CN104409562A - 一种选择性发射电极太阳能电池的制备方法及制备系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性发射电极太阳能电池的制备方法，包括：A、在硅片正面形成绒面；B、在硅片正面印刷磷浆；C、将硅片放入扩散炉管，通入O3和N2的混合气体，温度控制为20-80℃；D、然后通入POCl3、N2和O2，温度控制在810-900℃；E、将硅片进行边缘刻蚀，去除P扩散层，并在HF酸中去除磷硅玻璃和磷浆的残留物；F、在硅片正面沉积减反膜；G、在硅片上印刷电极；H、烧结。相应的，本发明还提供一种选择性发射电极太阳能电池的制备系统。采用本发明，可防止磷浆挥发物对硅片的影响，提高硅片的外观质量，保证电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种选择性发射电极太阳能电池的制备方法及制备系统。
背景技术
现有选择性发射电极电池的制备一般是采用丝网印刷磷源单步扩散法，其制备流程如下：在制绒后的硅片正面选择性的印刷上磷浆，即在电池的,栅线印刷区域上印刷磷浆；放入扩散炉管，通入POCl3进行热扩散；去磷硅玻璃；正面减反膜沉积；正背面金属电极的制备和烧结。这种选择性发射电极电池的优点是制备方法工艺简单，成本低，可大规模产业化。但是，由于印刷的磷浆含有很多杂质成分，在扩散炉管中会挥发出来，这些杂质会在硅片表面沉积或者和硅进行各种物理化学反应，使得硅片出现外观不良，如出现斑点，电池效率提升空间有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种选择性发射电极太阳能电池的制备方法，可防止磷浆挥发物对硅片的影响，提高硅片的外观质量，保证电池的转换效率。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种选择性发射电极太阳能电池的制备系统，可防止磷浆挥发物对硅片的影响，提高硅片的外观质量，保证电池的转换效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种选择性发射电极太阳能电池的制备方法，包括：
A、在硅片正面形成绒面；
B、在硅片正面印刷磷浆，印刷区域为正面电极的覆盖区域；
C、将硅片放入扩散炉管，通入O3和N2的混合气体，温度控制为20-80℃，以使硅片表面沉积0.5-3nm的二氧化硅层，且所述二氧化硅层不覆盖磷浆；
D、然后通入POCl3、N2和O2，温度控制在810-900℃，以使磷浆印刷区域的方阻为10-60欧/□，非磷浆印刷区域的方阻为110-150欧/□；
E、将硅片进行边缘刻蚀，去除P扩散层，并在HF酸中去除磷硅玻璃和磷浆的残留物；
F、在硅片正面沉积减反膜；
G、在硅片上印刷电极；
H、烧结。
作为上述方案的改进，步骤C中，所述O3和N2的流量分别为1-30L/min和5-20L/min，所述O3和N2的通气时间为5-200s。
作为上述方案的改进，步骤C中，O3和N2先混合均匀后再通入所述扩散炉管。
作为上述方案的改进，步骤D中，所述 POCl3、N2和O2的流量分别为0.5-5L/min、5-25 L/min和0.1-3L/min，所述 POCl3、N2和O2的通气时间为30-100min。
相应的，本发明还提供一种选择性发射电极太阳能电池的制备系统，包括制绒设备、第一丝网印刷设备、热扩散设备、去PSG和边缘刻蚀设备、减反膜沉积设备、第二丝网印刷设备和烧结设备，所述热扩散设备包括炉管、POCl3装置、大N2管路、小N2管路、O2管路、O3管路和紫外灯，所述POCl3装置、大N2管路、小N2管路、O2管路、O3管路均和所述炉管连接。
其中，所述制绒设备是现有的用于对硅片表面制绒的设备；
所述热扩散设备用于对硅片进行热扩散；
所述去PSG(Phospho Silicate Glass磷硅玻璃)和边缘刻蚀设备是现有的用于去除硅片表面的磷硅玻璃和对硅片边缘进行刻蚀的设备；
所述减反膜沉积设备是现有的对硅片进行正面减反膜沉积工艺的设备；
所述烧结设备是现有的用于对半成品硅片进行烧结定型的设备；
所述POCl3装置为现有的将POCl3溶液与通入的N2混合的设备；
所述炉管用于作为硅片的表面处理场所。
