CN104362219B - 一种晶体硅太阳能电池制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池制造工艺，所述工艺包括：半成品硅片制作；将制作好的所述半成品硅片进行去除损伤层；将去除损伤层后的电池片进行表面绒面化；将表面绒面化后的电池片进行发射区扩散处理；将发射区扩散处理后的电池片进行边缘结刻蚀处理；将边缘结刻蚀处理后的电池片进行PECDV沉积SIN处理；将PECDV沉积SIN处理后的电池片进行丝网印刷正背面电极浆料处理；将印刷正背面电极浆料后的电池片进行共烧形成金属接触；将形成金属接触后的电池片进行测试，实现了能够减少硅片表面掺杂浓度，降低扩散后死层厚度，提高少子寿命，同时可以减小PN结的结深，增强太阳能电池的短波响应，提高太阳能电池的转换效率的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池设计研究领域，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池制造工艺。
背景技术
多晶硅太阳能电池是一种有效地吸收太阳能辐射并使之转化为电能的半导体电子器件，广泛应用于各种照明及发电系统中。目前，在P型太阳能电池发射极制作领域，普遍采用的方法是将POCL3液态源和氧气在高温下进行分解反应，产生的P2O5沉积在硅片表面与Si反应生成单质P原子和SiO2，P原子在高温下扩散进入硅片内部，在硅片表面形成一层很薄的N型层，该N型层与P型基体硅之间形成一个PN结，构成太阳能电池的发射极。
在利用POCL3液态源扩散的过程中，P2O5与硅片反应生成单质P和SiO2，SiO2覆盖在硅片表面，其内部含有大量的尚未扩散进入硅片的单质P原子，形成磷硅玻璃（PSG）层。因此利用这种方法进行扩散，在硅片表面都会不可避免地生成一层厚度不等的PSG层。
由于Si对P原子的固溶度要比SiO2大10倍左右，P原子在SiO2/Si界面处存在强烈的分凝现象，导致大量P原子从PSG中排出并聚集到硅片表面。所以即使所采用的工艺中磷源使用量很少，在硅片表面仍然会存在一层掺杂浓度很高的区域，该区域内电子的俄歇复合严重，对太阳电池转换效率存在严重负面影响。
另一方面，POCL3液态源扩散所制得的杂质分布曲线较缓，内部杂质浓度梯度小，结深较深，该方法所制得的PN结对太阳光中能量较高穿透力较弱的短波部分光线的响应较差，在一定程度上影响了转换效率的提升。
综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在现有技术中，由于利用POCL3液态源扩散的过程中，在硅片表面都会不可避免地生成一层厚度不等的PSG层，对太阳电池转换效率存在严重负面影响，所制得的PN结对太阳光中能量较高穿透力较弱的短波部分光线的响应较差，在一定程度上影响了转换效率的提升，所以，现有技术中的晶体硅太阳能电池制造工艺存在容易生成一层厚度不等的PSG层，导致太阳电池转换效率较低的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种晶体硅太阳能电池制造工艺，解决了现有技术中的晶体硅太阳能电池制造工艺存在容易生成一层厚度不等的PSG层，导致太阳电池转换效率较低的技术问题，实现了晶体硅太阳能电池制造工艺设计合理，能够减少硅片表面掺杂浓度，降低扩散后死层厚度，提高少子寿命，同时可以减小PN结的结深，增强太阳能电池的短波响应，提高太阳能电池的转换效率的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种晶体硅太阳能电池制造工艺，所述工艺包括：
半成品硅片制作；
将制作好的所述半成品硅片进行去除损伤层；
将去除损伤层后的电池片进行表面绒面化；
将表面绒面化后的电池片进行发射区扩散处理；
将发射区扩散处理后的电池片进行边缘结刻蚀处理；
将边缘结刻蚀处理后的电池片进行PECDV沉积SIN处理；
将PECDV沉积SIN处理后的电池片进行丝网印刷正背面电极浆料处理；
将印刷正背面电极浆料后的电池片进行共烧形成金属接触；
将形成金属接触后的电池片进行测试。
进一步的，所述工艺具体为：采用POCL3液态源扩散方式制作晶体硅PN结。
