CN105957921B - 一种利用印刷技术制备n型硅ibc太阳电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，包括以下步骤：硅片双面制绒；硅片单面磷扩散；采用湿法刻蚀去除前表面PSG并且抛光背面；硅片前表面沉积氮化硅膜；硅片p+定义区域印刷铝浆并且烘干烧结；去除背面的铝浆，并且减薄Si‑Al合金层；去除硅正面的氮化硅膜，硅片背面n+掺杂区域制备；双面热氧化；硅片正面沉积氮化硅膜，背面印刷互相交错的银浆、铝浆并且一次烧结。本发明利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法步骤简单、科学，生产成本低廉，工艺可靠性强，能够利用传统的太阳电池生产线简单升级来完成电池制备，能实现N型硅IBC太阳电池的批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池技术，尤其涉及一种利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法。
背景技术
太阳能资源是地球上最基础、分布最普遍的资源，太阳电池可以把太阳能直接转换成电能，并且在使用中不会产生污染，因此太阳电池技术能够在不远的将来为我们人类提供大量的环境友好的能源。
尽管越来越多种类的太阳电池横空出世，但是在未来的很长一段时间内，晶体硅太阳电池的主导地位很难被替代。而晶体硅则分为两种硅材料，分别是P型硅材料以及N型硅材料。相比与P型硅材料，N型硅衬底由于对于金属离子不敏感，体内更少的硼-氧键对让N型材料有着更好的光致衰减性能，这些影响使得N型硅衬底相比P型有着更好的寿命，这使得N硅片更适合于制备背面接触电池。
IBC电池(Interdigitated back contact solar cells，叉指型背接触太阳电池)相比较普通电池有着正面无遮光面积的优点，从而能有效的提高电池的短路电流，在近年得到了国内外很多大公司的青睐，目前SunPower公司以及澳大利亚国立大学已经研发出超过24％效率的IBC电池，但是这些IBC电池的结构通常很复杂，在电池制备中用到了大量的掩膜光刻工艺，导致了这些电池通常有着很高的成本，不适用于大批量的生产。
因此，发明一种适用于现有生产线改造的高效率、低成本的IBC电池制备方法具有很大的意义。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有N型硅IBC太阳电池的生产成本高，不适用于大批量的生产问题，提出一种利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，该方法步骤简单、科学，生产成本低廉，工艺可靠性强，能够利用传统的太阳电池生产线简单升级来完成电池制备，能实现N型硅IBC太阳电池的批量化生产。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，包括以下步骤：
步骤一，用碱溶液对硅片进行双面制绒，在硅片表面形成绒面陷光结构；
步骤二，两块硅片背靠背的两面为背表面，另外两面为前表面，以三氯氧磷为扩散源在830-850℃对两个前表面进行单面磷扩散形成前表面n+掺杂区；
步骤三，用HNO3/HF的混合溶液对硅片进行抛光，以去除硅片背表面的n+扩散薄层，再用HF酸溶液去除硅片前表面的磷硅玻璃PSG，以免发生漏电；
步骤四，在硅片前表面沉积SiNx保护层；在硅片背表面定义p+区，在p+区印刷Al浆，烧结后形成p+发射极区；
步骤五，用沸腾的盐酸溶液去除硅片背表面的铝和Si-Al合金层，在60-80℃下用碱溶液处理硅片背表面，p+发射极区去除1-3μm层厚，使p+发射极区剩余厚度为0.5-10μm，优选为1-5μm；
步骤六，在硅片背表面定义n+区，所述定义是指按照设计图纸选取相应区域，在该区域印刷磷墨，惰性气体保护下，烘干、880-900℃下高温处理20-30min，硅片背表面形成n+区；
步骤七，清洗硅片去除前表面SiNx保护层，在氧化炉中，850-900℃下对硅片进行双面高温氧化处理600-1800s，生成5-15nm的背表面钝化层；
步骤八，在硅片前表面二次沉积60-80nm的SiNx薄膜，形成SiO2/SiNx减反层；所述SiO2/SiNx减反层的折射率为1.9-2.2；
