CN103413862A

CN103413862A - 晶体硅太阳电池背面局域接触结构的制备方法

Info

Publication number: CN103413862A
Application number: CN2013103201084A
Authority: CN
Inventors: 李小玄; 李大伟; 刘洪波; 巨小宝
Original assignee: XI'AN HUANGHE PHOTOVOLTAIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XI'AN HUANGHE PHOTOVOLTAIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明提供了一种晶体硅太阳电池背面局域接触结构的制备方法，根据电池背面局域接触参数的需求进行掩膜版设计；将制绒、扩散和去磷硅玻璃后的硅片放入载片舟中，在背表面上放置掩膜版；然后进行钝化膜沉积工艺；在硅片上表面镀减反膜并依次进行背表面和上表面的电极印刷和烧结工艺，最终得到完整的电池结构。本发明方法简单，不会对硅片造成损伤，不需要增加工艺流程，并且掩模版的重复使用也极大减少了工艺器具方面的成本投入。

Description

晶体硅太阳电池背面局域接触结构的制备方法

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳电池光伏电池，尤其是一种晶体硅太阳电池背面局域接触结构的制备方法。

背景技术

太阳电池是一种能够将太阳光转化为电能的装置，是近年来发展非常迅速的清洁能源技术之一。作为太阳电池市场的主流，晶体硅电池的制作工艺虽然已经比较成熟，但仍然面临着高成本的难题，这也从根本上限制了太阳电池的大规模使用。如何提高电池转化效率与降低生产成本，已经成为行业内最迫切需要解决的问题。

由于目前常规工艺效率提升的空间已经很小，因此各种新工艺和新方法开始被引入到晶硅太阳电池的生产中，背钝化技术就是其中之一。背钝化方法主要是指采用二氧化硅/氮化硅叠层、三氧化铝膜层或三氧化铝/氮化硅叠层等来做钝化膜，钝化膜一方面可以填补表面悬挂键，有效降低背表面复合速率；另一方面可以增强入射到背表面长波段光的反射，从而提高对光子的利用率，是提升电池效率的有效方式。

为了在钝化后的背表面形成有效收集电流的电极，需要制备背面局域接触结构，即部分区域不被钝化膜所覆盖，从而印刷铝浆后能够在这些区域形成良好的欧姆接触。目前局域接触结构的制备主要有激光刻槽、印刷掩膜和印刷腐蚀浆料等几种方法。激光刻槽技术需要较高的设备投入，要求精度高，功率偏大会对硅片造成一定损伤；印刷掩膜和印刷腐蚀浆料的方法不仅需要设备投入，而且需要辅料的不断消耗，产业化成本也较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种晶体硅太阳电池背面局域接触结构的制备方法，不需要高额设备的投入，仅是在制备钝化膜时引入设定图形的掩膜版，通过掩膜版与硅片间形成的良好接触来制作背面局域接触结构；本发明方法简单，不会对硅片造成损伤，不需要增加工艺流程，并且掩模版的重复使用也极大减少了工艺器具方面的成本投入。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

A.根据电池背面局域接触参数的需求进行掩膜版设计，包括图型、线条的宽度及与硅片接触点的大小；

B.将制绒、扩散和去磷硅玻璃后的硅片放入载片舟中，使硅片背表面（即非扩散面）为预备镀膜面，然后在背表面上放置掩膜版，通过载片舟上的定位点将掩膜版固定在硅片上面，使硅片与掩膜版之间形成紧密接触；

C.进行钝化膜沉积工艺，所镀的钝化膜为内层二氧化硅、外层氮化硅的双层膜，或者是三氧化铝单层膜，或是内层三氧化铝、外层氮化硅的双层膜；

D.将硅片取出，在硅片上表面（即扩散面）镀减反膜并依次进行背表面和上表面的电极印刷和烧结工艺，最终得到完整的电池结构。

本发明所指的晶硅太阳电池既包括单晶硅和多晶硅太阳电池，以及其他在晶体硅衬底上制作的以P-N结为基础的太阳电池。

本发明中二氧化硅钝化膜采用热氧化法或增强型等离子体化学气相沉积（PECVD）法制备，厚度在10-20nm；三氧化铝钝化膜采用PECVD方法制备，厚度在10-100nm；氮化硅钝化膜采用PECVD方法制备，厚度在50-200nm。

