CN103500774A - 一种利用p型硅球作为硼源制备局部背场的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，包括在晶硅太阳能电池背面，利用P型硅球配制硅墨或浆料作为硼源，采用喷墨打印或者丝网印刷来转移图案，经烘干，退火形成带硼掺杂的局部背场，再经沉积背表面钝化膜，印刷银浆，最后快速烧结使得背面电极银浆和硅硼掺杂区域形成欧姆接触。该工艺能跟现行生产工艺兼容，不需要增加新设备，生产成本低廉，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池制备工艺，具体涉及一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的工艺方法。
背景技术
在当今的太阳能研究中热点问题中，背场对电池表面的钝化和吸杂作用的研究一直受到太阳能光伏科研人员的关注。研究主要集中在以下三个方面：(1)铝背场制备工艺方法以及热处理方法；(2)制备背场的材料；(3)在太阳电池中，铝背场的吸杂作用和钝化作用。本发明涉及一种制备背场的新材料。
全铝背场虽然已经大大降低了电池背表面载流子复合速率，但是由于电池基片越来越薄，铝背场的不均匀等问题，导致其已经不能满足制备高效太阳电池的要求。所以研究者开始研究制备局部铝背场，特别是运用硼背场和背面纯化层的方法，发现电池背表面的载流子复合速度得到了进一步降低。
为弥补全铝背场的不足，制备更高效的太阳能电池，局域背场工艺的出现成为必然, 由于硼在晶体硅中的最大饱和固溶度远大于铝, 跟常规局部铝背场相比，研究者发现硼背场对于提高太阳能电池少数载流子寿命以及硅基太阳能电池表面纯化作用方面效果更好。很多学者对局域硼背场的制备做了大量研究，例如赵建华博士（24.5% Effciency Silicon PERT Cells on MCZ Substrates and 24.7% Effciency PERL Cells on FZ Substrates,Prog. Photovolt: Res. Appl.1999）提出的PREL结构利用BBr3作为硼源进行背场局部掺杂，实现了24.7%的电池转化效率，是迄今为止报道的硅基太阳能电池最高的电池转化效率；德国的Sven Kluska（High-Efficiency Silicon Solar Cells With Boron Local Back Surface Fields Formed by Laser Chemical Processing,IEEE,2011）提出采用激光化学加工的方法实现局部硼背场的掺杂，实现电池效率20.9%；无锡尚德的Zhenjiao Wang, Peiyu Han（Advanced PERC and PERL production cells with 20.3%record efficiency for standard commercial p-type silicon wafers,Prog. Photovolt: Res. Appl. 2012）等提出采用局部硼扩散的方法能制备效率超过20%的Pluto cell电池也已经得到证实。
综上所述，目前报道的背场硼掺杂工艺主要采用：1）利用激光化学的方法；2）采用液态或气态硼源高温扩散；3）沉积掺硼氧化硅薄膜等方法。但是，由于以上工艺中硼的扩散均要在1000℃以上的高温下完成，激光化学方法的局部温度也极高，导致晶体内部结构发生变化，产生二次缺陷，对硅片质量影响较大，从而降低太阳能电池的性能；再次以上方法均面临着设备昂贵，工艺的生产成本过高，不能与现行的工艺兼容等问题，均导致背场硼掺杂工艺一直不适用于现代工业化生产。
发明内容
本发明提供一种低成本，与现行工艺兼容的，可工业化生产，高生产率的采用P型硅球作为硼源制造局部背场的方法，克服现有技术中成本高、需要特殊的生产设备以及硼扩散带来的高温热损伤、进而解决约束太阳能电池性能提升的问题。主要是通过将P型硅球配制为印浆之后，印刷于背场而制得。具体的技术方案是：
一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，包括如下步骤：
第1步、将硅片进行制绒、清洗、扩散、边缘刻蚀及去磷硅玻璃，得到前工艺硅片；
第2步、将P型硅球混合于印浆中，再印刷于第1步所得的前工艺硅片背面，烘干后再进行退火，得到带硼掺杂局部背场的硅片；
第3步、在第2步所得的硼掺杂局部背场的硅片的背面沉积钝化膜；
第4步、背面将银浆套印于烘干后的印浆表面，再进行烘干；
第5步、对硅片进行烧结，使银浆和硅硼掺杂区域形成欧姆接触。
本发明的技术方案中，第1步中所使用的硅片可以是太阳能电池使用的单晶硅片，也可以采用多晶硅片，采用常规的前处理工艺即可。
