CN104835875A - 一种晶体硅太阳电池的制备方法及其侧边激光隔离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳电池的侧边激光隔离方法，利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。本发明还公开了一种晶体硅太阳电池的制备方法。本发明实现对常规太阳电池及n型双面电池等特殊电池的pn结隔离，降低太阳电池的因有效面积损失而带来的效率损失，使太阳电池的效率损失降低到0.1%abs及以下。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳电池领域，具体涉及一种晶体硅太阳电池的制备方法及其侧边激光隔离方法。
背景技术
晶体硅太阳电池是一种将光能转化为电能的半导体器件。在光的照射下，晶体硅太阳电池内部产生光生载流子，这些光生载流子在pn结内建电场的作用下向电池的正负极迁移，并经电极引出，转化为电能。
在太阳电池制备工艺中，pn结通常是采用高温扩散或离子注入的方法制备。高温扩散会在硅片的正面、边缘和背面同时产生厚度大约为1μm扩散层，离子注入则由于离子束的绕射或散射会在硅片的正面及边缘同时产生掺杂层，这两种方法都会导致正负极短路导通，形成漏电。
现有技术中，隔离pn结的方法主要有湿法刻蚀、等离子刻蚀及激光隔离等。
湿法刻蚀是通过化学溶液腐蚀的方法实现pn结隔离，等离子刻蚀是利用加速的氟碳化合物等形成的等离子体中的活性基与硅片发生反应来隔离pn结，两种方法都容易导致边缘刻蚀不完全和过度刻蚀到正面影响电池外观及减小电池有效面积。而且这两种方法都存在较大的污染，湿法刻蚀要用到大量的强酸和强碱，废水处理成本高；等离子刻蚀采用的反应气体一般也有剧毒。因此，这两种工艺并不是最佳的pn结隔离方法。
激光隔离技术是太阳电池在金属化完成后，用激光在正面沿边缘划线开槽，实线pn结的隔离。该技术拥有环保无污染，运行成本低的优点。但正面开槽会减少太阳电池的有效面积，使电池效率降低0.3~0.5%abs。现在也有采用激光在背面开槽做pn结隔离，但应用在双面电池等一些特殊结构电池时，背面隔离无法隔断pn结，漏电仍然严重，这些缺陷限制了激光隔离大规模使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶体硅太阳电池的制备方法及其侧边激光隔离方法，实现对常规太阳电池及N型双面电池等特殊电池的PN结隔离，降低太阳电池的因有效面积损失而带来的效率损失，使太阳电池的效率损失降低到0.1%abs及以下，满足太阳电池生产的工艺要求。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种晶体硅太阳电池的侧边激光隔离方法，其特点是，利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
所述的半成品太阳电池为p型半成品太阳电池或n型双面半成品太阳电池。
一种晶体硅太阳电池的制备方法，用于制备p型太阳电池，其特点是，包含以下步骤：
步骤1、提供一p型硅片，并将硅片表面进行清洗后进行制绒处理；
步骤2、通过扩散制备在硅片表面形成一层n型掺杂层；
步骤3、再次清洗，去除硅片表面残留的磷硅玻璃；
步骤4、在硅片正面制备减反射膜层；
步骤5、进行金属化处理工艺，在硅片的正面及背面印刷金属浆料并烧结，形成电极。
所述的制备方法进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤2与步骤3之间，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
所述的制备方法进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤4与步骤5之间，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
所述的制备方法进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤5之后，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
