CN104037257B - 太阳能电池及其制造方法、单面抛光设备 - Google Patents

太阳能电池及其制造方法、单面抛光设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种太阳能电池及其制造方法、单面抛光设备，涉及太阳能技术领域，可以获得理想的背面抛光效果，同时避免正表面被腐蚀损伤、PN结受损，从而提高太阳能电池的转化效率。本发明实施例所述太阳能电池制造方法，包括：对太阳能电池基底进行单面抛光处理，所述单面抛光处理包括将太阳能电池基底的下表面与腐蚀液接触，进行腐蚀抛光，而上表面不与所述腐蚀液接触。本发明用于改进太阳能电池制备工序，提高太阳能电池转化效率。

Description

太阳能电池及其制造方法、单面抛光设备
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及其制造方法、太阳能电池制造中使用的单面抛光设备。
背景技术
作为清洁能源，太阳能电池的应用越来越广泛，常规太阳能电池具有如图1所示的结构，太阳能电池的基底中包括PN结(由P型衬底3和N型掺杂层2形成)，PN结的两面分别具有减反射膜1和背电极4，在减反射膜1上有前电极5，该前电极5在电池制备的高温烧结步骤中会穿过减反射膜1而与太阳能电池的PN结相接触。
以多晶硅太阳能电池为例，太阳能电池的制造流程如下：硅片清洗；制绒；扩散制PN结；刻蚀；沉积氮化硅减反射膜；丝网印刷制备电极；高温烧结；测试分档。其中，制绒工序多采用多晶酸腐蚀法，即将硅片浸入多晶酸，经过腐蚀后硅片的两个面均形成绒面结构，且两面的形貌差异不大。而为了能更好的提升电池性能，理论上希望电池正面(设置有PN结的一面)绒面小而均匀，以尽量降低受光面的反射率；同时又希望背光面绒面大而平坦，具有较高的反射率，以增强进入到硅基体内长波段光的内反射作用，从而提升短路电流。而且，平坦的背表面(背面)还有利于后面铝浆印刷烧结时形成平坦的背表面场(BSF)，有助于开路电压的提升。
为此，现有技术在上述多晶硅电池制作流程中沉积氮化硅减反射膜之后，增加热碱抛光工艺，然后再进行丝网印刷与高温烧结。所述热碱抛光工艺，将沉积氮化硅薄膜后的硅片投入到加热及高浓度的碱液中，硅与碱液发生剧烈化学反应，将硅片表面腐蚀出一个个四方的平台，达到抛光效果。发明人发现现有方法至少存在如下问题：
理论上讲，致密的氮化硅不会与碱发生化学反应，可以达到对太阳能电池基底背面进行单面抛光的效果，但是氮化硅减反射膜一般通过等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD)方式沉积，当氮化硅膜的致密性较差时，作为碱的腐蚀阻挡层效果并不理想，特别是在多晶硅晶界及绒面尖角处，其氮化硅的覆盖厚度较其他区域要薄，碱液会渗透氮化硅而与将其下方的PN结腐蚀掉，从而产生局部漏电点，导致电池性能恶化。因此，此方法PN结易受损、过程繁琐，而且上述热碱抛光工艺要求如氮化硅膜的质量、碱液浓度、腐蚀时间与温度、多晶表面状况等匹配良好，限制了工艺窗口。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池及其制造方法、单面抛光设备，可以获得理想的背面抛光效果，同时避免正面被腐蚀损伤、PN结受损问题，从而提高太阳能电池的转化效率。
为解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种太阳能电池制造方法，包括：
对太阳能电池基底进行单面抛光处理，所述单面抛光处理包括将太阳能电池基底的下表面与腐蚀液接触，进行腐蚀抛光，而上表面不与所述腐蚀液接触。
可选地，所述腐蚀液为体积百分比10％～30％的氢氧化钠溶液；