第2步的目的是使P型硅球作为硼源粘附于硅片背面，采用的是将P型硅球配于印浆中，再印刷于硅片的背面，可以采用常规的印刷方式将含有硅球的印浆印于背面上，比较优选的方式是通过丝网印刷或者喷墨打印的方法，该两种方法印刷的图案可调，技术较为成熟，印刷过程易于控制，而且通过丝网印刷或者喷墨打印时，形成的图案的厚度、尺寸都可以控制得较小，在退火、烧结的工序中，以较低的温度和较短的时间进行处理即可，这样可以降低硅片的热损伤，提高电池性能。印浆在背面的图案可以根据实际情况优化：若为点状时，点直径范围可以为70～250μm，点间距的范围可以为100～2000μm(本发明所称的点间距是指两点的中心之间的距离)；若为线状阵列时，线宽范围可以是70～200μm，线间距可以是100～2000μm(本发明所称的线间距是指线宽的中心之间的距离)。采用印刷的方式可以简单、方便地控制硅球印浆的图案，而且采用的是常见设备，简便易行。另外，采用印刷的方式可以一次性地整体在硅片的背面上形成印刷图案，再进行整体烘干和退火等后序步骤，有利于节约加工时间。经退火后印浆和硅基片间形成良好的附着力。通过合理的控制退火温度和时间，避免硅基片由于1000℃以上高温或者激光热解的瞬时高温而产生热损伤，既降低了生产成本又获得了良好的硅片性能。在整个背场制备完毕后，背场串联电阻明显降低，导电性能增强，电流密度增加。
硅墨和浆料选取相同成分组分简单，选用有机溶剂少，沸点低，易于配制，优点在于：首先后期烧结过程中不会引入杂质，其次对于浆料中的银颗粒与硅球实现充分共融，使银电极与硅片形成良好的欧姆接触和获得好的附着力也有有益作用。
第2步中使用的P型硅球是指以P型硅为材质的硅球，可采用火焰合成、燃烧法、或基于溶液的溶胶—凝胶法、等离子反应合成等方法制备，但是采用脉冲放电的方法制备产率高，成本低，最易实现工业化生产。脉冲放电法制备P型硅球的工艺过程在汪炜、张伟、洪捐等的发明专利一种激波辅助超短脉冲放电的纳米粒子的制备方法及装置（专利公开号CN102744477A）以及洪捐、汪炜等的文章《重掺杂硅微球的脉冲放电法制备研究》（电加工与模具，2011.08）中均做了详细的阐述。P型硅球中硼的掺杂的浓度可以根据原材料硅锭或者硅棒的浓度来调整，硼原子浓度可在1×1017～1×1021 atoms/cm3之间进行选择。不同尺寸的P型硅球的制备可以通过采用不同的加工参数控制放电能量来实现，硅球的尺寸大小优选是0.05～3μm，尺寸成正态分布，集中度大于90%。
对于第2步中的印刷方法，若采用丝网印刷的方法，不需要额外添加特殊的专用设备，采用常规的设备即可完成。如采用喷墨打印方法也仅需增加一台打印设备。当采用丝网印刷时，浆料中的P型硅球的粒径优选是100nm～3μm。优选地，浆料包括有按质量百分比计的如下组分：掺硼硅球5%～20%、溶剂50%～80%、表面活性剂1～10%、添加剂10%～35%，浆料的粘度一般在60～220Pa·s(Brookfield HBT 10rpm 25℃)，浆料印刷后的厚度范围是1～12μm；当采用喷墨打印时，硅墨中的P型硅球的粒径优选是50nm～500nm。优选地，硅墨包括有按质量百分比计的如下组分：P型硅球2%～10%、溶剂80%～95%、表面活性剂0.5～10%、添加剂1%～10%，硅墨的粘度范围一般在2～30Pa·s(Brookfield HBT 10rpm 25℃)，硅墨打印后厚度优选为0.5～5μm。上述的表面活性剂可以采用卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚氧乙烯嵌段共聚物、甘油季戊四醇、失水山梨醇、蔗糖脂肪酸酯、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物，经试验证明聚氧乙烯嵌段共聚物为最优；溶剂可以采用去离子水或者有机溶剂，有机溶剂可以是乙醇、二氯甲烷、苯中的一种或几种的混合物；添加剂主要是增稠剂，可以是聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇中的任一种。
对于第2步中的印浆烘干过程在快速烧结炉或者链式炉中完成，温度为200℃～350℃，干燥时间为1～10min。退火过程在高温炉中完成，退火温度为400℃～900℃，峰值保温时间5～30min，退火温度和P型硅球尺寸有关，硅球尺寸越小退火所需的温度越低，时间越短，而在相同温度及时间下退火，硅球尺寸越小硼扩散越充分。对于第2步中通过退火过程，可以使印浆和硅片间形成良好的结合力，并使得P型硅球中硼向与硅片接触的部分进行局部扩散，形成局部硼背场。