所述的隔离槽的深度大于1μm，小于60μm；所述的隔离槽的宽度大于10μm，小于150μm。
一种晶体硅太阳电池的制备方法，用于制备n型双面电池，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、提供一n型硅片，并将硅片表面进行清洗后进行制绒处理；
步骤2、通过扩散制备在硅片正面形成p型掺杂层，在硅片背面形成n+掺杂层；
步骤3、再次清洗，去除硅片表面残留的硼硅玻璃和磷硅玻璃；
步骤4、在硅片正面及硅片背两制备减反射膜层；
步骤5、进行金属化处理工艺，在硅片的正面及背面印刷金属浆料并烧结，形成电极。
所述的制备方法进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤2与步骤3之间，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
所述的制备方法进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤4与步骤5之间，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
所述的制备方法进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤5之后，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
所述的隔离槽的深度大于1μm，小于60μm；所述的隔离槽的宽度大于10μm，小于150μm。
本发明中一种晶体硅太阳电池的制备方法及其侧边激光隔离方法与现有技术相比具有以下优点：通过激光在半成品太阳电池侧壁开槽，实现对pn结的隔离，减少晶体硅太阳电池的漏电，使并联电阻增加，FF有所改善提升，相应也会改善提升太阳电池的光电转换效率；本发明实现对边缘pn结的彻底隔离，将电池漏电减小至可以接受的范围之内，同时不会影响正面有效面积，使太阳电池的效率损失降低到0.1%abs及以下，对于N型双面电池等结构的太阳电池，侧边激光隔离也能实现对pn结的隔离；在扩散完成后进行侧边激光隔离，则可在后清洗过程总将激光隔离带来的损伤去除，在钝化镀膜工艺中，钝化膜还可以对该处进行钝化，减少载流子在激光开槽时产生的损伤层内的复合，提升载流子寿命；而在镀膜或金属化工艺后进行侧边激光隔离，则更为灵活，对现有产线的升级改造更为方便；本发明克服传统的湿法刻蚀、等离子刻蚀、激光正面及背面隔离的缺陷，适用范围更广，对太阳电池pn结隔离效果更佳，可有助于提升太阳电池的转换效率及产品的合格率。
附图说明
图1为采用侧边激光隔离后的常规太阳电池的整体结构示意图；
图2为采用侧边激光隔离工艺后的双面太阳电池的整体结构示意图；
图3为实施例一示意图；
图4为实施例二示意图；
图5为实施例三示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
现有的湿法及等离子刻蚀均存在边缘刻蚀不干净，及过刻到正面的情况，或导致隔离效果不明显，或造成正面的光学损失，降低短路电流，并且湿法及等离子体刻蚀都会造成环境污染。正面激光隔离工艺会减少太阳电池的有效面积，增加光学损失，使电池效率降低0.3~0.5%abs。而背面激光隔离虽然避免了正面光学损失，但对N型双面电池等结构的电池，不能实现对pn结的隔离。为了克服上述问题，本发明提供了一种晶体硅太阳电池侧边激光隔离的方法，具体是利用激光沿半成品太阳电池侧边开槽，从而实现对pn结的隔离。本发明利用激光精确加工的优势，使激光束沿半成品晶体硅太阳电池的侧边开槽，在不影响电池的外观形貌，并避免有效面积减小的情况下，切断电池的pn结，从而起到隔离电池正负极的作用，该应用对双面电池等特殊结构电池的pn结隔离也同样适用。
如图1所示，一种晶体硅太阳电池，包含：第一导电类型的晶体硅层1；覆盖所述第一导电类型的晶体硅层1正面及侧壁的第二导电类型的晶体硅层2；减反射膜层3，覆盖位于第一导电类型的晶体硅层1正面的第二导电类型的晶体硅层2；金属电极4，位于减反射膜层3，与所述第二导电类型的晶体硅层2电连接；金属背电极5，覆盖第一导电类型的晶体硅层1的背面，并与第一导电类型的晶体硅层1电连接；隔离槽6，环绕设置在位于第一导电类型的晶体硅层1侧壁的第二导电类型的晶体硅层2。
