CN106057971A - 一种高效晶硅perc电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效晶硅PERC电池的制备方法，所述制造方法包括：提供硅片，并在所述硅片的正面形成绒面；在所述硅片的正面形成磷扩散层，然后去除所述硅片的正面的PSG和周边磷扩散层；在所述硅片的正面形成SiNx减反层；在所述硅片的背面形成AlOx钝化层；在所述硅片的背面形成SiNx保护层；对所述硅片进行激光开窗，所述激光开窗工艺分两次完成；对所述硅片进行丝网印刷。相应的，本发明还提供了一种高效晶硅PERC电池，其采用本发明提供的制备方法制备而成。本发明提供的制备方法工艺简单、成本低、且获得的晶硅PERC电池效率高、外观优良。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，具体地说涉及一种高效晶硅PERC电池的制备方法。
背景技术
晶硅PERC电池是指钝化发射区背面电池(Passivated emitter rear contactsolar cells)。背钝化技术是实现高效多晶硅电池的一种重要的技术手段，它的主要技术特征是在太阳能电池的背面镀上一层钝化膜。由于这层钝化膜内部的固定负电荷密度较高，具有良好的场钝化效应、电池背面载流子的复合速率降低，能够有效提高晶硅电池的少子寿命，从而提高晶硅电池的光电转换效率。
随着科技的不断发展与设备的升级更新，背钝化技术中钝化膜的制备方法以及其性质探索已较为稳定成熟。然而要实现高效背钝化晶硅电池的整线整合，仍然需要针对背钝化工艺流程中的多个工艺环节进行创新与调整。
对常规晶硅电池的生产工艺而言，目前大部分光伏厂家都是采用管式PECVD沉积晶硅电池的正面减反层SiNx薄膜。由于石墨舟片中间镂空区域较大、硅片与石墨舟片接触面积较小，因此这种设备制备的薄膜均匀性与硅片背面的导电状态密切相关。在通常的背钝化工艺流程中(ALD→背面保护层SiNx→正面减反层SiNx)，在沉积正面减反层时，硅片背面已经沉积了介电性较强的AlOx和SiNx薄膜，这样会导致在沉积正面SiNx薄膜时等离子体的分布不均匀，影响电池正面减反层的均匀性，使得背钝化电池的光吸收量降低，最终导致电池效率降低。为了解决这一问题，在常规背钝化工艺流程下，许多背钝化电池厂家选择以板式PECVD沉积正面减反层。而板式PECVD的使用，虽然可以解决正面SiNx薄膜均匀性变差、光学性质不稳定的问题，但是板式PECVD的产能较低、设备自身的成本和维护成本较高，也是需要面对的严峻问题。
影响背钝化电池电池效率的另一个问题是：背钝化电池的串联电阻较高。串联电阻高与背面激光开窗工艺不良，导致铝浆与硅不能形成很好的欧姆接触，形成的“空洞”有关。当背钝化电池的“空洞”连续产生在相邻的开窗位置，且具备一定的长度，在光致发光或电致发光的检测设备下，会形成背面条状的黑线区域，从而影响背钝化电池的电性能。因此，良好的激光开窗工艺对高效背钝化电池性能发挥着至关重要的作用
在背钝化电池的结构中，硅片背面沉积有氧化铝和氮化硅保护层两个介质层，为了实现电池背面良好的欧姆接触，通常会用激光开窗工艺将背面AlOx及SiNx保护层部分剥离。目前单次激光工艺存在以下问题：1)由于激光源能量呈高斯分布，在激光开窗边缘的烧蚀效果会低于中心区域，为了避免在中心区域烧蚀深度过深，开窗区域边缘的氮化硅容易去除不彻底；2)激光开窗使用的能量范围较小：使用的能量过高，会造成硅片表面损伤，形成载流子复合中心；而使用的能量过低，背面钝化层和保护层容易去除不彻底；3)单次激光的线宽较窄：受激光源本身的限制，单次激光开窗的宽度一般不大于50μm，为了实现电池背面良好的欧姆接触，需要适当的开窗比例，导致激光线间距进一步缩小，这样也会导致硅表面损伤增多。
发明内容
为了解决现有背钝化电池技术中存在的缺陷，本发明提供了一种高效晶硅PERC电池的制备方法。
根据本发明的一个方面，提供一种高效晶硅PERC电池的制备方法，所述制造方法包括：
a)提供硅片，并在所述硅片的正面形成绒面；
b)在所述硅片的正面形成磷扩散层，然后去除所述硅片的正面的PSG和周边磷扩散层；
c)在所述硅片的正面形成SiNx减反层；
d)在所述硅片的背面形成AlOx钝化层；
e)在所述硅片的背面形成SiNx保护层；
f)对所述硅片进行激光开窗，所述激光开窗工艺分两次完成；
g)对所述硅片进行丝网印刷。
根据本发明的一个具体实施方式，在所述步骤e)和所述步骤f)之间还包括步骤：
h)在氢氛围下，对所述硅片进行退火。
根据本发明的另一个具体实施方式，所述退火操作控制在5min～15min。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤f)进一步为：
完成第一次激光开窗；
