CN103594532B - 一种n型晶体硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N型晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：(1)采用N型单晶硅为衬底，清洗、制绒；(2)在硅片的背面的电极区域印刷硼浆，烘干、退火后形成硼掺杂PN结，同时在硅片背面形成氧化层；(3)单面磷扩散；(4)对硅片的背面进行局部刻蚀；(5)去除杂质玻璃层；(6)沉积钝化减反射膜；(7)印刷铝浆，形成铝背结；(8)印刷正面电极、背面电极，烘干；即可得到N型晶体硅太阳能电池。本发明开在硅片背面的非电极区域进行铝浆掺杂形成铝背结，背面电极区域采用硼浆掺杂制备电极，不仅解决了组件焊接的难题，同时避免了因背面PN结面积减少而带来的电池效率降低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种N型晶体硅太阳能电池的制备方法，属于太阳能技术领域。
背景技术
目前，太阳能电池是光伏市场上的主导产品。近年来，随着科技水平的不断发展，原来困扰N型晶体硅太阳能电池的技术难题逐渐被攻克，极大的促进了N型晶体硅太阳电池在结构和工艺方面的发展。目前，美国SunPower公司生产的背面接触太阳能电池（IBC）和Sanyo公司生产的HIT(Hetero-junctionIntrinsicThin-layer)太阳电池就是基于N型晶体硅衬底制作的商业化太阳电池。这两款电池是目前商业化生产转化效率最高的太阳能电池，也是商业化生产转换效率突破20%的仅有的两款太阳能电池。占据了极大的市场份额。
在N型衬底良好发展的态势下，越来越多的研究人员关注N型电池的研究。而PN结的制备是整个太阳能电池的核心。现有技术中，N型衬底制备PN结方式主要有硼掺杂和铝掺杂2种。其中，硼掺杂的方式普遍存在2点问题：一是利用氮气携带液态BBr3源进行管式扩散时虽然效果最好，但是扩散的均匀性难以控制；二是扩散温度过高会使得晶体硅衬底性能变坏。因此，目前绝大多数的厂家都是采用铝掺杂制备PN结。
目前，国内大都通过铝合金化在N型晶体硅衬底上形成Al-p+发射极来制备太阳能电池，而对于铝合金化形成Al-p+发射极，主要集中在全铝背结和局域铝背结太阳能电池(即非电极区铝掺杂、电极区无掺杂)上，然而，这2种结构的太阳能电池结构都存在一些缺陷：对于全铝背结太阳电池而言，其在制备组件时存在背面无法焊接的难题。对于局域铝背结太阳电池而言，其虽然可以解决组件焊接问题，但是由于硅片背面存在较多的电极区域，而这部分区域是不存在PN结的，因此相对减少了PN结的面积，影响了电池效率。
发明内容
本发明目的是提供一种N型晶体硅太阳能电池的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种N型晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用N型单晶硅为衬底，将硅片进行清洗、制绒；
(2)在上述硅片的背面的电极区域印刷硼浆，烘干、退火后形成硼掺杂PN结，同时在硅片背面形成氧化层；
(3)将上述硅片背靠背进行单面磷扩散，硅片的正面为扩散面；
(4)对上述硅片的背面进行局部刻蚀，去除非电极区域的氧化层，保留电极区域的氧化层；
(5)清洗，去除硅片正反面的杂质玻璃层；
(6)在上述硅片的正面沉积钝化减反射膜；
(7)在上述硅片的背面的非电极区印刷铝浆，形成铝背结，烘干；
(8)在硅片的正面印刷正面电极，在硅片的背面的电极区印刷背面电极，烘干；即可得到N型晶体硅太阳能电池。
上述技术方案中，所述步骤(4)和(5)之间还设有如下步骤：以硅片背面的电极区域的氧化层为掩膜，对硅片背面的非电极区进行抛光处理。上述抛光处理的抛光液可以采用TMA溶液。
上述技术方案中，所述步骤(6)中，在硅片的正面依次沉积氧化硅、氮化硅，形成钝化减反射膜。
上述技术方案中，所述步骤(1)中，N型单晶硅衬底的电阻率为3~12Ω·cm，厚度为170~200微米，少子寿命为1~3ms。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，烘干温度为200~300℃、带速250~350cm/min。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，退火温度为900~940℃、时间25~40min，方块电阻为50~60Ω/sq。
上述技术方案中，所述步骤(3)中，磷扩散温度为810~840℃，时间为20~30min，扩散后方块电阻的范围控制在55~75Ω/sq。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1．本发明开发了一种新的N型晶体硅太阳能电池的制备方法，在硅片背面的非电极区域进行铝浆掺杂形成铝背结，背面电极区域采用硼浆掺杂制备电极，不仅解决了组件焊接的难题，同时避免了因背面PN结面积减少而带来的电池效率降低的问题。
2．本发明的制备方法简单易行，可以在现有设备上实现，成本较低，适于推广应用。
3．实验证明：采用本发明的制备方法得到的太阳能电池的电池效率没有衰减，可量产性强。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种N型晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用N型单晶硅为衬底，将硅片进行清洗、制绒；N型单晶硅衬底的电阻率为3~12Ω·cm，厚度为170~200微米，少子寿命为1~3ms；
