CN103681971B - 一种n型背结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型背结太阳能电池的制备方法，所述方法包括：对N型单晶的硅片的受光面进行离子注入；对离子注入后的硅片进行高温氧化激活；对高温氧化激活后的硅片的背光面进行硼扩散；在硅片的背光面形成钝化层，在硅片的受光面形成减反膜；形成太阳能电池的电极。本发明能够提高太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种N型背结太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能是一种最清洁、最普遍和最有潜力的能源。太阳能电池，也称光伏电池，是一种通过光电效应或者光化学效应将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。当太阳光照在太阳能电池上时，太阳能电池的p-n结形成空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就形成电流。在当今能源短缺的情况下，太阳能电池是一种有广阔前景的新型能源。目前，N型单晶硅片制作的太阳能电池由于对金属杂质不敏感，光衰减小，日益展现出其在太阳能领域的优势。
通常，N型背结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将硅片进行清洗处理；
步骤2：将硅片的受光面进行制绒处理；
步骤3：将硅片的背光面进行抛光处理；
步骤4：对硅片的表面进行磷扩散；
步骤5：去除硅片背光面的磷；
步骤6：在硅片受光面形成掩膜；
步骤7：对硅片的表面进行硼扩散；
步骤8：去除硅片的表面的硼硅玻璃、磷硅玻璃和掩膜层；
步骤9：用硝酸氧化的方法在硅片的表面形成氧化硅钝化层；
步骤10：在硅片的背光面沉积氧化铝钝化层；
步骤11：在硅片的背光面沉积氮化硅钝化层；
步骤12：在硅片的受光面沉积氮化硅减反膜；
步骤13：在硅片的背光面激光开窗，以形成点接触图案；
步骤14：在硅片的背光面印刷铝电极，在受光面印刷银电极；
步骤15：共烧结形成金属化接触。
硼扩散是N型背结太阳能电池的制备中的重要环节，采用三溴化硼进行扩散时，由于三溴化硼为液态源，扩散性比气态源差，导致硅片边缘掺杂浓度高，而中心掺杂浓度低，均匀性很难控制，硼扩散一直是N型硅太阳能电池掺杂的一个难点，常规扩散较难实现低浓度的均匀掺杂，从而降低了太阳能电池的光电转换效率，并且常规硼扩散之前需要制作较厚的掩膜来阻挡磷扩散面受到硼扩散的影响，工艺比较复杂，增加了太阳能电池的制作成本。
发明内容
本发明的目的在于提出一种N型背结太阳能电池的制备方法，以提高太阳能电池的光电转换效率。
本发明提供了一种N型背结太阳能电池的制备方法，所述方法包括：
对N型单晶的硅片的受光面进行离子注入；
对离子注入后的硅片进行高温氧化激活；
对高温氧化激活后的硅片的背光面进行硼扩散；
在硅片的背光面形成钝化层，在硅片的受光面形成减反膜；
形成太阳能电池的电极。
可选的，所述对硅片的受光面进行离子注入之前，还包括：
对硅片进行清洗处理；
对清洗处理后的硅片的受光面进行制绒处理；
对清洗处理后的硅片的背光面进行抛光处理。
可选的，所述在硅片的背光面形成钝化层，在硅片的受光面形成减反膜，包括：
去除所述高温氧化激活和所述硼扩散时在硅片的表面产生的氧化层和硼硅玻璃；
在硅片的表面形成氧化硅钝化层；
在硅片的背光面形成氧化铝钝化层；
在硅片的背光面形成氮化硅钝化层；
在硅片的受光面形成氮化硅减反膜。
可选的，所述形成太阳能电池的电极，包括：
在硅片的背光面激光开窗，以形成点接触图案；
在硅片的背光面印刷铝电极，在受光面印刷银电极；
将所述铝电极和所述银电极进行共烧结，以形成金属化接触。
可选的，所述离子注入的元素为磷元素；
在所述离子注入之后，在硅片的受光面形成间隔存在的两种掺杂浓度。
可选的，所述硼扩散采用的方法为三溴化硼液态源扩散法。