本发明技术方案中，第一导电类型的晶体硅层1与第二导电类型的晶体硅层2的导电类型不同，第一导电类型的晶体硅层1为P型，第二导电类型的晶体硅层2为N型，本实施例中并不限制第一导电类型为P型，仅是对导电类型做一个区分。如图1所示，金属电极4是穿过减反射膜层3与第二导电类型的晶体硅层2电连接，并有一部分裸露在减反射膜层3外。
隔离槽6的深度大于位于第一导电类型的晶体硅层1侧壁的第二导电类型的晶体硅层2的厚度；所述的隔离槽6的宽度小于第一导电类型的晶体硅层1的厚度。优选地，隔离槽的深度大于1μm，小于60μm；隔离槽的宽度大于10μm，小于150μm。
优选地，减反射膜层的材质为SiNx:H；所述的金属电极的材质为Ag；所述的金属背电极的材质为Al。
如图2所示，本发明中采用侧边激光隔离工艺后的双面电池。其制备方法包含以下步骤：
步骤1、提供一n型硅片1，并将硅片表面进行清洗后进行制绒处理；
步骤2、通过扩散制备在硅片正面形成p型掺杂层2，在硅片背面形成n+掺杂层5；
步骤3、再次清洗，去除硅片表面残留的硼硅玻璃和磷硅玻璃；
步骤4、在硅片正面及硅片背两制备减反射膜层3；
步骤5、进行金属化处理工艺，在硅片的正面及背面印刷金属浆料并烧结，形成电极4；其中侧边激光隔离工艺可以位于步骤2之后或步骤4之后或步骤5之后，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽6。所述的隔离槽6的深度大于1μm，小于60μm；所述的隔离槽的宽度大于10μm，小于150μm。
采用侧边激光隔离工艺后的双面电池，其电性能参数如表1所示。可以看到在12V偏压下，双面电池的反向电流小于0.1 A，完全可以满足要求。
本发明中的一种晶体硅太阳电池的制备方法，用于制备p型太阳电池或n型双面电池，相对于常规Al-BSF晶体硅太阳电池的工艺流程而言，增加了激光隔离工艺，即激光束在半成品太阳电池的侧边进行开槽，将半成品电池的pn结划断，使太阳电池的正负极隔离，从而起到减小太阳电池的边缘漏电的作用，具体地，激光隔离工艺位于扩散工艺之后，或钝化镀膜工艺之后，或在金属化工艺之后。
实施例一：
A1、清洗制绒，提供一硅片，并将硅片表面进行清洗后进行制绒处理，硅片在切割过程中留在表面的线痕和损伤层在碱性或酸性溶液中被腐蚀掉，并且在硅片表面产生一定的绒面，该绒面可以有效的减少入射光在硅片表面的反射，所述硅片为第一导电类型的晶体硅；
A2、制备pn结，制备第二导电类型的晶体硅层，覆盖所述硅片的正面、背面及侧壁，将制绒完成的硅片放入扩散炉中，经过高温扩散的方式，在电池的表面形成pn结；
A3、在第一导电类型的晶体硅层的侧壁形成一环形隔离槽；
A4、再次清洗，去除硅片表面残留的磷硅玻璃；
A5、制备减反射膜层，覆盖位于第一导电类型的晶体硅层正面的第二导电类型的晶体硅层，即在硅片的正面通过PECVD的方式制备一层厚度大约为80nm 的SiNx:H，该层膜具有表面钝化及减反射的效果；
A6、进行金属化处理工艺，刻蚀掉位于第一导电类型的晶体硅层背面的第二导电类型的晶体硅层，在硅片的正面及背面印刷金属浆料，并且经过高温烧结，背面形成金属背电极，正面形成金属电极，使金属和硅片形成良好的欧姆接触；
A7、将电池片在太阳光模拟器下进行测试，测出电池的电学性能，然后按照效率、电流、颜色等标准对电池进行分选。图3中显示了扩散工艺之后进行激光隔离工艺的效果图。
以上步骤只是常规Al-BSF晶体硅太阳电池的大略工艺流程，在实际的生产过程中，各个厂商会根据其产线配置而做出或大或小的调整。而对于高效太阳电池如n型双面电池、选择性发射极电池、PERC太阳电池、IBC太阳电池，工艺步骤还会有更多的变化。
本发明中的激光可以为任意波长及脉宽，只要满足工艺要求即可。在加工时激光束绕半成品太阳电池一周，在半成品太阳电池侧边形成深度为1μm~60μm，宽度为10μm~150μm的槽，将侧边的pn结划断。在实际应用中可以采取两种方式，一种方式激光束的方向不变，半成品太阳电池固定在真空吸附盘上，旋转一周；另一种方式，半成品太阳电池不动，激光束绕半成品太阳电池一周进行加工。
