CN106449876A - 选择性发射极双面perc晶体硅太阳能电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是，包括以下步骤：（1）硅片去损伤层并制绒、清洗；（2）扩散形成pn结，去除扩散后硅片正面磷硅玻璃和背面pn结；（3）在硅片的背面沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜，在硅片的正面沉积氮化硅减反射薄膜；（4）使用激光器在硅片背表面打线，得到打线槽；（5）正面涂布磷源；（6）正面激光掺杂，得到激光掺杂的主栅线和副栅线；（7）光诱导电镀镍/铜/银电极：将电池背面与外置电源的阴极连接，在电池正面和背面同时电镀，依次电镀镍/铜/银三种金属；（8）将电镀后的电池进行退火。本发明解决了丝网印刷双面PERC电池背面印刷铝栅线与激光开窗栅线难对准的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，属于晶体硅太阳能电池制造技术领域。
背景技术
提高转换效率、降低制造成本始终是光伏产业发展的两条主线。在众多光伏电池技术路线中，晶体硅电池技术始终占据着最大的市场份额，因此提高产业化的晶体硅电池转换效率已成为业界的广泛诉求。在现在的硅片厚度下，降低背表面复合速率可以显著提升效率。对于扩散长度更长的单晶来说，提升的效率更为显著。在P型单晶硅上 PERC（passivated emitter and rear cell，钝化发射极背表面电池）可以实现1%的效率提升，P型多晶硅上可以实现0.6%的效率提升。
PERC技术采用三氧化二铝膜层对背表面进行钝化，可以有效降低背表面复合，提高开路电压，增加背表面反射，提高短路电流，从而提高电池效率。PERC电池由于其工艺相对简单，成本增加较少，是目前和未来的主流量产工艺。
P型电池在PERC技术上进一步提升效率的路线还包括采用选择性发射极和局部硼掺杂。除此之外，由于双面PERC具有双面发电功能，还可以采用双面电池结构进一步提升效率。双面PERC电池的技术路线是在目前的PERC电池工艺的基础上将全部铝浆调整为局部铝栅线，优点是背表面由于为栅线结构，使得局部背场的厚度增加，从而提高了PERC电池的开路电压，难点和缺点是背面丝网印刷时需要使用对准系统使铝栅线和激光开窗栅线完全对准。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，解决了丝网印刷双面PERC电池背面印刷铝栅线与激光开窗栅线难对准的问题。
按照本发明提供的技术方案，所述选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）硅片去损伤层并制绒、清洗：将硅片去损伤层后在加热至80～85℃的碱液和添加剂体系中制绒，在硅片的正面形成绒面；然后在酸性溶液中化学清洗，去除表面杂质；
（2）扩散形成pn结：对硅片进行高温磷扩散形成pn结，扩散温度为850～880℃，扩散时间为1.5～2小时，扩散后表面方块电阻为90～120Ω/□；
（3）刻蚀：去除扩散后硅片正面磷硅玻璃和背面pn结，同时实现背面化学抛光；
（4）镀膜：在硅片的背面沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜，在硅片的正面沉积氮化硅减反射薄膜；
（5）背面激光开窗：使用激光器在硅片背表面打线，使背面的氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜从硅片背面剥离，得到打线槽；
（6）正面涂布磷源：在硅片正面喷涂或者甩涂浓度为3～8%的磷酸溶液，作为激光掺杂的磷源，喷涂量为5～10毫升/片；
（7）正面激光掺杂：使用波长355nm或532nm的激光对硅片正面进行加热，使硅片加热至熔融状态，在激光对硅片表面加热开槽的同时，磷酸内的磷原子融入熔融状态的硅中；当激光的光斑从熔融的区域移开后，此区域开始冷却并再结晶，融入的磷原子与硅形成合金，形成相应的N++层，得到激光掺杂的主栅线和副栅线；
（8）光诱导电镀镍/铜/银电极：利用电池在光照条件下产生的载流子，并辅以外置电源，使阳极金属溶解，金属离子通过电解质溶液游离到阴极区，也就是电池的正面栅线处沉积，这些镀上的金属栅线即可替代传统工艺中丝网印刷形成的金属栅线；