可选的，所述去除所述高温激活和所述硼扩散时在硅片的表面产生的氧化层和硼硅玻璃时采用的药液为氢氟酸溶液。
可选的，所述在硅片的表面形成氧化硅钝化层采用的方法为硝酸氧化法；
形成氧化硅钝化层的温度范围为30至90摄氏度；
形成氧化硅钝化层的时间范围为10至60分钟。
可选的，所述在硅片的背光面形成氮化硅钝化层采用的方法为等离子增强化学气相沉积法；
所述氮化硅钝化层的厚度为60至90纳米。
本发明提出了一种N型背结太阳能电池的制备方法，通过对硅片的受光面进行离子注入，使在对硅片进行高温氧化激活时在硅片的受光面形成较厚的氧化层，在硅片的背光面形成较薄的氧化层，进而利用硅片的受光面形成较厚的氧化层的阻挡作用，实现对硅片的单面硼扩散，并利用硅片的背光面形成较薄的氧化层提高硼扩散的均匀性，进而提高太阳能电池的光电转换效率，简化工艺流程，降低太阳能电池的制作成本。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的N型背结太阳能电池的制备方法的实现流程图；
图2是本发明第二实施例提供的N型背结太阳能电池的制备方法的实现流程图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
图1是本发明第一实施例提供的N型背结太阳能电池的制备方法的实现流程图。如图1所示，本发明实施例提供的方法包括：
步骤101，对N型单晶的硅片的受光面进行离子注入。
在本发明实施例中，针对硅片的受光面进行离子注入，优选的，注入的元素为磷元素。在离子注入的过程中，可以借助“梳子”型挡板来一次形成间隔存在的两种掺杂浓度，即分别形成小注入量和大注入量两种掺杂浓度，这样既可减小太阳电池受光面的表面复合，又可以保证后续金属接触处的高掺杂。
优选的，所述对硅片的受光面进行离子注入之前，还包括：对硅片进行清洗处理；对清洗处理后的硅片的受光面进行制绒处理；对清洗处理后的硅片的背光面进行抛光处理。
步骤102，对离子注入后的硅片进行高温氧化激活。
在本发明实施例中，对离子注入后的硅片进行激活的过程中通入氧气，使激活和氧化同时进行，在高温氧化激活之后，在硅片的受光面形成较厚的氧化层，在硅片的背光面形成较薄的氧化层。这是由于步骤101中离子注入时，在硅片受光面形成了非晶损伤层，而非晶损伤层氧化的过程比较快，在激活过程可以重结晶并修复非晶损伤层，并形成比没有离子注入的硅片表面厚得多的氧化层，通过温度和时间的控制能够使离子注入的受光面的氧化层厚度达非离子注入的背光面的氧化层厚度的10倍以上。
步骤103，对高温氧化激活后的硅片的背光面进行硼扩散。
在N型背结太阳能电池的制备中，硼扩散的目的是形成能够为太阳能电池实现光电转换的p-n结，其中，硼元素提供空穴，N型单晶的硅片提供电子，在进行硼扩散的位置就形成了很多的p-n结。
优选的，所述硼扩散采用的方法为三溴化硼液态源扩散法。
在本发明实施例中，利用步骤102中在硅片的受光面和背光面形成的氧化层作为阻挡层，对高温氧化激活后的硅片的背光面进行硼扩散。其中，硅片的受光面具有厚的氧化层，受光面不易进行硼扩散，而硅片的背光面的薄的氧化层有利于提高硼扩散的掺杂的均匀性，待硅片的背光面沉积过量的硼硅玻璃后再经过高温推进，可得到更为均匀的p-n结，进而，只有硅片的背光面进行硼扩散，实现单面扩散。与现有技术相比，本发明实现了单面硼扩散，且工艺简单，技术推广便捷。
步骤104，在硅片的背光面形成钝化层，在硅片的受光面形成减反膜。
可选的，所述在硅片的背光面形成钝化层，在硅片的受光面形成减反膜，包括：去除所述高温氧化激活和所述硼扩散时在硅片的表面产生的氧化层和硼硅玻璃；在硅片的背光面形成氧化铝钝化层；在硅片的背光面形成氮化硅钝化层；在硅片的受光面形成氮化硅减反膜。
步骤105，形成太阳能电池的电极。
可选的，所述形成太阳能电池的电极，包括：在硅片的背光面激光开窗，以形成点接触图案；在硅片的背光面印刷铝电极，在受光面印刷银电极；将所述铝电极和所述银电极进行共烧结，以形成金属化接触。