腐蚀抛光时，所述腐蚀液的反应温度为50℃～90℃，所述腐蚀液与太阳能电池基底的下表面的接触时间为1～10分钟。
可选地所述腐蚀液为体积百分比25％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液；
腐蚀抛光时，所述腐蚀液的反应温度为65℃，所述腐蚀液与太阳能电池基底的下表面的接触时间为2.5分钟。
可选地，所述单面抛光处理还包括：对腐蚀抛光后的太阳能电池基底进行清洗。
优选地，所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理步骤所使用的设备为湿法刻蚀机。
具体地，所述湿法刻蚀机包括：碱洗槽；
采用湿法刻蚀机对太阳能电池基底进行单面抛光处理时，所述碱洗槽内置有体积百分比20％～30％，温度60℃～80℃的氢氧化钠溶液。
可选地，按太阳能电池基底经过的先后顺序，所述湿法刻蚀机还依次包括：
设置在所述碱洗槽之前的第一酸洗槽、刻蚀槽、第一漂洗槽，设置在所述碱洗槽之后的第二漂洗槽、第二酸洗槽、第三漂洗槽及风干槽；
采用湿法刻蚀机对太阳能电池基底进行单面抛光处理时，
所述第一酸洗槽空置，所述刻蚀槽空置，所述第一漂洗槽空置、所述第二漂洗槽和第三漂洗槽内置有水，所述第二酸洗槽内置有用于与碱液中和的酸液，或者，
所述第一酸洗槽空置，所述刻蚀槽内置有氢氟酸和硝酸的混合液，所述第一漂洗槽、所述第二漂洗槽和第三漂洗槽内置有水，所述第二酸洗槽内置有用于与碱液中和的酸液。
进一步可选地，所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理之前还包括：在所述太阳能电池基底上进行制绒工序；
所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理之后还包括：在所述太阳能电池基底中制造PN结，并对所述太阳能电池基底进行刻蚀，以及在所述太阳能电池基底上沉积减反射膜。
进一步可选地，所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理之后还包括：在所述太阳能电池基底上进行制绒工序，在所述太阳能电池基底中制造PN结，并对所述太阳能电池基底进行刻蚀，以及在所述太阳能电池基底上沉积减反射膜。
本发明实施例还提供一种太阳能电池，包括具有P型层和N型层的基底，所述基底的一侧有背电极，所述基底的另一侧有减反射膜，所述减反射膜上有穿过所述减反射膜并与所述基底接触的前电极，所述太阳能电池在制造过程中经历过单面抛光处理，所述单面抛光处理包括将太阳能电池基底的下表面与腐蚀液接触，进行腐蚀抛光，而上表面不与所述腐蚀液接触。
优选地，采用湿法刻蚀机对太阳能电池基底进行单面抛光处理。
此外，本发明实施例还提供一种单面抛光设备，包括：
腐蚀槽，所述腐蚀槽内设置有对太阳能电池基底进行抛光处理的腐蚀液；
设置在所述腐蚀槽上的滚轮，所述滚轮的设置高度以使放置在所述滚轮上的太阳能电池基底的下表面与腐蚀液接触，进行腐蚀抛光，而上表面不与所述腐蚀液接触为准。
本发明实施例提供的太阳能电池及其制造方法、单面抛光设备中，将太阳能电池基底的下表面与腐蚀液接触，进行腐蚀抛光，而上表面不与腐蚀液接触，可获得理想的背面抛光效果，同时因上表面不与腐蚀液接触，避免了上表面被腐蚀损伤，PN结受损的问题，从而提高太阳能电池的转化效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例一中对太阳能电池基底进行单面抛光的示意图；
图3为本发明实施例一中太阳能电池制作流程图；
图4为本发明实施例二中采用湿法刻蚀机进行单面抛光的示意图；
图5为本发明实施例四提供的单面抛光设备的结构示意图。
附图标记说明：
