CN103456837A - 局部背场钝化太阳能电池的制造方法 - Google Patents

局部背场钝化太阳能电池的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多晶硅太阳能电池的制造技术，具体是一种局部背场钝化太阳能电池的制造方法。其步骤依次包括制绒和抛光、背面镀膜、正面形成PN结、背面激光开孔或者槽、后清洗、正面镀膜、丝网印刷和烧结，制造成电池片。本发明工艺步骤简单、制造成本低、产品质量好。

Description

局部背场钝化太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及多晶硅太阳能电池的制造技术，具体是一种局部背场钝化太阳能电池的制造方法。
背景技术
硅原料的缺乏,加速了硅片向薄片化发展,大部分光伏企业所用的硅片的厚度已经在180～200μm之间。随着硅片厚度的减薄，和硅片质量的提高,尤其是目前高效多晶硅片的大规模采用,少数载流子的扩散长度大于硅片的厚度，部分少数载流子将扩散到电池背面而产生复合，这将对电池效率产生重要损失。
而现阶段的太阳能电池背面基本上是采用ALBSF(铝背场),这种BSF(背场)起到一个p+层的作用,阻止少数载流子向背表面的迁移，虽然可以减少背面的复合速度,但是背面复合速度仍然在500～5000cm/s，这样的复合速度还不够低。
而且由于晶体硅是间接带隙材料，光吸收系数小，太阳电池厚度减小时，红外光会穿过电池片达到背面，如果背表面吸收很大，那么由于透射光引起的损失随着厚度的减小而增大。对于间接带隙材料晶体硅来说，这种损失比直接带隙材料的大。铝的背表面反射率在烧结后很小，只有40%-50%，这样背铝产生的吸收将会损失掉一大部分能量。
研究表明采用SiO2或者采用原子层沉积法（ALD）制备的Al2O3等介质膜对p型硅衬底的钝化都可以达到100cm/s以下。在这些介质之外，再丝网印刷Al还可以将光学反射率提高到90%以上。这样对于背表面大部分面积采用介质层进行钝化，并增加反射率，局部采用金属（如丝网印刷铝）作为欧姆接触就形成了局部钝化背场结构。局部金属接触可以采用栅线状分布，如正面电极那样，也可以采用周期均匀分布的圆形点。
现有的局部背场钝化太阳能电池的结构是：硅片正面的发射极、SiNx减反膜，和银栅线与常规电池结构一致；背面首先采用介质钝化膜（SiO2、Al2O3）对P形硅硅衬底进行钝化，然后在介质膜上开孔，再印刷铝浆，在开孔处形成局部欧姆接触。
上述电池结构的制造有很多种工艺路线，但一般情况下背场钝化工艺复杂，成本高昂只适合在试验室内实现。
有的工艺(CN201210228102.X，CN201010620660.X)虽然简单但是却省掉了背表面抛光，没有抛光的表面将会比抛光的表面的少数载流子的表面复合速度大很多，甚至根本就不能得到介质膜钝化的低表面复合速度的好处，同时对光的内反射作用也大大减弱。另外，这些工艺不对介质膜进行提前开孔、清洗工艺，而采用刻蚀性的银铝浆一次印刷烧结形成欧姆接触。这种能够刻蚀介质膜并能够和P型硅衬底形成良好欧姆接触的银铝浆目前还没有成熟的产品，采用此种工艺的太阳电池将具有非常大的串联电阻，降低了填充因子和电池效率，从而抵消了背场钝化带来的效率提升。
有的工艺（CN201010218147.X）采用SiNx减反膜对扩散后的发射极表面掩模进行背面的碱抛光，由于正面的SiNx减反膜致密度和厚度不够造成碱抛光时对正面的发射极产生损伤，从而造成电池漏电，效率降低。