本发明所采用的掩膜版设计为：以若干条平行的、宽度为0.1-2mm的掩膜条组成线状图型；或以掩膜条连接掩膜版的中心和四个顶点构成框架，在框架之间若干条平行于的掩膜版边缘、宽度为0.1-2mm的掩膜条组成环形图型；或在掩膜版上镂空若干个直径0.1-3mm的通孔形成网状图型。

本发明所采用的掩膜版的放置方式为：掩膜版通过载片舟上的定位点卡在硅片上，掩膜条前端光滑平整，保证掩膜版与硅片紧密接触时不会对硅片形成损伤。

本发明的有益效果是：

A．相比激光刻槽、印刷掩膜和化学腐蚀方法，掩膜版工艺方法制备太阳电池局域接触结构更加简便，使用掩膜版后，硅片表面钝化膜沉积和局域结构的制备能够同时在镀膜工艺中完成，避免了额外的工艺处理，比如激光器在钝化膜上刻槽、印刷和清洗掩膜或腐蚀浆料等。

B.掩膜版操作简单，可以根据需要设计成各种图像，高强度、耐高温、耐腐蚀等特性也保证了掩膜版的重复应用，不但保证了工艺的稳定性，也极大降低了生产投入。

C.在镀膜工艺过程中，掩膜版的使用不会对硅片造成损伤。

D.掩膜版集承在载片舟中时，还可以实现两面同时镀膜，一面为减反钝化膜，一面为局域钝化膜，较少了工艺流程，提高生产效率。

附图说明

图1为背钝化晶硅太阳电池结构示意图；

图2为线状掩膜版样式的设计示意图；

图3为网状掩膜版样式的设计示意图；

图4位网孔状掩模版设计示意图；

图5为掩膜版与硅片的接触示意图；

图6为钝化膜完成后背表面形貌示意图。

图中，1表示绒面和减反射膜，2表示上表面电极，3表示背表面钝化膜，4表示铝背场，5表示掩膜条，6表示孔状镂空，7表示掩膜版，8表示掩膜版与硅片接触点，9表示未镀膜区，10表示镀膜所形成的钝化区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括以下步骤：

A.根据电池背面局域接触参数的需求进行掩膜版设计，包括图型、线条的宽度及与硅片接触点的大小。掩膜版图形的设计可如附图2、附图3和附图4所示的几种样式。掩膜版可以是由掩膜条组成的线状掩膜版（附图2）或环形网状掩膜（附图3），掩膜条的宽度为0.1-1mm，与硅片的接触点宽度为0.1-1mm，线条间距为1-3mm，掩膜条厚度为0.5-2mm，掩膜版与硅片的接触面积占硅片总面积的3-20%；掩膜版也可以是附图4所示的孔状镂空网状结构，通过调整孔的大小（直径范围为0.1-3mm）、孔与孔之间的间距（0.1-2mm），使得掩膜版与硅片的接触面积占硅片总面积的15-40%。

掩膜版材料选用石墨或氮化硅。

根据上述材料、样式和参数要求制作掩膜版。

B.对制绒、扩散和去磷硅玻璃后的硅片进行背面镀膜工艺设置。首先将硅片放入载片舟中，放置使其背表面（即非扩散面）为预备镀膜面，然后在上面放置掩膜版，通过载片舟上的定位点方式将掩膜版固定在硅片上面，使硅片与掩膜版之间形成紧密接触。

C.掩膜版放置好后进行钝化膜沉积工艺。所沉积的钝化膜可以为二氧化硅（内层）/氮化硅（外层）双层膜，也可以是三氧化铝单层膜，或是三氧化铝（内层）/氮化硅（外层）双层膜。钝化膜既能有效减小表面复合，又能将透射至硅片背表面的红外长波段光反射回基体内部，提高入射光子的利用率。

D.经过B、C步骤，钝化膜沉积工艺完成，硅片背表面会形成局域未镀膜区域。将硅片取出后，利用常规工艺在其上表面（即扩散面）镀减反膜并依次进行背表面和上表面的电极印刷和烧结工艺，最终得到完整的电池结构。

本发明所指的晶硅太阳电池既包括单晶硅和多晶硅太阳电池，以及其他在晶硅衬底上制作的以P-N结为基础的太阳电池。

本发明中二氧化硅钝化膜可以采用热氧化法制备，也可以采用增强型等离子体化学气相沉积（PECVD）法制备，厚度在10-20nm；三氧化铝钝化膜采用PECVD方法制备，厚度在10-100nm；氮化硅钝化膜采用PECVD方法制备，厚度在50-200nm。