本发明的实施例中采用1064 nm波长200ns脉宽的激光器，激光束输出后经过聚焦后的光斑直径大约为60 μm，将半成品电池片吸附在真空旋转台上，以50mm/s以上的速度进行旋转，通过相机视觉识别半成品太阳电池侧边的位置，对激光光束进行调整，使激光沿样品的侧边开槽，开槽深度达到20 μm以上，开槽宽度大约为80μm，从而将PN结划断，实现隔离。
实施例二：
B1、清洗制绒，提供一硅片，并将硅片表面进行清洗后进行制绒处理，硅片在切割过程中留在表面的线痕和损伤层在碱性或酸性溶液中被腐蚀掉，并且在硅片表面产生一定的绒面，该绒面可以有效的减少入射光在硅片表面的反射，所述硅片为第一导电类型的晶体硅；
B2、制备pn结，制备第二导电类型的晶体硅层，覆盖所述硅片的正面、背面及侧壁，将制绒完成的硅片放入扩散炉中，经过高温扩散的方式，在电池的表面形成pn结；
B3、再次清洗，去除硅片表面残留的磷硅玻璃；
B4、制备减反射膜层，覆盖位于第一导电类型的晶体硅层正面的第二导电类型的晶体硅层，即在硅片的正面通过PECVD的方式制备一层厚度大约为80nm 的SiNx:H，该层膜具有表面钝化及减反射的效果；
B5、在第一导电类型的晶体硅层的侧壁形成一环形隔离槽；
B6、进行金属化处理工艺，刻蚀掉位于第一导电类型的晶体硅层背面的第二导电类型的晶体硅层，在硅片的正面及背面印刷金属浆料，并且经过高温烧结，背面形成金属背电极，正面形成金属电极，使金属和硅片形成良好的欧姆接触；
B7、将电池片在太阳光模拟器下进行测试，测出电池的电学性能，然后按照效率、电流、颜色等标准对电池进行分选。图4中显示了钝化镀膜工艺之后进行激光隔离工艺的效果图。
以上步骤只是常规Al-BSF晶体硅太阳电池的大略工艺流程，在实际的生产过程中，各个厂商会根据其产线配置而做出或大或小的调整。而对于高效太阳电池如n型双面电池、选择性发射极电池、PERC太阳电池、IBC太阳电池，工艺步骤还会有更多的变化。
本发明中的激光可以为任意波长及脉宽，只要满足工艺要求即可。在加工时激光束绕半成品太阳电池一周，在半成品太阳电池侧边形成深度为1μm~60μm，宽度为10μm~150μm的槽，将侧边的pn结划断。在实际应用中可以采取两种方式，一种方式激光束的方向不变，半成品太阳电池固定在真空吸附盘上，旋转一周；另一种方式，半成品太阳电池不动，激光束绕半成品太阳电池一周进行加工。
本发明的实施例中采用1064 nm波长200ns脉宽的激光器，激光束输出后经过聚焦后的光斑直径大约为60 μm，将半成品电池片吸附在真空旋转台上，以50mm/s以上的速度进行旋转，通过相机视觉识别半成品太阳电池侧边的位置，对激光光束进行调整，使激光沿样品的侧边开槽，开槽深度达到20 μm以上，开槽宽度大约为80μm，从而将pn结划断，实现隔离。
实施例三：
C1、清洗制绒，提供一硅片，并将硅片表面进行清洗后进行制绒处理，硅片在切割过程中留在表面的线痕和损伤层在碱性或酸性溶液中被腐蚀掉，并且在硅片表面产生一定的绒面，该绒面可以有效的减少入射光在硅片表面的反射，所述硅片为第一导电类型的晶体硅；
C2、制备pn结，制备第二导电类型的晶体硅层，覆盖所述硅片的正面、背面及侧壁，将制绒完成的硅片放入扩散炉中，经过高温扩散的方式，在电池的表面形成pn结；
C3、再次清洗，去除硅片表面残留的磷硅玻璃；
C4、制备减反射膜层，覆盖位于第一导电类型的晶体硅层正面的第二导电类型的晶体硅层，即在硅片的正面通过PECVD的方式制备一层厚度大约为80nm 的SiNx:H，该层膜具有表面钝化及减反射的效果；
C5、进行金属化处理工艺，刻蚀掉位于第一导电类型的晶体硅层背面的第二导电类型的晶体硅层，在硅片的正面及背面印刷金属浆料，并且经过高温烧结，背面形成金属背电极，正面形成金属电极，使金属和硅片形成良好的欧姆接触；
C6、在第一导电类型的晶体硅层的侧壁形成一环形隔离槽；
C7、将电池片在太阳光模拟器下进行测试，测出电池的电学性能，然后按照效率、电流、颜色等标准对电池进行分选。图5中显示了金属化工艺之后进行激光隔离工艺的效果图。
以上步骤只是常规Al-BSF晶体硅太阳电池的大略工艺流程，在实际的生产过程中，各个厂商会根据其产线配置而做出或大或小的调整。而对于高效太阳电池如n型双面电池、选择性发射极电池、PERC太阳电池、IBC太阳电池，工艺步骤还会有更多的变化。
