CN104465889A - 一种晶硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶硅太阳能电池的制备方法，该制备方法包括如下步骤：在P型或N型硅片正面形成绒面；在所述P型或N型硅片正面形成N型或P型扩散层，然后去除所述P型或N型硅片正面的PSG或BSG和周边扩散层；在所述N型或P型扩散层上形成钝化层；在所述钝化层上形成BZO层；在所述P型或N型硅片背面形成背电极和铝背场；在所述P型或N型硅片正面形成正电极；对所述P型或N型硅片进行烧结。相应的，本发明还提供一种采用本发明的制备方法制备而成的晶硅太阳能电池。本发明提供的制备方法成本低、工艺简单，适合大规模生产；且得到的晶硅太阳能电池质量好，光电转换效率高。

Description

一种晶硅太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池制备领域，具体地说涉及一种晶硅太阳能电池的制备方法。
背景技术
为了能让晶硅太阳能电池更充分地吸收太阳光的能量，产业中普遍使用“表面织构”技术，即将硅片表面用机械切削或化学腐蚀等方法，制备出粗糙的绒面，以减少照射到电池片表面的入射光线反射回空气中的几率，进而增加太阳能电池对入射光的吸收，提高光电转化效率。
目前晶硅太阳能行业实现量产化的表面织构技术大多采用湿化学方法，即湿法制绒。该方法工艺门槛低、产量大；但是制绒所使用的酸性或碱性溶液均易造成环境污染，且该方法形成的绒面减反射效果有限。尤其是对于多晶硅电池而言，经过酸制绒后的多晶硅片在300nm～1100nm之间的平均反射率仍然有27％左右。
相关研究表明，纳米级的绒面结构可以大大增加电池表面的陷光效应，有效降低反射率。研究人员采用光刻技术或离子制绒技术可以实现纳米级绒面结构的制备。但是光刻技术工序繁琐，不适合太阳能电池生产；离子制绒技术已经实现量产化，但生长成本较高，未能大规模推广。
因此，目前需要找到一种工艺简单、成本较低的晶硅太阳能电池的制备方法，以获得较好的绒面结构，进而实现较高的光电转换效率。
发明内容
为了解决现有技术制绒工艺中存在的问题，获得表面减反射效果好的晶硅太阳能电池，本发明提出了一种晶硅太阳能电池的制备方法。
根据本发明的一个方面，提供一种晶硅太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括步骤：
a)在P型或N型硅片正面形成微米级尺寸的绒面；
b)在所述P型或N型硅片正面形成N型或P型扩散层，然后去除所述硅片正面的PSG或BSG和周边扩散层；
c)在所述N型或P型扩散层上形成钝化层；
d)在所述钝化层上形成BZO层；
e)在所述P型或N型硅片背面形成背电极和铝背场；
f)在所述P型或N型硅片正面形成正电极；
g)对所述P型或N型硅片进行烧结。
根据本发明的一个具体实施方式，所述钝化层包括：SiNx和/或SiOx材料。
根据本发明的另一个具体实施方式，所述钝化层的厚度为2nm～10nm。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述钝化层采用等离子体增强化学气相沉积形成。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述BZO层的厚度为50nm～200nm。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述BZO层采用低压化学气相沉积形成。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述P型或N型硅片为单晶硅、多晶硅和/或准单晶硅。
根据本发明的另一个方面，提供一种晶硅太阳能电池，所述晶硅太阳能电池采用本发明提供的制备方法制备而成。
本发明提供的晶硅太阳能电池的制备方法在完成扩散并除去PSG或BSG后，先沉积一层厚度很薄的钝化层，再沉积一BZO(掺硼氧化锌)层作为减反层，最后再对电极进行印刷烧结。晶硅在制绒后微结构尺寸为微米级，BZO层的尺寸为纳米级，即在大绒面上形成了小绒面。这种结构可以更有效地减少晶硅太阳能电池表面对太阳光的反射，让更多的太阳光进入电池而被吸收利用。此外，由于BZO层为透明导电层，其既可以降低该层本身的光吸收，还可以降低电池的串联电阻，进一步提高晶硅太阳能电池的性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1所示为根据本发明提供的一种晶硅太阳能电池的制备方法的一个具体实施方式的流程示意图；
