CN105702800A - 一种n型双面太阳电池及其制备方法 - Google Patents

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张忠卫
石磊
阮忠立
陶智华
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Abstract

本发明涉及一种N型双面电池的制备方法，该方法包括制绒、硼扩散、刻蚀、抛光钝化、N+背场层制备、清洗、氧化退火、双面沉积减反膜、双面印刷金属电极及烧结，制备得到N型双面电池。与现有技术相比，本发明采用的N型双面工艺流程增加了抛光钝化及清洗步骤，改善了N型双面电池的背面钝化效果及解决了双面电池漏电大的问题，同时采用离子注入方法制备的N+背场层具有更好的平整度，从而使N型双面电池获得更好的开路电压和短路电流，进而可以提高N型双面电池的光电转换效率和发电量，且工艺流程可适用于大规模生产，具备广阔的推广潜力和市场应用价值。

Description

一种N型双面太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，尤其是涉及一种N型双面太阳电池及其制备方法。
背景技术
目前市场上大部分晶硅太阳电池使用的都是P型硅片，即在硅片中掺入硼的硅片。但近些年N型硅片制作的N型电池越来越受到关注，也被用于制作N型太阳电池。N型硅片是指硅片中掺入磷，由于N型硅片具有较长的少数载流子寿命，因此做成电池可以获得更高的光电转换效率，另外，N型电池对金属污染的容忍度更强，具有更好的忍耐性能，稳定性强，且N型硅片掺入磷，没有硼-氧对，就因为N型晶体硅的这些优点，使得N型硅片非常适合制作高效的太阳电池。但实际要实现N型高效电池的规模化生产并非易事。
想获得高效的N型太阳电池，其工艺流程相对P型太阳电池要复杂很多，技术要求也更苛刻。如日本松下(原Sanyo，目前已被松下收购)与美国SunPower公司已用n型材料生产高效太阳能电池及组件。SunPower正在制造全背接触电池(叉指背接触，IBC)，松下则正在制造所谓的HIT(具有薄本征层的异质结)电池。上述二种电池结构除了电池加工复杂外，还要求质量非常高的硅材料和表面钝化，而且IBC电池要求背面上金属触点的高对准精度。尽管目前国内已有的N型单晶硅高效电池，具有结构简单、具有双面发电能力，光电转换效率较高等特点，但为了获得更好的背场钝化效果，需要通过选择性发射极技术来提高硅片表面钝化性能，其基本原理和结构与选择性发射极一样，广泛使用腐蚀浆料技术来制备选择性背场，又或者为了获得更好的填充因子，以期获得更高的转化效率，在正面印刷硼浆来获得选择性发射极。无论是正面还是背面，做双面电池都存在印刷对位问题，对生产及工艺人员的要求比较高。而且，清洗腐蚀浆料的过程，会消耗大量的水，也会产生大量有害有毒的污染物。
中国专利CN103137448A公开了掺杂方法、PN结构、太阳能电池及其制作方法，在N型基底的表面和背面形成绒面；通过离子注入的方式在该N型基底的背面中形成N型重掺杂区域和N型轻掺杂区域，其中该N型轻掺杂区域为与该N型重掺杂区域接触的、且N型离子的掺杂浓度小于该N型重掺杂区域的区域；通过热扩散的方式在该N型基底的表面中形成P型掺杂层。与对比专利相比，本发明包含了刻蚀、抛光钝化及清洗处理的工艺流程，这些增加的流程大大改善了N型双面的背面钝化效果及解决了N型双面电池的漏电问题，从而提升N型双面电池的开路电压，进而可以提高N型双面电池的光电转换效率和发电量。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本低，且适合大规模生产的N型双面电池的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种N型双面电池的制备方法，采用以下步骤：
(1)N型硅片经制绒后，在800～1000℃进行BBr3热扩散制作正面PN结；扩散后方阻范围30～130Ω/□；
(2)采用刻蚀方法去除硅片边缘PN结，采用HF水溶液去除硼硅玻璃；
(3)通过湿化学方法，采用HF/HNO3混酸水溶液腐蚀，对硅片背表面进行抛光，在背面形成抛光钝化层；
(4)采用离子注入方法制备硅片背面N+背场层；
(5)依次采用NH3OH/H2O2水溶液、H2O、HF/HCl混酸水溶液和H2O对硅片进行清洗，上述清洗溶液的顺序不可更换，清洗后进行甩干；
(6)对清洗后的硅片进行退火，退火的温度为700～900℃，时间5～120分钟，氧气流量为500～3000sccm；
(7)退火后，利用PECVD设备在硅片正背面都沉积氮化硅减反射膜；
(8)在沉积氮化硅减反射膜硅片的正背面印刷金属电极，经过烧结得到N型双面电池。
步骤(2)所述的刻蚀为干法刻蚀或湿法刻蚀，采用HF水溶液的浓度为0.5～10wt％。
步骤(3)所述抛光钝化层的反射率＞15％。
步骤(4)制备得到的硅片背面N+背场层的方阻范围为20～90Ω/□。
步骤(6)所述所用的氧气为干氧。
步骤(7)中的氮化硅减反膜正面膜厚50～100nm，折射率2.0～2.3；背面减反膜厚度为50～110nm，折射率为1.9～2.2。
