CN104009121B - P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法，其工艺流程的步骤包括：P型硅衬底两面激光开槽、制绒并对其清洗、在P型硅衬底的前表面进行磷扩散、去背结和边结以及磷硅玻璃、双面沉积钝化膜和制备电池的电极，该制备方法与传统技术相比更简化，设备投资小，与产线兼容性高，具有量产前景，解决了传统刻槽埋栅电池采用电镀技术制备电极带来的制程复杂不稳定、电极结合力差等一系列问题，提高了太阳光的利用率、电池的发电量，有效地降低了P型晶体硅两个表面的光学和电学损失。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，具体是一种P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法。
背景技术
在近年来全球能源紧缺的大背景下，可再生能源特别是太阳能作为清洁的可再生能源得到了广泛认可和快速发展，太阳能发电即光伏产业是最有前途的新能源技术，也是中国在国际上具备有领先地位的产业之一，然而较高的生产成本制约着其应用范围，且随着政府补贴大幅削减，降低电池片的生产成本，提高发电效率成为各生产厂家迫在眉睫的问题。刻槽埋栅电池具有金属栅线遮光面积小，较高电流收集面积，提高电池发电量，双面电池能更加充分的利用太阳光，不仅正面入射的太阳光还有背面的散射光等，提高了电池的发电量，而且该种电池更适合建筑一体化，以及垂直安装等应用。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的是为了解决现有技术的不足，提供一种金属栅线遮光面积小，高电流收集面积的P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法，旨在解决提高电池的发电量，使该种电池更适合建筑一体化，以及垂直安装等应用。
技术方案：本发明所述的一种P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法，其工艺流程包括：
(a)：P型硅衬底两面激光开槽
选择电阻率为0.3??cm~10??cm的P型硅片，激光的脉冲能量在0.05uJ~0.8uJ，频率在50KHz~5000KHz的条件下，采用ns激光器在衬底两侧开槽，槽宽为5um~50um，深度为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型晶体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%的盐酸和浓度为8%~10%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
(c)：在P型硅衬底的前表面进行磷扩散
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40Ohm/sq~120Ohm/sq；或者在刻槽面注入磷源，离子束能量为8~15keV、离子注入量为7×15cm-2，再在温度为800-1000℃的退火炉中退火，并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40~120Ohm/sq，形成PN结；
(d)：去背结、边结以及磷硅玻璃
在单面刻蚀的设备中，将浓度为5-15%的氢氟酸和浓度为50-70%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘；
(e)双面沉积钝化膜
在衬底的上表面采用等离子化学气相沉积的方法制备厚度为50nm~100nm的氮化硅膜或是氧化硅氮化硅膜，在衬底的下表面通过原子层沉积氧化铝，然后在氧化铝的表面采用等离子化学气相沉积的方法制备复合膜，复合膜的厚为50nm~100nm；或者在衬底的上表面采用等离子化学气相沉积的方法制备厚度为50nm~100nm的氮化硅膜或是氧化硅氮化硅膜，在衬底的下表面通过等离子化学气相沉积的方法制备复合膜，复合膜的厚度为50nm~100nm；
(f)制备电池的电极
采用喷墨打印的方法在电池的正面开槽处喷印银铝浆形成电池的负极，在电池的背面开槽处喷印银铝浆而形成电池的正极，浆料的宽为5um~30um，高为5um~40um，在温度为400℃-800℃的烧结炉中进行共烧即可。
步骤e中所述的衬底的下表面的复合膜为绒面或者抛光面。
步骤e中上表面的复合膜为氮化硅膜或氧化硅和氮化硅复合膜，下表面的复合膜为氧化铝和氮化硅复合膜，氧化硅和氮化硅复合膜，氧化铝、氧化硅和氮化硅复合膜中的任意一种，所述的氧化硅和氮化硅复合膜为在氧化硅膜的基础上生长一层氮化硅膜形成氧化硅和氮化硅复合膜；氧化铝和氮化硅复合膜为在氧化铝膜的基础上生长一层氮化硅膜形成氧化铝和氮化硅复合膜；氧化铝、氧化硅和氮化硅复合膜为在氧化铝膜的基础上生长一层氧化硅膜，然后再在氧化硅膜的基础上生长一层氮化硅膜形成氧化铝、氧化硅和氮化硅复合膜。
