CN104009119A - 一种p型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其工艺流程包括：单晶硅激光开槽、制绒并对其清洗、正面扩散形成PN结、选择性发射极形成以及去背结和磷硅玻璃、正面镀减反射膜、电极制作，传统刻槽埋栅电池的制作基础上，对电极制备做了改进，在开槽用选择性发射极和喷墨打印技术相结合，喷墨打印既改善了金属电极空洞问题，也解决了金属材料与硅材料结合难的问题，同时通过选择性发生极的制作，晶体硅正面获得了低表面浓度，提高了电池的受光区域（非金属化区域）蓝光响应，减少了遮光面积，增加了光生电流，能更好的收集硅片产生的电流，同时在金属与硅片之间形成良好的欧姆接触。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，具体是晶体硅太阳能电池正面低表面浓度的刻槽埋栅技术以及背钝化技术。
背景技术
在煤炭石化燃料使用日趋广泛，环境污染日益严重的背景下，利用太阳能这一清洁可再生能源发电，已被当作解决全球性空气污染，温室效应以及化石燃料枯竭等问题的对策，受到世界各国的青睐。然而较高的生产成本制约着其应用范围，故通过提高发电效率实现降本增效成为各生产厂家迫在眉睫的问题。刻槽埋栅这一技术具有金属栅线遮光面积小，接触电阻损失小，较高电流收集效率等优点在未来光伏技术应用中具有一定的优势地位。
目前传统的刻槽埋栅电池电极的制作主要是化学镀镍的基础上再镀铜，化学镀镍属于自催化反应，对硅片表面状态以及镀液体系的稳定性要求极高，存在过程控制较难，镀层极不均匀，而电镀铜存在槽内空洞镀不满，与镍层接触差且等现象，这系列问题导致电池接触电阻高，电性能较差且镀层与硅材料结合力差使得电极容易脱落等问题，制约着埋栅技术的推广和应用。
因此，研究出一种有效提高金属材料与硅材料结合性能，降低电池接触电阻的P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法是目前太阳能电池制造领域需要解决的重要问题之一。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种有效提高金属材料与硅材料结合性能，降低电池接触电阻的P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，解决了技术空白。
技术方案：本发明所述的一种P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其工艺流程包括：单晶硅激光开槽、制绒并对其清洗、正面扩散形成PN结、选择性发射极形成以及去背结和磷硅玻璃、正面镀减反射膜、电极制作。
所述的一种P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法， 其具体步骤包括：
(a)单晶硅激光开槽
选择电阻率为0.3 Ω٠cm~10 Ω٠cm的P型硅片，在激光的脉冲能量为0.05uJ~0.8uJ，频率为50KHz~5000KHz的条件下，设计电极图形，采用ns激光器在P型硅片衬底一侧按照电极图形开槽，槽宽为5um~50um，槽深为5um~100um，槽间距为0.5mm~1.5mm；
(b)制绒并对其清洗
用浓度为0.5%~2%的氢氧化钠溶液在75℃~85℃时对P型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为10%~12%的盐酸和8%~10%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
(c)正面扩散形成PN结
在温度为600-900℃的扩散炉中，采用POCl3进行磷扩散，使P型晶体硅的扩散面方阻为20-60 Ohm/sq；或者先在开槽面注入磷源，使离子束能量达到8-15keV、离子注入量为7*15cm-2后，将P型硅片送入温度为800-1000℃的退火炉中退火，退火的同时对离子注入时损伤的硅表面进行修复；退火后的P型晶体硅方阻为20-60 Ohm/sq，形成PN结；
(d)去背结、边结以及磷硅玻璃
用喷头在P型晶体硅的开槽部位喷上5-50um宽的掩膜，在单面刻蚀的设备中，采用浓度为5-15%氢氟酸和浓度为50-70%的硝酸混合溶液在室温条件下，刻蚀P型硅片的背表面和边缘，然后再对硅片前表面喷洒12%氢氟酸和硝酸混合溶液，在6℃下对硅片前表面（刻槽面）进行腐蚀，使得非掩膜部分的磷浓度下降，方阻上升至60-150
Ohm/sq，形成N层，然后去除掩膜和表面的磷硅玻璃，烘干；
(e)正面镀减反射膜
在P型硅片衬底的前表面即PN结一侧制备减反射膜层，所述的减反射膜层为氮化硅膜或氧化硅、氮化硅复合膜中的任一种；
所述的氮化硅膜采用等离子化学气相沉积（PECVD）的方法制备，其厚度为50-120nm；