有的工艺采在制备背面介质钝化膜的工艺中采用掩模实现背面介质膜的开孔（CN201210469616.4,CN201110387789.7，CN201210533511.0，CN201210533511.0）。这种掩模实现起来相当困难，只适合在试验室中进行小批量试制，不适合大批量生产。另外此种工艺需要加上和去除掩模的过程，这样它的产能也非常小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种工艺步骤简单、制造成本低、产品质量好的局部背场钝化太阳能电池的制造方法。
本发明的局部背场钝化太阳能电池的制造方法第一个技术方案依次包括以下步骤：
步骤一，制绒和抛光，在硅片正面形成绒面，在背面进行抛光处理；
步骤二，背面镀膜，在硅片背面镀SiO2或者AL2O3层作为钝化介质膜；
步骤三，正面使用已知扩散方法形成PN结；
步骤四，背面激光开孔或者槽，为形成局部铝背场接触做准备；
步骤五，后清洗，去除正面的磷硅玻璃和激光开孔形成的氧化硅；
步骤六，正面镀膜，使用已知PECVD镀膜方法在硅片正面沉积SiNx膜层结构；
步骤七，丝网印刷和烧结，采用已知丝网印刷方法在正面和背面形成银电极，背面形成铝背场接触，烧结后制造成电池片。
上述技术方案相比于采用刻蚀性浆料进行背面钝化介质膜（CN201210044607.0）的开孔工艺（丝网印刷刻蚀性浆料、高温烘烤刻蚀、化学湿法去除刻蚀性浆料、烘干），其采用激光进行开孔（激光开孔、化学清洗掉SiO2），工艺步骤更加节省，不增加任何辅助的材料，如刻蚀性浆料，所以成本更低。
本发明的局部背场钝化太阳能电池的制造方法第二个技术方案依次包括以下步骤：
步骤一，制绒，在硅片单面或双面形成绒面；
步骤二，使用已知的扩散方法在硅片正面形成PN结；
步骤三，去边结和背面抛光，去除硅片边结同时进行背面抛光；
步骤四，背面镀膜，在硅片背面镀SiO2或者AL2O3层作为钝化介质膜；
步骤五，背面激光开孔，为形成局部铝背场接触做准备；
步骤六，去除正面的磷硅玻璃和激光开孔后的氧化硅；
步骤五，正面镀膜，使用已知PECVD镀膜方法在硅片正面沉积SiNx膜层结构；
步骤八，丝网印刷和烧结，采用已知丝网印刷方法在正面和背面形成银电极，背面形成铝背场接触，烧结后制造成电池片。
相比于前述第一个技术方案，上述第二个技术方案的优点是在所有高温工艺之前：扩散、正面镀膜、背面镀膜前面都可包含湿法化学清洗，减少了其它工艺对电池本体的污染几率。
本发明的优点体现在：
1、湿法背面抛光工艺和正面织绒工艺整合在同一个工艺步骤、同一台设备上，减少了制造成本和工艺时间。
2、背面镀钝化介质膜的同时还对电池边缘，背面进行镀膜掩模，在下一步的扩散工艺中将不会对电池边沿，背面进行扩散，相比于常规工艺这将不再需要后续的对电池的背面和边沿进行湿法刻蚀。
3、采用成熟的激光开孔工艺和成熟的去磷硅玻璃工艺可以用目前市场上成熟的铝浆产品就可以形成背场的良好的欧姆接触。
4、后清洗工艺不仅去除了正面因为扩散带来的磷硅玻璃，而且还去除了在激光开孔的过程中产生的SiO2。一个步骤解决了两个问题，降低了工艺成本。
具体实施方式
实施例一：
步骤一，制绒和抛光，在156mm*156mm硅片正面形成绒面，在背面进行抛光；
对于多晶硅片首先采用常规酸制绒（HF酸+HNO3酸）方法对硅片双面或者单面进行制绒；然后单面抛光，工艺方案为：硅片上面用水膜保护，下面用强酸（HF:HNO3:冰醋酸=3:5:3体积比）进行抛光。