本发明所采用的掩膜版的图型设计为：以0.1-2mm宽度的掩膜条为单位组成平行的线状图型（附图2）或环形的网状图型（附图3），或以孔状(直径范围0.1-3mm)镂空而形成的网状图型（附图4）。在同样掩膜条宽度情况下，平行组成的线状图案相对有着较大的钝化面积，而环形的网状图案则提高了掩膜版的坚固性；以孔状镂空而形成的网状图案则会有很好的结构坚固性，利于掩膜版的重复使用。通过控制掩膜条的宽度和个数，或控制孔状镂空的面积和数量，来调整整个模版的覆盖面积。

本发明所采用的掩膜版的放置方式为：掩膜版通过载片舟上的定位点方式卡在硅片上，掩膜条前端光滑平整，保证掩膜版与硅片紧密接触时不会对硅片形成损伤。

实施例：

如图1所示为典型的背钝化晶硅太阳电池结构，电池上表面为具有绒面和减反射膜1的晶硅基体以及上表面金属电极2，背表面沉积有二氧化硅和氮化硅双层钝化膜3和铝背场4。

1.根据所需晶硅太阳电池背钝化结构来设计掩模版样式。本例中掩膜版样式选用附图2所示由掩膜条组成的线状掩膜版；参数设计为掩膜条宽度0.3mm，与硅片的接触点宽度0.1mm，线条间距2mm，掩膜条厚度1.5mm，则掩膜版与硅片的接触面积（即未镀膜钝化面积）占硅片总面积的5%；掩膜版材料选择氮化硅；

2.将制备好绒面和P-N结结构的硅片进行周边刻蚀，然后在HF中清洗去掉表面的磷硅玻璃层；

3.将经过步骤2处理后的硅片放入载片舟中，通过载片舟中定位点的方式将掩膜版固定在硅片上面，然后使用增强型等离子体化学气相沉积（PECVD）设备中进行钝化膜沉积。镀膜时先沉积二氧化硅膜，厚度10nm，其致密性好，能够起到良好的钝化效果，然后切换工艺条件在同一台设备内沉积氮化硅膜，折射率2.0，厚度80nm。

附图5为载片舟内掩膜版与硅片的接触示意图。

4.将步骤3完成背钝化膜沉积后的硅片取出，用常规工艺依次完成上表面减反射膜的沉积和背面、上表面电极的丝印以及烧结，最终得到完整的背钝化电池结构。如附图6所示，由于步骤2中掩膜版的使用，在硅片表面会存在5%的未镀膜钝化区域，这些区域在背面铝电极烧结时会与之形成良好的欧姆接触，而95%的镀膜钝化区域则能有效降低表面复合作用和增强长波长利用率，从而达到良好的背钝化效果。

Claims

1.一种晶体硅太阳电池背面局域接触结构的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

B.将制绒、扩散和去磷硅玻璃后的硅片放入载片舟中，使硅片背表面为预备镀膜面，然后在背表面上放置掩膜版，通过载片舟上的定位点将掩膜版固定在硅片上面，使硅片与掩膜版之间形成紧密接触；

D.将硅片取出，在硅片上表面镀减反膜并依次进行背表面和上表面的电极印刷和烧结工艺，最终得到完整的电池结构。

2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池背面局域接触结构的制备方法，其特征在于：所述的钝化膜中，二氧化硅采用热氧化法或增强型等离子体化学气相沉积法制备，厚度在10-20nm；三氧化铝采用增强型等离子体化学气相沉积法制备，厚度在10-100nm；氮化硅采用增强型等离子体化学气相沉积法制备，厚度在50-200nm。

3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池背面局域接触结构的制备方法，其特征在于：所述的掩膜版以若干条平行的、宽度为0.1-2mm的掩膜条组成线状图型；或以掩膜条连接掩膜版的中心和四个顶点构成框架，在框架之间若干条平行于的掩膜版边缘、宽度为0.1-2mm的掩膜条组成环形图型；或在掩膜版上镂空若干个直径0.1-3mm的通孔形成网状图型。

4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池背面局域接触结构的制备方法，其特征在于：所述的掩膜版通过载片舟上的定位点卡在硅片上，掩膜条前端光滑平整。