1-减反射膜，2-N型掺杂层，3-P型衬底，4-背电极，5-前电极；11-太阳能电池基底，111-太阳能电池基底的下表面，112-太阳能电池基底的上表面，12-腐蚀液，20-腐蚀槽，21-滚轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
本发明实施例提供一种太阳能电池制造方法，包括：对太阳能电池基底进行单面抛光处理，如图2所示，所述单面抛光处理包括将太阳能电池基底11的下表面111与腐蚀液12接触，进行腐蚀抛光，而上表面112不与所述腐蚀液12接触。
本实施例所述上表面(正面)112指太阳能电池基底最终形成有PN结的一面，所述下表面(背面或背光面)112则指太阳能电池基底上与所述上表面相对的另一表面。
单面抛光效果取决于腐蚀液的浓度、腐蚀时腐蚀液的反应温度以及太阳能电池基底11的下表面111与腐蚀液的接触时间，具体实施时，可结合检测手段，根据实验反馈的下表面111腐蚀抛光的结果，确定腐蚀液浓度、反应温度和接触时间这些参数的具体取值。
可选地，所述腐蚀液12可以为碱溶液，也可以为酸溶液。
可选地，在本实施例的具体实施中，所述腐蚀液12为体积百分比10％～30％的氢氧化钠(或氢氧化钾)溶液；腐蚀抛光时，腐蚀液12的反应温度为50℃～90℃，腐蚀液12与太阳能电池基底的下表面的接触时间为1～10分钟。
在本实施例的一种优选的实施方式中，所述腐蚀液为体积百分比25％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液；腐蚀抛光时，所述腐蚀液的反应温度为65℃，所述腐蚀液与太阳能电池基底的下表面的接触时间为2.5分钟。
但应理解：上述有关腐蚀液体积百分比、反应温度、接触时间取值仅供参考，并不用于限制本发明。
需要注意的是，现有太阳能电池的制造流程如下：硅片清洗；制绒；扩散制PN结；刻蚀；沉积氮化硅减反射膜；丝网印刷制备电极；高温烧结；测试分档，本实施例中所述的单面抛光处理可穿插在沉积氮化硅减反射膜步骤之前的任一位置。例如，可穿插在制绒步骤之前或之后，具体地，可在扩散制PN结之前进行单面抛光处理，也可以将单面抛光处理步骤穿插在制绒前，即将太阳能电池基底先进行单面抛光处理后，再进行清洗制绒及后续工序制作。
当单面抛光处理穿插在制绒工序之后，所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理之前还包括：在所述太阳能电池基底上进行制绒工序；所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理之后还包括：在所述太阳能电池基底中制造PN结，并对所述太阳能电池基底进行刻蚀，以及在所述太阳能电池基底上沉积减反射膜。
当单面抛光处理穿插在制绒工序之前，所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理之前还包括：在所述太阳能电池基底上进行制绒工序，在所述太阳能电池基底中制造PN结，并对所述太阳能电池基底进行刻蚀，以及在所述太阳能电池基底上沉积减反射膜。
本发明实施例提供的太阳能电池制造方法，将太阳能电池基底的下表面与腐蚀液接触，进行腐蚀抛光，而上表面不与腐蚀液接触，可获得理想的背面抛光效果，同时避免了上表面被腐蚀损伤，PN结受损的问题，从而提高太阳能电池的转化效率。
实施例二
本发明实施例提供一种太阳能电池制造方法，与实施例一的区别之处在于，本实施例中对太阳能电池基底进行单面抛光处理步骤所使用的设备为湿法刻蚀机。
可选地，本实施例所述单面抛光处理还包括：对腐蚀抛光后的太阳能电池基底进行清洗，去除残留的腐蚀液。