将电池背面与外置电源的阴极连接，在激光打线得到的打线槽中沉积镍/铜/银金属，电池背面栅线通过调节电镀回路中的电流密度控制镀速，从而控制背面镀层厚度；电池正面栅线通过调节光源光强和电镀回路中的电流密度控制镀速，从而控制正面镀层厚度，光源光强10000～20000lux；在电池正面和背面同时电镀，依次电镀镍/铜/银三种金属，电镀完成后正面栅线宽度30～35μm，高度13～15μm，背面栅线宽度50～65μm，高度25～32μm；
（9）退火：将电镀后的电池放在氮气氛围的链式烧结炉中退火，退火过程中形成镍硅合金，增加金属栅线与硅的结合力；退火温度350～450℃，退火时间1～3分钟。
在一个具体实施方式中，所述硅片为p型硅片。
在一个具体实施方式中，所述p型硅片的电阻率为1～3Ω•cm。
在一个具体实施方式中，所述步骤（1）中，碱液采用氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，浓度为2.5%～4%，添加剂为醇类有机物，添加剂浓度为1%～2%。
在一个具体实施方式中，所述步骤（1）中，硅片的单片制绒减薄量为0.45～0.65g，制绒后硅基底表面反射率为10～12%。
在一个具体实施方式中，所述步骤（1）中绒面由若干金字塔形状的凸起组成，金字塔形状凸起的底部宽度为1～3μm。
在一个具体实施方式中，所述硅片背面氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜中氧化铝的厚度为10～20nm，氮化硅的厚度为120～150nm；所述硅片正面氮化硅减反射薄膜的厚度为74～80nm。
在一个具体实施方式中，所述步骤（5）中打线的线宽为20～40μm，间距为0.5～2mm。
在一个具体实施方式中，所述步骤（5）中激光器的波长为532nm。
在一个具体实施方式中，所述步骤（7）中激光掺杂的副栅线线宽为8～15μm，线间距0.7～1.0mm；主栅线垂直于副栅线，单条主栅线由多条细栅线重叠组成，单条主栅的宽度为1.0～1.5mm。
本发明具有以下优点：
（1）本发明将激光掺杂形成选择性发射极技术与电镀技术相结合，不仅解决了背面印刷铝栅线与激光开窗栅线难对准的问题，同时本发明采用选择性发射极结构，比丝网印刷双面PERC电池的转换效率更高。
（2）本发明应用光诱导电镀技术实现双面PERC电池的金属化，该方法完全解决了丝网印刷双面PERC电池背面印刷铝栅线与激光开窗栅线难对准的问题。
（3）本发明在金属化过程中均为低温工艺，完全避免了丝网印刷高温烧结形成金属栅线导致的电池片弯曲问题。
附图说明
图1为选择性性发射极双面PERC电池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
选择性性发射极双面PERC电池的结构如图1所示，包括硅片1、pn结2、氮化硅减反射薄膜3、氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜4、N++层5、硅片正面的镍/铜/银电极6、硅片背面的镍/铜/银电极7。
实施例1：一种选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
（1）制绒：选择156mm×156mm的P型金刚线切割单晶硅片为基体材料，电阻率为3Ω•cm，放入氢氧化钾浓度3%、添加剂浓度1.5%加热至80℃的混合溶液中，腐蚀反应18分钟，制绒减薄量0.58g，绒面金字塔大小2.5μm左右；制绒后使用HF/HCl的混酸溶液常温清洗制绒后的硅片，HF体积百分比浓度4%，HCl体积百分比浓度4%，制绒后硅片表面反射率10.8%；
（2）扩散：采用管式炉磷扩散的方法，在扩散炉中在880℃的温度下，采用三氯氧磷对硅片的正面进行磷扩散形成n型层，扩散方阻控制在110Ω/□；
（3）刻蚀：采用水膜保护湿法刻蚀去除背面pn结并实现背面抛光，减薄量0.18g，背表面反射率30%，最后HF酸清洗去除正面磷硅玻璃（HF酸的浓度为4～8%），最后加热压缩空气烘干硅片表面；
（4）正面镀膜：在硅片的正面PECVD沉积氮化硅减反射膜，正面氮化硅厚度78nm；