图2所示为常规晶硅太阳能电池结构示意图；
图3为采用本发明提供的晶硅太阳能电池的制备方法制备的晶硅太阳能电池的结构示意图；
图4(a)为制绒后未生长BZO的多晶硅片放大2000倍的SEM图像；
图4(b)为制绒后生长100nm的BZO的多晶硅片放大2000倍的SEM图像；
图5(a)为制绒后未生长BZO的多晶硅片放大5000倍的SEM图像；
图5(b)为制绒后生长100nm的BZO的多晶硅片放大5000倍的SEM图像；
图6所示为制绒后硅片分别生长SiNx和BZO的反射率对比曲线图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
参考图1，图1所示为根据本发明提供的一种晶硅太阳能电池的制备方法的一个具体实施方式的流程示意图。
步骤S101，在硅片100正面形成绒面。硅片100可以为P型硅片或N型硅片。所述硅片100为单晶硅、多晶硅或者准单晶硅。在硅片100的表面形成绒面，可以有效提高硅片100的陷光作用。通常可以采用腐蚀性溶液对硅片100的表面进行腐蚀，以形成绒面。一般情况下，用碱性溶液处理后，可在硅片100的表面得到金字塔状绒面；用酸性溶液处理后，可在硅片100的表面得到虫孔状绒面。该绒面尺寸为微米量级。
制绒后继续执行步骤S102，在所述P型或N型硅片100正面形成N型或P型扩散层200，然后去除所述P型或N型硅片正面的PSG或BSG和周边扩散层。
以P型硅片100为例，在所述P型硅片100正面形成N型扩散层200，然后去除所述P型硅片100正面的PSG和周边扩散层。N型扩散可采用以POCl3为磷源在P型硅片100正面进行磷(P)的热扩散，形成N型扩散层200。还可以先在P型硅片100的正面喷涂磷酸或其他含磷的掺杂源，然后通过快速热退火(RapidThermal Anealing)处理，完成硅片的正面P扩散。
之后去除所述P型硅片100正面的PSG(Phospho Silicate Glass，磷硅玻璃)和周边P扩散层。在太阳能电池片生产制造过程中，可以通过化学腐蚀法也即把硅片放在腐蚀性溶液(如氢氟酸、氢氧化钠等各类酸/碱或有机溶液)中浸泡，去除扩散制结后在P型硅片100表面形成的一层PSG。
以N型硅片100为例，在N型硅片100的正面形成P型扩散层200，然后去除所述N型硅片100正面的BSG和周边扩散层。P型扩散可采用以硼源在N型硅片100正面进行硼(B)的热扩散，形成P型扩散层200。还可以先在N型硅片100的正面喷涂含硼的掺杂源，然后通过快速热退火(Rapid Thermal Anealing)处理，完成硅片的正面B扩散。
之后去除所述N型硅片100正面的BSG(Boron Silicate Glass，硼硅玻璃)和周边B扩散层。在太阳能电池片生产制造过程中，可以通过化学腐蚀法也即把硅片放在腐蚀性溶液中浸泡，去除扩散制结后在N型硅片100表面形成的一层BSG。
步骤S103，在所述N型或P型扩散层上200形成钝化层310。在所述N型或P型扩散层上200上形成钝化层310。钝化层310可以减少载流子的复合。所述钝化层310可以采用SiNx或SiOx等具有钝化效果的材料进行制备；优选的，所述钝化层310为SiNx材料。可选的，所述钝化层300的厚度为2nm～10nm，例如，2nm、5nm或10nm。优选的，所述钝化层310采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成。
步骤S104，在所述钝化层上形成BZO层320。可选的，利用Oerlikon Solar的TCO-1200LPCVD(低压化学气相沉积)设备，由水(H2O)，二乙基锌(DEZ)和硼烷(B2H6)反应沉积BZO层320。BZO层320需要高透过率和光陷作用，因此需要低参杂和必要的厚度来实现需要的绒面结构，具体的厚度还要根据减反射的需要来确定。优选的，所述BZO层320的厚度为50nm～200nm，例如：50nm、125nm或200nm。