进一步的，在所述步骤采用POCL3液态源扩散方式制作晶体硅PN结之后，所述工艺还包括：采用预设浓度的硝酸和氢氟酸混合溶液腐蚀抛结。
进一步的，所述将去除损伤层后的电池片进行表面绒面化，具体为采用湿法制绒，或激光刻槽，或反应离子腐蚀，或制作减反射膜层进行绒面处理。
进一步的，所述POCL3液态源扩散方式具体为：利用高纯氮气通入到液态POCL3底部鼓泡，携带POCL3通入到炉管内部与氧气和硅片进行反应生成P原子扩散进入硅片表面形成N型层。
进一步的，所述工艺还包括：采用电子束蒸发和电镀的方式制作金属化电极。
进一步的，所述半成品硅片制作具体包括：
将硅料进行处理制作成硅碇；
将所述硅碇进行切割处理，制作成硅片。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了将晶体硅太阳能电池制造工艺设计为包括：半成品硅片制作；将制作好的所述半成品硅片进行去除损伤层；将去除损伤层后的电池片进行表面绒面化；将表面绒面化后的电池片进行发射区扩散处理；将发射区扩散处理后的电池片进行边缘结刻蚀处理；将边缘结刻蚀处理后的电池片进行PECDV沉积SIN处理；将PECDV沉积SIN处理后的电池片进行丝网印刷正背面电极浆料处理；将印刷正背面电极浆料后的电池片进行共烧形成金属接触；将形成金属接触后的电池片进行测试的技术方案，即，未扩散多晶硅片在正常的多晶太阳电池需要进行的POCL3液态源扩散和去PSG工艺过程之外，增加一道化学溶液腐蚀抛结工艺，所以，有效解决了现有技术中的晶体硅太阳能电池制造工艺存在容易生成一层厚度不等的PSG层，导致太阳电池转换效率较低的技术问题，进而实现了晶体硅太阳能电池制造工艺设计合理，能够减少硅片表面掺杂浓度，降低扩散后死层厚度，提高少子寿命，同时可以减小PN结的结深，增强太阳能电池的短波响应，提高太阳能电池的转换效率的技术效果。
附图说明
图1是本申请实施例一中晶体硅太阳能电池制造工艺的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种晶体硅太阳能电池制造工艺，解决了现有技术中的晶体硅太阳能电池制造工艺存在容易生成一层厚度不等的PSG层，导致太阳电池转换效率较低的技术问题，实现了晶体硅太阳能电池制造工艺设计合理，能够减少硅片表面掺杂浓度，降低扩散后死层厚度，提高少子寿命，同时可以减小PN结的结深，增强太阳能电池的短波响应，提高太阳能电池的转换效率的技术效果。
本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：
采用了将晶体硅太阳能电池制造工艺设计为包括：半成品硅片制作；将制作好的所述半成品硅片进行去除损伤层；将去除损伤层后的电池片进行表面绒面化；将表面绒面化后的电池片进行发射区扩散处理；将发射区扩散处理后的电池片进行边缘结刻蚀处理；将边缘结刻蚀处理后的电池片进行PECDV沉积SIN处理；将PECDV沉积SIN处理后的电池片进行丝网印刷正背面电极浆料处理；将印刷正背面电极浆料后的电池片进行共烧形成金属接触；将形成金属接触后的电池片进行测试的技术方案，即，未扩散多晶硅片在正常的多晶太阳电池需要进行的POCL3液态源扩散和去PSG工艺过程之外，增加一道化学溶液腐蚀抛结工艺，所以，有效解决了现有技术中的晶体硅太阳能电池制造工艺存在容易生成一层厚度不等的PSG层，导致太阳电池转换效率较低的技术问题，进而实现了晶体硅太阳能电池制造工艺设计合理，能够减少硅片表面掺杂浓度，降低扩散后死层厚度，提高少子寿命，同时可以减小PN结的结深，增强太阳能电池的短波响应，提高太阳能电池的转换效率的技术效果。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一：
在实施例一中，提供了一种晶体硅太阳能电池制造工艺，请参考图1，所述工艺包括：
步骤1：半成品硅片制作；
步骤2：将制作好的所述半成品硅片进行去除损伤层；
步骤3：将去除损伤层后的电池片进行表面绒面化；
步骤4：将表面绒面化后的电池片进行发射区扩散处理；
步骤5：将发射区扩散处理后的电池片进行边缘结刻蚀处理；
步骤6：将边缘结刻蚀处理后的电池片进行PECDV沉积SIN处理；
步骤7：将PECDV沉积SIN处理后的电池片进行丝网印刷正背面电极浆料处理；
