CN104934500A - 一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池及其制备方法，该制备方法包括在电池本体的上表面形成选择性发射极和减反层，其中选择性发射极采用掩膜工艺，掩膜覆盖的区域形成重掺杂，腐蚀掩膜未覆盖区域形成轻掺杂，下表面形成具有预设镂空图案的背面钝化层，预设镂空图案的背面钝化层包括：第一层钝化层和第二层钝化层，并采用激光或化学腐蚀形成在第一层和第二层钝化层上形成镂空图案，形成正面电极和背面电极，将印刷有正面电极和背面电极的电池片进行烧结，相比单一的选择性发射极电池和单一的背钝化电池，本申请集成了二者的优点，同时提高晶硅太阳能电池的开路电压和短路电流，进而提高太阳能电池光电转化效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池的制作技术领域，具体涉及一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池制备方法。
背景技术
传统的p 型晶硅太阳能电池工业化生产一般采用制绒、扩散、刻蚀、PECVD减反膜和印刷烧结等工序，在电池片背面通常采用全铝背场或背电极加铝背场结构，即背面整面印刷铝浆，烧结后形成铝背场；一方面铝背场结构并没有对背面进行钝化；另一方面，背面反射率较低，影响了电池的电压和电流性能。
晶硅太阳能电池的改进主要围绕以下两个方面进行：一是对受光面制备织构化绒面、制备减反钝化膜，促进对太阳光的吸收；二是对背面进行钝化，减少载流子复合，提高转换效率，背钝化技术是目前多晶硅太阳能电池的研究热点之一，在背面沉积一层或多层钝化膜，减少背面载流子的复合，可在一定程度上提升转换效率，但是单一的对受光面或背面进行改进，效率提升有限。
发明内容
为解决上述缺陷，本发明提供一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池制备方法，同时对晶硅太阳能电池的受光面和背面进行优化改进，提高光电转换效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于采用以下顺序步骤制得：
A，将p型晶硅硅片进行清洗，制绒，形成织构化陷光表面；
B，在制绒后的硅片上采用POCl3(三氯氧磷)为液态氮源，进行一次磷的均匀重掺杂，得到p-n+结；
C，对步骤B制得的晶硅硅片正面电极区域印刷一层高分子耐腐蚀材料作为腐蚀掩膜，阻止掩膜覆盖的n+区域被化学腐蚀液腐蚀，印刷图形为点状阵列或者线状阵列；
D，利用化学腐蚀溶液对步骤C制得的晶硅硅片进行二次腐蚀，将受光区（即非印刷区）变为轻掺杂，腐蚀掩膜覆盖区域仍为重掺杂；
E，使用化学试剂除去晶硅硅片表面的腐蚀掩膜并清洗干净，得到具有选择性发射极的上表面；
F，对步骤E制得的晶硅硅片进行常规刻蚀，除去PSG（磷硅玻璃）和背结，并用化学试剂对背面进行抛光；
G，对步骤F制得的晶硅硅片的背面沉积第一层钝化膜；
H，在步骤G制得的硅片第一层钝化膜上沉积第二层钝化膜，第二层钝化膜与第一层钝化膜形成叠层钝化膜；
I，在步骤H制得的晶硅硅片的上表面沉积氮化硅减反膜；
G，在背面钝化膜上进行刻槽或打孔，选择性除去部分钝化膜；
K，在背面钝化膜上印刷背面电极；
L，在背面印刷铝浆，使铝浆填满所刻凹槽或微孔，并覆盖整个背表面，烘干；
M，在正面印刷银栅线电极，印刷图形和位置与步骤C中腐蚀掩膜的图形和位置完全吻合；
N， 对印刷后的硅片进行烧结，使正面银栅线电极和背面银电极均与硅形成良好的欧姆接触，使背面铝浆和硅形成良好的欧姆接触，以便搜集和导出电流。
进一步，所述晶硅硅片为单晶或多晶硅片，采用单晶硅片时，其腐蚀制绒选用碱性制绒液制绒，得到金字塔形绒面，采用多晶硅片时使用酸制绒液制绒，得到蠕虫状绒面。
进一步，所述磷的重掺杂，其掺杂方块电阻为20~40 Ohm/sq；所述轻掺杂区域，其方块电阻为75~100 Ohm/sq。
进一步，所述高分子耐腐蚀材料为丙烯酸树脂。
进一步，所述的化学腐蚀溶液为酸液或碱液，酸液为氢氟酸和硝酸组成的混酸，或向该混酸中加入醋酸、磷酸和硫酸中的一种或几种组成的混合物；碱液为氢氧化钠水溶液、KOH水溶液中的一种或几种的混合物。
进一步，所述的化学试剂为乙醇。
进一步，所述的步骤F中对背面进行抛光使用的化学试剂为氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、四甲基氢氧化铵(TMAH) 水溶液或乙二胺(H2NCH2CH2NH2) 水溶液中的一种，其中，氢氧化钾水溶液的重量百分比浓度为10~40%，温度为50~90℃ ； 氢氧化钠水溶液的重量百分比浓度为10~40%，温度为50~90℃；四甲基氢氧化铵(TMAH) 水溶液的重量百分比浓度为10~30%，温度为50~90℃ ；乙二胺(H2NCH2CH2NH2) 水溶液的重量百分比浓度为10~30%，温度为50~90℃。
进一步，所述的背面第一层钝化膜为氧化铝膜或氧化锌膜，钝化膜沉积厚度为5~60nm，所述的背面钝化膜的制备方法为CVD（化学气相沉积），PECVD（等离子体增强化学气相沉积），APCVD（常压化学气相淀积），MOCVD （化学气相沉积）或ALD （原子层沉积）法中的一种。
进一步，所述的步骤H中背表面沉积的氮化硅钝化膜厚度为75~100nm。
进一步，所述的步骤I中在上表面沉积的氮化硅减反膜厚度为75~85nm，折射率2.0~2.2。
进一步，所述的步骤N中的烧结为高温快速烧结，烧结时温度为600-950℃，时间为1-4 分钟。
作为优选，上述步骤G中所述的在背面进行刻槽或打孔，采用激光器或化学腐蚀进行，槽的形状为线状阵列，槽的宽度为30-100μm，槽的间距为0.5~5mm；孔的形状为圆孔或矩形孔阵列，圆孔直径为10-400μm，矩形孔边长为10-500μm，孔间距为0.5-5mm，孔的深度为75~160nm，槽的深度为75~160nm。上述刻槽或打孔的深度以刻穿SiNx钝化膜且不损伤硅片为原则。
作为优选，上述步骤M中所述的印刷银电极所用银浆为具有烧穿钝化膜作用的普通银浆。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提出了一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池制备方法，该制备方法区别于常规的选择性发射极晶硅太阳能电池和背面钝化太阳能电池的制备方法，同时对晶硅太阳能电池的受光面和背面进行优化改进，可综合二者的优点，同时提高晶硅太阳能电池的开路电压和短路电流，进而提高太阳能电池光电转化效率。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简要的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制作方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，但不作为对本发明的限定；其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围；具体实施方式如下:
实施例1：
1) 选取电阻率在0.5-6 Ω·cm 的轻掺杂的p型单晶硅片，将其置于制绒槽中，在重量百分含量为15% 的氢氧化钠去离子水溶液中，在温度为78℃的条件下进行表面织构化形成金字塔形绒面结构；
2) 对硅片表面采用化学腐蚀溶液进行清洗，化学腐蚀溶液为氢氟酸和盐酸混合水溶液，清洗时间为2min，温度为25℃ ；
3) 将以上制绒片进行清洗后，置于870℃的炉管中进行磷扩散制备n 型发射极，扩散时间为30min，扩散后发射极方块电阻为20~50 Ohm/sq，优选30 Ohm/sq所述轻掺杂区域方块电阻为75~100 Ohm/sq，优选82 Ohm/sq；
4) 将上述扩散后硅片置于印刷机上印刷一层腐蚀掩膜，形状为线状阵列；
5) 将印刷有腐蚀掩膜的硅片置于酸腐蚀液中选择性腐蚀掩膜未覆盖区域（即受光区），使受光区变为轻掺杂，腐蚀掩膜覆盖区域仍为重掺杂；
6) 除去硅片表面的腐蚀掩膜；
7) 将除去腐蚀掩膜的硅片置于湿法刻蚀机中去除背结和磷硅玻璃；
8) 将硅片背面用KOH溶液进行抛光，KOH溶液优选浓度20wt%，优选温度80℃，优化抛光时间3min；
9) 利用原子层沉积法在硅片背面沉积一层氧化铝膜钝化膜，膜厚5~60nm，优选30nm；
10) 利用PECVD在硅片正面沉积一层SiNx减反膜，膜厚75~85nm，折射率2.0~2.2之间，优选膜厚80nm，折射率2.10。在背面氧化铝膜钝化膜上沉积一层SiNx钝化膜形成叠层钝化膜用于钝化背表面并增加背面光反射，膜厚75~100nm，优选95nm；
11) 利用激光器在背面钝化膜上刻槽，槽的形状为线状阵列，槽的宽度为30~100μm，优选50μm，槽的间距为0.5~5mm，优选1mm；槽的深度为75~160nm，优选125nm；
12) 背面电极印刷：在硅片背面钝化膜上印刷银浆，烘干，制备背面电极，用于组件焊接；
13) 背面全铝印刷：在硅片背面除背电极外区域全部印刷铝浆，烘干，用于制备局部BSF层和收集电流；
14) 正面电极印刷：在硅片磷扩散面（选择性发射极面）上采用丝网印刷方法印刷正面金属电极，印刷形状和位置与步骤4中腐蚀掩膜的形状和位置完全吻合。所采用的电极浆料为普通银浆；
15) 高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，优化烧结温度为935℃，经烧结后正面金属银穿过SiNx 钝化减反膜与发射极形成欧姆接触，背面银烧穿氧化铝氮化硅叠层和钝化层下的铝形成欧姆接触，刻槽内的金属铝与硅形成欧姆接触。
实施例2：
1) 本实施例选取电阻率在0.5-6 Ω·cm 的轻掺杂的p型单晶硅片，前期工作与实施例1步骤1~9相同；
2) 在背面钝化膜上印刷化学腐蚀浆料，形状为线状阵列，将腐蚀浆料覆盖的钝化膜去除，露出裸硅，然后用去离子水清洗，除去腐蚀浆料，烘干，得到线形阵列的槽，槽的宽度为30-100μm，优选50μm，槽的间距为0.5~5mm，优选1mm；槽的深度为75~160nm，优选125nm；
3) 背面电极印刷：在硅片背面钝化膜上印刷银浆，烘干，制备背面电极，用于组件焊接；
4) 背面全铝印刷：在硅片背面除背电极外区域全部印刷铝浆，烘干，用于制备局部BSF层和收集电流；
5) 正面电极印刷：在硅片磷扩散面（选择性发射极面）上采用丝网印刷方法印刷正面金属电极，印刷形状和位置与步骤4中腐蚀掩膜的形状和位置完全吻合。所采用的电极浆料为普通银浆；
6) 高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，优化烧结温度为950℃，经烧结后正面金属银穿过SiNx 钝化减反膜与发射极形成欧姆接触，背面银烧穿氧化铝氮化硅叠层和钝化层下的铝形成欧姆接触，刻槽内的金属铝与硅形成欧姆接触。
实施例3：
1) 选取电阻率在1-3 Ω.cm的p型多晶硅片，将其置于制绒槽中，在HNO3:体积分数57%, HF体积分数12%，纯水体积分数31%的酸制绒液中，温度为7.8℃,腐蚀时间为100秒，进行表面织构化形成蠕虫状绒面结构；
2)用KOH除去硅片表面多孔硅，KOH质量浓度为3%，反应时间50s，反应温度25℃；用氢氟酸和盐酸混合水溶液对硅片表面清洗，清洗时间为2分钟，温度为25℃；
3) 将以上制绒片进行清洗后，置于870℃的炉管中进行磷扩散制备n 型发射极，扩散时间为30min，扩散后发射极方块电阻为20~50 Ohm/sq，优选30 Ohm/sq所述轻掺杂区域方块电阻为75~100 Ohm/sq，优选82 Ohm/sq；
4) 将上述扩散后硅片置于印刷机上印刷一层腐蚀掩膜，形状为线状阵列；
5) 将印刷有腐蚀掩膜的硅片置于酸腐蚀液中选择性腐蚀掩膜未覆盖区域（即受光区），使受光区变为轻掺杂，腐蚀掩膜覆盖区域仍为重掺杂；
6) 除去硅片表面的腐蚀掩膜；
7) 将除去腐蚀掩膜的硅片置于湿法刻蚀机中去除背结和磷硅玻璃；