第二次激光开窗以重叠激光工艺或并线工艺完成。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述SiNx减反层和/或所述SiNx保护层采用PECVD工艺制备。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述AlOx钝化层采用ALD工艺制备。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述SiNx保护层的厚度在80nm～160nm之间。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述SiNx保护层的折射率在1.8～2.4之间。
根据本发明的又一个具体实施方式，在进行所述激光开窗工艺后，形成的激光图形包括：全实线、虚实相间的线段、点状图形。
根据本发明的另一个方面，提供一种高效晶硅PERC电池，所述晶硅PERC电池采用如本发明提供的任意一种制备方法制备而成。
本发明高效晶硅PERC电池的制备方法，优先在电池正面沉积SiNx减反层，避免了硅片背面介质层对正面SiNx减反层光学特性及均匀性的影响。利用管式PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)即可制备出光学性质更稳定、均匀性更优的正面减反膜，而不用额外添加板式PECVD设备，在可以获得高电池效率和优良成品外观的背钝化电池的前提下，大大降低了设备采购、保养和运营成本。
同时，激光开窗工艺采用二次完成，与化学刻蚀与常规的单次激光相比，不必增加新设备，工艺的稳定性较高，能够有效的减少单次激光开窗工艺对硅基底造成的损伤，减少背面载流子强复合中心。解决了单次激光开窗工艺的开窗边缘烧蚀不完全及开窗线宽有限的问题。实现了在不降低开路电压的前提下，有效降低串联电阻、提升电池效率，并解决了背钝化电池EL照片中背面黑线的问题。
本发明提供的制备方法，其背钝化晶硅电池效率较常规背钝化工艺的晶硅电池提升0.1％以上，较常规工艺制备的多晶电池效率提升达到了0.7％、较常规单晶电池效率提升达到1.0％。本发明提供的制备方法与常规晶硅工艺的兼容性较高，便于与其他高效技术结合，有效节省了生产成本，适于光伏产业的产品升级。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1所示为根据本发明提供的高效晶硅PERC电池的制备方法的一个具体实施方式的流程示意图；
图2所示为本发明采用的重叠激光开窗工艺所形成的开窗图形的一个具体实施方式的结构示意图；
图3所示为本发明采用的并线激光开窗工艺所形成的开窗图形的一个具体实施方式的结构示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
参考图1，图1所示为根据本发明提供的高效晶硅PERC电池的制备方法的一个具体实施方式的流程示意图。本发明提供的制造方法包括：
步骤S101，提供硅片，并在所述硅片的正面形成绒面。在硅片的正面形成绒面。所述硅片为单晶硅、多晶硅或者准单晶硅。在硅片的表面形成绒面，可以有效提高硅片的陷光作用。通常可以采用腐蚀性溶液对硅片的表面进行腐蚀，以形成绒面。一般情况下，用碱性溶液处理后，可在硅片的表面得到金字塔状绒面；用酸性溶液处理后，可在硅片的表面得到虫孔状绒面。绒面大小为微米级尺寸。当然，还可以采用干法制绒的方式来形成绒面，如反应离子刻蚀制绒，其形成的绒面为纳米量级。
步骤S102，在所述硅片的正面形成磷扩散层，然后去除所述硅片的正面的PSG和周边磷扩散层。可采用以POCl3为磷源在硅片正面进行P的热扩散，形成磷扩散层。还可以先在硅片的正面喷涂磷酸或其他含磷的掺杂源，然后通过快速热退火(Rapid ThermalAnealing)处理，完成硅片的正面磷扩散。
之后去除所述硅片正面的PSG(Phospho Silicate Glass，磷硅玻璃)和周边磷扩散层。在太阳能电池片生产制造过程中，可以通过化学腐蚀法也即把硅片放在腐蚀性溶液(如氢氟酸、氢氧化钠等各类酸/碱或有机溶液)中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层PSG。
为了减少太阳能电池的表面反射，提高电池的光电转换效率，需要继续执行步骤S103，在所述硅片的正面形成SiNx减反层。优选的，所述SiNx减反层采用PECVD工艺制备。采用本领域技术人员熟知的各种常规方法。优选的，将硅片100置于氢气气氛的管式PECVD炉中，温度400℃～800℃，退火5min～30min；然后将炉管抽真空至0Pa～50Pa，去除残余气体；恒定压强1min～2min，充入硅烷和氨气，沉积SiNx减反层。
进一步的，执行步骤S104，在所述硅片的背面形成AlOx钝化层。优选的，所述AlOx钝化层采用ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)工艺制备。