本发明中的激光可以为任意波长及脉宽，只要满足工艺要求即可。在加工时激光束绕半成品太阳电池一周，在半成品太阳电池侧边形成深度为1μm~60μm，宽度为10μm~150μm的槽，将侧边的pn结划断。在实际应用中可以采取两种方式，一种方式激光束的方向不变，半成品太阳电池固定在真空吸附盘上，旋转一周；另一种方式，半成品太阳电池不动，激光束绕半成品太阳电池一周进行加工。
本发明的实施例中采用1064 nm波长200ns脉宽的激光器，激光束输出后经过聚焦后的光斑直径大约为60 μm，将半成品电池片吸附在真空旋转台上，以50mm/s以上的速度进行旋转，通过相机视觉识别半成品太阳电池侧边的位置，对激光光束进行调整，使激光沿样品的侧边开槽，开槽深度达到20 μm以上，开槽宽度大约为80μm，从而将pn结划断，实现隔离。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (12)
1.一种晶体硅太阳电池的侧边激光隔离方法，其特征在于，利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
2.如权利要求1所述的侧边激光隔离方法，其特征在于，所述的半成品太阳电池为p型半成品太阳电池或n型双面半成品太阳电池。
3.一种晶体硅太阳电池的制备方法，用于制备p型太阳电池，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、提供一p型硅片，并将硅片表面进行清洗后进行制绒处理；
步骤2、通过扩散制备在硅片表面形成一层n型掺杂层；
步骤3、再次清洗，去除硅片表面残留的磷硅玻璃；
步骤4、在硅片正面制备减反射膜层；
步骤5、进行金属化处理工艺，在硅片的正面及背面印刷金属浆料并烧结，形成电极。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤2与步骤3之间，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤4与步骤5之间，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤5之后，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
7.如权利要求4-6任意权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述的隔离槽的深度大于1μm，小于60μm；所述的隔离槽的宽度大于10μm，小于150μm。
8.一种晶体硅太阳电池的制备方法，用于制备n型双面电池，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、提供一n型硅片，并将硅片表面进行清洗后进行制绒处理；
步骤2、通过扩散制备在硅片正面形成p型掺杂层，在硅片背面形成n+掺杂层；
步骤3、再次清洗，去除硅片表面残留的硼硅玻璃和磷硅玻璃；
步骤4、在硅片正面及硅片背两制备减反射膜层；
步骤5、进行金属化处理工艺，在硅片的正面及背面印刷金属浆料并烧结，形成电极。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤2与步骤3之间，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤4与步骤5之间，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
11.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，进一步包含一侧边激光隔离工艺，位于步骤5之后，所述侧边激光隔离工艺为利用激光在半成品太阳电池的侧边绕刻一周，将半成品太阳电池侧边的pn结隔断，形成一隔离槽。
12.如权利要求9-11任意权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述的隔离槽的深度大于1μm，小于60μm；所述的隔离槽的宽度大于10μm，小于150μm。
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