CN105762066B - 多晶太阳电池的扩散工艺 - Google Patents

多晶太阳电池的扩散工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多晶太阳电池的扩散工艺，属于太阳能电池技术领域。它解决了现有技术中的一步扩散法的太阳能电池的转换效率普遍偏低等技术问题。本多晶太阳电池的扩散工艺包括A、低温沉积；B、变温沉积；C、高温沉积；D、升温；E、高温推结；F、冷却。利用本工艺制作出来的多晶太阳能电池具有封装损耗低、电池转化率高的优点。

Description

多晶太阳电池的扩散工艺
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种多晶太阳电池的扩散工艺。
背景技术
传统多晶太阳电池的生产工序主要为：制绒、扩散、湿法刻蚀、PE镀膜、烘干、印刷背场、烘干、印刷背极、印刷正极、烧结和测试分选。扩散工序直接影响着多晶太阳电池的开路电压，其主要影响因素为扩散表面掺杂浓度，表面掺杂浓度高会引起重掺杂效应。重掺杂效应会引起禁带宽度收缩，影响本征载流子浓度，影响有效掺杂浓度和降低少子寿命。在硅晶体中，由于重掺杂会引起能带结构的变化，在能带的边缘形成所谓的“带尾”。禁带宽度收缩必然会导致开路电压的损失，最终导致效率的降低。另外重掺杂会使前表面的有效掺杂浓度降低二个数量级，因此，减少了顶区表面处的开路电压，且在前表面区0.1微米左右的范围内，越靠近表面，有效掺杂浓度也越低，形成一个衰退电场。这种衰退电场阻止少子空穴往P-N结边界方向移动。这是重掺杂太阳电池中顶区表面产生“死层”的一种原因。“死层”处的复合速率非常高，会很大程度的降低载流子的寿命。为了获得最佳的电池性能，必须选择适当的扩散顶区掺杂浓度，使这一浓度不至于引起衰退电场。
在实际生产过程中，采用现有技术中的一步扩散法的太阳能电池的转换效率普遍偏低。
发明内容
本发明的第一个目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种多晶太阳电池，该多晶太阳电池具有封装损耗低的特点。
本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种多晶太阳电池，它包括呈板状的本体，所述本体的一侧为正极，所述本体的另一侧为负极，所述正极上均布有4条主栅和90条细栅，所述主栅与细栅垂直设置且它们电连接，其特征在于，所述每条主栅之间的间距为35—42毫米，所述主栅的宽度为0.8—1.2毫米，所述细栅间距为1.4—2.0毫米，所述细栅的宽度为0.035—0.045毫米。
采用以上结构，采用4条主栅和90条细栅的密栅设计，使得成品开路电压比常规多晶太阳电池高，同时，避免了由于扩散方阻提升而导致的串联电阻上升，且在封装组件时能降低封装损耗。
所述的主栅由若干段主栅段纵向排列均布设置。
所述每个主栅段的长度为7—11毫米。
所述细栅的长度为152—158毫米。
本发明的第二个目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种多晶太阳电池的扩散工艺，该扩散工艺具有多晶太阳电池转化率高的特点。
本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：一种多晶太阳电池的扩散工艺，该工艺包括以下步骤：
A、低温沉积：将本体置入普通的扩散炉中，扩散炉中温度在750—790℃保持6—12分钟，在该时间范围内向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，所述大氮与氧气体积比为16:1，所述小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为12:100；
B、变温沉积：将扩散炉内的温度在6—10分钟内提升至800—820℃，在该时间范围内向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，所述大氮与氧气体积比为18:1，所述小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为14:100；
C、高温沉积：在825—835℃进行1—4分钟的保温，这个过程中向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，所述大氮与氧气体积比为15:1，所述小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为12:100；
D、升温：将8—10分钟内将扩散炉内的温度升至845℃，升温过程中向扩散炉内通入大氮；
E、高温推结：待扩散炉内在850℃温度时稳定后，在10—14分钟内向扩散炉内通入大氮和氧气的混合气体，所述氧气占上述混合气体体积的36％—38％；
F、冷却：在12—14分钟内将扩散炉内的温度降至770℃，这个过程中向扩散炉内通入大氮、氧气的混合气体，所述氧气占上述混合气体体积的34％—36％。
所述扩散炉内的气体流量恒定。
所述扩散炉内的气体通入流量为7L/min—10L/min。
所述小氮流量为2L/min～2.8L/min，所述氧气的流量为0.4L/min～0.8L/min，所述大氮的流量为7.2L/min～7.7L/min。
所述步骤A中所述小氮流量为2L/min，所述氧气的流量为0.4L/min，所述大氮的流量为7.3L/min。
所述步骤B中所述小氮流量为2.8L/min，所述氧气的流量为0.7L/min，所述大氮的流量为7.5L/min。
所述步骤C中所述小氮流量为2.5L/min，所述氧气的流量为0.6L/min，所述大氮的流量为7.3L/min。
所述本体的方块电阻为93—97Ω/□。