上述的第3步中，钝化膜是非晶硅薄膜，包括碳化硅薄膜、氧化硅薄膜、SiO2/SiNx叠层薄膜、SiNx薄膜、Al2O3/SiNx叠层薄膜、Al2O3薄膜，背面钝化膜厚度可以为20～200nm。钝化膜的覆盖区域可以是背面的整体区域，将烘干后的印浆覆盖，也可以是覆盖部分区域，不将烘干后的印浆覆盖。但是为了使加工方便，降低加工难度，可以是以将钝化膜将烘干的印浆覆盖，在后续的套印银浆、烧结的过程后，银浆是可以穿透钝化膜与掺硼区域形成欧姆接触。
上述的第4步中，所述的套印是指印上的背面银浆不会超过硅球印浆所占的面积，背银的点直径范围可以为60～110μm，线宽范围可以是50～100μm，间距和印浆间距相同；使用的银浆可以是目前电池生产厂家普遍使用的产品，国外银浆品牌主要有杜邦、贺利氏、福禄等，国内银浆品牌主要有常州亿晶、宁波晶鑫、广州儒鑫科技、苏州固锝等，以上厂家的银浆均能应用于本发明。前表面和背面银浆的烘干过程在快速烧结炉或者链式炉中完成，温度为180℃～300℃，干燥时间为10～60s。
上述的第5步中，烧结工艺最好是采用快速烧结，高温烧结时银浆料中的玻璃相部分溶解银颗粒，同时可扩散穿透减反射膜，浆料中的银颗粒与硅球实现充分共融，使银电极与硅片形成良好的欧姆接触和极好的附着力，保障光生电流的传递。烧结步骤的优选参数是：温度为700～850℃，峰值温度保温时间1～10s，在这个工艺参数下，可以保证银浆和硅硼掺杂区域形成良好的欧姆接触。
有益效果
1、 传统的硼扩散工艺通常采用液态或气态硼源，在1000℃以上高温下进行扩散获得硼掺杂层，但该方法工艺对电池性能有不利影响，且难度大，成本高。本方法以P型硅球作为硼源，可以在900℃以下形成局部硼掺杂，且步骤简单，低成本，与现行工艺兼容的，可工业化生产。
2、 采用硅浆料印刷时，丝网印刷机是生产线上的普通设备，不需要制造专门设备用于制备局部背场，只需增加印刷及退火工序便可实现，生产非常方便，降低了电池生产成本，明显提高了电池的性能。而如果采用硅墨也只需增加一台喷墨打印机即可。
3、 该生产过程中由于以P型硅锭或硅棒为原料，硅球本身已经自掺杂硼，而不是在印浆中再另外添加硼源，故不需要复杂的工艺以及昂贵的设备就能实现硼背场的局部掺杂，对于提高太阳能电池少数载流子寿命，降低了电池的表面复合效率，降低接触电阻等均产生有益效果，最终提高了电池的光电转化效率。
附图说明
图1是利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法制备的局部背场的示意图。
具体实施方式
以下举例具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示进行的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，当采用硅浆料作为原料，运用丝网印刷机印刷图形，具体步骤如下：
1） 选用电阻率在0.5～6Ω·cm的轻掺杂的P型单晶硅片，将其置于制绒槽中，在比重为15%的氢氧化钠溶液中，在温度为75～80℃的条件下，进行表面组织化形成绒面结构；
2） 对硅片表面进行化学溶液清洗，溶液为氢氟酸和盐酸的混合溶液，清洗时间为2Min，温度为20～25℃；
3） 清洗后，将硅片置于扩散炉中，在830～850℃的条件下进行扩散，扩散后方阻70～85Ω/□左右，时间在10～15Min左右；
4) 将上述扩散后的硅片置于湿法刻蚀机中，去除背结和磷硅玻璃；
5） 在硅片的背面印刷掺硼硅浆料，印刷图案为线状阵列时，线宽120μm，线间距1500μm，印刷厚度为6μm；
6） 印刷浆料后，进行烘干，烘干温度为300℃，时间2 min;
7） 退火处理，800℃，峰值保温10 Min，得到带硼掺杂的局部背场；
8） 背面沉积钝化膜；
9） 前表面沉积钝化及减反膜；
10）背面电极印刷：印刷背电极用于组件焊接；
11）背面银浆印刷：印刷银浆套印在硅浆料印刷的位置，银浆将打开钝化膜形成接触，背银的线宽是100μm；再将银浆烘干，其步骤是：在快速烧结炉或者链式炉中完成，温度为200℃，干燥时间为30s；
12）正面电极印刷；
13）高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为780～800℃，峰值温度保温时间3 s，经烧结后正面银电极穿过SiNx减反膜形成欧姆接触。
对制备得到的硅片进行性能测试，P型硅球作为硼源形成的局部背场使得表面复合速率降至125cm/s或更小，少子寿命100μs，背场串联电阻Rs为0.65Ω·cm2，开路电压Voc为650mV，电流密度Jsc为38.1±0.1mA/ cm2，填充因子FF为78.5±0.5%。