图2所示为传统的晶硅太阳能电池结构，其中，起到减反射作用的只有减反层300；而图3所示为本发明提供的制备方法所制备的晶硅太阳能电池结构，其中，钝化层310和BZO层320结合作为减反射材料起到了减反射作用。由于晶硅制绒后微结构尺寸为微米级，而BZO层320材料均为纳米级材料，因此在大绒面上形成小绒面，这样可以更好的减少电池表面对太阳光的反射，让更多的太阳光进入电池而被吸收利用。
以多晶硅电池为例，对多晶硅片制绒并生长100nm左右的BZO材料，之后进行扫描电镜(SEM)对比分析。多晶硅片制绒后的微结构尺寸为微米级(2μm～6μm)，如图4(a)和图5(a)所示；多晶硅片上沉积减反射材料的微结构为纳米级(约100nm)的类金字塔型，如图4(b)和图5(b)所示。从图中可以看出，在晶硅表面先制绒，然后再形成钝化层310和BZO层320，可以显著增加硅片表面的粗糙度，增强减反射效果。
依旧以制绒后的多晶硅为例，从图6中可以看出，折射率和厚度适当的BZO膜具有比SiNx更好的减反射效果，即本发明提供的技术方案与传统的SiNx减反膜相比减反射效果更好。
步骤S105，在所述P型或N型硅片背面形成背电极520和铝背场。铝背场具有钝化和反型的功能，可进一步降低载流子复合，提高少子寿命，提高电池效率。通过丝网印刷的方法在硅片100的背面印刷一层铝浆，然后烧结即可形成铝背场。
步骤S106，在所述P型或N型硅片正面形成正电极510。可选的，上述背电极520和/或正电极510可采用印刷银浆或者电镀铜的方式制备。可选的，上述背电极520和/或正电极510可采用常压化学气相沉积(APCVD)技术、电镀技术(Sputter Deposition System)或丝网印刷形成。
最后，执行步骤S107，对所述P型或N型硅片100进行烧结，以形成可实际应用的晶硅太阳能电池。
本发明提供的晶硅太阳能电池的制备方法，可有效降低晶硅太阳能电池的表面反射率，提高对太阳光的利用率；降低减反层对光的吸收，降低电池的串联电阻，提高电池电性能；工艺简单、易于大规模推广。
本发明提供的晶硅太阳能电池的制备方法可以有效降低晶硅电池的表面反射率，提高太阳光的利用率；由于BZO为透明导电膜，且不但可以降低减反层的光吸收，还可以降低电池的串联电阻，进一步提高电池性能；该制备方法工艺简便，与产线工艺兼容，适合大规模的产业推广。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (8)

1.一种晶硅太阳能电池的制备方法，其中，所述制备方法包括步骤：
a)在P型或N型硅片正面形成微米级尺寸的绒面；
b)在所述P型或N型硅片正面形成N型或P型扩散层，然后去除所述硅片正面的PSG或BSG和周边扩散层；
c)在所述N型或P型扩散层上形成钝化层；
d)在所述钝化层上形成BZO层；
e)在所述P型或N型硅片背面形成背电极和铝背场；
f)在所述P型或N型硅片正面形成正电极；
g)对所述P型或N型硅片进行烧结。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钝化层包括：SiNx、和/或SiOx材料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钝化层的厚度为2nm～10nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钝化层采用等离子体增强化学气相沉积形成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述BZO层的厚度为50nm～200nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述BZO层采用低压化学气相沉积形成。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述P型或N型硅片为单晶硅、多晶硅和/或准单晶硅。
8.一种晶硅太阳能电池，其中，所述晶硅太阳能电池采用如权利要求1～7中任意一项制备方法制备而成。
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