步骤二，背面镀膜，使用SiO2或AL2O3方法进行背面镀膜；
即，使用PECVD设备对硅片背面沉积SiO2和SiNx叠层膜，总厚度在80-150nm之间；或者使用原子层沉积设备或者PECVD设备在硅片背面沉积AL2O3和SiNx叠层膜，总厚度在80-150nm之间。
步骤三，正面扩散，使用扩散工艺形成PN结；
在高温扩散炉中（760℃到850℃之间）通入POCl3、O2、N2气体进行高温扩散，形成PN结。
步骤四，背面激光开孔或者开槽，为形成局部铝背场接触做准备；
采用532nm的准直的平行激光对背面进行烧蚀开孔或者开槽；光斑为圆形或者矩形；尺寸在10nm到50nm之间；激光频率为200kHz。
步骤五，后清洗，去除磷硅玻璃和激光开孔后的氧化硅；
利用5%的HF水溶液去除正面的磷硅玻璃和背面由于激光烧蚀产生的SiO2，并烘干。
步骤六，正面镀膜，使用SiNx镀膜结构进行等离子体镀膜工艺；
正面采用PECVD设备沉积SiNx镀膜，厚度在75nm到85nm；折射率在2.01到2.16之间。
步骤七，丝网印刷和烧结，采用丝网印刷方法在正面和背面形成银电极，背面形成铝背场接触，烧结后制造成电池片；
在背面先印刷质量含量60－65%的银浆，烘干；再印刷质量含量80－85%的铝浆，烘干（铝浆湿重为1.3g-1.5g）；在正面印刷质量含量80－85%的银浆，烘干；最后通过烧结炉形成正面银电极、背面银电极和铝背场。烧结区域最高温温区为760℃到860℃，持续时间为4到8秒钟。在此烧结过程中正面银浆会烧穿正面SiNx层与发射极形成良好的欧姆接触；背面铝浆将透过前面激光烧蚀的孔洞与硅片形成硅铝合金形成铝背场和欧姆接触。而在介质膜上面的铝浆将不能烧穿介质钝化膜，从而增强对透射过介质膜的光的反射。
实施例二：
步骤一，制绒，在156mm*156mm硅片单面或双面形成绒面；
对于多晶硅片首先采用常规酸制绒（HF酸+HNO3酸）工艺对硅片双面或者单面进行制绒。
步骤二，正面扩散，使用扩散方法形成PN结；
在高温扩散炉中（760℃到850℃之间）通入POCl3、O2、N2气体进行高温扩散，形成PN结。
步骤三，去边结和背面抛光，去除边结同时进行背面抛光；
单面抛光工艺方案为：硅片上面用水膜保护，下面用强酸（HF:HNO3:冰醋酸=3:5:3体积比）进行抛光并去除边结。
步骤四，背面镀膜，使用SiO2或AL2O3方法进行背面镀膜；
使用PECVD设备对硅片背面沉积SiO2和SiNx叠层膜，总厚度在80-150nm之间；或者使用原子层沉积设备或者PECVD设备在硅片背面沉积AL2O3和SiNx叠层膜，总厚度在80-150nm之间。
步骤五，背面激光开孔或者开槽，为形成局部铝背场接触做准备；
采用532nm的准直的平行激光对背面进行烧蚀开孔或者开槽；光斑为圆形或者矩形；尺寸在10nm到50nm之间；激光频率为200kHz。
步骤六，去除磷硅玻璃和激光开孔后的氧化硅；
利用5%的HF水溶液去除正面的磷硅玻璃和背面由于激光烧蚀产生的SiO2，并烘干。
步骤七，正面镀膜，使用SiNx镀膜结构进行等离子体镀膜工艺；
正面采用PECVD沉积SiNx镀膜，厚度在75nm到85nm；折射率在2.01到2.16之间。
步骤八，丝网印刷/烧结，采用丝网印刷工艺在正面和背面形成银电极，背面形成铝背场接触，烧结后制造成电池片；
在背面先印刷质量含量60－65%的银浆，烘干；再印刷质量含量80－85%的铝浆，烘干（铝浆湿重为1.3g-1.5g）；在正面印刷质量含量80－85%的银浆，烘干；最后通过烧结炉形成正面银电极、背面银电极和铝背场。烧结区域最高温温区为760℃到860℃，持续时间为4到8秒钟。在此烧结过程中正面银浆会烧穿正面SiNx层与发射极形成良好的欧姆接触；背面铝浆将透过前面激光烧蚀的孔洞与硅片形成硅铝合金形成铝背场和欧姆接触。而在介质膜上面的铝浆将不能烧穿介质钝化膜，从而增强对透射过介质膜的光的反射。

Claims (8)

1.一种局部背场钝化太阳能电池的制造方法，其特征是：依次包括以下步骤，
步骤一，制绒和抛光，在硅片正面形成绒面，在背面进行抛光处理；
步骤二，背面镀膜，在硅片背面镀钝化介质膜；
步骤三，正面使用已知扩散方法形成PN结；
步骤四，背面激光开孔或者槽，为形成局部铝背场接触做准备；
步骤五，后清洗，去除正面的磷硅玻璃和激光开孔形成的氧化硅；
步骤六，正面镀膜，使用已知PECVD镀膜方法在硅片正面沉积SiNx膜层结构；
步骤七，丝网印刷和烧结，采用已知丝网印刷方法在正面和背面形成银电极，背面形成铝背场接触，烧结后制造成电池片。
2.根据权利要求1所述的局部背场钝化太阳能电池的制造方法，其特征是：步骤二中，使用PECVD设备对硅片背面沉积SiO2和SiNx叠层膜，总厚度在80-150nm之间。
3.根据权利要求1所述的局部背场钝化太阳能电池的制造方法，其特征是：步骤二中，使用原子层沉积设备或者PECVD设备在硅片背面沉积AL2O3和SiNx叠层膜，总厚度在80-150nm之间。
4.根据权利要求1所述的局部背场钝化太阳能电池的制造方法，其特征是：步骤七中，在背面先印刷质量含量60－65%的银浆，烘干；再印刷质量含量80－85%的铝浆，烘干；在正面印刷质量含量80－85%的银浆，烘干；最后通过烧结炉形成正面银电极、背面银电极和铝背场；烧结区域最高温温区为760℃到860℃，持续时间为4到8秒钟。
5.一种局部背场钝化太阳能电池的制造方法，其特征是：依次包括以下步骤，
步骤一，制绒，在硅片单面或双面形成绒面；
步骤二，使用已知的扩散方法在硅片正面形成PN结；
步骤三，去边结和背面抛光，去除硅片边结同时进行背面抛光；
步骤四，背面镀膜，在硅片背面镀钝化介质膜；
步骤五，背面激光开孔，为形成局部铝背场接触做准备；
步骤六，去除正面的磷硅玻璃和激光开孔后的氧化硅；
步骤五，正面镀膜，使用已知PECVD镀膜方法在硅片正面沉积SiNx膜层结构；
步骤八，丝网印刷和烧结，采用已知丝网印刷方法在正面形成银电极，背面形成铝背场接触，烧结后制造成电池片。
6.根据权利要求4所述的局部背场钝化太阳能电池的制造方法，其特征是：步骤二中，使用PECVD设备对硅片背面沉积SiO2和SiNx叠层膜，总厚度在80-150nm之间。
7.根据权利要求4所述的局部背场钝化太阳能电池的制造方法，其特征是：步骤四中，使用原子层沉积设备或者PECVD设备在硅片背面沉积AL2O3和SiNx叠层膜，总厚度在80-150nm之间。
8.根据权利要求4所述的局部背场钝化太阳能电池的制造方法，其特征是：步骤八中，在背面先印刷质量含量60－65%的银浆，烘干；再印刷质量含量80－85%的铝浆，烘干；在正面印刷质量含量80－85%的银浆，烘干；最后通过烧结炉形成正面银电极、背面银电极和铝背场；烧结区域最高温温区为760℃到860℃，持续时间为4到8秒钟。
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