本实施例提供的N型背结太阳能电池的制备方法，将离子注入和硼扩散相结合，通过对硅片的受光面进行离子注入，使在对硅片进行高温氧化激活时在硅片的受光面形成较厚的氧化层，在硅片的背光面形成较薄的氧化层，进而利用硅片的受光面形成较厚的氧化层的阻挡作用，实现对硅片的单面硼扩散，提高硼扩散的均匀性，进而提高太阳能电池的光电转换效率，并简化工艺流程，降低太阳能电池的制作成本。
实施例二
图2是本发明第二实施例提供的N型背结太阳能电池的制备方法的实现流程图。如图2所示，本发明实施例提供的方法包括：
步骤201，对N型单晶的硅片进行清洗处理。
其中，对硅片进行清洗采用的药液为硅片清洗剂（RCA）溶液。
具体的，可以选用厚度为100至500微米的N型单晶硅片，用NH4OH（氢氧化铵）：H2O2（双氧水）：H2O（水）＝1:1:6的RCA溶液进行清洗，去除硅片表面的污染物。
步骤202，对清洗处理后的硅片的受光面进行制绒处理。
其中，制绒处理的目的是把相对光滑的硅片的表面通过酸或碱进行腐蚀，使其凹凸不平，变的粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片的表面的太阳能损失。对于单晶硅来说一般采用NaOH（氢氧化钠）加制绒辅助剂的方法腐蚀，利用单晶硅的各项异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构。
在本发明实施例中，可以将清洗后的硅片放入制绒液中进行制绒。具体的，制绒液的成分可以为1.5%的NaOH溶液以及2%的制绒辅助剂，制绒处理的温度可以为80℃。
步骤203，对清洗处理后的硅片的背光面进行抛光处理。
其中，抛光处理的目的是减小硅片背光面的复合，增强太阳能电池背光面的反光作用。具体的，可以在硅片受光面用水膜进行保护，在硅片的背光面抛光。
步骤204，对硅片的受光面进行离子注入。
具体的，可以在能量为10keV，剂量为3×1015cm-1的条件下进行离子注入，注入时用“梳子”型模板形成间隔存在的两种浓度的掺杂。另外，在后续制备金属化电极处为高掺杂浓度，其余位置为低浓度掺杂。
步骤205，对离子注入后的硅片进行高温氧化激活。
具体的，可以在温度为850℃、通N2（氮气）：O2（氧气）＝30：1的条件下进行高温氧化激活。
步骤206，对高温氧化激活后的硅片的背光面进行硼扩散。
优选的，所述硼扩散采用的方法为三溴化硼液态源扩散。具体的，可以在温度为920℃的条件下进行三溴化硼液态源扩散，进一步的，将温度升至940℃进行p-n结推进。
步骤207，去除所述高温氧化激活和所述硼扩散时在硅片的表面产生的氧化层和硼硅玻璃。
由于在所述高温氧化激活和所述硼扩散的过程中，硅片的受光面会产生氧化层和少量的硼硅玻璃，硅片的背光面会产生硼硅玻璃，而此处产生的氧化层和硼硅玻璃不利于太阳能电池的光电转换，需要对硼扩散时在硅片的表面产生的硼硅玻璃和氧化层进行除去。
优选的，所述去除所述高温氧化激活和所述硼扩散时在硅片的表面产生的氧化层和硼硅玻璃时采用的药液为氢氟酸溶液。
步骤208，在硅片的表面形成氧化硅钝化层。
优选的，所述在硅片的表面形成氧化硅钝化层采用的方法为硝酸氧化法；形成氧化硅钝化层的温度范围为30至90摄氏度；形成氧化硅钝化层的时间范围为10至60分钟。在对硅片的表面进行硝酸氧化处理之后，在硅片的表面形成一层较薄、致密性好的氧化硅钝化层。优选的，所述氧化硅钝化层的厚度在2nm左右。
步骤209，在硅片的背光面形成氧化铝钝化层。
其中，氧化铝钝化层是起减小硅片背光面的载流子的复合的作用。所述氧化铝钝化层的厚度为2至15纳米。
步骤210，在硅片的背光面形成氮化硅钝化层。
其中，氮化硅钝化层起钝化和绝缘的作用。
优选的，所述在硅片的背光面形成氮化硅钝化层采用的方法为等离子增强化学气相沉积法；所述氮化硅钝化层的厚度为60至90纳米。
步骤211，在硅片的受光面形成氮化硅减反膜。
其中，形成氮化硅减反膜的目的在于减少表面反射，增加折射率。可选的，采用化学气相沉积的方法形成氮化硅减反膜。
步骤212，在硅片的背光面激光开窗，以形成点接触图案。
由于步骤210中在太阳能电池的背光面形成的氮化硅钝化层不易被穿透，所以需要激光开窗，留出接触孔，以在步骤213中形成电极。