步骤8：将印刷正背面电极浆料后的电池片进行共烧形成金属接触；
步骤9：将形成金属接触后的电池片进行测试。
其中，在本申请实施例中，所述工艺具体为：采用POCL3液态源扩散方式制作晶体硅PN结。
其中，在本申请实施例中，在所述步骤采用POCL3液态源扩散方式制作晶体硅PN结之后，所述工艺还包括：采用预设浓度的硝酸和氢氟酸混合溶液腐蚀抛结。
其中，在本申请实施例中，所述将去除损伤层后的电池片进行表面绒面化，具体为采用湿法制绒，或激光刻槽，或反应离子腐蚀，或制作减反射膜层进行绒面处理。
其中，在实际应用中，用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒金字塔结构，在500～900nm光谱范围内，反射率为4～6％，与表面制作双层减反射膜相当，而在（100）面单晶硅化学制作绒面的反射率为11％。用激光制作绒面比在光滑面镀双层减反射膜层（ZnS/MgF2）电池的短路电流要提高4％左右，这主要是长波光（波长大于800nm）斜射进入电池的原因。激光制作绒面存在的问题是在刻蚀中，表面造成损伤同时引入一些杂质，要通过化学处理去除表面损伤层。该方法所作的太阳电池通常短路电流较高，但开路电压不太高，主要原因是电池表面积增加，引起复合电流提高。
其中，在实际应用中，应用掩膜（Si3N4或SiO2）各向同性腐蚀，腐蚀液可为酸性腐蚀液，也可为浓度较高的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，该方法无法形成各向异性腐蚀所形成的那种尖锥状结构。据报道，该方法所形成的绒面对700～1030微米光谱范围有明显的减反射作用。但掩膜层一般要在较高的温度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特别对质量较低的多晶材料，少子寿命缩短。应用该工艺在225cm2的多晶硅上所作电池的转换效率达到16.4%。掩膜层也可用丝网印刷的方法形成。
其中，在实际应用中，该方法为一种无掩膜腐蚀工艺，所形成的绒面反射率特别低，在450～1000微米光谱范围的反射率可小于2％。仅从光学的角度来看，是一种理想的方法，但存在的问题是硅表面损伤严重，电池的开路电压和填充因子出现下降。
其中，在实际应用中，对于高效太阳电池，最常用和最有效的方法是蒸镀ZnS/MgF2双层减反射膜，其最佳厚度取决于下面氧化层的厚度和电池表面的特征，例如，表面是光滑面还是绒面，减反射工艺也有蒸镀Ta2O5, PECVD沉积 Si3N3等，ZnO导电膜也可作为减反材料。
其中，在本申请实施例中，所述POCL3液态源扩散方式具体为：利用高纯氮气通入到液态POCL3底部鼓泡，携带POCL3通入到炉管内部与氧气和硅片进行反应生成P原子扩散进入硅片表面形成N型层。
其中，在本申请实施例中，所述工艺还包括：采用电子束蒸发和电镀的方式制作金属化电极。
其中，在实际应用中，通常，应用正胶剥离工艺，蒸镀Ti/Pa/Ag多层金属电极，要减小金属电极所引起的串联电阻，往往需要金属层比较厚（8～10微米），缺点是电子束蒸发造成硅表面/钝化层介面损伤，使表面复合提高。因此，工艺中，采用短时蒸发Ti/Pa层，在蒸发银层的工艺。另一个问题是金属与硅接触面较大时，必将导致少子复合速度提高，工艺中，采用了隧道结接触的方法，在硅和金属成间形成一个较薄的氧化层（一般厚度为20微米左右）应用功函数较低的金属(如钛等)可在硅表面感应一个稳定的电子积累层(也可引入固定正电荷加深反型)。另外一种方法是在钝化层上开出小窗口（小于2微米），再淀积较宽的金属栅线（通常为10微米），形成mushroom—like状电极，用该方法在4cm2 Mc-Si上电池的转换效率达到17.3％。目前，在机械刻槽表面也运用了Shallow angle (oblique)技术。
其中，在本申请实施例中，所述半成品硅片制作具体包括：
将硅料进行处理制作成硅碇；
将所述硅碇进行切割处理，制作成硅片。
其中，在实际应用中，在正常的多晶太阳电池需要进行的POCL3液态源扩散和去PSG工艺过程之外，增加一道硝酸与氢氟酸混合溶液腐蚀抛结工艺，可以减少表面掺杂浓度，降低扩散后“死层”厚度，提高少子寿命，同时可以减小PN结的结深，增强太阳能电池的短波响应，提高太阳能电池的转换效率。