(2)在上述硅片的背面的电极区域印刷硼浆，烘干、退火后形成硼掺杂PN结，同时在硅片背面形成氧化层；
烘干温度为200~300℃、带速250~350cm/min；退火温度为900~940℃、时间25~40min，方块电阻控制范围为50~60Ω/sq；
(3)将上述硅片背靠背进行单面磷扩散，硅片的正面为扩散面；方块电阻控制范围为50~75Ω/sq；
(4)对上述硅片的背面进行局部刻蚀，去除非电极区域的氧化层，保留电极区域的氧化层；
(5)以硅片背面的电极区域的氧化层为掩膜，对硅片背面的非电极区进行抛光处理；上述抛光处理的抛光液可以采用25%的TMA溶液；抛光温度80℃，抛光时间50~300秒；
(6)采用HF和HCl清洗，去除硅片正反面的杂质玻璃层；
(7)在上述硅片的正面沉积钝化减反射膜；
(8)在上述硅片的背面的非电极区印刷铝浆，形成铝背结，烘干；
(9)在硅片的正面印刷正面电极，在硅片的背面的电极区印刷背面电极，烘干；即可得到N型晶体硅太阳能电池。
对比例一
一种N型晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用与上述实施例相同的N型单晶硅为衬底，将硅片进行清洗、制绒；
(2)在硅片背面形成氧化层；
(3)将上述硅片背靠背进行单面磷扩散，硅片的正面为扩散面；方块电阻控制范围为50~75Ω/sq；
(4)对上述硅片的背面进行局部刻蚀，去除非电极区域的氧化层，保留电极区域的氧化层；
(5)以硅片背面的电极区域的氧化层为掩膜，对硅片背面的非电极区进行抛光处理；上述抛光处理的抛光液可以采用25%的TMA溶液；抛光温度80℃，抛光时间50~300秒；
(6)采用HF和HCl清洗，去除硅片正反面的杂质玻璃层；
(7)在上述硅片的正面沉积钝化减反射膜；
(8)在上述硅片的背面的非电极区印刷铝浆，形成铝背结，烘干；
(9)在硅片的正面印刷正面电极，在硅片的背面的电极区印刷背面电极，烘干；即可得到N型晶体硅太阳能电池。
测试所述实施例一和对比例一得到的太阳能电池的光电转换效率，结果参见下表：
| Uoc | Isc | Rs | Rsh | FF | NCell | Irev1 | 备注 |
| 0.6461 | 8.8282 | 0.0017 | 852.31 | 79.48 | 18.97% | 0.0149 | 实施例一 |
| 0.6361 | 8.5570 | 0.0024 | 565.87 | 75.04 | 17.09% | 0.0294 | 对比例一 |
由上表可见，采用实施例一的方法得到的太阳能电池的效率有很大提升。实施例一中背面全面积的PN结，避免了电子空穴对在没有PN结的电极区域的严重复合以及从没有PN结区域移动到PN结区域过程中的复合，从而提升短路电流Isc和开路电压Uoc；同时背面电极区采用硼浆掺杂形成很高的表面浓度，最终可获得很好的欧姆接触，提高填充因子FF。而对比例一的电极区没有PN结，在烧结过程中电极周围的结不同程度的被破坏，导致接触变差，FF明显下降，并且存在漏电的风险。
Claims (7)
1.一种N型晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采用N型单晶硅为衬底，将硅片进行清洗、制绒；
(2)在上述硅片的背面的电极区域印刷硼浆，烘干、退火后形成硼掺杂PN结，同时在硅片背面形成氧化层；
(3)将上述硅片背靠背进行单面磷扩散，硅片的正面为扩散面；
(4)对上述硅片的背面进行局部刻蚀，去除非电极区域的氧化层，保留电极区域的氧化层；
(5)清洗，去除硅片正反面的杂质玻璃层；
(6)在上述硅片的正面沉积钝化减反射膜；
(7)在上述硅片的背面的非电极区印刷铝浆，形成铝背结，烘干；
(8)在硅片的正面印刷正面电极，在硅片的背面的电极区印刷背面电极，烘干；即可得到N型晶体硅太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的N型晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)和(5)之间还设有如下步骤：以硅片背面的电极区域的氧化层为掩膜，对硅片背面的非电极区进行抛光处理。
3.根据权利要求1所述的N型晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中，在硅片的正面依次沉积氧化硅、氮化硅，形成钝化减反射膜。
4.根据权利要求1所述的N型晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，N型单晶硅衬底的电阻率为3~12Ω·cm，厚度为170~200微米，少子寿命为1~3ms。
5.根据权利要求1所述的N型晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，烘干温度为200~300℃、带速250~350cm/min。
6.根据权利要求1所述的N型晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，退火温度为900~940℃、时间25~40min，方块电阻为50~60Ω/sq。
7.根据权利要求1所述的N型晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，磷扩散温度为810~840℃，时间为20~30min，扩散后方块电阻的范围控制在55~75Ω/sq。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |