CN106486566A - 一种太阳能电池片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池片的制作方法，包括如下步骤：S1：提供一经过清洗制绒、扩散制结的晶体硅电池片，于电池片正面的磷硅玻璃层上形成石蜡保护膜；S2：采用第一KOH溶液抛光电池片背面，以去除电池片背面的PN结；S3：采用第一水槽对电池片进行清洗；S4：去除所述石蜡保护膜；S5：采用氢氟酸溶液去除所述石蜡保护膜及电池片正面的磷硅玻璃层；S6：采用第二水槽对电池片进行清洗；S7：采用激光刻蚀法对电池片进行边缘刻蚀，以去除电池片边缘的PN结。本发明可以取消硝酸的使用，从而不需产生含氮废水，减少了对水资源的污染，并降低了废液处理成本，同时还可以有效完成边缘刻蚀、背抛光、去磷硅玻璃的工艺要求。
Description
技术领域
本发明属于光伏领域，涉及一种太阳能电池片的制作方法。
背景技术
图1显示为现有太阳能电池片工艺流程，包括如下步骤：清洗制绒、扩散制结、边缘刻蚀/背抛光/去除磷硅玻璃、PECVD镀膜、丝网印刷/烧结。其中，边缘刻蚀/背抛光/去除磷硅玻璃通过RENA刻蚀实现。
如图2所示，在太阳能电池片的RENA刻蚀过程中，依次会通过蚀刻槽、第一水槽、碱洗槽、第二水槽、酸洗槽、第三水槽。其中蚀刻槽中的溶液由硝酸、氢氟酸和硫酸的混合液组成，由于混合液的表面张力，电池片漂浮在蚀刻槽溶液上，进行边缘刻蚀及背面抛光，以去除电池片边缘及背面的PN结；第一水槽进行循环喷淋水洗以去除刻蚀后吸附在电池片上的刻蚀液；碱洗槽采用KOH溶液，通过KOH喷淋(两面喷淋)将电池片表面从刻蚀槽中携带的未冲洗干净的酸除去，并去除电池片上的多孔硅及杂质；第二水槽进行循环喷淋水洗以去除吸附在电池片上的碱液；酸洗槽采用氢氟酸溶液，通过HF循环冲刷喷淋去除电池片正面的磷硅玻璃；第三水槽进行循环喷淋水洗去除吸附在电池片上的HF酸液。
现有的RENA刻蚀过程在采用第一水槽对电池片进行清洗时会使其含氮，这个过程会产生大量含氮废水。如果含氮废水没有得到好的处理，就会污染水资源。由于含氮废水的处理成本相对较高，会提高了电池片的生产成本。
因此，如何提供一种新的太阳能电池片的制作方法，以在避免使用硝酸的情况下完成太阳能电池片刻蚀的工艺要求(边缘刻蚀/背抛光/去磷硅玻璃)，杜绝含氮废水的产生，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太阳能电池片的制作方法，用于解决现有技术中硝酸处理晶体硅后会产生含氮废液，容易污染水资源，废液处理成本高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太阳能电池片的制作方法，包括如下步骤：
S1：提供一经过清洗制绒、扩散制结的晶体硅电池片，于所述电池片正面的磷硅玻璃层上形成石蜡保护膜；
S2：采用第一KOH溶液抛光所述电池片背面，以去除所述电池片背面的PN结；
S3：采用第一水槽对所述电池片进行清洗；
S4：去除所述石蜡保护膜；
S5：采用氢氟酸溶液去除所述石蜡保护膜及所述电池片正面的磷硅玻璃层；
S6：采用第二水槽对所述电池片进行清洗；
S7：采用激光刻蚀法对所述电池片进行边缘刻蚀，以去除所述电池片边缘的PN结。
可选地，所述太阳能电池片的制作方法包括如下步骤：
S1：提供一经过清洗制绒、扩散制结的晶体硅电池片，于所述电池片正面的磷硅玻璃层上形成石蜡保护膜；
S2：采用第一KOH溶液抛光所述电池片背面，以去除所述电池片背面的PN结；
S3：采用第一水槽对所述电池片进行清洗；
S4：去除所述石蜡保护膜；
S401：采用第二KOH溶液喷淋去除所述电池片正面及背面的污染物；
S402：采用第三水槽对所述电池片进行清洗；
S5：采用氢氟酸溶液去除所述石蜡保护膜及所述电池片正面的磷硅玻璃层；
S6：采用第二水槽对所述电池片进行清洗；