作为上述方案的改进，所述O2管路和O3管路进气端共同与O2进气管连接，出气端与所述炉管连接；所述大N2管路和小N2管路进气端共同与N2进气管连接，出气端与所述炉管连接，所述小N2管路上设有所述POCl3装置。
作为上述方案的改进，所述O2管路和O3管路出气端与所述大N2管路连接，并通过所述大N2管路连入所述炉管内。
作为上述方案的改进，所述紫外灯设于所述O3管路上，并使所述O3管路中流过的气体受到所述紫外灯的照射。
作为上述方案的改进，所述O2管路与所述O2进气管之间设有O2阀；所述紫外灯与所述O3管路之间设有O3阀；所述大N2管路上位于所述O2管路和O3管路出气端与所述大N2管路连接处靠近进气方向一侧设有大N2阀；所述小N2管路靠近所述N2进气管处设有小N2阀。
作为上述方案的改进，所述第一丝网印刷设备为磷浆的印刷设备，其印刷的图案和选择性发射电极太阳能电池的正面电极图案相同；所述第二丝网印刷设备为所述选择性发射电极太阳能电池的电极制造设备。
实施本发明，具有如下有益效果：
现有技术的丝网印刷磷源单步扩散法是制备选择性发射电极的常用方法，这种方法工艺简单，成本低。但是，由于印刷的磷浆含有很多杂质成分，在扩散炉管中会挥发出来，这些杂质会在硅片表面沉积或者和硅进行各种物理化学反应，使得硅片出现外观不良，如出现斑点，电池效率提升空间有限。
本发明将硅片放入扩散炉管，先通入O3和N2的混合气体，然后通入POCl3、N2和O2。O3将印刷磷浆的硅片表面进行氧化形成一层很薄的二氧化硅层；薄的二氧化硅一方面可以在高温下降低P的扩散速度，在非磷浆区域形成轻掺杂，另一方面由于二氧化硅的缓冲作用，形成的p-n结很均匀，最重要的一点是，磷浆在高温下的挥发物被二氧化硅层阻隔在硅片外面，可以防止挥发物对硅片的影响，使得硅片不会出现外观不良，且电池效率也会得到保证。
附图说明
图1是本发明选择性发射电极太阳能电池的制备方法的流程图；
图2是本发明选择性发射电极太阳能电池的制备系统的结构示意图；
图3是图2中热扩散设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
选择性发射电极就是在硅片正面和金属栅线的接触位置进行重掺杂（所谓深扩散），在金属栅线电极之间的硅片区域进行轻掺杂（所谓浅扩散）。这种结构的电池的有益效果是：由于重掺杂区域表面浓度高，根据金属-半导体接触电阻理论，电池的接触电阻小；载流子的复合速率和掺杂浓度的平方成反比关系，轻掺杂区域可以减少载流子的复合，提高载流子的收集效率；20%能量的入射光（短波）的吸收发生在电池的扩散层，浅扩散有利于短波太阳光子的量子效率，有利于电池效率的提升。
为此，本发明提供了一种选择性发射电极太阳能电池的制备方法，如图1所示，包括：
S101、在硅片正面形成绒面；
本发明优选通过湿法腐蚀或者干法腐蚀，获得理想的绒面结构，以降低反射率。
S102、在硅片正面印刷磷浆，印刷区域为正面电极的覆盖区域；
所述正面电极包括主栅线和副栅线，本发明通过网版图案，在正面电极的主栅线和副栅线的位置印刷磷浆。
S103、将硅片放入扩散炉管，通入O3和N2的混合气体，温度控制为20-80℃，以使硅片表面沉积0.5-3nm的二氧化硅层，且所述二氧化硅层不覆盖磷浆；
二氧化硅层可以对硅片表面进行保护，使得磷浆的挥发物不能和硅片进行反应，杜绝硅片外观异常的出现。此外，O3氧化作用缓慢，0.5-3nm的二氧化硅层厚度足以达到隔绝硅片的效果。
所述O3和N2的流量分别为1-30L/min和5-20L/min，所述O3和N2的通气时间为5-200s。
优选的，O3的流量为5 L/min、10 L/min、15 L/min、20 L/min、25 L/min或30L/min，但不限于此；N2的流量为5/min、10/min、15/min或20L/min，但不限于此；O3和N2的通气时间为20 s、40 s、60 s、80 s、100 s、120 s、150 s或180s，但不限于此。本发明需要严格控制O3和N2的混合气体的流量和通气时间，方可使得二氧化硅层的厚度和均匀性达到要求。通入O3和N2的混合气体，温度控制为20-80℃，若温度小于20℃，氧化很难进行，二氧化硅层厚度很难达到要求；若温度大于80℃，磷浆中的杂质开始挥发，由于没有二氧化硅的保护，会和硅片进行反应，影响硅片外观。优选的，所述温度控制为20℃、40℃、50℃、60℃或80℃，但不限于此。