（5）背面镀膜：在硅片的背面PECVD沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜，三甲基铝（TMA）和笑气（N2O）与硅片反应生成氧化铝，沉积温度350℃，氧化铝厚度15nm；在氧化铝钝化膜基础上再PECVD沉积氮化硅，硅烷和氨气反应生成氮化硅，沉积温度450℃，氮化硅厚度150nm；
（6）背面激光开窗：使用波长532nm的激光器在硅片背表面打线，使背面钝化层从硅片背面剥离，线宽30μm，线间距2mm；
（7）正面喷涂磷源：在硅片正面喷涂3%的磷酸溶液，喷涂后使用加热的氮气干燥；
（8）激光掺杂：使用波长355nm的激光对硅片表面进行激光掺杂，形成相应的N++层；激光掺杂区域副栅线线宽10μm，线间距0.9mm；主栅线垂直于副栅线，单条主栅线由多条细栅重叠组成，单条主栅宽度1.0mm；
（9）光诱导电镀镍/铜/银：将半成品放于电镀挂具上，将挂具水平放置在电镀溶液中，光源照射半成品电池正面，半成品电池的正面和背面与电镀挂具连接，接通电源，使回路中有电流，电镀镍层厚度1-2μm；镀镍漂洗后继续电镀铜，工作原理同镀镍，通过调节外接整流器的电压调节回路中的电流密度，通过调整光强调节光诱导电流密度，将正面和背面分别与整流器连接，实现可以分开调整电流密度。正面铜栅线宽度30μm，高度13μm，背面铜栅线宽度60μm，高度28μm；最后在铜栅线上电镀银防止铜栅线被氧化，银厚度2μm；
（10）退火：将电镀后的电池放在氮气氛围的链式烧结炉中退火，退火过程中形成镍硅合金，增加金属栅线与硅的结合力。退火温度350℃，退火时间3分钟。
实施例2：一种选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
（1）制绒：选择156mm×156mm的P型金刚线切割单晶硅片为基体材料，电阻率2Ω•cm，放入氢氧化钾浓度3%、添加剂浓度1.5%加热至80℃的混合溶液中，腐蚀反应18分钟，制绒减薄量0.67g，绒面金字塔大小2.5μm左右；制绒后使用HF/HCl的混酸溶液常温清洗制绒后的硅片，HF体积百分比浓度4%，HCl体积百分比浓度4%，制绒后硅片表面反射率10.5%；
（2）扩散：采用管式炉磷扩散的方法，在扩散炉中在870℃的温度下，采用三氯氧磷对硅片的正面进行磷扩散形成n型层，扩散方阻控制在120Ω/□；
（3）刻蚀：采用水膜保护湿法刻蚀去除背面pn结并实现背面抛光，减薄量0.18g，背表面反射率30%，最后HF酸清洗去除正面磷硅玻璃（HF酸的浓度为4～8%），最后加热压缩空气烘干硅片表面；
（4）背面镀膜：在硅片的背面PECVD沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜，三甲基铝（TMA）和笑气（N2O）与硅片反应生成氧化铝，沉积温度350℃，氧化铝厚度15nm；在氧化铝钝化膜基础上再PECVD沉积氮化硅，硅烷和氨气反应生成氮化硅，沉积温度450℃，氮化硅厚度150nm；
（5）正面镀膜：在硅片的正面PECVD沉积氮化硅减反射膜，正面氮化硅厚度78nm；
（6）正面甩涂磷源：在硅片正面甩涂3%的磷酸溶液，甩涂后使用加热的氮气干燥；
（7）激光掺杂：使用波长355nm的激光对硅片表面进行激光掺杂，形成相应的N++层；激光掺杂区域副栅线线宽10μm，线间距0.9mm；主栅线垂直于副栅线，单条主栅线由多条副栅重叠组成单条主栅宽度1.5mm；
（8）背面激光开窗：使用波长532nm的激光器在硅片背表面打线，使背面钝化层从硅片背面剥离，线宽30μm，线间距1.5mm；
（9）光诱导电镀镍/铜/银：将半成品放于电镀挂具上，将挂具水平放置在电镀溶液中，光源照射半成品电池正面，半成品电池的正面和背面与电镀挂具连接，接通电源，使回路中有电流，电镀镍层厚度1-2μm；镀镍漂洗后继续电镀铜，工作原理同镀镍，通过调节外接整流器的电压调节回路中的电流密度，通过调整光强调节光诱导电流密度，将正面和背面分别与整流器连接，实现可以分开调整电流密度；正面铜栅线宽度32μm，高度13μm，背面铜栅线宽度58μm，高度26μm；最后在铜栅线上电镀银防止铜栅线被氧化，银厚度2μm；
（10）退火：将电镀后的电池放在氮气氛围的链式烧结炉中退火，退火过程中形成镍硅合金，增加金属栅线与硅的结合力；退火温度350℃，退火时间3分钟。
Claims (10)
