CN104867819A - Pn结的制备方法及太阳能电池的制备方法 - Google Patents

Pn结的制备方法及太阳能电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种PN结的制备方法及太阳能电池的制备方法。PN结的制备方法包括：步骤S1，对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；步骤S2，利用卤化氢气体在750℃-1050℃的高温下对具有绒面的硅片进行清洗，得到清洗后绒面硅片；步骤S3，对清洗后绒面硅片进行磷扩散，形成太阳能电池的PN结。该方法通过在磷扩散步骤之前，利用卤化氢气体在高温条件下解离为氢离子和卤素离子对具有绒面的硅片进行清洗，然后再进行磷扩散，这样制备的PN结能有效提升硅片的钝化性能，大大提升所制备的太阳能电池的短路电流和开路电压，从而提升太阳能电池的转换效率。

Description

PN结的制备方法及太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种PN结的制备方法及太阳能电池的制备方法。
背景技术
作为清洁环保的新能源，太阳能电池的应用越来越普及。常规太阳能电池的生产工艺步骤为：(1)损伤层的去除及绒面制备；(2)三氯氧磷扩散制作p-n结；(3)表面PSG的去除及周边p-n的去除；(4)钝化减反射层的制备；(5)金属化(背电极，背电场和正电极的印刷烧结)；(6)分选。
其中，上述太阳能生产工艺中关键步骤之一是“扩散制作PN结”，而这一步骤通常采用管式设备进行扩散。硅片进入扩散管后，经过升温，沉积，推进，冷却，出舟步骤，完成PN结的制作步骤。由于这一步骤通常是在“损伤层的去除及绒面制备”工艺步骤(以下简称制绒工艺步骤)后，因制绒设备与扩散设备是分离的，制绒工序后，硅片必定暴露在空气中，因此容易导致硅片表面的沾污和氧化，影响电池效率。另外，因生产中容易出现各种问题，很可能出现制绒后硅片放置几个小时甚至几天的时间之后才能重新投入生产。因此，在进行扩散制作PN结的工艺前，为了避免不良影响，通常需要重新用化学药品(一般为HF溶液或HF溶液+HCl混合液)对硅片进行清洗，不仅增加了工艺步骤，而且增加了生产成本。
因此，急需对现有的制备方法进行改进，以提供一种生产工艺简单且生产成本较低的太阳能电池的制备方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种PN结的制备方法及太阳能电池的制备方法，以简化生产工艺，降低生产成本。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种PN结的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；步骤S2，利用卤化氢气体在750～1050℃的高温下对具有绒面的硅片进行清洗，得到清洗后绒面硅片；步骤S3，对清洗后绒面硅片进行磷扩散，形成PN结。
进一步地，卤化氢气体为溴化氢气体、氯化氢气体或氟化氢气体。
进一步地，卤化氢气体在850～950℃的高温下对具有绒面的硅片进行清洗，得到清洗后绒面硅片。
进一步地，在步骤S2中，通入卤化氢气体的流量为300sccm～2000sccm。
进一步地，在步骤S2中，对具有绒面的硅片进行清洗的时间为30s-300s。
进一步地，在步骤S2中，在通入卤化氢气体之前，还包括采用氮气对具有绒面的硅片进行吹扫的步骤。
进一步地，在步骤S1中，采用氢氟酸和硝酸的混合液对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；优选氢氟酸的质量浓度为5％-20％；硝酸的质量浓度为3％-10％。
进一步地，在步骤S3的磷扩散步骤中，通入三氯氧磷进行磷扩散，优选通入三氯氧磷的流量为400sccm-2000sccm。
进一步地，步骤S3包括：对清洗后绒面硅片进行三氯氧磷扩散，得到PN结前体；对PN结前体进行表面磷硅玻璃的去除以及周边PN结的去除，得到PN结。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池片的制备方法，包括PN结的制作、减反射膜的制作以及电极的印刷烧结，其中PN结的制作步骤采用上述任一种制备方法制作而成。
应用本发明的技术方案，通过在磷扩散步骤之前，采用卤化氢气体替代氟化氢溶液或氟化氢与盐酸的混合溶液对具有绒面的硅片进行清洗纯化，在750℃-1050℃的高温条件下，卤化氢气体解离为氢离子和卤素离子。氢离子对硅片进行钝化，并将硅片表面可能产生的氧化层进行还原；卤素离子对硅片表面可能存在的金属离子进行反应，反应产物以气态形式被排走。然后再进行磷扩散步骤，这样制备的PN结能有效提升硅片的钝化性能，大大提升所制备的太阳能电池的短路电流和开路电压，从而提升太阳能电池的转换效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种典型实施方式中太阳能电池的PN结的制备方法示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所提到的，在现有技术中的PN结制备步骤中，通常是在去除损伤层以及绒面制备步骤后，进入扩散管，之后在高温状态下进行扩散制备PN结的工艺步骤。而硅片在空气中的沾污或氧化，会使得高温扩散步骤中杂质进入PN结中，影响电池效率。为了改善这一缺陷，现有技术所采用的方法是在进行扩散步骤之前，先对制绒后的硅片重新用化学药剂进行冲洗，不仅使得工艺步骤繁琐，而且增加了生产成本。
针对现有技术中的上述技术问题，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种太阳能电池PN结的制备方法，如图1所示，该制备方法包括：步骤S1，对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；步骤S2，利用卤化氢气体在750℃-1050℃的高温下对具有绒面的硅片进行清洗，得到清洗后绒面硅片；步骤S3，对清洗后绒面硅片进行磷扩散，形成太阳能电池的PN结。
本发明的上述太阳能电池PN结的制备方法，通过在磷扩散步骤之前，采用卤化氢气体替代氟化氢溶液或氟化氢与盐酸的混合溶液对具有绒面的硅片进行清洗纯化，在750℃-1050℃的高温条件下，卤化氢气体解离为氢离子和卤素离子。氢离子对硅片进行钝化，并将硅片表面可能产生的氧化层进行还原；卤素离子对硅片表面可能存在的金属离子进行反应，反应产物以气态形式被排走。然后再进行磷扩散步骤，这样制备的PN结能有效提升硅片的钝化性能，大大提升所制备的太阳能电池的短路电流和开路电压，从而提升太阳能电池的转换效率。
在本发明的上述太阳能电池PN结的制备方法中，上述卤化氢气体可以为溴化氢气体、氯化氢气体或氟化氢气体，上述卤化氢气体为强酸性气体，对沾污或氧化层的去除能力比较强。优选采用溴化氢气体。
在本发明的上述太阳能电池PN结的制备方法中，卤化氢气体在上述高温范围内就能够解离形成氢离子和卤素离子，从而对具有绒面的硅片进行清洗纯化。在本发明一种更优选的实施例中，在850℃-950℃的高温下对具有绒面的硅片进行清洗，得到清洗后绒面硅片。在该高温范围内，既能使卤化氢气体解离完全达到清洗所需效果，而且能耗相对较低，节约能源。
在上述制备方法中，卤化氢气体所需通入的流量可根据所用的气体种类的不同进行适当调整。在本发明一种优选的实施例中，上述卤化氢气体为溴化氢气体，在上述步骤S2中，通入溴化氢气体的流量为300sccm～2000sccm。将溴化氢气体的流量控制在该范围内，能够对具有绒面的硅片清洗的很干净，能够避免杂质沾染物与氧化层在后续磷扩散步骤中进入硅片内部影响PN结的性能，进而提高所制备的太阳能电池的光电转换效率。
在本发明的上述制备方法中，在上述步骤S2中，溴化氢气体对具有绒面的硅片进行清洗的时间可以根据所欲清洗的硅片的干净程度进行适当调整。在本发明一种优选的实施例中，上述清洗的时间为30s-300s，在该时间范围内，能够清洗干净且不容易造成过度清洗。而少于30s往往清洗不够彻底，影响所制备的PN结的性能，进而影响太阳能电池的性能；超过300s,一方面造成气体浪费，另一方面清洗过度，容易使硅片厚度变薄，影响后续使用。
在本发明的上述制备方法中，在步骤S2中，在通入溴化氢气体之前，还包括采用氮气对具有绒面的硅片进行吹扫的步骤。在通入溴化氢气体之前，还用氮气对具有绒面的硅片进行吹扫的目的是将硅片表面或缝隙中的其他杂质或氧化气体去除，以免于将要通入的溴化氢气体发生反应进而对具有绒面的硅片造成损坏。
在本发明的上述制备方法中，在上述步骤S1中，可以采用常规的制绒方法对硅片进行制绒。在本发明一种优选的实施例中，采用氢氟酸和硝酸的混合液对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片，其中，氢氟酸和硝酸的质量浓度分别为：15％～20％和3％～10％，采用上述浓度的混合酸进行制绒步骤简单、制绒效果好且稳定性强。
在本发明的上述制备方法中，在步骤S3中，采用常规的磷扩散工艺进行磷扩散即可。在本发明另一种优选的实施例中，采用三氯氧磷进行磷扩散，更优选通入三氯氧磷的流量为500sccm-2000sccm。在该流量范围内，能够使得磷扩散工艺所制备得到的PN结结深和磷的表面浓度均匀，易于控制。
在本发明有一种典型的实施例中，上述步骤S3包括：对清洗后绒面硅片进行三氯氧磷扩散，得到PN结前体；对PN结前体进行表面磷硅玻璃的去除以及周边PN结的去除，得到太阳能电池的PN结。通过对PN结前提的表面磷硅玻璃及周边PN结进行清除，能够防止所制备的太阳能电池漏电或光电转换效率低下。
在本发明另一种典型的实施方式中，还提供了一种太阳能电池的制备方法，包括PN结的制作、减反射膜的制作以及电极的印刷烧结，其中PN结的制作步骤采用上述任一种制备方法制作而成。采用本发明的太阳能电池的制备方法在制作PN结的步骤中通过采用氯化氢气体对硅片进行清洗钝化，能有效提升硅片的钝化性能，使得所述制备的太阳能电池的短路电流和开路电压大大提升，进而太阳能电池的转换效率也得到提升。