所述的氧化硅氮化硅复合膜的制备方法为先在P型硅片衬底的前表面即PN结一侧用湿氧的方式沉积氧化硅膜，其厚度为30-50nm,然后在氧化硅的表面沉积氮化硅膜得到氧化硅、氮化硅复合膜,所述复合膜的总厚度为50-120nm；
(f)电极制作
采用丝网印刷技术在电池的背面印刷铝浆而形成电池的正极，采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印宽为5-50um，高为1-100um含银浆料形成电池的负极，在400-800℃的温度下在烧结炉中进行共烧结。
步骤c中所述的扩散面和刻槽面位于同一侧。
步骤d中所述掩膜的宽度大于或等于PN结一侧凹槽的宽度。
步骤e和步骤f中所述的复合膜为氧化硅和氮化硅复合膜或氧化铝和氮化硅复合膜。
步骤f中采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印银浆，银浆的宽度为5-60um，厚度5-100um，喷墨打印图案与刻槽图案相匹配，喷墨打印宽度不小于刻槽宽度。
有益效果：与现有技术相比，本发明所述的一种高效P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法具有以下优点：
1.简化传统制备工艺，制程简单，与传统产线工艺兼容性高；
2.在凹槽内采用选择性发射极和喷墨打印技术相结合，喷墨打印既改善了金属电极空洞问题，提高了金属材料与硅材料的结合性能，提高电极的牢固性；
3.通过选择性发射极极的制作，晶体硅正面获得了低表面浓度，提高了电池的受光区域（非金属化区域）蓝光响应，降低了电池的接触电阻。
具体实施方式
本发明提出的一种P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其工艺流程的步骤包括：单晶硅激光开槽、制绒并对其清洗、正面扩散形成PN结、选择性发射极形成以及去背结和磷硅玻璃、正面镀减反射膜、电极制作。
实施例
1
(a)单晶硅激光开槽
选择电阻率为0.3 Ω٠cm的P型硅片，在激光的脉冲能量为0.05uJ，频率为50KHz的条件下，采用ns激光器在P型硅片衬底一侧按照电极图形开槽，槽宽为5um，槽深为10um，槽间距为0.5mm；
(b)制绒并对其清洗
用温度为75℃、浓度为2%的氢氧化钠溶液对P型单晶硅表面进行化学腐蚀，使P型单晶硅表面形成三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为10%的盐酸和8%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
(c)正面扩散形成PN结
在温度为600℃的扩散炉中，采用POCl3进行磷扩散，使P型晶体硅的扩散面方阻为20 Ohm/sq；或者先在开槽面注入磷源，使离子束能量达到8keV、离子注入量为7*15cm-2后，将P型硅片送入温度为800℃的退火炉中退火，退火的同时对离子注入时损伤的硅表面进行修复；退火后的P型晶体硅方阻为20 Ohm/sq，形成PN结；
(d)去背结、边结以及磷硅玻璃
用喷头在P型晶体硅的开槽部位喷上5um宽的掩膜，在单面刻蚀的设备中，采用浓度为5%氢氟酸和浓度为50%的硝酸混合溶液在室温条件下，刻蚀P型硅片的背表面和边缘，然后再对硅片前表面喷洒12%氢氟酸和硝酸混合溶液，在6℃下对硅片前表面（刻槽面）进行腐蚀，使得非掩膜部分的磷浓度下降，方阻上升至70Ohm/sq，形成N层，然后去除掩膜和表面的磷硅玻璃，烘干；
(e)正面镀减反射膜
在P型硅片衬底的前表面即PN结一侧制备减反射膜层，所述的减反射膜层为氮化硅膜；所述的氮化硅膜采用等离子化学气相沉积（PECVD）的方法制备，其厚度为80nm；
(f)电极制作
采用丝网印刷技术在电池的背面印刷铝浆而形成电池的正极，采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印宽为5um，高为10um含银浆料形成电池的负极，在400℃的温度下在烧结炉中进行共烧结。
实施例
2
(a)单晶硅激光开槽
选择电阻率为2 Ω٠cm的P型硅片，在激光的脉冲能量为0.3uJ，频率为180KHz的条件下，采用ns激光器在P型硅片衬底一侧按照电极图形开槽，槽宽为15um，槽深为25um，槽间距为0.8mm；
(b)制绒并对其清洗
用浓度为1.2%的氢氧化钠溶液在80℃时对P型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为11%的盐酸和8.2%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
(c)正面扩散形成PN结
在温度为680℃的扩散炉中，采用POCl3进行磷扩散，使P型晶体硅的扩散面方阻为40 Ohm/sq；或者先在开槽面注入磷源，使离子束能量达到10keV、离子注入量为7*15cm-2后，将P型硅片送入温度为900℃的退火炉中退火，退火的同时对离子注入时损伤的硅表面进行修复；退火后的P型晶体硅方阻为40 Ohm/sq，形成PN结；