为了本领域技术人员更好的理解本发明实施例提供的太阳能电池制造方法的技术方案，下面通过具体的实施例对本发明提供的太阳能电池制造方法进行详细说明。
本实施例采用湿法刻蚀机对太阳能电池基底进行单面抛光处理，如图3所示，本实施例的太阳能电池制造方法包括以下步骤：
101、选择基底、进行清洗，常规工艺步骤中一般选择边长为156mm*156mm的P型方形硅片，硅片厚度180～220um。当然，也可以选择N型硅片，不过在扩散制PN结时需进行P型掺杂。
102、制绒，常规工艺步骤中多采用氢氟酸(HF)与硝酸(HNO3)混合酸的各向同性腐蚀体系，在硅片两面腐蚀出微小的沟槽形貌，沟槽的深度和宽度尺寸为微米级，且两面的表面形貌差异不大，反射率均在23％～27％，远远没有达到抛光的级别。
103、对太阳能电池基底进行单面抛光处理，该工序是利用现有的湿法刻蚀机，来实现硅片的下表面抛光效果，需要将湿法刻蚀机原有碱洗槽的化学液配比进行适当调整，具体实现方法如下：
如图4所示，按太阳能电池基底(硅片)经过的先后顺序，湿法刻蚀机依次包括：第一酸洗槽1#、刻蚀槽2#、第一漂洗槽3#，碱洗槽4#、第二漂洗槽5#、第二酸洗槽6#、第三漂洗槽7#及风干槽8#共8个槽；
采用湿法刻蚀机对太阳能电池基底进行单面抛光处理时，可以将1#～3#功能屏蔽掉，即将第一酸洗槽1#、刻蚀槽2#、第一漂洗槽3#空置，不进行正常化学液清洗，仅保留滚轮传输功能即可；碱洗槽4#内置有体积百分比20％～30％，温度60℃～80℃的氢氧化钠或氢氧化钾溶液(这与湿法刻蚀时的化学液不同，湿法刻蚀时碱洗槽4#内置1％～10％NaOH或KOH溶液度，温度保持室温)；第二漂洗槽5#、第二酸洗槽6#、第三漂洗槽7#及风干槽8#的功能正常开启，第二漂洗槽5#和第三漂洗槽7#内置有水，第二酸洗槽6#内置有用于与碱液中和的酸液，5#～8#槽内设置的液体、液体比例、温度均可与湿法刻蚀时保持一致。
其中，碱洗槽4#用于对太阳能电池基底的下表面进行腐蚀抛光，5#～8#槽用于对腐蚀抛光后的太阳能电池基底进行清洗，避免腐蚀抛光中残留的腐蚀液对后续工序产生影响。
具体而言，调整碱洗槽4#滚轮的高度，使制绒后的多晶硅片(即太阳能电池基底)在传输至碱洗槽4#后，多晶硅片的下表面由液面张力作用，开始吸附碱液(即腐蚀液12)进行反应，而上表面保持裸露状态，不与碱液接触。通过调整传输带带速、碱液温度及碱液浓度，即可获得期望的背面抛光效果。通常来讲，带速越慢、碱液温度越高、碱液浓度越大，背面抛光效果就越好，获得的背面反射率越高。在碱液浓度在25％(体积比)，温度为65℃，带速为0.4m/min(此时，腐蚀液与太阳能电池基底的下表面的接触时间为2.5分钟)的情况下，抛光后，背面反射率可以达到32％以上，且正面绒面结构不会受到任何损伤。另外，具体实施中，由于考虑到滚轮热膨胀的问题，碱液温度要稍低一些，一般最好不要超过80℃，如果腐蚀效果不够理想，可以提升碱液浓度作为补偿。
在碱洗槽4#经过腐蚀抛光后，太阳能电池基底经过后续的第二酸洗槽6#进行酸洗，与残留碱液进行中和；然后传输至第三漂洗槽7#进行漂洗；最后传输至风干槽8#风干后，进入后续工序的生产，避免了经过碱洗槽4#腐蚀抛光后，太阳能电池基底上残留的腐蚀液对后续工序产生影响。
需要说明的是，虽然步骤103使用的是现有的湿法刻蚀机的部分槽体来完成单面抛光处理，但考虑到生产线的生产连续性，需用在该步骤单独使用一台刻蚀机。若不考虑连续性的问题时，可以使用同一台设备，仅仅调整碱洗槽4#的碱液浓度、温度及带速即可，节省设备投入成本。
如上面所述，湿法刻蚀机单面腐蚀抛光的功能是通过碱洗槽4#的碱液腐蚀完成的，进一步地，考虑到不同的太阳能电池基底其表面粗糙度不同，如果需要增强背面抛光的效果，可再开启刻蚀槽2#的正常功能，即将刻蚀槽2#内置酸液，借助于刻蚀槽2#的酸腐蚀去背结功能，从而增强背面抛光的效果。其中，刻蚀槽2#内的槽液比例、温度可以与湿法刻蚀时保持一致，如内置氢氟酸和硝酸的混合液。