S7：采用激光刻蚀法对所述电池片进行边缘刻蚀，以去除所述电池片边缘的PN结。
可选地，进行所述边缘刻蚀之前，还包括在所述电池片正面进行PECVD镀膜、丝网印刷及烧结的步骤。
可选地，在300～500℃的含氧气氛下去除所述石蜡保护膜。
可选地，所述石蜡保护膜的厚度范围是5-15nm。
可选地，所述步骤S2在第一碱槽中进行；所述第一碱槽中设有若干平行排列的用于承载电池片并传送电池片的滚轮；所述滚轮包括主体轴及若干环绕所述主体轴表面的用于在传动过程中将所述第一KOH溶液带至所述电池片背面的凸纹。
可选地，各凸纹之间分立设置且平行排列。
可选地，所述凸纹的径面与所述主体轴的轴线垂直。
可选地，所述凸纹的高度范围是1-6毫米，相邻凸纹之间的距离为1-10毫米。
可选地，当所述滚轮停止转动时，所述第一KOH溶液的液面低于所述电池片背面。
可选地，所述第一KOH溶液的浓度范围是10-40wt％，温度范围是40-60℃；所述第二KOH溶液的浓度范围是3-8wt％。
如上所述，本发明的太阳能电池片的制作方法，具有以下有益效果：本发明的太阳能电池片的制作方法可以取消硝酸的使用，从而不需产生含氮废水，减少了对水资源的污染，并降低了废液处理成本，同时还可以有效完成边缘刻蚀、背抛光、去PSG(磷硅玻璃)的工艺要求。
附图说明
图1显示为现有太阳能电池片工艺流程
图2显示为现有太阳能电池片的RENA刻蚀过程所采用的刻蚀设备。
图3a-图3b显示为本发明的太阳能电池片的制作方法的工艺流程图。
图4a-图4b显示为本发明的太阳能电池片的制作方法所采用的设备的结构示意图。
图5显示为本发明的太阳能电池片的制作方法在第一碱槽中采用第一KOH溶液抛光所述电池片背面的示意图。
图6显示为所述滚轮的结构示意图。
图7显示为所述滚轮的侧视图。
图8-图11分别显示为所述凸纹横截面为三角形、矩形、梯形或锯齿形的示意图。
图12显示为本发明的太阳能电池片的制作方法在一种实施方式中的工艺流程。
元件标号说明
S1～S7，S401～S402 步骤
1 主体轴
2 凸纹
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图3至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本发明提供一种太阳能电池片的制作方法，请参阅图3a，显示为该方法的工艺流程图，包括如下步骤：
S1：提供一经过清洗制绒、扩散制结的晶体硅电池片，于所述电池片正面的磷硅玻璃层上形成石蜡保护膜；
S2：采用第一KOH溶液抛光所述电池片背面，以去除所述电池片背面的PN结；
S3：采用第一水槽对所述电池片进行清洗；
S4：去除所述石蜡保护膜；
S5：采用氢氟酸溶液去除所述石蜡保护膜及所述电池片正面的磷硅玻璃层；
S6：采用第二水槽对所述电池片进行清洗；
S7：采用激光刻蚀法对所述电池片进行边缘刻蚀，以去除所述电池片边缘的PN结。
作为示例，图4a显示为本发明的太阳能电池片的制作方法所采用的一种设备的结构示意图。
首先执行步骤S1：提供一经过清洗制绒、扩散制结的晶体硅电池片，于所述电池片正面的磷硅玻璃层上形成石蜡保护膜。
具体的，所述晶体硅为单晶硅或多晶硅，其中，针对单晶硅电池片可采用碱制绒形成金字塔绒面，针对多晶硅电池片可采用酸制绒形成蜂窝状绒面。表面绒面陷光结构可以降低硅片表面对太阳光的反射率，以提高对光的吸收效率。
具体的，制作太阳能的晶体硅片通常是P型的，需要用液态磷源或其它磷源在硅片表面掺磷并扩散，制作出太阳能电池的核心PN结。而PN结上方在扩散过程中会产生一层磷硅玻璃层(简称PSG，为富含磷元素的二氧化硅层)，会对后续镀膜和烧结工艺产生不良影响，需要在后续工艺中去除。并且由于扩散时整个腔体内均充满含磷元素的蒸汽，因此，除了电池片正面会形成PN结，电池片边缘及背面也可能形成PN结。电池片边缘的PN结可能导致硅片两面电极的导通漏电，降低电池对光生电流的收集效率，电池片背面的PN结也将对太阳能电池性能产生不良影响，均需要在后续工艺中去除。