步骤(8)所述的金属电极由主栅电极和副栅电极组成，其中主栅电极根数为0～5根，副栅电极根数为70～110根。
本发明采用的N型双面工艺流程增加了刻蚀、抛光钝化及清洗步骤，改善了N型双面电池的背面钝化效果及解决了双面电池漏电大的问题，同时利用离子注入方法的精确控制掺杂剂量，使所获得的N+背场层具有更好的平整度，从而使N型双面电池获得更好的开路电压和短路电流，进而可以提高N型双面电池的光电转换效率，且工艺流程可适用于大规模生产，具备广阔的推广潜力和市场应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种N型双面电池的制备方法，采用以下步骤：
(1)对N型硅片的表面进行结构化处理，以在其表面形成绒面(制绒过程)；
(2)在800～1000℃进行BBr3扩散制作正面PN结；方阻30～130Ω/□；
(3)通过湿法刻蚀，去除边缘PN结和硼硅玻璃；
(4)通过湿化学方法，对硅片背面进行抛光钝化；
(5)采用离子注入的方法，形成背面N+钝化层；
(6)注后硅片需清洗，清洗流程依次过NH3OH/H2O2混合溶液、纯水、HF/HCL混合溶液和纯水，优选的清洗方案为：
①NH3OH/H2O2体积比为3∶1，清洗时间为8分钟；。
②HF/HCL的体积比为1∶2，清洗时间为6分钟；
清洗后将硅片甩干。
(6)退火氧化是在700～900℃进行，时间5～120分钟。
(7)退火后，在PECVD设备上，双面都沉积氮化硅减反膜，膜厚85nm。
(8)沉积减反膜后，硅片正背面都印刷金属电极，烧结后得到一种N型双面电池。
实施例2
一种N型双面电池的制备方法，采用以下步骤：
1)对N型硅片的表面进行结构化处理，以在其表面形成绒面(制绒过程)；
2)在880～980℃进行BBr3扩散制作正面PN结；方阻30～130Ω/□；
3)通过湿法刻蚀，去除边缘PN结和硼硅玻璃；
4)通过湿化学方法，对硅片背面进行抛光钝化；
5)采用离子注入的方法，形成背面N+钝化层；
6)注后硅片需清洗，清洗流程依次过NH3OH/H2O2混合溶液、纯水、HF/HCL混合溶液和纯水，优选的清洗方案为：
①NH3OH/H2O2体积比1∶2，清洗时间为6分钟；
②HF/HCL体积比为1∶1，清洗时间为6分钟；
清洗后将硅片甩干。
6)退火氧化是在700～900℃进行，时间5～120分钟。
7)退火后，在PECVD设备上，双面都沉积氮化硅减反膜，膜厚75nm。
8)沉积减反膜后，硅片正背面都印刷金属电极，烧结后得到一种N型双面电池。
实施例3
一种N型双面电池的制备方法，采用以下步骤：
(1)N型硅片经制绒后，在800℃进行BBr3热扩散制作正面PN结；扩散后方阻范围30Ω/□；
(2)采用干法刻蚀去除硅片边缘PN结，采用浓度为0.5wt％的HF水溶液去除硼硅玻璃；
(3)通过湿化学方法，采用HF/HNO3混酸水溶液腐蚀，对硅片背表面进行抛光，在背面形成抛光钝化层，形成的抛光钝化层的反射率＞15％；
(4)采用离子注入方法制备硅片背面N+背场层，制备得到的硅片背面N+背场层的方阻范围为20Ω/□；
(5)依次采用NH3OH/H2O2水溶液、H2O、HF/HCl混酸水溶液和H2O对硅片进行清洗，上述清洗溶液的顺序不可更换，清洗后进行甩干；
(6)对清洗后的硅片进行退火，退火的温度为700℃，时间120分钟，干氧流量为500sccm；
(7)退火后，利用PECVD设备在硅片正背面都沉积氮化硅减反射膜，得到的氮化硅减反膜正面膜厚50nm，折射率2.0；背面减反膜厚度为50nm，折射率为1.9；
(8)在沉积氮化硅减反射膜硅片的正背面印刷金属电极，经过烧结得到N型双面电池，金属电极由70根副栅电极组成。
实施例4
一种N型双面电池的制备方法，采用以下步骤：
(1)N型硅片经制绒后，在1000℃进行BBr3热扩散制作正面PN结；扩散后方阻范围130Ω/□；
(2)采用湿法刻蚀去除硅片边缘PN结，采用浓度为10wt％的HF水溶液去除硼硅玻璃；
(3)通过湿化学方法，采用HF/HNO3混酸水溶液腐蚀，对硅片背表面进行抛光，在背面形成抛光钝化层，抛光钝化层的反射率＞15％；
(4)采用离子注入方法制备硅片背面N+背场层，制备得到的硅片背面N+背场层的方阻范围为90Ω/□；
(5)依次采用NH3OH/H2O2水溶液、H2O、HF/HCl混酸水溶液和H2O对硅片进行清洗，上述清洗溶液的顺序不可更换，清洗后进行甩干；
(6)对清洗后的硅片进行退火，退火的温度为900℃，时间5分钟，干氧流量为3000sccm；
(7)退火后，利用PECVD设备在硅片正背面都沉积氮化硅减反射膜，氮化硅减反膜正面膜厚100nm，折射率2.3；背面减反膜厚度为110nm，折射率为2.2；
(8)在沉积氮化硅减反射膜硅片的正背面印刷金属电极，经过烧结得到N型双面电池，金属电极由主栅电极和副栅电极组成，其中主栅电极5根，副栅电极110根。
实施例1制作得到的N型双面电池的转化效率的参数如下表所示。
从上表数据中可以看出，本发明Irev2是对比例的1/10，Rsh也远远大于对比例，说明该方法很好地解决了N型双面电池漏电大的问题。同时由于本发明离子注入N+钝化层平整性、抛光钝化层及清洗的作用，使本发明涉及的N型双面电池比对比例具有更高的Voc和Isc，进而具有更高的转换效率。