采用以上工艺，使得在不增加成本的情况下，可以提高多晶太阳电池的转换效率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用4条主栅和90条细栅的密栅设计，使得成品开路电压比常规多晶太阳电池高，同时，避免了由于扩散方阻提升而导致的串联电阻上升，且在封装组件时能降低封装损耗，封装损耗低；采用该扩散工艺，相比一次恒温沉积扩散可以在不增加成本的情况下使生产的多晶太阳电池获得高的转换效率，多晶太阳电池转化率高。
附图说明
图1是本多晶太阳电池的平面结构示意图。
图2是本多晶太阳电池的扩散工艺的步骤示意图。
图中，1、本体；2、主栅；3、细栅。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一：
如图1所示，本多晶太阳电池，它包括呈板状的本体1，本体1的一侧为正极，本体1的另一侧为负极，正极上均布有4条主栅2和90条细栅3，主栅2与细栅3垂直设置且它们电连接，每条主栅2之间的间距为35毫米，主栅2的宽度为0.8毫米，细栅3间距为1.4毫米，细栅3的宽度为0.035毫米。
如图1所示，主栅2由若干段主栅段纵向排列均布设置；每个主栅段的长度为7毫米；细栅3的长度为152毫米。
如图2所示，本多晶太阳电池的扩散工艺，该工艺包括以下步骤：
A、低温沉积：将本体置入普通的扩散炉中，扩散炉中温度在750℃保持6分钟，在该时间范围内向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为16:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为12:100；步骤A中小氮流量为2L/min，氧气的流量为0.4L/min，大氮的流量为7.3L/min；
B、变温沉积：将扩散炉内的温度在6分钟内提升至800℃，在该时间范围内向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为18:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为14:100；步骤B中小氮流量为2.8L/min，氧气的流量为0.7L/min，大氮的流量为7.5L/min；
C、高温沉积：在825℃进行1分钟的保温，这个过程中向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为15:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为12:100；步骤C中小氮流量为2.5L/min，氧气的流量为0.6L/min，大氮的流量为7.3L/min；
D、升温：将8分钟内将扩散炉内的温度升至845℃，升温过程中向扩散炉内通入大氮；
E、高温推结：待扩散炉内在850℃温度时稳定后，在10分钟内向扩散炉内通入大氮和氧气的混合气体，氧气占混合气体体积的36％；
F、冷却：在12分钟内将扩散炉内的温度降至770℃，这个过程中向扩散炉内通入大氮、氧气的混合气体，氧气占混合气体体积的34％。
扩散炉内的气体流量恒定；扩散炉内的气体通入流量为7L/min—10L/min；小氮流量为2L/min～2.8L/min，氧气的流量为0.4L/min～0.8L/min，大氮的流量为7.2L/min～7.7L/min。
本体的方块电阻为93Ω/□。
下表为列出了本发明实施例一的多晶太阳电池与常规多晶太阳电池的电性能数据：
本发明采用多温度平台变温沉积高温推结工艺，并且印刷正极过程中的正极印刷图形采用4条主栅和90条细栅的密栅设计，使得成品开路电压比常规多晶太阳电池高2mv，同时，避免了由于扩散方阻提升而导致的串联电阻上升，其多晶太阳电池平均转换效率高于常规多晶太阳电池，并且在封装组件时能降低由于短波吸收损失而导致的封装损耗。
实施例二：
如图1所示，本多晶太阳电池，它包括呈板状的本体1，本体1的一侧为正极，本体1的另一侧为负极，正极上均布有4条主栅2和90条细栅3，主栅2与细栅3垂直设置且它们电连接，每条主栅2之间的间距为42毫米，主栅2的宽度为1.2毫米，细栅3间距为2.0毫米，细栅3的宽度为0.045毫米。
如图1所示，主栅2由若干段主栅段纵向排列均布设置；每个主栅段的长度为11毫米；细栅3的长度为158毫米。
如图2所示，本多晶太阳电池的扩散工艺，该工艺包括以下步骤：
A、低温沉积：将本体置入普通的扩散炉中，扩散炉中温度在790℃保持12分钟，在该时间范围内向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为16:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为12:100；步骤A中小氮流量为2L/min，氧气的流量为0.4L/min，大氮的流量为7.3L/min；
B、变温沉积：将扩散炉内的温度在10分钟内提升至820℃，在该时间范围内向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为18:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为14:100；步骤B中小氮流量为2.8L/min，氧气的流量为0.7L/min，大氮的流量为7.5L/min；
C、高温沉积：在835℃进行4分钟的保温，这个过程中向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为15:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为12:100；步骤C中小氮流量为2.5L/min，氧气的流量为0.6L/min，大氮的流量为7.3L/min；