具体的，通过旋涂或其它方法在所述磷硅玻璃层上形成石蜡保护膜。石蜡是石油加工产品的一种，固体烷烃的混合物。无臭无味、白色或淡黄色固体，由天然石油和人造的含蜡馏分用冷榨或溶剂脱蜡、发汗等方法制得。石蜡不与常见的化学试剂反应，但可以燃烧。所述石蜡保护膜可以保护后续背抛光过程中电池片正面不被溅洒的第一KOH溶液所腐蚀。
虽然磷硅玻璃层也有一定保护作用，但一方面由于绒面的存在，磷硅玻璃层的厚度可能不均匀，存在一些薄弱点，另一方面扩散制结过程中所得磷硅玻璃层的厚度有限。而本发明后续背抛光步骤中所采用的第一KOH溶液浓度及温度均较高，磷硅玻璃层无法起到良好的保护作用。
作为示例，所述石蜡保护膜的厚度范围为5-15nm。当然，在其它实施例中，也可以形成更厚的石蜡保护膜，例如数十纳米至数微米，此处不应过分限制本发明的保护范围。
然后执行步骤S2：采用第一KOH溶液抛光所述电池片背面，以去除所述电池片背面的PN结。
具体的，在第一碱槽中进行所述电池片的背面抛光，所述第一KOH溶液的浓度范围是10-40wt％，温度范围是40-60℃，本实施例中优选为50℃。
如图5所示，所述第一碱槽中设有若干平行排列的用于承载电池片并传送电池片的滚轮。由于KOH溶液的表面张力不如硝酸/氢氟酸/硫酸混合液的表面张力，本实施例中，为了实现电池片经过第一碱槽时处于漂浮状态，将传统的内部行走滚轮改为凸纹状滚轮。传统的内部行走滚轮包括主体轴及套设于所述主体轴上的橡胶圈，且相邻橡胶圈之间的间距较大(只要保证间距小于电池片宽度，防止电池片掉下即可)。而本发明中，如图6及图7所示，所述滚轮包括主体轴1及若干环绕所述主体轴1表面的凸纹2。当所述滚轮停止转动时，所述第一KOH溶液的液面低于所述电池片背面。当所述滚轮转动时，在传动过程中，所述凸纹2可以将所述第一KOH溶液带至所述电池片背面，并使电池片处于漂浮状态，以实现所述电池片的背面抛光，去除电池片背面的PN结。
本实施例中，各凸纹2之间分立设置且平行排列，且所述凸纹2的径面与所述主体轴1的轴线垂直，有利于防止电池片在传动过程中跑偏。当然，在其他实施例中，也可采用其它可以防止电池片跑偏的凸纹排布方式，此处不应过分限制本发明的保护范围。
作为示例，所述凸纹的横截面包括但不限于三角形、矩形、梯形、锯齿形等。其中，图8显示为三角形凸纹、图9显示为矩形凸纹、图10显示为梯形凸纹、图11显示为锯齿形凸纹。
为了实现较好的带液效果，所述凸纹的高度范围是1-6毫米，相邻凸纹之间的距离为1-10毫米。本实施例中，所述凸纹的高度优选为2毫米，相邻凸纹之间的距离优选为5毫米。
本步骤采用第一KOH溶液对电池片背面的抛光，取消了硝酸的使用，不需产生含氮废水，减少了对水资源的污染，并降低了废液处理成本，并同样可以达到常规RENA刻蚀工艺中的刻蚀槽的背抛光效果。
此外，与常规RENA刻蚀工艺中的碱槽采用喷淋方式中和电池片表面从刻蚀槽带出的酸液及去除电池片表面的多孔硅不同的是，本发明中所述第一碱槽是采用漂浮方式，电池片只有背面接触第一KOH溶液实现背抛光。并且本发明中，所述第一碱槽采用的高浓度KOH热溶液，可以提高反应速度，更加有效地进行背抛光，去除所述电池片背面的PN结。
接着执行步骤S3：采用第一水槽对所述电池片进行清洗。
具体的，所述第一水槽用于去除所述电池片上残留的第一KOH溶液。作为示例，所述第一水槽包括上水刀及下水刀，以对电池片两面进行喷淋清洗。所述第一水槽还可以包括风刀，以吹干电池片。
再执行步骤S4：去除所述石蜡保护膜。
作为示例，于加热炉中在300～500℃的含氧气氛下去除所述石蜡掩模，在该条件下，石蜡与氧气反应生成二氧化碳和水被去除，且产物无污染，不会对绒面结构产生伤害。
然后再执行步骤S5：采用氢氟酸溶液去除所述电池片正面的磷硅玻璃层。
具体的，在氢氟酸槽中进行本步骤。氢氟酸溶液可以和二氧化硅反应生成易挥发性的四氟化硅气体，从而实现去除所述磷硅玻璃层的目的。氢氟酸溶液配方可采用现有的RENA刻蚀工艺中的氢氟酸溶液配方，或者根据实际需要进行调整，此处不应过分限制本发明的保护范围。
接着再执行步骤S6：采用第二水槽对所述电池片进行清洗。
具体的，所述第二水槽用于去除经过所述电池片上残留的氢氟酸溶液。作为示例，所述第二水槽包括上水刀及下水刀，以对电池片两面进行喷淋清洗。所述第二水槽还可以包括风刀，以吹干电池片。
最后执行步骤S7：采用激光刻蚀法对所述电池片进行边缘刻蚀，以去除所述电池片边缘的PN结，实现电池片边缘的绝缘。
具体的，采用激光刻蚀机对电池片进行切边。典型的激光边缘绝缘化处理时通过在尽可能靠近太阳能电池片外援的周围进行刻划沟槽来实现。为了获得最佳的绝缘效果，沟槽的深度必须大于离子扩散层，典型的沟槽深度为10-20微米，宽度为20-40微米。
进一步，本发明的太阳能电池片的制作方法还包括PECVD镀膜、丝网印刷及烧结的步骤。所述PECVD镀膜、丝网印刷及烧结步骤可以在激光刻蚀步骤之前执行，也可以在激光刻蚀步骤之后进行。
请参阅图12，显示为本发明的太阳能电池片的制作方法的一种工艺流程图，其中，所述PECVD镀膜、丝网印刷及烧结步骤是在激光刻蚀步骤之前执行，有利于后续通过激光刻蚀将电池片边缘的PN结及丝网印刷过程流至电池片的导电浆一并去除，防止边缘PN结去除后电池片边缘因丝网印刷而再次存在漏电风险。
具体的，PECVD镀膜通常是镀氮化硅薄膜。采用PECVD设备在等离子体低温环境下进行氮化硅镀膜，该层氮化硅薄膜通过半波长减反原理的光学设计，可以减少太阳光的反射损失，同时利用膜层中富含的H元素对太阳能电池硅片表面和体内进行钝化，并因其膜层中富含的固定电荷产生表面电场，可有效降低电池片表面的复合速率。
具体的，丝网印刷的目的制作太阳能电池的电极，烧结可以形成良好的金半接触。
后续还可以进一步进行太阳能电池的测试分选，即使太阳能电池在一定温度下接受在一定的辐照度的太阳光照射，在接受照射的同时变化外电路负载，测量流出负载的电流I和电池端电压V的数据和关系曲线，根据数据和曲线由计算机软件系统计算出各种电性能参数。
至此，完成了太阳能电池片的制作，本发明的太阳能电池片的制作方法避免了硝酸的使用，并可以有效进行边缘刻蚀、背抛光、去PSG(磷硅玻璃)，杜绝了含氮废水的产生。
实施例二
本实施例与实施例一采用基本相同的技术方案，不同之处在于，于所述步骤S4与步骤S5之间还包括步骤S401及步骤S402。请参阅图3b，显示为该方法的工艺流程图，包括如下步骤：
S1：提供一经过清洗制绒、扩散制结的晶体硅电池片，于所述电池片正面的磷硅玻璃层上形成石蜡保护膜；
S2：采用第一KOH溶液抛光所述电池片背面，以去除所述电池片背面的PN结；
S3：采用第一水槽对所述电池片进行清洗；
S4：去除所述石蜡保护膜；
S401：采用第二KOH溶液喷淋去除所述电池片正面及背面的污染物；
S402：采用第三水槽对所述电池片进行清洗；
S5：采用氢氟酸溶液去除所述石蜡保护膜及所述电池片正面的磷硅玻璃层；
S6：采用第二水槽对所述电池片进行清洗；
S7：采用激光刻蚀法对所述电池片进行边缘刻蚀，以去除所述电池片边缘的PN结。
作为示例，图4b显示为本发明的太阳能电池片的制作方法所采用的一种设备的结构示意图。
本实施例中，所述步骤401利用第二碱槽以双面KOH溶液喷淋方式清洗电池片正面与背面，以去除电池片正面及背面的污染物，例如多孔硅、油污等。所述第二KOH溶液的浓度范围为3-8wt％，优选为5wt％。
所述步骤402利用第三水槽清洗掉电池片上残留的第二KOH溶液。作为示例，所述第三水槽包括上水刀及下水刀，以对电池片两面进行喷淋清洗。所述第一水槽还可以包括风刀，以吹干电池片。
其余步骤的具体实现方式请参见实施例一，此处不再赘述。