步骤f中墨打印的图案的宽度与刻槽宽度一致，喷墨打印的图案的厚度大于或等于所刻槽的深度。
有益效果：本发明提出的P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法与现有技术相比，具有以下优点：
1、制作的制备和操作的步骤与传统技术相比更简化，设备投资小，与产线兼容性高，具有量产前景；
2、通过将刻槽埋栅射和喷墨打印技术相结合，不仅提高了电池的受光面积，同时降低了金属与材料的接触电阻，而且解决了传统刻槽埋栅电池采用电镀技术制备电极带来的制程复杂不稳定、电极结合力差等一系列问题；
3、双面电池技术充分利用太阳的光在地面的散射光，提高太阳光的利用率，提高电池的发电量；
4、有效地降低了两个表面的光学和电学损失。
具体实施方式
本发明提出的P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法，其工艺流程的步骤包括：P型硅衬底两面激光开槽、制绒并对其清洗、在P型硅衬底的前表面进行磷扩散、去背结和边结以及磷硅玻璃、双面沉积钝化膜和制备电池的电极。
实施例1
选择电阻率为0.3??cm的P型硅片，激光的脉冲能量在0.05uJ，频率在50KHz的条件下，采用ns激光器在衬底两侧按照电极图形开槽，槽宽为5um，深度为10um，槽间距为0.5mm；
用浓度为0.5%%的氢氧化钠溶液在75℃时对P型晶体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%的盐酸和浓度为8%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
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40Ohm/sq，形成PN结；
在单面刻蚀的设备中，将浓度为5%的氢氟酸和浓度为50%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘；
在衬底的上表面采用等离子化学气相沉积的方法制备厚度为50nm的氮化硅膜，在衬底的下表面通过原子层沉积氧化铝，然后在氧化铝的表面采用等离子化学气相沉积的方法制备氮化硅形成氧化铝和氮化硅复合膜，复合膜的厚度为50nm~100nm，衬底的下表面为绒面；
采用喷墨打印的方法在电池的正面开槽处喷印银铝浆形成电池的负极，在电池的背面开槽处喷印银铝浆而形成电池的正极，浆料的宽为5um，厚为10um，在温度为400℃的烧结炉中进行共烧即可。
实施例2
选择电阻率为1??cm的P型硅片，激光的脉冲能量在0.1uJ，频率在1000KHz的条件下，采用ns激光器在衬底两侧按照电极图形开槽，槽宽为10um，深为20um，线间距为0.7mm；
用浓度为0.52%的氢氧化钠溶液在78℃时对P型晶体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10.5%的盐酸和浓度为8.2%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
在温度为650℃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50Ohm/sq，形成PN结；
在单面刻蚀的设备中，将浓度为6%的氢氟酸和浓度为52%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘；
在衬底的上表面采用等离子化学气相沉积的方法制备厚度为60nm的氧化硅和氮化硅复合膜，在衬底的下表面通过原子层沉积氧化铝，然后在氧化铝的表面采用等离子化学气相沉积的方法制备氧化硅和氮化硅复合膜，氧化铝、氧化硅和氮化硅复合膜的厚度为60nm；衬底的下表面为抛光面；
采用喷墨打印的方法在电池的正面开槽处喷印银铝浆形成电池的负极，在电池的背面开槽处喷印银铝浆而形成电池的正极，浆料的宽为10um，厚为21um，在温度为520℃的烧结炉中进行共烧即可。
实施例3
选择电阻率为2??cm的P型硅片，激光的脉冲能量在0.15uJ，频率在2000KHz的条件下，采用ns激光器在衬底两侧按照电极图形开槽，槽宽为20um，深为30um，线间距为0.9mm；
用浓度为0.55%的氢氧化钠溶液在80℃时对P型晶体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11.3%的盐酸和浓度为8.5%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