本实施例中，采用的P型硅球作为硼源的参数是：硼掺杂量1.06×1020atoms/cm3，硅球粒径范围是0.5～1.5μm，尺寸集中在0.8μm，集中度大于90%，硅球的制备方法是通过脉冲放电方法制备得到的，脉冲放电的工艺参数是：开路电压120V；峰值电流10A；脉宽50μs；占空比1:2。
浆料的质量百分比配方是P型硅球12%，乙醇64.5%，表面活性剂Pluronic F-127 3.5%，聚乙烯吡咯烷酮20%。
本实施例中所述银浆均为量产的产品，本工艺没有引入新设备，在800℃下形成背场局部硼掺杂，降低了表面复合速率，提高了电池的光电转化效率。
实施例2
本实施例提供一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，当采用硅浆料作为原料，运用丝网印刷机印刷图形，具体步骤如下：
1） 选用电阻率在0.5～6Ω·cm的轻掺杂的P型单晶硅片，将其置于制绒槽中，在比重为15%的氢氧化钠溶液中，在温度为75～80℃的条件下，进行表面组织化形成绒面结构；
2） 对硅片表面进行化学溶液清洗，溶液为氢氟酸和盐酸的混合溶液，清洗时间为2Min，温度为20～25℃；
3） 清洗后，将硅片置于扩散炉中，在830～850℃的条件下进行扩散，扩散后方阻70～85Ω/□左右，时间在10～15Min左右；
4) 将上述扩散后的硅片置于湿法刻蚀机中，去除背结和磷硅玻璃；
5） 在硅片的背面印刷掺硼硅浆料，印刷图案为点状阵列，点直径70μm，中心间距100μm，印刷厚度为1μm；
6） 印刷浆料后，进行烘干，烘干温度为200℃，时间10Min;
7） 退火处理，750℃，峰值保温15 Min：得到带硼掺杂的局部背场；
8） 背面沉积钝化膜；
9） 前表面沉积钝化及减反膜；
10）背面电极印刷：印刷背电极用于组件焊接；
11）背面银浆印刷：印刷银浆套印在硅浆料印刷的位置，银浆将打开钝化膜形成接触，背银的点直径是60μm；再将银浆烘干，其步骤是：在快速烧结炉或者链式炉中完成，温度为180℃，干燥时间为60s；
12）正面电极印刷；
13）高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为750～780℃，峰值温度保温时间10 s，经烧结后正面银电极穿过SiNx减反膜形成欧姆接触。
对制备得到的硅片进行性能测试，P型硅球作为硼源形成的局部背场使得表面复合速率降至75cm/s或更小，少子寿命500μs，背场串联电阻Rs为0.6Ω·cm2，开路电压Voc为660mV，电流密度Jsc为37.8±0.1mA/ cm2，填充因子FF为78.3±0.5%。
本实施例中，采用的P型硅球作为硼源的参数是：硼掺杂量5.65×1019atoms/cm3，硅球粒径范围是0.1～0.5μm，尺寸集中在0.2μm，集中度大于90%，硅球的制备方法是通过脉冲放电方法制备得到的，脉冲放电的工艺参数是：开路电压100V；峰值电流5A；脉宽20μs；占空比1:1。
浆料的质量百分比配方是P型硅球5%，去离子水50%，司盘（80）10%，聚乙烯吡咯烷酮35%。
本实施例中所述银浆均为量产的产品，本工艺没有引入新设备，在750℃下形成背场局部硼掺杂，提高了少子寿命，降低了表面复合速率，提高了电池的光电转化效率。
实施例3
本实施例提供一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，当采用硅浆料作为原料，运用丝网印刷机印刷图形，具体步骤如下：
1） 选用电阻率在1～3Ω·cm的P型多晶硅片，将其置于制绒槽中，在氢氟酸-硝酸（1:6）混合溶液中，在温度为6～10℃，时间110～130S的条件下，进行表面组织化形成绒面结构；
2） 对硅片表面进行化学溶液清洗，溶液分别为2.4%氢氧化钾和5～10%盐酸的混合溶液，清洗时间共为5Min，温度为20～25℃；
3） 清洗后，将硅片置于扩散炉中，在830～850℃的条件下进行扩散，扩散后方阻70～85Ω/□左右，时间在10～15Min左右；
4) 将上述扩散后的硅片置于湿法刻蚀机中，去除背结和磷硅玻璃；
5） 在硅片的背面印刷掺硼硅浆料，印刷图案为线状阵列，线宽120μm，线间距2000μm，印刷厚度为12μm；
6） 印刷浆料后，进行烘干，烘干温度为300℃，时间2Min;
7） 退火处理，850℃，峰值保温20 Min：得到带硼掺杂的局部背场；
8） 背面沉积钝化膜；
9） 前表面沉积钝化及减反膜；
10）背面电极印刷：印刷背电极用于组件焊接；
11）背面银浆印刷：印刷银浆套印在硅浆料印刷的位置，银浆将打开钝化膜形成接触，背银的线宽是110 μm；再将银浆烘干，其步骤是：在快速烧结炉或者链式炉中完成，温度为200℃，干燥时间为40s；
12）正面电极印刷；
