单面扩散。

5.如权利要求2所述的一种腐蚀制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于：步骤d)减薄后的非掩膜区域的方块电阻为70-300Ω。

6.如权利要求2所述的一种腐蚀制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于：步骤d)减薄的实现方式包括化学溶液腐蚀、反应离子刻蚀等物理或化学方法。

7.如权利要求2所述的一种腐蚀法制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于：步骤e)所用的掩膜去除方法包括纯水清洗、化学溶液清洗、等离子刻蚀或高温烧蚀等。

8.如权利要求2所述的一种腐蚀制备选择性发射极晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于：步骤f)电池受光面第二次丝网印刷制备金属化电极时，使金属化电极与步骤b)第一次丝网印刷掩膜印刷图形重叠。