8) 将硅片背面用KOH溶液进行抛光，KOH溶液优选浓度20wt%，优选温度80℃，优化抛光时间3min；
9) 利用原子层沉积法在硅片背面沉积一层氧化铝膜钝化膜，膜厚5~60nm，优选30nm；
10) 利用PECVD在硅片正面沉积一层SiNx减反膜，膜厚75~85nm，折射率2.0~2.2之间，优选膜厚80nm，折射率2.10。在背面氧化铝膜钝化膜上沉积一层SiNx钝化膜形成叠层钝化膜用于钝化背表面并增加背面光反射，膜厚75~100nm，优选95nm；
11) 利用激光器在背面钝化膜上刻槽，槽的形状为线状阵列，槽的宽度为30~100μm，优选50μm，槽的间距为0.5~5mm，优选1mm；槽的深度为75~160nm，优选125nm；
12) 背面电极印刷：在硅片背面钝化膜上印刷银浆，烘干，制备背面电极，用于组件焊接；
13) 背面全铝印刷：在硅片背面除背电极外区域全部印刷铝浆，烘干，用于制备局部BSF层和收集电流；
14) 正面电极印刷：在硅片磷扩散面（选择性发射极面）上采用丝网印刷方法印刷正面金属电极，印刷形状和位置与步骤4中腐蚀掩膜的形状和位置完全吻合。所采用的电极浆料为普通银浆；
15) 高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，优化烧结温度为945℃，经烧结后正面金属银穿过SiNx 钝化减反膜与发射极形成欧姆接触，背面银烧穿氧化铝氮化硅叠层和钝化层下的铝形成欧姆接触，刻槽内的金属铝与硅形成欧姆接触。
实施例4：
1) 选取电阻率在1-3 Ω.cm的p型多晶硅片，将其置于制绒槽中，在HNO3:体积分数57%, HF体积分数12%，纯水体积分数31%的酸制绒液中，温度为7.8℃,腐蚀时间为100秒，进行表面织构化形成蠕虫状绒面结构；
2)用KOH除去硅片表面多孔硅，KOH质量浓度为3%，反应时间50s，反应温度25℃；用氢氟酸和盐酸混合水溶液对硅片表面清洗，清洗时间为2分钟，温度为25℃；
3) 将以上制绒片进行清洗后，置于870℃的炉管中进行磷扩散制备n 型发射极，扩散时间为30min，扩散后发射极方块电阻为20~50 Ohm/sq，优选30 Ohm/sq所述轻掺杂区域方块电阻为75~100 Ohm/sq，优选82 Ohm/sq；
4) 将上述扩散后硅片置于印刷机上印刷一层腐蚀掩膜，形状为线状阵列；
5) 将印刷有腐蚀掩膜的硅片置于酸腐蚀液中选择性腐蚀掩膜未覆盖区域（即受光区），使受光区变为轻掺杂，腐蚀掩膜覆盖区域仍为重掺杂；
6) 除去硅片表面的腐蚀掩膜；
7) 将除去腐蚀掩膜的硅片置于湿法刻蚀机中去除背结和磷硅玻璃；
8) 将硅片背面用KOH溶液进行抛光，KOH溶液优选浓度20wt%，优选温度80℃，优化抛光时间3min；
9) 本实施例的后续工作与实施例2步骤2~6相同。
显而易见，上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式，任何在此基础上的简单改进均属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于采用以下顺序步骤制得：
A，将p型晶硅硅片进行清洗，制绒，形成织构化陷光表面；
B，在制绒后的硅片上采用POCl3(三氯氧磷)为液态氮源，进行一次磷的均匀重掺杂，得到p-n+结；
C，对步骤B制得的晶硅硅片正面电极区域印刷一层高分子耐腐蚀材料作为腐蚀掩膜，阻止掩膜覆盖的n+区域被化学腐蚀液腐蚀，印刷图形为点状阵列或者线状阵列；
D，利用化学腐蚀溶液对步骤C制得的晶硅硅片进行二次腐蚀，将受光区（即非印刷区）变为轻掺杂，腐蚀掩膜覆盖区域仍为重掺杂；
E，使用化学试剂除去晶硅硅片表面的腐蚀掩膜并清洗干净，得到具有选择性发射极的上表面；
F，对步骤E制得的晶硅硅片进行常规刻蚀，除去PSG（磷硅玻璃）和背结，并用化学试剂对背面进行抛光；
G，对步骤F制得的晶硅硅片的背面沉积第一层钝化膜；
H，在步骤G制得的硅片第一层钝化膜上沉积第二层钝化膜，第二层钝化膜与第一层钝化膜形成叠层钝化膜；