Claims (7)

1.一种N型双面电池的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：
(1)N型硅片经制绒后，在800～1000℃进行BBr3热扩散制作正面PN结；扩散后方阻范围30～130Ω/□；
(2)采用刻蚀方法去除硅片边缘PN结，采用HF水溶液去除硼硅玻璃；
(3)通过湿化学方法，采用HF/HNO3混酸水溶液腐蚀，对硅片背表面进行抛光，在背面形成抛光钝化层；
(4)采用离子注入方法制备硅片背面N+背场层；
(5)依次采用NH3OH/H2O2水溶液、H2O、HF/HCl混酸水溶液和H2O对硅片进行清洗，清洗后进行甩干；
(6)对清洗后的硅片进行退火，退火的温度为700～900℃，时间5～120分钟，氧气流量为500～3000sccm；
(7)退火后，利用PECVD设备在硅片正背面都沉积氮化硅减反射膜；
(8)在沉积氮化硅减反射膜硅片的正背面印刷金属电极，经过烧结得到N型双面电池。
2.根据权利要求1所述的一种N型双面电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的刻蚀为干法刻蚀或湿法刻蚀，采用HF水溶液的浓度为0.5～10wt％。
3.根据权利要求1所述的一种N型双面电池的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述抛光钝化层的反射率＞15％。
4.根据权利要求1所述的一种N型双面电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)制备得到的硅片背面N+背场层的方阻范围为20～90Ω/□。
5.根据权利要求1所述的一种N型双面电池的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述所用的氧气为干氧。
6.根据权利要求1所述的一种N型双面电池的制备方法，其特征在于，步骤(7)中的氮化硅减反膜正面膜厚50～100nm，折射率2.0～2.3；背面减反膜厚度为50～110nm，折射率为1.9～2.2。
7.根据权利要求1所述的一种N型双面电池的制备方法，其特征在于，步骤(8)所述的金属电极由主栅电极和副栅电极组成，其中主栅电极根数为0～5根，副栅电极根数为70～110根。
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