D、升温：将10分钟内将扩散炉内的温度升至845℃，升温过程中向扩散炉内通入大氮；
E、高温推结：待扩散炉内在850℃温度时稳定后，在14分钟内向扩散炉内通入大氮和氧气的混合气体，氧气占混合气体体积的38％；
F、冷却：在14分钟内将扩散炉内的温度降至770℃，这个过程中向扩散炉内通入大氮、氧气的混合气体，氧气占混合气体体积的36％。
扩散炉内的气体流量恒定；扩散炉内的气体通入流量为7L/min—10L/min；小氮流量为2L/min～2.8L/min，氧气的流量为0.4L/min～0.8L/min，大氮的流量为7.2L/min～7.7L/min。
本体的方块电阻为97Ω/□。
下表为列出了本发明实施例二的多晶太阳电池与常规多晶太阳电池的电性能数据：
实施例三：
如图1所示，本多晶太阳电池，它包括呈板状的本体1，本体1的一侧为正极，本体1的另一侧为负极，正极上均布有4条主栅2和90条细栅3，主栅2与细栅3垂直设置且它们电连接，每条主栅2之间的间距为38毫米，主栅2的宽度为1.0毫米，细栅3间距为1.7毫米，细栅3的宽度为0.04毫米。
如图1所示，主栅2由若干段主栅段纵向排列均布设置；每个主栅段的长度为9毫米；细栅3的长度为155毫米。
如图2所示，本多晶太阳电池的扩散工艺，该工艺包括以下步骤：
A、低温沉积：将本体置入普通的扩散炉中，扩散炉中温度在770℃保持9分钟，在该时间范围内向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为16:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为12:100；步骤A中小氮流量为2L/min，氧气的流量为0.4L/min，大氮的流量为7.3L/min；
B、变温沉积：将扩散炉内的温度在8分钟内提升至810℃，在该时间范围内向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为18:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为14:100；步骤B中小氮流量为2.8L/min，氧气的流量为0.7L/min，大氮的流量为7.5L/min；
C、高温沉积：在830℃进行2分钟的保温，这个过程中向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为15:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为12:100；步骤C中小氮流量为2.5L/min，氧气的流量为0.6L/min，大氮的流量为7.3L/min；
D、升温：将9分钟内将扩散炉内的温度升至845℃，升温过程中向扩散炉内通入大氮；
E、高温推结：待扩散炉内在850℃温度时稳定后，在12分钟内向扩散炉内通入大氮和氧气的混合气体，氧气占混合气体体积的37％；
F、冷却：在13分钟内将扩散炉内的温度降至770℃，这个过程中向扩散炉内通入大氮、氧气的混合气体，氧气占混合气体体积的35％。
扩散炉内的气体流量恒定；扩散炉内的气体通入流量为7L/min—10L/min；小氮流量为2L/min～2.8L/min，氧气的流量为0.4L/min～0.8L/min，大氮的流量为7.2L/min～7.7L/min。
本体的方块电阻为95Ω/□。
下表为列出了本发明实施例三的多晶太阳电池与常规多晶太阳电池的电性能数据：
由上面实施例得出，本发明方法使硅片的方块电阻控制在93-97Ω/□匹配4条主栅和90条细栅正极网版，相比一次恒温沉积扩散可以在不增加成本的情况下使生产的多晶太阳电池获得高的转换效率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.多晶太阳电池的扩散工艺，该工艺包括以下步骤：
A、低温沉积：将本体置入普通的扩散炉中，扩散炉中温度在770℃保持9分钟，在该时间范围内向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为16:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为12:100；步骤A中小氮流量为2L/min，氧气的流量为0.4L/min，大氮的流量为7.3L/min；
B、变温沉积：将扩散炉内的温度在8分钟内提升至810℃，在该时间范围内向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为18:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为14:100；步骤B中小氮流量为2.8L/min，氧气的流量为0.7L/min，大氮的流量为7.5L/min；
C、高温沉积：在830℃进行2分钟的保温，这个过程中向扩散炉内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮与氧气体积比为15:1，小氮和大氮与氧气两者混合气体的体积比为12:100；步骤C中小氮流量为2.5L/min，氧气的流量为0.6L/min，大氮的流量为7.3L/min；
D、升温：在9分钟内将扩散炉内的温度升至845℃，升温过程中向扩散炉内通入大氮；
E、高温推结：待扩散炉内在850℃温度时稳定后，在12分钟内向扩散炉内通入大氮和氧气的混合气体，氧气占混合气体体积的37％；
F、冷却：在13分钟内将扩散炉内的温度降至770℃，这个过程中向扩散炉内通入大氮、氧气的混合气体，氧气占混合气体体积的35％。
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