I，在步骤H制得的晶硅硅片的上表面沉积氮化硅减反膜；
G，在背面钝化膜上进行刻槽或打孔，选择性除去部分钝化膜；
K，在背面钝化膜上印刷背面电极；
L，在背面印刷铝浆，使铝浆填满所刻凹槽或微孔，并覆盖整个背表面，烘干；
M，在正面印刷银栅线电极，印刷图形和位置与步骤C中腐蚀掩膜的图形和位置完全吻合；
N， 对印刷后的硅片进行烧结，使正面银栅线电极和背面银电极均与硅形成良好的欧姆接触，使背面铝浆和硅形成良好的欧姆接触，以便搜集和导出电流。
2.根据权利要求1所述的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于所述晶硅硅片为单晶或多晶硅片，采用单晶硅片时，其腐蚀制绒选用碱性制绒液制绒，得到金字塔形绒面，采用多晶硅片时使用酸制绒液制绒，得到蠕虫状绒面。
3.根据权利要求1所述的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于所述磷的重掺杂，其掺杂方块电阻为20~40 Ohm/sq；所述轻掺杂区域，其方块电阻为75~100 Ohm/sq。
4.根据权利要求1所述的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于所述高分子耐腐蚀材料为丙烯酸树脂。
5.根据权利要求1所述的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于所述的化学腐蚀溶液为酸液或碱液，酸液为氢氟酸和硝酸组成的混酸，或向该混酸中加入醋酸、磷酸和硫酸中的一种或几种组成的混合物；碱液为氢氧化钠水溶液、KOH水溶液中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于所述的化学试剂为乙醇。
7.根据权利要求1所述的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于所述的步骤F中对背面进行抛光使用的化学试剂为氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、四甲基氢氧化铵(TMAH) 水溶液或乙二胺(H2NCH2CH2NH2) 水溶液中的一种，其中，氢氧化钾水溶液的重量百分比浓度为10~40%，温度为50~90℃ ； 氢氧化钠水溶液的重量百分比浓度为10~40%，温度为50~90℃；四甲基氢氧化铵(TMAH) 水溶液的重量百分比浓度为10~30%，温度为50~90℃ ；乙二胺(H2NCH2CH2NH2) 水溶液的重量百分比浓度为10~30%，温度为50~90℃。
8.根据权利要求1所述的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于所述的背面第一层钝化膜为氧化铝膜或氧化锌膜，钝化膜沉积厚度为5~60nm，所述的背面钝化膜的制备方法为CVD（化学气相沉积），PECVD（等离子体增强化学气相沉积），APCVD（常压化学气相淀积），MOCVD （化学气相沉积）或ALD （原子层沉积）法中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于所述的步骤H中背表面沉积的氮化硅钝化膜厚度为75~100nm。
10.根据权利要求1所述的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于所述的步骤I中在上表面沉积的氮化硅减反膜厚度为75~85nm，折射率2.0~2.2。
11.根据权利要求1所述的一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法阳能电池的制备方法，其特征在于所述的步骤N中的烧结为高温快速烧结，烧结时温度为600-950℃，时间为1-4 分钟。
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