13）高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为810～830℃，峰值温度保温时间3 s，经烧结后正面银电极穿过SiNx减反膜形成欧姆接触。
对制备得到的硅片进行性能测试，P型硅球作为硼源形成的局部背场使得表面复合速率降至155cm/s或更小，少子寿命150μs，背场串联电阻Rs为0.68Ω·cm2，开路电压Voc为625mV，电流密度Jsc为38.2±0.1mA/ cm2，填充因子FF为77.9±0.5%。
本实施例中，采用的P型硅球作为硼源的参数是：硼掺杂量4.63×1019atoms/cm3，硅球粒径范围是0.5～2μm，尺寸集中在1μm，集中度大于90%，硅球的制备方法是通过脉冲放电方法制备得到的，脉冲放电的工艺参数是：开路电压150V；峰值电流10A；脉宽30μs；占空比2:1。
浆料的质量百分比配方是P型硅球20%，乙醇69%，AEO-9含量1%，聚乙二醇10%。
本实施例中所述银浆均为量产的产品，本工艺没有引入新设备，在850℃下形成背场局部硼掺杂，降低了表面复合速率，提高了电池的光电转化效率。
实施例4
本实施例提供一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，当采用硅浆料作为原料，运用丝网印刷机印刷图形，具体步骤如下：
1） 选用电阻率在1～3Ω·cm的P型多晶硅片，将其置于制绒槽中，在氢氟酸-硝酸（1:6）混合溶液中，在温度为6～10℃，时间110～130S的条件下，进行表面组织化形成绒面结构；
2） 对硅片表面进行化学溶液清洗，溶液分别为2.4%氢氧化钾和5～10%盐酸的混合溶液，清洗时间共为5Min，温度为20～25℃；
3） 清洗后，将硅片置于扩散炉中，在830～850℃的条件下进行扩散，扩散后方阻70～85Ω/□左右，时间在10～15Min左右；
4) 将上述扩散后的硅片置于湿法刻蚀机中，去除背结和磷硅玻璃；
5） 在硅片的背面印刷掺硼硅浆料，印刷图案为点状阵列，点直径150μm，中心间距1200μm，印刷厚度为10μm；
6） 印刷浆料后，进行烘干，烘干温度为300℃，时间2Min;
7） 退火处理，900℃，峰值保温20 Min：得到带硼掺杂的局部背场；
8） 背面沉积钝化膜；
9） 前表面沉积钝化及减反膜；
10）背面电极印刷：印刷背电极用于组件焊接；
11）背面银浆印刷：印刷银浆套印在硅浆料印刷的位置，银浆将打开钝化膜形成接触，背银的点直径是100 μm；再将银浆烘干，其步骤是：在快速烧结炉或者链式炉中完成，温度为300℃，干燥时间为10s；
12）正面电极印刷；
13）高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为820～850℃，峰值温度保温时间1 s，经烧结后正面银电极穿过SiNx减反膜形成欧姆接触。
对制备得到的硅片进行性能测试，P型硅球作为硼源形成的局部背场使得表面复合速率降至220cm/s或更小，少子寿命100μs，背场串联电阻Rs为0.77Ω·cm2，开路电压Voc为610mV，电流密度Jsc为37.0±0.1mA/ cm2，填充因子FF为77.2±0.5%。
本实施例中，采用的P型硅球作为硼源的参数是：硼掺杂量5.65×1019atoms/cm3，硅球粒径范围是0.8～3μm，尺寸集中在1.5μm，集中度大于90%，硅球的制备方法是通过脉冲放电方法制备得到的，脉冲放电的工艺参数是：开路电压150V；峰值电流15A；脉宽50μs；占空比2:1。
浆料的质量百分比配方是P型硅球5.5%，苯80%，TX-10 2%，聚乙烯吡咯烷酮12.5%。
本实施例中所述银浆均为量产的产品，本工艺没有引入新设备，在900℃下形成背场局部硼掺杂，降低了表面复合速率，提高了电池的光电转化效率。
实施例5
本实施例提供一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，采用硅墨作为原料，运用喷墨打印机打印图形，具体步骤如下：
1） 选用电阻率在0.5～6Ω·cm的轻掺杂的P型单晶硅片，将其置于制绒槽中，在比重为15%的氢氧化钠溶液中，在温度为80～85℃的条件下，进行表面组织化形成绒面结构；
2） 对硅片表面进行化学溶液清洗，溶液为氢氟酸和盐酸的混合溶液，清洗时间为2Min，温度为20～25℃；
3） 清洗后，将硅片置于扩散炉中，在830～850℃的条件下进行扩散，扩散后方阻70～85Ω/□左右，时间在10～15Min左右；
4） 将上述扩散后的硅片置于湿法刻蚀机中，去除背结和磷硅玻璃；
5） 在硅片的背面喷墨打印硅墨，打印图案为线状阵列时，线宽200μm，线间距1500μm，打印厚度为0.5μm；