值得注意的是，步骤S103和步骤S104的配合十分重要，在形成AlOx钝化层之前，先在硅片正面形成SiNx减反层，可以保证SiNx减反层具有稳定的光学特性和良好的均匀性；同时，SiNx减反层还能够对PN结形成良好的保护，避免PN结受到ALD机台中石墨托盘的摩擦或沾污。
步骤S105，在所述硅片的背面形成SiNx保护层。优选的，所述SiNx保护层采用PECVD工艺制备。优选的，所述SiNx保护层的厚度在80nm～160nm之间，例如：80nm，120nm或160nm。优选的，所述SiNx保护层的折射率在1.8～2.4之间，例如：1.8，2.1或者2.4。
更为优选的，在所述步骤S105和所述步骤S106之间还包括步骤：在氢氛围下，对所述硅片进行退火。这一步骤的加入，可以有效地提高电池正面SiNx减反层、背面SiNx保护层中的氢含量，减少硅表面悬挂键，提升电池的钝化效果，从而提升背钝化电池效率。优选的，所述退火操作控制在5min～15min，例如：5min、10min或者15min。
步骤S106，对所述硅片进行激光开窗，所述激光开窗工艺分两次完成。
在完成第一次激光开窗之后，执行第二次激光开窗工艺。这种图形的激光烧蚀方法是先以较低的激光功率，进行第一遍激光开窗；第二次激光开窗以重叠激光工艺或并线工艺完成。参考图2，重叠激光工艺是指以不位移、稍低的激光功率再次雕刻图形；参考图3，并线工艺是指一定量的位移、相同的功率再次激光雕刻。优选的，在进行所述激光开窗工艺后，形成的激光图形包括但不限于：全实线、虚实相间的线段、点状图形。
进行两次激光开窗操作，能够有效的修复单次激光对硅基底的损伤，减少背面载流子强复合中心；开窗线宽可调范围大(40μm～100μm)；解决了单次激光开窗工艺的开窗边缘烧蚀不完全及开窗线宽有限的问题；实现在不降低开路电压的前提下，降低串联电阻、减少背钝化电池EL照片中黑线的目的。
最后，执行步骤S107，对所述硅片进行丝网印刷，以形成正电极和/或背电极。完成高效晶硅PERC电池的制备。
相应的，本发明还提供一种高效晶硅PERC电池，所述晶硅PERC电池采用本发明提供的制备方法制备而成。
本发明提供的制备方法工艺简单，只需要在现有生产线上进行改进即可，成本低；能够显著提高电池的效率。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
Claims (10)
1.一种高效晶硅PERC电池的制备方法，其特征在于，所述制造方法包括：
a)提供硅片，并在所述硅片的正面形成绒面；
b)在所述硅片的正面形成磷扩散层，然后去除所述硅片的正面的PSG和周边磷扩散层；
c)在所述硅片的正面形成SiNx减反层；
d)在所述硅片的背面形成AlOx钝化层；
e)在所述硅片的背面形成SiNx保护层；
f)对所述硅片进行激光开窗，所述激光开窗工艺分两次完成；
g)对所述硅片进行丝网印刷。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤e)和所述步骤f)之间还包括步骤：
h)在氢氛围下，对所述硅片进行退火。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述退火操作控制在5min～15min。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤f)进一步为：
完成第一次激光开窗；
第二次激光开窗以重叠激光工艺或并线工艺完成。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述SiNx减反层和/或所述SiNx保护层采用PECVD工艺制备。
6.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述AlOx钝化层采用ALD工艺制备。
7.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述SiNx保护层的厚度在80nm～160nm之间。
8.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述SiNx保护层的折射率在1.8～2.4之间。
9.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，在进行所述激光开窗工艺后，形成的激光图形包括：全实线、虚实相间的线段、点状图形。
10.一种高效晶硅PERC电池，其特征在于，所述晶硅PERC电池采用如权利要求1～9所述的制备方法制备而成。
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