(d)去背结、边结以及磷硅玻璃
用喷头在P型晶体硅的开槽部位喷上20um宽的掩膜，在单面刻蚀的设备中，采用浓度为9%氢氟酸和浓度为58%的硝酸混合溶液在室温条件下，刻蚀P型硅片的背表面和边缘，然后再对硅片前表面喷洒12%氢氟酸和硝酸混合溶液，在6℃下对硅片前表面（刻槽面）进行腐蚀，使得非掩膜部分的磷浓度下降，方阻上升至110
Ohm/sq，形成N层，然后去除掩膜和表面的磷硅玻璃，烘干；
(e)正面镀减反射膜
在P型硅片衬底的前表面即PN结一侧制备减反射膜层，所述的减反射膜层为氮化硅膜，所述的氮化硅膜采用等离子化学气相沉积（PECVD）的方法制备，其厚度为80nm；
(f)电极制作
采用丝网印刷技术在电池的背面印刷铝浆而形成电池的正极，采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印宽为15um，高为25um含银浆料形成电池的负极，在480℃的温度下在烧结炉中进行共烧结。
实施例
3
(a)单晶硅激光开槽
选择电阻率为7 Ω٠cm的P型硅片，在激光的脉冲能量为0.5uJ，频率为2200KHz的条件下，采用ns激光器在P型硅片衬底一侧按照电极图形开槽，槽宽为38um，槽深为40um，槽间距为0.9mm；
(b)：制绒并对其清洗
用浓度为1.3%的氢氧化钠溶液在80℃时对P型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为11%的盐酸和10%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
(c)正面扩散形成PN结
在温度为820℃的扩散炉中，采用POCl3进行磷扩散，使P型晶体硅的扩散面方阻为52 Ohm/sq；或者先在开槽面注入磷源，使离子束能量达到12keV、离子注入量为7*15cm-2后，将P型硅片送入温度为920℃的退火炉中退火，退火的同时对离子注入时损伤的硅表面进行修复；退火后的P型晶体硅方阻为52 Ohm/sq，形成PN结；
(d)去背结、边结以及磷硅玻璃
用喷头在P型晶体硅的开槽部位喷上38um宽的掩膜，在单面刻蚀的设备中，采用浓度为8%氢氟酸和浓度为62%的硝酸混合溶液在室温条件下，刻蚀P型硅片的背表面和边缘，然后再对硅片前表面喷洒12%氢氟酸和硝酸混合溶液，在6℃下对硅片前表面（刻槽面）进行腐蚀，使得非掩膜部分的磷浓度下降，方阻上升至150
Ohm/sq，形成N层，然后去除掩膜和表面的磷硅玻璃，烘干；
(e)正面镀减反射膜
在P型硅片衬底的前表面即PN结一侧制备减反射膜层，所述的减反射膜层为氧化硅、氮化硅复合膜，所述的氧化硅氮化硅复合膜的制备方法为先在P型硅片衬底的前表面即PN结一侧用湿氧的方式沉积氧化硅膜，其厚度为42nm,然后在氧化硅的表面沉积氮化硅膜得到氧化硅、氮化硅复合膜,所述复合膜的总厚度为100nm；
(f)电极制作
采用丝网印刷技术在电池的背面印刷铝浆而形成电池的正极，采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印宽为38um，高为45um含银浆料形成电池的负极，在560℃的温度下在烧结炉中进行共烧结。
实施例
4
(a)单晶硅激光开槽
选择电阻率为10 Ω٠cm的P型硅片，在激光的脉冲能量为0.8uJ，频率为5000KHz的条件下，采用ns激光器在P型硅片衬底一侧按照电极图形开槽，槽宽为50um，槽深为100um，槽间距为1.5mm；
(b)制绒并对其清洗
用浓度为2%的氢氧化钠溶液在85℃时对P型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为12%的盐酸和10%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
(c)正面扩散形成PN结
在温度为900℃的扩散炉中，采用POCl3进行磷扩散，使P型晶体硅的扩散面方阻为60 Ohm/sq；或者先在开槽面注入磷源，使离子束能量达到15keV、离子注入量为7*15cm-2后，将P型硅片送入温度为1000℃的退火炉中退火，退火的同时对离子注入时损伤的硅表面进行修复；退火后的P型晶体硅方阻为60 Ohm/sq，形成PN结；
(d)去背结、边结以及磷硅玻璃
用喷头在P型晶体硅的开槽部位喷上50um宽的掩膜，在单面刻蚀的设备中，采用浓度为15%氢氟酸和浓度为70%的硝酸混合溶液在室温条件下，刻蚀P型硅片的背表面和边缘，然后再对硅片前表面喷洒12%氢氟酸和硝酸混合溶液，在6℃下对硅片前表面（刻槽面）进行腐蚀，使得非掩膜部分的磷浓度下降，方阻上升至110
Ohm/sq，形成N层，然后去除掩膜和表面的磷硅玻璃，烘干；
(e)正面镀减反射膜