6） 打印硅墨后，进行烘干，烘干温度为280℃，时间4 min;
7） 退火处理，780℃，峰值保温时间约15 min：得到带硼掺杂的局部背场；
8） 背面沉积钝化膜；
9） 前表面沉积钝化及减反膜；
10）背面电极印刷：印刷背电极用于组件焊接；
11）背面银浆印刷：印刷银浆套印在硅浆料印刷的位置，银浆将打开钝化膜形成接触，背银线宽范围可以是80μm，间距和印浆间距相同，将银浆烘干，温度为200℃，干燥时间为30s；
12）正面电极印刷；
13）高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为780～800℃，峰值温度保温时间5s，经烧结后正面银电极穿过SiNx减反膜形成欧姆接触。
对制备得到的硅片进行性能测试，P型硅球作为硼源形成的局部背场使得表面复合速率降至60cm/s或更小，少子寿命1000μs，背场串联电阻Rs为0.58Ω·cm2，开路电压Voc为658mV，电流密度Jsc为38.4±0.1mA/ cm2，填充因子FF为78.9±0.6%。
本实施例中，采用的P型硅球作为硼源的参数是：硼掺杂量1.06×1020atoms/cm3，硅球粒径范围是50nm～250nm，尺寸集中在80nm，集中度大于90%，硅球的制备方法是通过脉冲放电方法制备得到的，脉冲放电的工艺参数是：开路电压120V；峰值电流5A；脉宽20μs ；占空比1:2。
硅墨的质量百分比配方是P型硅球5%，去离子水88%，Pluronic F-127 3.5%，聚乙二醇3.5%。
本实施例中所述银浆均为量产的产品，仅添加一台喷墨打印机，在780℃下形成背场局部硼掺杂，提高了少子寿命，降低了表面复合速率，提高了电池的光电转化效率。相对于实施例中的线性阵列，优化过的点阵可以获得更好的背面钝化效果。
实施例6
本实施例提供一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，采用硅墨作为原料，运用喷墨打印机打印图形，具体步骤如下：
1） 选用电阻率在0.5～6Ω·cm的轻掺杂的P型单晶硅片，将其置于制绒槽中，在比重为15%的氢氧化钠溶液中，在温度为80～85℃的条件下，进行表面组织化形成绒面结构；
2） 对硅片表面进行化学溶液清洗，溶液为氢氟酸和盐酸的混合溶液，清洗时间为2Min，温度为20～25℃；
3） 清洗后，将硅片置于扩散炉中，在830～850℃的条件下进行扩散，扩散后方阻70～85Ω/□左右，时间在10～15Min左右；
4） 将上述扩散后的硅片置于湿法刻蚀机中，去除背结和磷硅玻璃；
5） 在硅片的背面喷墨打印硅墨，打印图案为点状阵列，点直径250μm，中心间距2000μm，打印厚度为5μm；
6） 打印硅墨后，进行烘干，烘干温度为350℃，时间1 min;
7） 退火处理，850℃，峰值保温时间约5 min：得到带硼掺杂的局部背场；
8） 背面沉积钝化膜；
9） 前表面沉积钝化及减反膜；
10）背面电极印刷：印刷背电极用于组件焊接；
11）背面银浆印刷：印刷银浆套印在硅浆料印刷的位置，背银的点直径为110μm，间距和印浆间距相同，将银浆烘干，烘干工艺是：温度为300℃，干燥时间为10s，银浆将打开钝化膜形成接触；
12）正面电极印刷；
13）高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为840～850℃，峰值温度保温时间是1 s，经烧结后正面银电极穿过SiNx减反膜形成欧姆接触。
对制备得到的硅片进行性能测试，P型硅球作为硼源形成的局部背场使得表面复合速率降至65cm/s或更小，少子寿命500μs，背场串联电阻Rs为0.7Ω·cm2，开路电压Voc为630mV，电流密度Jsc为38.1±0.1mA/ cm2，填充因子FF为78.1±0.6%。
本实施例中，采用的P型硅球作为硼源的参数是：硼掺杂量1.06×1020atoms/cm3，硅球粒径范围是200nm～500nm，尺寸集中在350nm，集中度大于90%，硅球的制备方法是通过脉冲放电方法制备得到的，脉冲放电的工艺参数是：开路电压120V；峰值电流10A；脉宽50μs ；占空比2:1。
硅墨的质量百分比配方是掺硼硅球2%，二氯甲烷80%，TX-10 10%，聚乙烯吡咯烷酮8%。
本实施例中所述银浆均为量产的产品，仅添加一台喷墨打印机，在850℃下形成背场局部硼掺杂，提高了少子寿命，降低了表面复合速率，提高了电池的光电转化效率。相对于实施例中的线性阵列，优化过的点阵可以获得更好的背面钝化效果。
实施例7
本实施例提供一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，采用硅墨作为原料，运用喷墨打印机打印图形，具体步骤如下：
1） 选用电阻率在1～3Ω·cm的P型多晶硅片，将其置于制绒槽中，在氢氟酸-硝酸（1:6）混合溶液中，在温度为6～10℃，时间110～130S的条件下，进行表面组织化形成绒面结构；
2） 对硅片表面进行化学溶液清洗，溶液分别为2.4%氢氧化钾和5～10%盐酸的混合溶液，清洗时间共为5Min，温度为20～25℃；
3） 清洗后，将硅片置于扩散炉中，在830～850℃的条件下进行扩散，扩散后方阻70～85Ω/□左右，时间在10～15Min左右；
4） 将上述扩散后的硅片置于湿法刻蚀机中，去除背结和磷硅玻璃；
5） 在硅片的背面喷墨打印硅墨，打印图案为线状阵列时，线宽70μm，线间距1500μm，打印厚度为2μm；
6） 打印硅墨后，进行烘干，烘干温度为200℃，时间8 min;
7） 退火处理，800℃，峰值保温时间约30 min：得到带硼掺杂的局部背场；
8） 背面沉积钝化膜；
9） 前表面沉积钝化及减反膜；
10）背面电极印刷：印刷背电极用于组件焊接；
11）背面银浆印刷：印刷银浆套印在硅浆料印刷的位置，背银的线宽是50μm，间距和印浆间距相同，银浆烘干的工艺是：烘干温度180℃，烘干时间60s，银浆将打开钝化膜形成接触；
12）正面电极印刷；
13）高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为780～800℃，峰值温度保温时间是3 s，经烧结后正面银电极穿过SiNx减反膜形成欧姆接触。
对制备得到的硅片进行性能测试，P型硅球作为硼源形成的局部背场使得表面复合速率降至120cm/s或更小，少子寿命100μs，背场串联电阻Rs为0.72Ω·cm2，开路电压Voc为620mV，电流密度Jsc为37.8±0.1mA/ cm2，填充因子FF为77.5±0.6%。
本实施例中，采用的P型硅球作为硼源的参数是：硼掺杂量2.01×1019atoms/cm3，硅球粒径范围是100nm～400nm，尺寸集中在250nm，集中度大于90%，硅球的制备方法是通过脉冲放电方法制备得到的，脉冲放电的工艺参数是：开路电压150V；峰值电流10A；脉宽30μs ；占空比1:1。
硅墨的质量百分比配方是P型硅球10%，去离子水88.5%，Pluronic F-127 0.5%，聚乙二醇1%。
本实施例中所述银浆均为量产的产品，仅添加一台喷墨打印机，在800℃下形成背场局部硼掺杂，提高了少子寿命，降低了表面复合速率，提高了电池的光电转化效率。相对于实施例中的线性阵列，优化过的点阵可以获得更好的背面钝化效果。
实施例8
本实施例提供一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，采用硅墨作为原料，运用喷墨打印机打印图形，具体步骤如下：
1） 选用电阻率在1～3Ω·cm的P型多晶硅片，将其置于制绒槽中，在氢氟酸-硝酸（1:6）混合溶液中，在温度为6～10℃，时间110～130S的条件下，进行表面组织化形成绒面结构；
2） 对硅片表面进行化学溶液清洗，溶液分别为2.4%氢氧化钾和5～10%盐酸的混合溶液，清洗时间共为5Min，温度为20～25℃；
3） 清洗后，将硅片置于扩散炉中，在830～850℃的条件下进行扩散，扩散后方阻70～85Ω/□左右，时间在10～15Min左右；
4） 将上述扩散后的硅片置于湿法刻蚀机中，去除背结和磷硅玻璃；
5） 在硅片的背面喷墨打印硅墨，打印图案为点状阵列，点直径120μm，中心间距1200μm，打印厚度为3μm；
6） 打印硅墨后，进行烘干，烘干温度为280℃，时间1 min;
7） 退火处理，750℃，峰值保温时间约15 min，得到带硼掺杂的局部背场；
8） 背面沉积钝化膜；
9） 前表面沉积钝化及减反膜；
10）背面电极印刷：印刷背电极用于组件焊接；
11）背面银浆印刷：印刷银浆套印在硅浆料印刷的位置，银浆将打开钝化膜形成接触；
12）正面电极印刷；
13）高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，烧结温度为750～780℃，峰值温度保温时间8s，经烧结后正面银电极穿过SiNx减反膜形成欧姆接触。
对制备得到的硅片进行性能测试，P型硅球作为硼源形成的局部背场使得表面复合速率降至250cm/s或更小，少子寿命100μs，背场串联电阻Rs为0.78Ω·cm2，开路电压Voc为602mV，电流密度Jsc为37.1±0.1mA/ cm2，填充因子FF为76.9±0.6%。
本实施例中，采用的P型硅球作为硼源的参数是：硼掺杂量5.65×1019atoms/cm3，硅球粒径范围是50nm～350nm，尺寸集中在150nm，集中度大于90%，硅球的制备方法是通过脉冲放电方法制备得到的，脉冲放电的工艺参数是：开路电压100V；峰值电流12A；脉宽25 μs ；占空比1:2。