步骤213，在硅片的背光面印刷铝电极，在受光面印刷银电极。
制作电极是太阳能电池制备过程中一个重要步骤，它不仅决定了发射区的结构，而且决定了电池的串联电阻和电池表面被金属覆盖的面积。在本发明实施例中，在硅片的背光面印刷铝电极，在受光面印刷银电极可以选择丝网印刷的方式，即通过特殊的印刷机和模板将银浆和铝浆印刷在太阳能电池的正背面，以形成正负电极引线。
步骤214，将所述铝电极和所述银电极进行共烧结，以形成金属化接触。
其中，共烧结的目的是使太阳能电池的上下电极形成欧姆接触。
本实施例提供的N型背结太阳能电池的制备方法，既可以减小离子注入设备的投入，又能利用注入时形成的氧化层减化硼扩散背结电池的工艺流程，能够降低太阳能电池的成本，提高太阳能电池的光电转换效率。
注意，上述内容仅为本发明的较佳实施例。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种N型背结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
对N型单晶的硅片的受光面进行离子注入；
对离子注入后的硅片进行高温氧化激活；
对高温氧化激活后的硅片的背光面进行硼扩散；
在硅片的背光面形成钝化层，在硅片的受光面形成减反膜；
形成太阳能电池的电极。
2.根据权利要求1所述的N型背结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述对硅片的受光面进行离子注入之前，还包括：
对硅片进行清洗处理；
对清洗处理后的硅片的受光面进行制绒处理；
对清洗处理后的硅片的背光面进行抛光处理。
3.根据权利要求1或2所述的N型背结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述在硅片的背光面形成钝化层，在硅片的受光面形成减反膜，包括：
去除所述高温氧化激活和所述硼扩散时在硅片的表面产生的氧化层和硼硅玻璃；
在硅片的表面形成氧化硅钝化层；
在硅片的背光面形成氧化铝钝化层；
在硅片的背光面形成氮化硅钝化层；
在硅片的受光面形成氮化硅减反膜。
4.根据权利要求1或2所述的N型背结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述形成太阳能电池的电极，包括：
在硅片的背光面激光开窗，以形成点接触图案；
在硅片的背光面印刷铝电极，在受光面印刷银电极；
将所述铝电极和所述银电极进行共烧结，以形成金属化接触。
5.根据权利要求1或2所述的N型背结太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述离子注入的元素为磷元素；
在所述离子注入之后，在硅片的受光面形成间隔存在的两种掺杂浓度。
6.根据权利要求1或2所述的N型背结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述硼扩散采用的方法为三溴化硼液态源扩散法。
7.根据权利要求3所述的N型背结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述去除所述高温氧化激活和所述硼扩散时在硅片的表面产生的氧化层和硼硅玻璃时采用的药液为氢氟酸溶液。
8.根据权利要求3所述的N型背结太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述在硅片的表面形成氧化硅钝化层采用的方法为硝酸氧化法；
形成氧化硅钝化层的温度范围为30至90摄氏度；
形成氧化硅钝化层的时间范围为10至60分钟。
9.根据权利要求3所述的N型背结太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述在硅片的背光面形成氮化硅钝化层采用的方法为等离子增强化学气相沉积法；
所述氮化硅钝化层的厚度为60至90纳米。
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