其中，在本申请实施例中，所述的未扩散硅片，可以是湿法制绒、激光刻槽等各种绒面技术处理后的硅片。
其中，在本申请实施例中，所述的化学溶液腐蚀抛结工艺是指采用一定浓度的硝酸（HNO3）与氢氟酸（HF）混合溶液对硅片进行腐蚀，去除掉硅片最表面的那部分高浓度掺杂层即“死层”，在去除“死层”的同时能够保证方阻的大小和均匀性，同时还能保证杂质在硅片内部具有更优的分布。
其中，在本申请实施例中，所述的多晶硅太阳能电池发射极制作技术，其特征在于：所述去PSG和化学溶液腐蚀抛结工艺可以同时进行，也可以先进行去PSG工艺，后进行化学溶液腐蚀抛结工艺；当两者同时进行时，需要调整抛结时化学溶液的浓度及配比。
其中，在本申请实施例中，所述化学溶液腐蚀抛结工艺对硅片的腐蚀厚度可控制在10-50nm范围内，抛结前后的方阻差异可以控制在20 ohm-100 ohm范围内，而抛结后目标方阻大小根据多晶硅太阳能电池丝网印刷所使用的网版和浆料以及其他各工序工艺所匹配而得来的，其大小在60 ohm-120 ohm范围内。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
由于采用了将晶体硅太阳能电池制造工艺设计为包括：半成品硅片制作；将制作好的所述半成品硅片进行去除损伤层；将去除损伤层后的电池片进行表面绒面化；将表面绒面化后的电池片进行发射区扩散处理；将发射区扩散处理后的电池片进行边缘结刻蚀处理；将边缘结刻蚀处理后的电池片进行PECDV沉积SIN处理；将PECDV沉积SIN处理后的电池片进行丝网印刷正背面电极浆料处理；将印刷正背面电极浆料后的电池片进行共烧形成金属接触；将形成金属接触后的电池片进行测试的技术方案，即，未扩散多晶硅片在正常的多晶太阳电池需要进行的POCL3液态源扩散和去PSG工艺过程之外，增加一道化学溶液腐蚀抛结工艺，所以，有效解决了现有技术中的晶体硅太阳能电池制造工艺存在容易生成一层厚度不等的PSG层，导致太阳电池转换效率较低的技术问题，进而实现了晶体硅太阳能电池制造工艺设计合理，能够减少硅片表面掺杂浓度，降低扩散后死层厚度，提高少子寿命，同时可以减小PN结的结深，增强太阳能电池的短波响应，提高太阳能电池的转换效率的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种晶体硅太阳能电池制造工艺，其特征在于，所述工艺包括：
半成品硅片制作；
将制作好的所述半成品硅片进行去除损伤层；
将去除损伤层后的电池片进行表面绒面化；
将表面绒面化后的电池片进行发射区扩散处理；
将发射区扩散处理后的电池片进行边缘结刻蚀处理；
将边缘结刻蚀处理后的电池片进行PECVD沉积SiN处理；
所述将去除损伤层后的电池片进行表面绒面化，具体为采用激光刻槽进行绒面处理，采用激光刻槽在多晶硅表面制作倒金字塔结构；
所述工艺还包括：采用电子束蒸发和电镀的方式制作金属化电极，所述采用电子束蒸发和淀积的方式制作金属化电极具体包括：首先蒸发Ti/Pa层，然后再蒸发银层；采用隧道结接触的方法，在硅和金属钛层间形成厚度为20微米的氧化层；氧化层上开出窗口，再淀积金属栅线，形成电极。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺具体为：采用POCl3液态源扩散方式制作晶体硅PN结。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，在所述步骤采用POCl3液态源扩散方式制作晶体硅PN结之后，所述工艺还包括：采用预设浓度的硝酸和氢氟酸混合溶液腐蚀抛结。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述POCl3液态源扩散方式具体为：利用高纯氮气通入到液态POCl3底部鼓泡，携带POCl3通入到炉管内部与氧气和硅片进行反应生成P原子扩散进入硅片表面形成N型层。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述半成品硅片制作具体包括：
将硅料进行处理制作成硅碇；
将所述硅碇进行切割处理，制作成硅片。
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