在刻槽面注入磷源，在离子束能量为8keV、离子注入量为105cm-2时，再在温度为820℃的退火炉中退火，并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65Ohm/sq，形成PN结；
在单面刻蚀的设备中，将浓度为6.8%的氢氟酸和浓度为63%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘；
在衬底的上表面采用等离子化学气相沉积的方法制备厚度为50nm的氧化硅和氮化硅复合膜，在衬底的下表面通过等离子化学气相沉积的方法制备氧化铝、氧化硅和氮化硅复合膜，复合膜的厚度为50nm，衬底的下表面的复合膜为绒面；
采用喷墨打印的方法在电池的正面开槽处喷印银铝浆形成电池的负极，在电池的背面开槽处喷印银铝浆而形成电池的正极，浆料的宽为20um，厚为32um，在温度为580℃的烧结炉中进行共烧即可。
实施例4
选择电阻率为5??cm的P型硅片，激光的脉冲能量在0.3uJ，频率在2500KHz的条件下，采用ns激光器在衬底两侧按照电极图形开槽，槽宽为30um，深为40um，线间距为1mm；
用浓度为0.58%的氢氧化钠溶液在81℃时对P型晶体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11.5%的盐酸和浓度为8.3%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
在温度为700℃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60Ohm/sq，形成PN结；
在单面刻蚀的设备中，将浓度为7%的氢氟酸和浓度为65%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘；
在衬底的上表面采用等离子化学气相沉积的方法制备厚度为100nm的氧化硅和氮化硅复合膜，在衬底的下表面通过等离子化学气相沉积的方法制备氧化硅和氮化硅复合膜，氧化硅和氮化硅复合膜的厚度为100nm，衬底的下表面为绒面；
采用喷墨打印的方法在电池的正面开槽处喷印银铝浆形成电池的负极，在电池的背面开槽处喷印银铝浆而形成电池的正极，浆料的宽为30um，厚为45um，在温度为720℃的烧结炉中进行共烧即可。
实施例5
选择电阻率为9??cm的P型硅片，激光的脉冲能量在0.7uJ，频率在4000KHz的条件下，采用ns激光器在衬底两侧按照电极图形开槽，槽宽为40um，深为90um，线间距为1.4mm；
用浓度为0.58%的氢氧化钠溶液在80℃时对P型晶体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%的盐酸和浓度为9%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
在刻槽面注入磷源，在离子束能量为15keV、离子注入量为105cm-2时，再在温度为1000℃的退火炉中退火，并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120Ohm/sq，形成PN结；
在单面刻蚀的设备中，将浓度为14%的氢氟酸和浓度为60%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘；
在衬底的上表面采用等离子化学气相沉积的方法制备厚度为90nm的氮化硅膜，在衬底的下表面通过等离子化学气相沉积的方法制备氧化硅和氮化硅复合膜，复合膜的厚度为92nm，衬底的下表面为抛光面；
采用喷墨打印的方法在电池的正面开槽处喷印银铝浆形成电池的负极，在电池的背面开槽处喷印银铝浆而形成电池的正极，浆料的宽为40um，厚为90um，在温度为700℃的烧结炉中进行共烧即可。
实施例6
选择电阻率为10??cm的P型硅片，激光的脉冲能量在0.8uJ，频率在5000KHz的条件下，采用ns激光器在衬底两侧按照电极图形开槽，槽宽为50um，深为100um，线间距为1.5mm；
用浓度为0.6%的氢氧化钠溶液在85℃时对P型晶体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%的盐酸和浓度为10%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
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120Ohm/sq，形成PN结；