本发明通过通入O3，将印刷磷浆的硅片表面进行氧化形成一层很薄的二氧化硅层；薄的二氧化硅一方面可以在高温下降低P的扩散速度，在非磷浆区域形成轻掺杂，另一方面由于二氧化硅的缓冲作用，形成的p-n结很均匀，最重要的一点是，磷浆在高温下的挥发物被二氧化硅层阻隔在硅片外面，可以防止挥发物对硅片的影响，使得硅片不会出现外观不良，且电池效率也会得到保证。
同时，本发明在通入O3的同时通入N2，O3和N2先混合均匀后再通入扩散炉管，这样，一方面N2作为保护气，保证炉管内杂质气体含量很低，有利于二氧化硅的形成；另一方面， N2中携带O3，可以使得气流更加均匀，氧化反应可控。
S104、然后通入POCl3、N2和O2，温度控制在810-900℃，以使磷浆印刷区域的方阻为10-60欧/□，非磷浆印刷区域的方阻为110-150欧/□；
所述 POCl3、N2和O2的流量分别为0.5-5L/min、5-25 L/min和0.1-3L/min，所述 POCl3、N2和O2的通气时间为30-100min。
优选的，所述 POCl3的流量分别为1 L/min、2 L/min、3 L/min、4 L/min、5L/min，但不限于此；所述 N2的流量分别为5 L/min、10 L/min、15 L/min、20 L/min、25 L/min，但不限于此；所述 O2的流量分别为0.5 L/min、1 L/min、1.5 L/min、2 L/min、2.5 L/min、3L/min，但不限于此；所述 POCl3、N2和O2的通气时间为40 min、50 min、60 min、70 min、80 min、90 min或100min，但不限于此。
本发明在通入通入O3和N2的混合气体之后，再通入POCl3、N2和O2，其中N2作为保护气，POCl3和O2是扩散所需的反应气体，经过高温和扩散源的扩散，印刷磷浆区域的方阻为10-60欧/□，非磷浆印刷区域的方阻为110-150欧/□，实现了选择性扩散。
S105、将硅片进行边缘刻蚀，去除P扩散层，并在HF酸中去除磷硅玻璃和磷浆的残留物。
S106、在硅片正面沉积减反膜。
S107、在硅片上印刷电极；
该电极包括正面电池和背面电极，正面电极印刷在磷浆形成的重掺杂区域。
S108、烧结，形成很好的欧姆接触。
参见图2，本发明提供了一种选择性发射电极太阳能电池的制备系统，包括制绒设备1、第一丝网印刷设备2、热扩散设备3、去PSG和边缘刻蚀设备4、减反膜沉积设备5、第二丝网印刷设备6和烧结设备7。
其中，所述制绒设备1是现有的用于对硅片表面制绒的设备；
所述第一丝网印刷设备2为磷浆的印刷设备，其印刷的图案和选择性发射电极太阳能电池的正面电极图案相同；
所述热扩散设备3用于对硅片进行热扩散；
所述去PSG(Phospho Silicate Glass磷硅玻璃)和边缘刻蚀设备4是现有的用于去除硅片表面的磷硅玻璃和对硅片边缘进行刻蚀的设备；
所述减反膜沉积设备5是现有的对硅片进行正面减反膜沉积工艺的设备；
所述第二丝网印刷设备6为所述选择性发射电极太阳能电池的电极制造设备，用于在所述硅片上印刷电极部分。
所述烧结设备7是现有的用于对半成品硅片进行烧结定型的设备。
参见图3，所述热扩散设备3包括炉管31、POCl3装置32、大N2管路33、小N2管路34、O2管路35、O3管路36和紫外灯37，所述POCl3装置32、大N2管路33、小N2管路34、O2管路35、O3管路36均和所述炉管31连接。
其中，所述POCl3装置32为现有的将POCl3溶液与通入的N2混合的设备。
所述O2管路35和O3管路36进气端共同与O2进气管38连接，出气端与所述炉管31连接；所述大N2管路33和小N2管路34进气端共同与N2进气管39连接，出气端与所述炉管31连接，可简化管路的设置，也便于气源的管理，同时降低生产成本。
所述O2管路35和O3管路36出气端与所述大N2管路33连接，并通过所述大N2管路33连入所述炉管31内。所述紫外灯37设于所述O3管路36上，并使所述O3管路36中流过的气体受到所述紫外灯37的照射。所述紫外灯37将所述O3管路36上通入的O2气体转化为O3气体。所述紫外灯37由2-10根紫外灯管组成，但不限于此。
所述O2管路35与所述O2进气管38之间设有O2阀351；所述紫外灯37与所述O3管路36之间设有O3阀361；所述大N2管路33上位于所述O2管路35和O3管路36出气端与所述大N2管路33连接处靠近进气方向一侧设有大N2阀331；所述小N2管路34靠近所述N2进气管39处设有小N2阀341。