下面将结合具体的实施例来进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
采用质量浓度为16％的氢氟酸溶液和质量浓度为5％的硝酸溶液的混合溶液对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；
制绒后，将具有绒面的硅片置入扩散管中，先进行氮气吹扫，之后通入流量为500sccm的溴化氢气体，在950℃的高温条件下，使溴化氢气体被激发为氢离子和溴离子，这两种离子在高温条件下对具有绒面的硅片进行清洗，清洗时间为250s；
向扩散管中通入流量为1200sccm的三氯氧磷进行磷扩散，然后对表面的磷硅玻璃以及周边的PN结进行去除，形成具有PN结的硅片；
采用PECVD在上述具有PN结的硅片表面进行氮化硅钝化层的制备，形成具有钝化减反射层的硅片；
丝网印刷背电极银铝浆、背电场铝浆和正电极银浆，烧结形成电极，得到太阳能电池片。
实施例2
采用质量浓度为18％的氢氟酸溶液和质量浓度为8％的硝酸溶液的混合溶液对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；
制绒后，将具有绒面的硅片置入扩散管中，先进行氮气吹扫，之后通入流量为1000sccm的溴化氢气体，在850℃的高温条件下，使溴化氢气体被激发为氢离子和溴离子，这两种离子在高温条件下对具有绒面的硅片进行清洗，清洗时间为200s；
向扩散管中通入流量为1500sccm的三氯氧磷进行磷扩散，然后对表面的磷硅玻璃以及周边的PN结进行去除，形成具有PN结的硅片；
采用PECVD在上述具有PN结的硅片表面进行氮化硅钝化层的制备，形成具有钝化减反射层的硅片；
丝网印刷背电极银铝浆、背电场铝浆和正电极银浆，烧结形成电极，得到太阳能电池片。
实施例3
采用质量浓度为17％的氢氟酸溶液和质量浓度为6％的硝酸溶液的混合溶液对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；
制绒后，将具有绒面的硅片置入扩散管中，先进行氮气吹扫，之后通入流量为1500sccm的氯化氢气体，在900℃的高温条件下，使溴化氢气体被激发为氢离子和溴离子，这两种离子在高温条件下对具有绒面的硅片进行清洗，清洗时间为150s；
向扩散管中通入流量为1800sccm的三氯氧磷进行磷扩散，然后对表面的磷硅玻璃以及周边的PN结进行去除，形成具有PN结的硅片；
采用PECVD在上述具有PN结的硅片表面进行氮化硅钝化层的制备，形成具有钝化减反射层的硅片；
丝网印刷背电极银铝浆、背电场铝浆和正电极银浆，烧结形成电极，得到太阳能电池片。
实施例4
采用质量浓度为15％的氢氟酸溶液和质量浓度为10％的硝酸溶液的混合溶液对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；
制绒后，将具有绒面的硅片置入扩散管中，先进行氮气吹扫，之后通入流量为300sccm的氟化氢气体，在750℃的高温条件下，使溴化氢气体被激发为氢离子和溴离子，这两种离子在高温条件下对具有绒面的硅片进行清洗，清洗时间为300s；
向扩散管中通入流量为2000sccm的三氯氧磷进行磷扩散，然后对表面的磷硅玻璃以及周边的PN结进行去除，形成具有PN结的硅片；
采用PECVD在上述具有PN结的硅片表面进行氮化硅钝化层的制备，形成具有钝化减反射层的硅片；
丝网印刷背电极银铝浆、背电场铝浆和正电极银浆，烧结形成电极，得到太阳能电池片。
实施例5
采用质量浓度为20％的氢氟酸溶液和质量浓度为3％的硝酸溶液的混合溶液对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；
制绒后，将具有绒面的硅片置入扩散管中，先进行氮气吹扫，之后通入流量为2000sccm的溴化氢气体，在1050℃的高温条件下，使溴化氢气体被激发为氢离子和溴离子，这两种离子在高温条件下对具有绒面的硅片进行清洗，清洗时间为30s；
向扩散管中通入流量为400sccm的三氯氧磷进行磷扩散，然后对表面的磷硅玻璃以及周边的PN结进行去除，形成具有PN结的硅片；
采用PECVD在上述具有PN结的硅片表面进行氮化硅钝化层的制备，形成具有钝化减反射层的硅片；
丝网印刷背电极银铝浆、背电场铝浆和正电极银浆，烧结形成电极，得到太阳能电池片。
对比例1
采用质量浓度为16％的氢氟酸溶液和质量浓度为5％的硝酸溶液的混合溶液对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；
制绒后，将具有绒面的硅片置入扩散管中，先进行氮气吹扫，之后通入流量为3000sccm的溴化氢气体，在1250℃的高温条件下，使溴化氢气体被激发为氢离子和溴离子，这两种离子在高温条件下对具有绒面的硅片进行清洗，清洗时间为300s；
向扩散管中通入流量为2500sccm的三氯氧磷进行磷扩散，然后对表面的磷硅玻璃以及周边的PN结进行去除，形成具有PN结的硅片；
采用PECVD在上述具有PN结的硅片表面进行氮化硅钝化层的制备，形成具有钝化减反射层的硅片；
丝网印刷背电极银铝浆、背电场铝浆和正电极银浆，烧结形成电极，得到太阳能电池片。
对比例2
采用质量浓度为25％的氢氟酸溶液和质量浓度为15％的硝酸溶液的混合溶液对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；
对上述制绒后放置了24小时的制绒后的硅片重新用3％HF溶液清洗，然后向扩散管中通入流量为350sccm的三氯氧磷进行磷扩散，然后对表面的磷硅玻璃以及周边的PN结进行去除，形成具有PN结的硅片；
采用PECVD在上述具有PN结的硅片表面进行氮化硅钝化层的制备，形成具有钝化减反射层的硅片；
丝网印刷背电极银铝浆、背电场铝浆和正电极银浆，烧结形成电极，得到太阳能电池片。
测试：对上述实施例1至5以及对比例1和2中所制备的太阳能电池片的性能进行测试，测试结果将表1。其中，太阳能电池片的开路电压(Uoc)、短路电流(Isc)和光电转换效率采用Halm测试系统测试得到。
表1：
开路电压(Uoc) 短路电流(Isc) 光电转换效率
实施例1 0.626 8.587 17.59％
实施例2 0.624 8.585 17.53％
实施例3 0.625 8.585 17.56％
实施例4 0.621 8.496 17.26％
实施例5 0.621 8.590 17.45％
对比例1 0.615 8.560 17.23％
对比例2 0.619 8.480 17.18％
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例通过在磷扩散步骤之前，采用卤化氢气体替代氟化氢溶液或氟化氢与盐酸的混合溶液对具有绒面的硅片进行清洗纯化，在750℃～1050℃的高温条件下，卤化氢气体解离为氢离子和卤素离子。氢离子对硅片进行钝化，并将硅片表面可能产生的氧化层进行还原；卤素离子对硅片表面可能存在的金属离子进行反应，反应产物以气态形式被排走。然后再进行磷扩散步骤，这样制备的PN结能有效提升硅片的钝化性能，大大提升所制备的太阳能电池的短路电流和开路电压，从而提升太阳能电池的转换效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PN结的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤S1，对硅片进行制绒，得到具有绒面的硅片；
步骤S2，利用卤化氢气体在750～1050℃的高温下对所述具有绒面的硅片进行清洗，得到清洗后绒面硅片；
步骤S3，对所述清洗后绒面硅片进行磷扩散，形成所述PN结。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述卤化氢气体为溴化氢气体、氯化氢气体或氟化氢气体。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述卤化氢气体在850～950℃的高温下对所述具有绒面的硅片进行清洗，得到所述清洗后绒面硅片。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通入所述卤化氢气体的流量为300sccm～2000sccm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述具有绒面的硅片进行清洗的时间为30s-300s。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在通入所述卤化氢气体之前，还包括采用氮气对所述具有绒面的硅片进行吹扫的步骤。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，采用氢氟酸和硝酸的混合液对所述硅片进行制绒，得到所述具有绒面的硅片；优选所述氢氟酸的质量浓度为5％-20％；所述硝酸的质量浓度为3％-10％。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，在所述步骤S3的磷扩散步骤中，通入三氯氧磷进行磷扩散，优选通入所述三氯氧磷的流量为400sccm-2000sccm。
9.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
对所述清洗后绒面硅片进行三氯氧磷扩散，得到PN结前体；
对所述PN结前体进行表面磷硅玻璃的去除以及周边PN结的去除，得到所述PN结。
10.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括PN结的制作、减反射膜的制作以及电极的印刷烧结，其中所述PN结的制作步骤采用权利要求1至9中任一项所述的制备方法制作而成。
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