1.一种选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）硅片去损伤层并制绒、清洗：将硅片去损伤层后在加热至80～85℃的碱液和添加剂体系中制绒，在硅片的正面形成绒面；然后在酸性溶液中化学清洗，去除表面杂质；
（2）扩散形成pn结：对硅片进行高温磷扩散形成pn结，扩散温度为850～880℃，扩散时间为1.5～2小时，扩散后表面方块电阻为90～120Ω/□；
（3）刻蚀：去除扩散后硅片正面磷硅玻璃和背面pn结，同时实现背面化学抛光；
（4）镀膜：在硅片的背面沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜，在硅片的正面沉积氮化硅减反射薄膜；
（5）背面激光开窗：使用激光器在硅片背表面打线，使背面的氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜从硅片背面剥离，得到打线槽；
（6）正面涂布磷源：在硅片正面喷涂或者甩涂浓度为3～8%的磷酸溶液，作为激光掺杂的磷源；
（7）正面激光掺杂：使用激光对硅片正面进行加热，使硅片加热至熔融状态，在激光对硅片表面加热开槽的同时，磷酸内的磷原子融入熔融状态的硅中；当激光的光斑从熔融的区域移开后，此区域开始冷却并再结晶，融入的磷原子与硅形成合金，形成相应的N++层，得到激光掺杂的主栅线和副栅线；
（8）光诱导电镀镍/铜/银电极：将电池背面与外置电源的阴极连接，在电池正面和背面同时电镀，依次电镀镍/铜/银三种金属，电镀完成后正面栅线宽度30～35μm，高度13～15μm，背面栅线宽度50～65μm，高度25～32μm；
（9）退火：将电镀后的电池在氮气氛围中退火，退火温度350～450℃，退火时间1～3分钟。
2.如权利要求1所述的选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：所述硅片为p型硅片。
3.如权利要求2所述的选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：所述p型硅片的电阻率为1～3Ω•cm。
4.如权利要求1所述的选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：所述步骤（1）中，碱液采用氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，浓度为2.5%～4%，添加剂为醇类有机物，添加剂浓度为1%～2%。
5.如权利要求1所述的选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：所述步骤（1）中，硅片的单片制绒减薄量为0.45～0.65g，制绒后硅基底表面反射率为10～12%。
6.如权利要求1所述的选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：所述步骤（1）中绒面由若干金字塔形状的凸起组成，金字塔形状凸起的底部宽度为1～3μm。
7.如权利要求1所述的选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：所述硅片背面氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜中氧化铝的厚度为10～20nm，氮化硅的厚度为120～150nm；所述硅片正面氮化硅减反射薄膜的厚度为74～80nm。
8.如权利要求1所述的选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：所述步骤（5）中打线的线宽为20～40μm，间距为0.5～2mm。
9.如权利要求1所述的选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：所述步骤（5）中激光器的波长为532nm。
10.如权利要求1所述的选择性发射极双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，其特征是：所述步骤（7）中激光掺杂的副栅线线宽为8～15μm，线间距0.7～1.0mm；主栅线垂直于副栅线，单条主栅线由多条细栅线重叠组成，单条主栅的宽度为1.0～1.5mm。
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