步骤九，在p+发射极区背离硅片背表面的一侧印刷铝浆层，所述铝浆层宽度比p+发射极区窄50-200μm，烘干；
步骤十，在硅片背表面n+区印刷银浆料烘干后烧结，印刷银浆料的n+区烧结后形成n+区金属接触，印刷铝浆料的p+发射极区烧结后形成p+区金属接触，得到N型硅IBC太阳电池。
进一步地，所述步骤一的硅片为1-20Ω·cm的N型硅衬底。当N型硅衬底存在损伤层时，应首先去除N型硅衬底的损伤层。
进一步地，步骤一和步骤五中所述碱溶液为氢氧化钾KOH、氢氧化钠NaOH和四甲基氢氧化铵TMAH溶液中的一种或多种。所述碱溶液摩尔浓度不超过8％。
进一步地，所述步骤二将两张硅片背靠背插入扩散石英舟，硅片背靠背的两面为硅片背表面，另外两面为硅片前表面；以三氯氧磷为扩散源对硅片的两个前表面分别进行单面磷扩散形成具有n+扩散薄层的n+掺杂区，从而在硅片前表面形成n+n高低结；前表面n+掺杂区的方阻为100Ω/□-150Ω/□，扩散深度为0.8μm-1.2μm。
进一步地，所述步骤三采用链式湿法刻蚀法，用HNO3/HF的混合溶液对硅片进行抛光，HNO3/HF的混合溶液中HF/HNO3的质量比为＝2-6/1，优选为4.5/1，HF/HNO3不同的配比，有不同的反应速度，比如HF/HNO3＝4.5/1(重量比)时反应最快。
进一步地，所述步骤四中每平方厘米p+区印刷5-15g Al浆，所述印刷为丝网印刷或电镀法。
进一步地，所述步骤四中烧结温度为600-1000℃，时间为1-20s，优选为800-900℃，时间为5-10s。
进一步地，所述步骤五中处理后硅片背表面p+发射极区的方阻为50-80Ω/□。
进一步地，所述步骤五中盐酸溶液浓度为37％wt，饱和盐酸。p+发射极区去除后的层厚为1-5μm。
进一步地，所述步骤六中采用丝网印刷设备在该区域印刷磷墨，所述n+区的区域方阻为45±5Ω/□。所述高温处理高温氧化炉或RTP快速烧结炉中完成。
进一步地，所述步骤六烘干温度为200-400℃，烘干时间为2-3min。
进一步地，所述步骤七采用氢氟酸清洗硅片去除前表面SiNx保护层。
进一步地，所述步骤九中烘干温度为200-400，时间为1s-2min。
进一步地，所述步骤十中烧结温度为600-1000℃，时间为1-20s，优选为800-900℃，时间为5-10s。
本发明利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法包括：1)硅片双面制绒；2)硅片单面磷扩散；3)用湿法刻蚀的方法去除前表面PSG并且抛光背面；4)硅片前表面沉积氮化硅膜；5)硅片p+定义区域印刷铝浆并且烘干烧结；6)去除背面的铝浆，并且减薄Si-Al合金层；7)去除硅正面的氮化硅膜，硅片背面n+掺杂区域制备；8)双面热氧化；9)硅片正面沉积氮化硅膜，背面印刷互相交错的银浆、铝浆并且一次烧结。该方法步骤科学、合理，与现有技术相比较具有以下优点：
1)本发明在N型基底上制备电池，具有少子寿命高、光致衰减小灯优点、同时制备的IBC结构电池正面无遮挡，能够有效的增加表面的吸收率从而提高电池效率。此外、本发明的电极结构都在电池的背面、这样我们能够通过增加电极的宽度提高电池的接触性能而不影响光子吸收，增加电池的收集效率；
2)本发明设计了一种制备N型IBC电池的方法，采用丝网印刷铝浆工艺形成电池背面的p型发射极区，无需在发射极形成过程中采用掩模光刻等工艺；而且，我们采用丝网印刷磷墨的工艺来形成n+区，工艺步骤简单，能形成良好的接触，同样避免了传统IBC电池制备过程中的激光开孔、掩模、光刻以及磷扩散等步骤，从而有效的降低电池制备的成本；此外，我们的IBC电池的电极形成也完全采用丝网印刷来实现，一次印刷就能形成交叉式的电极；
3)本发明通过两次印刷铝浆分别形成p+发射极区以及p+金属接触区，通过两个区域的宽度差别，有效隔离开n区以及高浓度的p+金属接触区，从而能够有效避免电池隧道结漏电。
附图说明
图1为本发明制备的N型硅IBC太阳电池。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，该方法是将电池制备在n型基底上，在硅片前表面制绒，背表面抛光，前表面为轻掺杂的n+区形成高低结，并且在上面沉积钝化减反膜；电池的背表面为交错的n+区、p+区以及他们的金属接触，金属接触的宽度要稍稍小于n+区以及p+区，而在金属接触之外的背表面其他区域都沉积有钝化膜。