所述O2阀351用于控制进入所述炉管31的O2流量；所述O3阀361用于控制进入所述炉管31的O3流量；所述大N2阀331主要用于控制进入所述炉管31的N2流量；所述小N2阀341主要用于控制进入所述炉管31的POCl3流量。
本发明在扩散炉中增加O3气体管路，将印刷磷浆的硅片表面进行氧化形成一层很薄的二氧化硅层；薄的二氧化硅一方面可以在高温下降低P的扩散速度，在非磷浆区域形成轻掺杂，另一方面由于二氧化硅的缓冲作用，形成的p-n结很均匀，最重要的一点是，磷浆在高温下的挥发物被二氧化硅层阻隔在硅片外面，可以防止挥发物对硅片的影响，使得硅片不会出现外观不良，且电池效率也会得到保证。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种选择性发射电极太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
A、在硅片正面形成绒面；
B、在硅片正面印刷磷浆，印刷区域为正面电极的覆盖区域；
C、将硅片放入扩散炉管，通入O3和N2的混合气体，温度控制为20-80℃，以使硅片表面沉积0.5-3nm的二氧化硅层，且所述二氧化硅层不覆盖磷浆；
D、然后通入POCl3、N2和O2，温度控制在810-900℃，以使磷浆印刷区域的方阻为10-60欧/□，非磷浆印刷区域的方阻为110-150欧/□；
E、将硅片进行边缘刻蚀，去除P扩散层，并在HF酸中去除磷硅玻璃和磷浆的残留物；
F、在硅片正面沉积减反膜；
G、在硅片上印刷电极；
H、烧结。
2.如权利要求1所述的选择性发射电极太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述O3和N2的流量分别为1-30L/min和5-20L/min，所述O3和N2的通气时间为5-200s。
3.如权利要求1所述的选择性发射电极太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤C中，O3和N2先混合均匀后再通入所述扩散炉管。
4.如权利要求1所述的选择性发射电极太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤D中，所述 POCl3、N2和O2的流量分别为0.5-5L/min、5-25 L/min和0.1-3L/min，所述 POCl3、N2和O2的通气时间为30-100min。
5.一种选择性发射电极太阳能电池的制备系统，包括制绒设备、第一丝网印刷设备、热扩散设备、去PSG和边缘刻蚀设备、减反膜沉积设备、第二丝网印刷设备和烧结设备，其特征在于，所述热扩散设备包括炉管、POCl3装置、大N2管路、小N2管路、O2管路、O3管路和紫外灯，所述POCl3装置、大N2管路、小N2管路、O2管路、O3管路均和所述炉管连接。
6.如权利要求5所述的选择性发射电极太阳能电池的制备系统，其特征在于，所述O2管路和O3管路进气端共同与O2进气管连接，出气端与所述炉管连接；所述大N2管路和小N2管路进气端共同与N2进气管连接，出气端与所述炉管连接，所述小N2管路上设有所述POCl3装置。
7.如权利要求6所述的选择性发射电极太阳能电池的制备系统，其特征在于，所述O2管路和O3管路出气端与所述大N2管路连接，并通过所述大N2管路连入所述炉管内。
8.如权利要求7所述的选择性发射电极太阳能电池的制备系统，其特征在于，所述紫外灯设于所述O3管路上，并使所述O3管路中流过的气体受到所述紫外灯的照射。
9.如权利要求8所述的选择性发射电极太阳能电池的制备系统，其特征在于，所述O2管路与所述O2进气管之间设有O2阀；所述紫外灯与所述O3管路之间设有O3阀；所述大N2管路上位于所述O2管路和O3管路出气端与所述大N2管路连接处靠近进气方向一侧设有大N2阀；所述小N2管路靠近所述N2进气管处设有小N2阀。
10.如权利要求5所述的选择性发射电极太阳能电池的制备系统，其特征在于，所述第一丝网印刷设备为磷浆的印刷设备，其印刷的图案和选择性发射电极太阳能电池的正面电极图案相同；
所述第二丝网印刷设备为所述选择性发射电极太阳能电池的电极制造设备。
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