CN104269468A - 一种选择性发射极太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法。该方法的步骤包括对硅片进行抛光、制绒、扩散、印刷浆料、刻蚀、清洗、镀膜、印刷电极、烧结，由于采用了印刷性强、可阻挡酸性刻蚀、不容易粘版、容易清洗的阻挡性油墨浆料，本发明提高了生产选择性发射极太阳能电池的效率，降低了生产成本，另外所使用的酸性刻蚀溶液为HF/HNO3/H2O，可以显著提高方阻。与现有技术相比，本发明减少了工艺步骤，可以和现有设备很好的结合起来，实现大规模工业化生产，高精度、快速获得效率达19.5％以上的太阳能电池。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体是一种选择性发射极太阳能电池的制备方法。
背景技术
晶硅太阳能电池占了目前世界上产业化及应用的太阳能电池85％以上。由于晶硅太阳能电池具有高效率和衰减低的优点，广泛用于建筑屋顶和大型光伏电站。在国内由于光伏可并网发电的新政，将会有越来越多的家庭选择在屋顶安装晶硅太阳能电池的电池组件进行发电。
常规的P型衬底的晶硅太阳能能电池的效率一般在18％以上。由于晶硅太阳能电池在实际应用中有可达25年寿命的生命周期，所以其衰减率是一个非常重要的技术参数，相比薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池的高衰减率，晶硅太阳能电池在25年应用周期里的衰减率在20％以内。
对于工业化大规模生产的晶硅太阳能电池，改进太阳能电池的生产工艺对于提高企业的经济效益是很直观和明显的。如果太阳能电池能提高0.1％的效率，企业能获得的利润增长是非常可观的。所以世界上各个大型的研究所、国家实验室都在不断开发新型高效、可工业化大规模生产晶硅太阳能的技术。在各种高效太阳能电池里，对常规工艺进行细微改进就可以获得很高的经济效益，因为产线和新工艺的匹配可以节约大量设备的成本，比如一条2MW产线的设备价格上千万，对于一个大型企业，如果是产量是10GW，那么对于设备的投入是巨大的。而目前和产线结合最有优势的新的晶硅太阳能电池工艺就是选择性发射极(SE)太阳能电池技术。
选择性发射极太阳能电池是在表面形成一个选择性的重扩散层。由于电池的电极是印刷在电池的正反表面，而电极处正是电极的薄弱之处，如果可以进行金属电极区钝化，或对金属电极区进行重扩，将提高钝化性能，降低反向饱和电流密度(J0)和降低接触电阻率(rho)，对于提高电池的开路电压(Voc)、电流密度(Jsc)和填充因子(FF)是有很大作用的，从而最终提高电池的效率。
然而，现有的选择性发射极技术工艺较繁琐，工艺稳定性不够，特别是选择性扩散层的制备工艺还不够完善。现有选择性发射极太阳能电池的制备技术有：
1.激光开槽：将经过扩散及氧化的电池片，在选择性重扩区进行激光烧蚀开槽。进而再开展扩散，形成选择性发射极。该方法的缺点是，激光可调的功率受限制，如果功率过高会损伤电池片，并且激光的加工设备精度要求很高，需要大量的资金投入。再者，激光开槽工艺费时长，不能满足大规模高速度的生产要求。
2.液相源旋涂扩散：将扩散的电池片，在表面进行液相源旋涂，然后激光烧蚀进行选择性扩散，通过高温退火获得选择性的扩散区域，最后印上电极，制作出选择性发射极电池。该方法的缺点是，液相源旋涂容易产生二次污染，没有热扩散形成的扩散层性能稳定。其次是激光烧蚀工艺也会带来一些对电池片的污染，还有就是电池的加工效率不高，难以和产线的高速度生产相匹配。
3.丝网印刷阻挡浆料扩散：使用阻挡性浆料对扩散氧化的电池片进行丝网印刷，从而形成保护层，然后进行刻蚀，进一步扩散形成选择性扩散区，从而实现选择性发射极区域，最后制作出太阳能电池。该工艺具有和现有产线容易匹配、重复投入小的优点；使用丝网印刷工艺印刷阻挡性浆料效率高，可满足大规模产业化生产的要求；扩散的洁净度高，性能好。难点在于印刷阻挡性浆料的选择、印刷及清洗。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单高效，可获得高方阻、高电池效率的选择性发射极太阳能电池的制备方法。
本发明为实现其目的所采用的技术方案是：
一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其步骤包括对硅片进行抛光、制绒、扩散、印刷浆料、刻蚀、清洗、镀膜、印刷电极、烧结，所述印刷浆料是指丝网印刷阻挡性油墨浆料。
进一步地，所述阻挡性油墨浆料是SunChemical公司生产的的RST INK SCRCLEAR或PVGS公司生产的Resist Ink。
进一步地，所述抛光具体为：对硅片用KOH进行抛光，以去除裸硅片表面的划痕和不平整区域。
进一步地，所选择的硅片是性能良好、高纯度、电阻率在3～10ohm/cm的P型裸硅片。
进一步地，所述制绒具体为：将硅片置于碱性溶液里反应，制成倒金字塔的绒面结构。
在制绒液中可以加入含维生素的有机溶液，它能增强制绒反应的气泡的流动，形成整齐的、一致性好的金字塔绒面。
进一步地，制绒之后进行酸清洗，以去除硅片表面的划痕损伤层、有机物和金属离子。
进一步地，所述扩散具体为：使用液态POCl3磷源加热扩散或旋涂液体磷源加热扩散或固体扩散。
进一步地，使用液态POCl3作为扩散源，在850℃进行扩散，在硅片表面形成n+层，方阻为20ohm/sq。
进一步地，在扩散之后使用氢氟酸去除表面磷硅玻璃。
进一步地，所述印刷浆料具体为：丝网印刷阻挡性油墨浆料于硅片的正表面。
进一步地，丝网印刷的设备精度要求在50μm以下。
进一步地，印刷浆料之后进行UV固化或加热固化。
进一步地，所述刻蚀是指使用体积比为1～2:4～6:5～8的氢氟酸、硝酸、水的混合溶液对非阻挡的表面进行酸性刻蚀1～5分钟，所得方块电阻为60ohm/sq。
进一步地，所述清洗具体为：使用碱性溶液清洗硅片表面残留的油墨浆料，使得表面形成高低方阻交叉出现的选择性扩散区域，同时使用机器去除背面的扩散层。
进一步地，所述镀膜具体为：使用PECVD镀上SiNx膜，使得扩散硅片表面钝化。
进一步地，SiNx膜的厚度是80nm。
进一步地，所述印刷电极具体为：在正面印刷银浆，在背面印刷银铝浆或铝浆。
进一步地，在900℃进行烧结，使得金属电极烧穿氮化硅，达到良好的欧姆接触。
本发明的有益效果是，在本发明使用的油墨浆料中，抗蚀剂的主要成分是石蜡，对强酸具有阻挡性，因此本发明使用的油墨浆料可溶于碱性溶液，而不溶于酸性溶液，另外还具有印刷性强、不容易粘版、容易清洗等优点，提高了生产选择性发射极太阳能电池的效率，得到的太阳能电池效率更高，降低了生产成本，洁净度高。
所使用的酸性刻蚀溶液为HF/HNO3/H2O，通过控制刻蚀溶液组分的比例和刻蚀时间，可以显著提高方阻；该酸性刻蚀溶液可以很好的与油墨浆料相匹配，如果选择碱刻蚀法，那么相匹配的阻挡性浆料的选择空间就很小。
目前常规工艺生产的选择性太阳能电池的效率一般在18％以下，而本发明减少了工艺步骤，可以和现有设备很好的结合起来，实现大规模工业化生产，高精度、快速获得效率达19.5％以上的太阳能电池。
附图说明
图1是抛光去除硅片损伤层的剖面示意图；
图2是碱性制绒、获得金字塔绒面的剖面示意图；
图3是磷扩散后的剖面示意图；
图4是丝网印刷阻挡性油墨浆料的剖面示意图；
图5是选择性刻蚀的剖面示意图；
图6是清洗阻挡性油墨浆料、去背结的剖面示意图；
图7是PECVD镀SiNx膜的剖面示意图；
图8是印刷金属电极、烧结的剖面示意图。
具体实施方式
实施例1
1.如图1所示，取性能良好、高纯度、电阻率为10ohm/cm的P型硅片1，进行KOH碱性抛光，以去除裸硅片表面的划痕和不平整区域。
2.如图2所示，将硅片置于碱性溶液里反应，制成倒金字塔的绒面结构2，然后进行酸清洗，以去除硅片表面的划痕损伤层、有机物和金属离子。
3.如图3所示，把硅片放入扩散炉进行扩散，使用液态POCl3作为扩散源，在850℃进行扩散，从而在硅片表面3形成n+层，方阻为20ohm/sq，扩散之后使用氢氟酸去除表面磷硅玻璃。
4.如图4所示，丝网印刷阻挡性油墨浆料4RSTINK SCR CLEAR(购自SunChemical公司)于硅片的正表面，丝网印刷的设备精度要求在50μm以下，然后进行UV固化。
5.如图5所示，使用体积比为1:5:6的氢氟酸、硝酸、水的混合溶液对非阻挡的表面进行酸性刻蚀3分钟，所得方块电阻为60ohm/sq。
6.如图6所示，使用KOH溶液清洗硅片表面残留的油墨浆料，使得表面形成高方阻区5和低方阻区6交叉出现的选择性扩散区域，同时使用机器去除背面的扩散层。
7.如图7所示，使用PECVD镀上SiNx膜7，使得扩散硅片表面钝化，SiNx膜的厚度是80nm。
8.如图8所示，在硅片表面，在正面印刷银浆8，在背面印刷银铝浆或铝浆9。
9.在900℃进行烧结，使得金属电极烧穿氮化硅，达到良好的欧姆接触。
实施例2
1.如图1所示，取性能良好、高纯度、电阻率为3ohm/cm的P型硅片1，进行KOH碱性抛光，以去除裸硅片表面的划痕和不平整区域。
2.如图2所示，将硅片置于碱性溶液里反应，制成倒金字塔的绒面结构2，然后进行酸清洗，以去除硅片表面的划痕损伤层、有机物和金属离子。
3.如图3所示，把硅片放入扩散炉进行扩散，使用液态POCl3作为扩散源，在850℃进行扩散，从而在硅片表面3形成n+层，方阻为20ohm/sq，扩散之后使用氢氟酸去除表面磷硅玻璃。
4.如图4所示，丝网印刷阻挡性油墨浆料4Resist Ink(购自PVGS公司)于硅片的正表面，丝网印刷的设备精度要求在50μm以下，然后进行加热固化。
5.如图5所示，使用体积比为1:4:5氢氟酸、硝酸、水的混合溶液对非阻挡的表面进行酸性刻蚀5分钟，所得方块电阻为60ohm/sq。
6.如图6所示，使用NH4OH溶液清洗硅片表面残留的油墨浆料，使得表面形成高方阻区5和低方阻区6交叉出现的选择性扩散区域，同时使用机器去除背面的扩散层。
7.如图7所示，使用PECVD镀上SiNx膜7，使得扩散硅片表面钝化，SiNx膜的厚度是80nm。
8.如图8所示，在硅片表面，在正面印刷银浆8，在背面印刷银铝浆或铝浆9。
9.在900℃进行烧结，使得金属电极烧穿氮化硅，达到良好的欧姆接触。
实施例3
1.如图1所示，取性能良好、高纯度、电阻率为5ohm/cm的P型硅片1，进行KOH碱性抛光，以去除裸硅片表面的划痕和不平整区域。
2.如图2所示，将硅片置于碱性溶液里反应，制成倒金字塔的绒面结构2，然后进行酸清洗，以去除硅片表面的划痕损伤层、有机物和金属离子。
3.如图3所示，把硅片放入扩散炉进行扩散，使用液态POCl3作为扩散源，在850℃进行扩散，从而在硅片表面3形成n+层，方阻为20ohm/sq，扩散之后使用氢氟酸去除表面磷硅玻璃。
4.如图4所示，丝网印刷阻挡性油墨浆料4Resist Ink(购自PVGS公司)于硅片的正表面，丝网印刷的设备精度要求在50μm以下，然后进行加热固化。
5.如图5所示，使用体积比为2:6:8氢氟酸、硝酸、水的混合溶液对非阻挡的表面进行酸性刻蚀1分钟，所得方块电阻为60ohm/sq。
6.如图6所示，使用NH4OH溶液清洗硅片表面残留的油墨浆料，使得表面形成高方阻区5和低方阻区6交叉出现的选择性扩散区域，同时使用机器去除背面的扩散层。
7.如图7所示，使用PECVD镀上SiNx膜7，使得扩散硅片表面钝化，SiNx膜的厚度是80nm。
8.如图8所示，在硅片表面，在正面印刷银浆8，在背面印刷银铝浆或铝浆9。
9.在900℃进行烧结，使得金属电极烧穿氮化硅，达到良好的欧姆接触。
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，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其步骤包括对硅片进行抛光、制绒、扩散、印刷浆料、刻蚀、清洗、镀膜、印刷电极、烧结，其特征在于，所述印刷浆料是指丝网印刷阻挡性油墨浆料。
2.根据权利要求1所述的一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述阻挡性油墨浆料是SunChemical的RST INK SCR CLEAR或PVGS的Resist Ink。
3.根据权利要求1所述的一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述抛光具体为：对硅片用KOH进行抛光。
4.根据权利要求1所述的一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制绒具体为：将硅片置于碱性溶液里反应，制成倒金字塔的绒面结构。
5.根据权利要求1所述的一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述扩散具体为：使用液态POCl3磷源加热扩散或旋涂液体磷源加热扩散或固体扩散。
6.根据权利要求1所述的一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述刻蚀是指使用体积比为1～2∶4～6∶5～8的氢氟酸、硝酸、水的混合溶液对非阻挡的表面进行酸性刻蚀1～5分钟。
7.根据权利要求1所述的一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述清洗具体为：使用碱性溶液清洗硅片表面残留的油墨浆料，使用机器去除背面的扩散层。
8.根据权利要求1所述的一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述镀膜具体为：使用PECVD镀上SiNx膜。
9.根据权利要求1所述的一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述印刷电极具体为：在正面印刷银浆，在背面印刷银铝浆或铝浆。
10.根据权利要求1所述的一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述烧结具体为：在900℃进行烧结，使得金属电极烧穿氮化硅。
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