具体地，利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法包括以下步骤：
步骤一、选取1-6Ω·cm的N型硅衬底(硅片)，去除硅片3表面损伤层，并用2％wt的KOH溶液对硅片3进行30min的双面制绒形成绒面陷光结构；
步骤二、两块硅片背靠背的两面为背表面，另外两面为前表面，在830℃下，利用三氯氧磷对硅片进行单面磷扩散形成前表面n+掺杂区2，扩散方式为背靠背扩散，扩后方阻为110±10Ω/□；
步骤三、利用链式湿法刻蚀方法对硅片进行背表面抛光以及PSG去除，从而将磷扩散中背表面轻微的n+扩散层去除干净，以免发生漏电；具体地用HNO3/HF的混合溶液对硅片进行轻度抛光，去除硅片背表面的n+扩散薄层，再用HF酸溶液去除硅片前表面的磷硅玻璃PSG；
步骤四、清洗并且在硅片前表面沉积SiNx保护层，在背表面p+区印刷5g/cm2的Al浆，烘干烧结后形成p+发射极区4；
步骤五、利用沸腾的浓盐酸溶液除去硅片背表面的铝金属和Si-Al合金层，并且利用70℃的KOH溶液去除1-3μm的p+层，腐蚀后的硅片p+区域的方阻升高到60±5Ω/□；
步骤六、利用丝网印刷设备在硅片背表面n+区8印刷磷墨，利用N2气氛下的烘干炉对硅片进行烘干，之后利用RTP快速烧结设备在N2气氛下对硅片进行880℃高温处理，处理时间为30min，处理后磷墨印刷区域的方阻为45±5Ω/□，印刷过程中磷墨的宽度为200um左右；
步骤七、利用HF对硅片高温处理后的硅片进行处理，并用水漂净，利用高温热氧化炉对硅片进行双面热氧化，氧化温度为850℃，氧化时间为1800S，在背表面形成背表面钝化层6，高温氧化生成的背表面钝化层厚度为6-10nm；
步骤八、采用PECVD的方法在硅片的前表面沉积SiNx薄膜，厚度为60-80nm，折射率为2.0-2.2，在前表面形成SiO2/SiNx减反层1；
步骤九、利用丝网印刷在硅片背表面的p+发射极区4内印刷宽度小于p+区200μm的Al浆料并且烘干；
步骤十、利用丝网印刷在硅片背表面的n+区8印刷120μm宽的Ag浆料并且烘干后烧结形成电池；印刷银浆料的n+区烧结后形成n+区金属接触7，印刷铝浆料的p+发射极区烧结后形成p+区金属接触5。
制备得到的N型硅IBC太阳电池如图1所示。该方法利用简单的设备工艺就能实现IBC电池结构的制备，避免传统IBC电池制备中所采用的掩模、光刻以及激光灯工艺，完全利用丝网印刷制备IBC电池的主要结构，工艺步骤简单，成本低廉，适用于大规模工业生产。
实施例2
本实施例公开了一种利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，包括以下步骤：
步骤一、选取10-20Ω·cm的N型硅衬底，去除硅片表面损伤层并且用TMAH溶液进行双面制绒；
步骤二、850℃下，利用三氯氧磷对硅片进行单面磷扩散形成前表面n+掺杂区，扩散方式为背靠背扩散，扩后方阻为135±10Ω/□；
步骤三、利用链式湿法刻蚀方法对硅片进行背表面抛光以及PSG去除，从而将磷扩散中背表面轻微的n型扩散层去除干净，以免发生漏电；
步骤四、清洗并且在硅片前表面沉积SiNx保护层，在背表面p+发射极区域4印刷10g/cm2的Al浆并且烘干烧结；
步骤五、利用沸腾的浓盐酸溶液除去硅片背表面的Si-Al合金层，并且利用70℃的KOH溶液去除1-3μm的p+层，腐蚀后的硅片p+区域的方阻升高到70±5Ω/□；
步骤六、利用丝网印刷设备在硅片背表面n+区8印刷磷墨，利用N2气氛下的烘干炉对硅片进行烘干，之后利用RTP快速烧结设备在N2气氛下对硅片进行890℃高温处理，处理时间为25min，处理后磷墨印刷区域的方阻为45±5Ω/□，印刷过程中磷墨的宽度为200um左右；
步骤七、利用HF对硅片高温处理后的硅片进行处理，并用水漂净，利用高温热氧化炉对硅片进行背表面热氧化，氧化温度为890℃，氧化时间为1000S，在背表面形成背表面钝化层6；
步骤八、采用原子层沉积的方法在硅片前表面沉积Al2O3钝化膜，采用PECVD的方法在硅片的前表面沉积SiNx薄膜，形成Al2O3/SiNx钝化减反层1；
步骤九、利用丝网印刷在硅片背表面的p+发射极区域4内印刷宽度小于p+区100μm的Al浆料并且烘干；