在单面刻蚀的设备中，将浓度为15%的氢氟酸和浓度为70%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘；
在衬底的上表面采用等离子化学气相沉积的方法制备厚度为100nm的氮化硅膜，在衬底的下表面通过等离子化学气相沉积的方法制备氧化铝和氮化硅复合膜，氧化铝和氮化硅复合膜的厚度为100nm，衬底的下表面为绒面；
采用喷墨打印的方法在电池的正面开槽处喷印银铝浆形成电池的负极，在电池的背面开槽处喷印银铝浆而形成电池的正极，浆料的宽为50um，厚为100um，在温度为800℃的烧结炉中进行共烧即可。
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 (5)
1.一种P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法，其特征在于：其工艺流程包括：P型硅衬底两面激光开槽-制绒并对其清洗-在P型硅衬底的前表面进行磷扩散-去背结、边结以及磷硅玻璃-双面沉积钝化膜-制备电池的电极，
具体步骤包括：
(a)：P型硅衬底两面激光开槽
选择电阻率为0.3??cm~10??cm的P型硅片，激光的脉冲能量在0.05uJ~0.8uJ，频率在50KHz~5000KHz的条件下，采用ns激光器在衬底两侧开槽，槽宽为5um~50um，深度为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型晶体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%的盐酸和浓度为8%~10%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
(c)：在P型硅衬底的前表面进行磷扩散
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40Ohm/sq~120Ohm/sq；或者在刻槽面注入磷源，离子束能量为8~15keV、离子注入量为7×15cm-2，再在温度为800-1000℃的退火炉中退火，并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40~120Ohm/sq，形成PN结；
(d)：去背结、边结以及磷硅玻璃
在单面刻蚀的设备中，将浓度为5-15%的氢氟酸和浓度为50-70%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘；
(e)双面沉积钝化膜
在衬底的上表面采用等离子化学气相沉积的方法制备厚度为50nm~100nm的氮化硅膜或是氧化硅氮化硅膜，在衬底的下表面通过原子层沉积氧化铝，然后在氧化铝的表面采用等离子化学气相沉积的方法制备复合膜，复合膜的厚为50nm~100nm；或者在衬底的上表面采用等离子化学气相沉积的方法制备厚度为50nm~100nm的氮化硅膜或是氧化硅氮化硅膜，在衬底的下表面通过等离子化学气相沉积的方法制备复合膜，复合膜的厚度为50nm~100nm；
(f)制备电池的电极
采用喷墨打印的方法在电池的正面开槽处喷印银铝浆形成电池的负极，在电池的背面开槽处喷印银铝浆而形成电池的正极，浆料的宽为5um~50um，厚度为5um~100um，在温度为400℃-800℃的烧结炉中进行共烧即可。
2.根据权利要求1所述的P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法，其特征在于：步骤e中所述的衬底的下表面的复合膜为绒面或者抛光面。
3.根据权利要求2所述的P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法，其特征在于：步骤e中下表面的复合膜为氧化铝和氮化硅复合膜，氧化硅和氮化硅复合膜，氧化铝、氧化硅和氮化硅复合膜中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法，其特征在于：所述的氧化硅和氮化硅复合膜为在氧化硅膜的基础上生长一层氮化硅膜形成氧化硅和氮化硅复合膜；氧化铝和氮化硅复合膜为在氧化铝膜的基础上生长一层氮化硅膜形成氧化铝和氮化硅复合膜；氧化铝、氧化硅和氮化硅复合膜为在氧化铝膜的基础上生长一层氧化硅膜，然后再在氧化硅膜的基础上生长一层氮化硅膜形成氧化铝、氧化硅和氮化硅复合膜。
5.根据权利要求1所述的P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法，其特征在于：步骤f中喷墨打印的图案的宽度与刻槽宽度一致，喷墨打印的图案的厚度大于或等于所刻槽的深度。
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