104、对单面抛光处理后的太阳能电池基底进行扩散制PN结，在常规工艺步骤中，一般使用液态源扩散，即向800℃以上的扩散炉管中通入含有POCl3气态分子的氮气，来实现在P型硅片表层形成PN结的制结模式。扩散分双面扩散和单面扩散两种，不论哪种扩散方式，扩散后的硅片两面均会有PN结及磷硅玻璃层，只是单面扩散的背面PN仅局限于硅片背面四周而已。
105、刻蚀，一般为湿法刻蚀，常规工艺步骤中，使用HF、HNO3、NaOH等化学液，来清除扩散后硅片表面的磷硅玻璃层及背面PN结。需要说明的是，常规刻蚀工艺并不会对硅片背表面形貌产生大的改变，一般反射率的提升幅度低于2％，远没达到抛光的效果。
106、沉积氮化硅减反射膜，常规工艺步骤中，在硅片刻蚀后的正表面(有PN结一面)利用PECVD技术，沉积一层氮化硅薄膜，从而在硅片表面形成一层减反射膜，薄膜的厚度在80nm左右。该氮化硅薄膜内富含的H离子还可以对多晶基体内的体缺陷有一定的钝化作用。
107、丝网印刷制备电极，常规工艺步骤中，对抛光处理后的硅片背面依次进行背面银浆、背面铝浆，对沉积有氮化硅减反射膜的正面进行正面银浆的印刷，最后进行烘干处理。
108、高温烧结；
109、测试分档。
印刷后的浆料在烧结后形成电池正负电极，可以进行最终电池效率的测试及分类归档。需要说明的是，由于硅片背面做了抛光处理，在进行背面铝浆烧结时，需要根据具体的抛光程度进行烧结温度的调整，以保证铝背场(BSF)的形成效果。
本发明实施例提供的太阳能电池制造方法，利用现有的湿法刻蚀机对太阳能电池基底进行单面抛光处理，避免了太阳能电池基底上表面被腐蚀损伤，PN结受损的问题，从而提高太阳能电池的转化效率。
实施例三
本发明实施例还提供一种太阳能电池，包括具有P型层和N型层的基底，所述基底的一侧有背电极，所述基底的另一侧有减反射膜，所述减反射膜上有穿过减反射膜并与基底接触的前电极，所述太阳能电池在制造过程中经历过单面抛光处理，所述单面抛光处理包括将太阳能电池基底的下表面与腐蚀液接触，进行腐蚀抛光，而上表面不与腐蚀液接触。
可选地。本实施例所述太阳能电池在制造过程中可以采用湿法刻蚀机对太阳能电池基底进行单面抛光处理；当然，也可以采用实施例四中的单面抛光设备对太阳能电池基底进行单面抛光处理。
本发明实施例提供的太阳能电池，因其制造过程中经历过单面抛光处理，太阳能电池基底的下表面较现有技术平坦，因此本发明实施例的太阳能电池，一方面因基底下表面具有较高的反射率，另一方面因背电极可形成较规则的背表面场，从而提高了太阳能电池的转化效率。
实施例四
此外，本发明实施例还提供一种单面抛光设备，如图5所示，该设备包括：
腐蚀槽20，腐蚀槽20内设置有对太阳能电池基底进行抛光处理的腐蚀液12；
设置腐蚀槽20上的滚轮21，所述滚轮21的设置高度以使放置在滚轮21上的太阳能电池基底11的下表面111与腐蚀液12接触，进行腐蚀抛光，而上表面112不与腐蚀液12接触为准。
本发明实施例提供一种单面抛光设备，可将太阳能电池基底的下表面与腐蚀液接触，进行腐蚀抛光，同时保持上表面不与腐蚀液接触，在获得理想的背面抛光效果的同时，避免了正表面被腐蚀损伤的问题，PN结受损问题，从而提高太阳能电池的转化效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种太阳能电池制造方法，其特征在于，包括：
对太阳能电池基底进行单面抛光处理，所述单面抛光处理包括将太阳能电池基底的下表面与腐蚀液接触，进行腐蚀抛光，而上表面不与所述腐蚀液接触；