步骤十、利用丝网印刷在硅片背表面的n+区8印刷120μm宽的Ag浆料并且烘干后烧结形成电池；印刷银浆料的n+区烧结后形成n+区金属接触7，印刷铝浆料的p+发射极区烧结后形成p+区金属接触5。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，用碱溶液对硅片(3)进行双面制绒，在硅片(3)表面形成绒面陷光结构；
步骤二，两块硅片背靠背的两面为背表面，另外两面为前表面，以三氯氧磷为扩散源在830-850℃对两个前表面进行单面磷扩散形成前表面n+掺杂区(2)；
步骤三，用HNO3/HF混合溶液对硅片进行抛光，以去除硅片背表面的n+扩散薄层，再用HF酸溶液去除硅片前表面的磷硅玻璃PSG；
步骤四，在硅片前表面沉积SiNx保护层；在硅片背表面定义p+区，在p+区印刷Al浆，烧结后形成p+发射极区(4)；
步骤五，用沸腾的盐酸溶液去除硅片背表面的铝和Si-Al合金层，在60-80℃下用碱溶液处理硅片背表面，p+发射极区(4)去除1-3μm层厚，使p+发射极区(4)剩余厚度为0.5-10μm；
步骤六，在硅片背表面定义n+区，在n+区域印刷磷墨，惰性气体保护下，烘干、880-900℃下高温处理20-30min，硅片背表面形成n+区(8)；
步骤七，清洗硅片去除前表面SiNx保护层，在氧化炉中，850-900℃下对硅片进行双面高温氧化处理600-1800s，生成5-15nm的背表面钝化层(6)；
步骤八，在硅片前表面二次沉积60-80nm的SiNx薄膜，形成SiO2/SiNx减反层(1)；所述SiO2/SiNx减反层(1)的折射率为1.9-2.2；
步骤九，在p+发射极区(4)背离硅片背表面的一侧印刷铝浆层，所述铝浆层宽度比p+发射极区(4)窄50-200μm，烘干；
步骤十，在硅片背表面n+区(8)印刷银浆料烘干后烧结，印刷银浆料的n+区(8)烧结后形成n+区金属接触(7)，印刷铝浆料的p+发射极区(4)烧结后形成p+区金属接触(5)，得到N型硅IBC太阳电池。
2.根据权利要求1所述利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，其特征在于，所述步骤一的硅片为1-20Ω·cm的N型硅衬底。
3.根据权利要求2所述利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，其特征在于，当N型硅衬底存在损伤层时，应去除N型硅衬底的损伤层。
4.根据权利要求1所述利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，其特征在于，步骤一和步骤五中所述的碱溶液为氢氧化钾KOH、氢氧化钠NaOH和四甲基氢氧化铵TMAH溶液中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，其特征在于，所述步骤二中前表面n+掺杂区(2)的方阻为100Ω/□-150Ω/□，扩散深度为0.8μm-1.2μm。
6.根据权利要求1所述利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，其特征在于，所述HNO3/HF的混合溶液中HF/HNO3的质量比为＝2-6/1。
7.根据权利要求1所述利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，其特征在于，所述步骤四中每平方厘米p+区印刷5-15g Al浆，所述印刷为丝网印刷法。
8.根据权利要求1或7所述利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，其特征在于，所述步骤四中烧结温度为600-1000℃，时间为1-20s。
9.根据权利要求1或4所述利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，其特征在于，所述步骤五中处理后硅片背表面p+发射极区(4)的方阻为50-80Ω/□。
10.根据权利要求1所述利用印刷技术制备N型硅IBC太阳电池的方法，其特征在于，所述的步骤六中采用丝网印刷设备在该区域印刷磷墨，所述n+区的区域方阻为45±5Ω/□。
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