硅墨的质量百分比配方是P型硅球2.5%，司盘（80）1 %，二氯甲烷95%，聚乙烯吡咯烷酮1.5%。
本实施例中所述银浆均为量产的产品，仅添加一台喷墨打印机，在750℃下形成背场局部硼掺杂，提高了少子寿命，降低了表面复合速率，提高了电池的光电转化效率。相对于实施例中的线性阵列，优化过的点阵可以获得更好的背面钝化效果。
Claims (10)
1.一种利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，包括如下步骤：
第1步、将硅片进行制绒、清洗、扩散、边缘刻蚀及去磷硅玻璃，得到前工序硅片；
第2步、将P型硅球混合于印浆中，再印刷于第1步所得的前工艺硅片背面，烘干后再进行退火，得到带硼掺杂局部背场的硅片；
第3步、在第2步所得的硼掺杂局部背场的硅片的背面沉积钝化膜；
第4步、将银浆套印于烘干后的印浆表面，再进行烘干；
第5步、对硅片进行烧结，使银浆和硅硼掺杂区域形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，其特征在于：所述的第2步中，印浆在背面的图案是点状，点直径范围为70～250μm，点间距的范围为100～2000μm；印浆在背面的图案或者是线状阵列，线宽范围是70～200μm，线间距是100～2000μm。
3.根据权利要求1所述的利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，其特征在于：所述的第2步中，打印方式是丝网印刷或者喷墨打印。
4.根据权利要求1所述的利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，其特征在于：所述的P型硅球是通过脉冲放电的方法制备得到的，所述的P型硅球中硼原子的浓度在1×1017～1×1021 atoms/cm3之间，P型硅球的尺寸范围在0.05～3μm之间。
5.根据权利要求3所述的利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，其特征在于：所述的丝网印刷的工艺参数是：浆料中的P型硅球的粒径范围是100nm～3μm，浆料包括有按质量百分比计的如下组分：掺硼硅球5%～20%、表面活性剂1～10%、溶剂50%～80%、添加剂10%～35%，浆料印刷后的厚度范围是1～12μm。
6.根据权利要求3所述的利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，其特征在于：所述的喷墨印刷的工艺参数是：硅墨中的P型硅球的粒径范围是50nm～500nm，硅墨包括有按质量百分比计的如下组分：P型硅球2%～10%、表面活性剂0.5～10%、溶剂80%～95%、添加剂1%～10%，硅墨打印后厚度范围为0.5～5μm。
7.根据权利要求5或者6所述的利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，其特征在于：所述的表面活性剂是卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚氧乙烯嵌段共聚物、甘油季戊四醇、失水山梨醇、蔗糖脂肪酸酯、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物；溶剂是去离子水或者有机溶剂，所述的有机溶剂是乙醇、二氯甲烷、苯中的一种或几种的混合物；添加剂是增稠剂。
8.根据权利要求7所述的利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，其特征在于：所述的增稠剂是聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇。
9.根据权利要求1所述的利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，其特征在于：所述的第2步中的印浆烘干过程，温度为200℃～350℃，干燥时间为1～10min；退火过程温度为400℃～900℃，峰值保温时间5～30min；所述的第4步中，银浆的烘干步骤参数是：温度为180℃～300℃，干燥时间为10～60s。
10.根据权利要求1所述的利用P型硅球作为硼源制备局部背场的方法，其特征在于：所述的第5步中烧结步骤的参数是：温度为700～850℃，峰值温度保温时间1～10s。
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