所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理之前还包括：在所述太阳能电池基底上进行制绒工序；所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理之后还包括：在所述太阳能电池基底中制造PN结，并对所述太阳能电池基底进行刻蚀，以及在所述太阳能电池基底上沉积减反射膜；或者，
所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理之后还包括：在所述太阳能电池基底上进行制绒工序，在所述太阳能电池基底中制造PN结，并对所述太阳能电池基底进行刻蚀，以及在所述太阳能电池基底上沉积减反射膜。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，
所述腐蚀液为体积百分比10％～30％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液；
腐蚀抛光时，所述腐蚀液的反应温度为50℃～90℃，所述腐蚀液与太阳能电池基底的下表面的接触时间为1～10分钟。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，
所述腐蚀液为体积百分比25％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液；
腐蚀抛光时，所述腐蚀液的反应温度为65℃，所述腐蚀液与太阳能电池基底的下表面的接触时间为2.5分钟。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，
所述单面抛光处理还包括：对腐蚀抛光后的太阳能电池基底进行清洗。
5.根据权利要求1-4任一项所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述对太阳能电池基底进行单面抛光处理步骤所使用的设备为湿法刻蚀机。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述湿法刻蚀机包括：碱洗槽；
采用湿法刻蚀机对太阳能电池基底进行单面抛光处理时，所述碱洗槽内置有体积百分比20％～30％，温度60℃～80℃的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，按太阳能电池基底经过的先后顺序，所述湿法刻蚀机还依次包括：
设置在所述碱洗槽之前的第一酸洗槽、刻蚀槽、第一漂洗槽，设置在所述碱洗槽之后的第二漂洗槽、第二酸洗槽、第三漂洗槽及风干槽；
采用湿法刻蚀机对太阳能电池基底进行单面抛光处理时，
所述第一酸洗槽空置，所述刻蚀槽空置，所述第一漂洗槽空置、所述第二漂洗槽和第三漂洗槽内置有水，所述第二酸洗槽内置有用于与碱液中和的酸液，或者，
所述第一酸洗槽空置，所述刻蚀槽内置有氢氟酸和硝酸的混合液，所述第一漂洗槽、所述第二漂洗槽和第三漂洗槽内置有水，所述第二酸洗槽内置有用于与碱液中和的酸液。
8.一种太阳能电池，包括具有P型层和N型层的基底，所述基底的一侧有背电极，所述基底的另一侧有减反射膜，所述减反射膜上有穿过所述减反射膜并与所述基底接触的前电极，其特征在于，所述太阳能电池在制造过程中的制绒步骤之前，或者制绒步骤之后且在所述太阳能电池基底中制造PN结步骤之前经历过单面抛光处理，所述单面抛光处理包括将太阳能电池基底的下表面与腐蚀液接触，进行腐蚀抛光，而上表面不与所述腐蚀液接触。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，采用湿法刻蚀机对太阳能电池基底进行单面抛光处理。
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