综上所述，本发明的太阳能电池片的制作方法可以取消硝酸的使用，从而不需产生含氮废水，减少了对水资源的污染，并降低了废液处理成本，同时还可以有效完成边缘刻蚀、背抛光、去PSG(磷硅玻璃)的工艺要求。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种太阳能电池片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：提供一经过清洗制绒、扩散制结的晶体硅电池片，于所述电池片正面的磷硅玻璃层上形成石蜡保护膜；
S2：采用第一KOH溶液抛光所述电池片背面，以去除所述电池片背面的PN结；
S3：采用第一水槽对所述电池片进行清洗；
S4：去除所述石蜡保护膜；
S5：采用氢氟酸溶液去除所述石蜡保护膜及所述电池片正面的磷硅玻璃层；
S6：采用第二水槽对所述电池片进行清洗；
S7：采用激光刻蚀法对所述电池片进行边缘刻蚀，以去除所述电池片边缘的PN结。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池片的制作方法，其特征在于，所述太阳能电池片的制作方法包括如下步骤：
S1：提供一经过清洗制绒、扩散制结的晶体硅电池片，于所述电池片正面的磷硅玻璃层上形成石蜡保护膜；
S2：采用第一KOH溶液抛光所述电池片背面，以去除所述电池片背面的PN结；
S3：采用第一水槽对所述电池片进行清洗；
S4：去除所述石蜡保护膜；
S401：采用第二KOH溶液喷淋去除所述电池片正面及背面的污染物；
S402：采用第三水槽对所述电池片进行清洗；
S5：采用氢氟酸溶液去除所述石蜡保护膜及所述电池片正面的磷硅玻璃层；
S6：采用第二水槽对所述电池片进行清洗；
S7：采用激光刻蚀法对所述电池片进行边缘刻蚀，以去除所述电池片边缘的PN结。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池片的制作方法，其特征在于：进行所述边缘刻蚀之前，还包括在所述电池片正面进行PECVD镀膜、丝网印刷及烧结的步骤。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池片的制作方法，其特征在于：在300～500℃的含氧气氛下去除所述石蜡保护膜。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所述石蜡保护膜的厚度范围是5-15nm。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所述步骤S2在第一碱槽中进行；所述第一碱槽中设有若干平行排列的用于承载电池片并传送电池片的滚轮；所述滚轮包括主体轴及若干环绕所述主体轴表面的用于在传动过程中将所述第一KOH溶液带至所述电池片背面的凸纹。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池片的制作方法，其特征在于：各凸纹之间分立设置且平行排列。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所述凸纹的径面与所述主体轴的轴线垂直。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所述凸纹的高度范围是1-6毫米，相邻凸纹之间的距离为1-10毫米。
10.根据权利要求6所述的太阳能电池片的制作方法，其特征在于：当所述滚轮停止转动时，所述第一KOH溶液的液面低于所述电池片背面。
11.根据权利要求2所述的太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所述第一KOH溶液的浓度范围是10-40wt％，温度范围是40-60℃；所述第二KOH溶液的浓度范围是3-8wt％。
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