在P型硅片衬底的前表面即PN结一侧制备减反射膜层，所述的减反射膜层为氧化硅、氮化硅复合膜，所述的氧化硅氮化硅复合膜的制备方法为先在P型硅片衬底的前表面即PN结一侧用湿氧的方式沉积氧化硅膜，其厚度为50nm,然后在氧化硅的表面沉积氮化硅膜得到氧化硅、氮化硅复合膜,所述复合膜的总厚度为80nm；
(f)电极制作
采用丝网印刷技术在电池的背面印刷铝浆而形成电池的正极，采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印宽为50um，高为100um含银浆料形成电池的负极，在800℃的温度下在烧结炉中进行共烧结。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于：其工艺流程包括：单晶硅激光开槽、制绒并对其清洗、正面扩散形成PN结、选择性发射极形成以及去背结和磷硅玻璃、正面镀减反射膜、电极制作。
2.根据权利要求1所述的一种P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于：具体步骤包括：
(a)单晶硅激光开槽
选择电阻率为0.3 Ω٠cm~10 Ω٠cm的P型硅片，在激光的脉冲能量为0.05uJ~0.8uJ，频率为50KHz~5000KHz的条件下，采用ns激光器在P型硅片衬底一侧按照电极图形开槽，槽宽为5um~50um，槽深为10um~100um，槽间距为0.5mm~1.5mm；
(b)制绒并对其清洗
用浓度为0.5%~2%的氢氧化钠溶液在75℃~85℃时对P型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为10%~12%的盐酸和8%~10%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
(c)正面扩散形成PN结
在温度为600-900℃的扩散炉中，采用POCl3进行磷扩散，使P型晶体硅的扩散面方阻为20-60 Ohm/sq；或者先在开槽面注入磷源，使离子束能量达到8-15keV、离子注入量为7*15cm-2后，将P型硅片送入温度为800-1000℃的退火炉中退火，退火的同时对离子注入时损伤的硅表面进行修复；退火后的P型晶体硅方阻为20-60 Ohm/sq，形成PN结；
(d)去背结、边结以及磷硅玻璃
用喷头在P型晶体硅的开槽部位喷上5-50um宽的掩膜，在单面刻蚀的设备中，采用浓度为5-15%氢氟酸和浓度为50-70%的硝酸混合溶液在室温条件下，刻蚀P型硅片的背表面和边缘，然后再对硅片前表面喷洒12%氢氟酸和硝酸混合溶液，在6℃下对硅片前表面（刻槽面）进行腐蚀，使得非掩膜部分的磷浓度下降，方阻上升至110 Ohm/sq，形成N层，然后去除掩膜和表面的磷硅玻璃，烘干；
(e)正面镀减反射膜
在P型硅片衬底的前表面即PN结一侧制备减反射膜层，所述的减反射膜层为氮化硅膜或氧化硅、氮化硅复合膜中的任一种；
所述的氮化硅膜采用等离子化学气相沉积（PECVD）的方法制备，其厚度为50-120nm；
所述的氧化硅氮化硅复合膜的制备方法为先在P型硅片衬底的前表面即PN结一侧用湿氧的方式沉积氧化硅膜，其厚度为30-50nm,然后在氧化硅的表面沉积氮化硅膜得到氧化硅、氮化硅复合膜,所述复合膜的总厚度为50-120nm；
(f)电极制作
采用丝网印刷技术在电池的背面印刷铝浆而形成电池的正极，采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印宽为5-50um，高为1-100um含银浆料形成电池的负极，在400-800℃的温度下在烧结炉中进行共烧结。
3.根据权利要求2所述的一种P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于：步骤c中所述的扩散面和刻槽面位于同一侧。
4.根据权利要求2所述的一种P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于：步骤d中所述掩膜的宽度大于或等于PN结一侧凹槽的宽度。
5.根据权利要求2所述的一种P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于：步骤e和步骤e中所述的膜为氧化硅和氮化硅复合膜或氮化硅膜。
6.根据权利要求2所述的一种P型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于：步骤f中采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印银浆，银浆的宽度为5-60um，厚度1-100um，喷墨打印图案与刻槽图案相匹配，喷墨打印宽度不小于刻槽宽度。
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