CN106711280A - 一种n型双面电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N型双面电池的制作方法，经过对N型单晶硅基片进行前工序处理、对硅基片表面进行硼扩散、对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗、对硅基片背面进行磷扩散、对硅基片进行去磷硅玻璃清洗、在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层、制备电池的正极和负极步骤，完成N型双面电池的制作；本发明的硼扩散至磷扩散的工艺过程，操作简单，步骤少，可以最大程度使用常规设备来生产，同时减少了对硅基片的损伤和污染，有利于电池效率的提升，因此可以明显降低生产成本，有利于N型电池的大规模工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的生产制作方法，具体涉及一种N型双面电池的制作方法。
背景技术
N型晶体硅电池是太阳能电池的一种，N型电池较常规的P型电池具有寿命高、光致衰减小和弱光响应好等优点，具有更大的效率提升空间。同时，N型电池可以做成双面透光的电池，除了正面吸收光线外，背面也能通过吸收环境反射光来增加电能输出，使得整个系统的发电功率更高，因此被视为新一代高效太阳能电池的一个重要发展方向。
为获得正面的PN结和背面的N+背电场层，N型双面电池的硅基片正面和背面均需要进行元素掺杂。目前常用的工艺方法有：a.正面采用气体携带三溴化硼蒸汽或者旋涂硼源，来进行硼扩散；然后进行湿法刻蚀去除边结和背结；再对背面采用气体携带三氯氧磷蒸汽的方式来进行磷扩散；再利用等离子刻蚀的方式去除边结，或者用激光对正面的边缘进行绝缘处理。b.正面的处理工艺与a相同，背面采用离子注入的方式来进行磷掺杂。工艺a存在工艺步骤多的问题，需要进行两次刻蚀，对硅片的损伤比较大，且容易造成外观不良问题，生产成本较高；工艺b使用的离子注入设备昂贵，且为单片式工艺，产能受到限制，生产成本更高，且离子注入后需要进行600℃以上的高温退火处理，工艺步骤多且高温处理对硅片造成损伤，使得硅片易碎。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种操作简单、减少对硅基片的损伤和污染的N型双面电池的制作方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种N型双面电池的制作方法，其特征在于：经过对N型单晶硅基片进行前工序处理、对硅基片表面进行硼扩散、对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗、对硅基片背面进行磷扩散、对硅基片进行去磷硅玻璃清洗、在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层、制备电池的正极和负极步骤，完成N型双面电池的制作；具体步骤如下：
（1）对N型单晶硅基片进行前工序处理：取电阻率为0.5-2Ω·cm的N型单晶硅基片，利用双氧水和氢氧化钠混合溶液对硅基片表面进行清洗；然后利用质量浓度为1-5%氢氧化钠溶液，在65-90℃下进行制绒腐蚀，在硅基片的正面和背面表面制备出陷光结构，所述陷光结构为金字塔形状，然后再用混酸溶液进行表面清洗；
（2）对硅基片表面进行硼扩散：在炉管中以氮气携带BBr3蒸汽的方式对硅基片的一面进行硼扩散，形成P型层，所述扩散温度为900-1100℃，所述扩散时间为50-120min，所述扩散方阻为60-110Ω；
（3）对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗：采用混酸溶液对硅基片进行下表面和边缘的刻蚀，去除边结和背结，然后再选用质量浓度为3-10%的HF溶液对硅基片进行清洗，清洗时间为20-250s，去除正面的硼硅玻璃层；
（4）对硅基片背面进行磷扩散：对硅基片背面进行磷源旋涂，所述磷源用量为0.3-1.5ml/片，所述旋涂转速为1000-4000r/min，旋转时间为3-15s，然后进行80-300℃烘干；然后将带有磷源的硅基片放入炉管中进行扩散，所述扩散温度为800-920℃，所述扩散时间为30-120min，所述氧气流量400-2000SCCM，所述扩散方阻为30-80Ω；
（5）对硅基片进行去磷硅玻璃清洗：将上述得到的硅基片浸入质量浓度为3-10%的HF溶液中进行清洗，酸洗时间为20-250s，所述HF溶液温度为15-40℃；
（6）在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层：在硅基片正面用PECVD的方式沉积一层SiO2层，然后再沉积一层SiNX减反射层；在硅基片背面采用PECVD的方式沉积一层SiNX减反射层；
（7）制备电池的正极和负极：采用丝网印刷的方法在硅基片的上表面和下表面印刷银铝浆，形成电池的正极和负极；然后在840-960℃的温度下，在烧结炉中进行烧结，即完成了Ｎ型双面电池的制作。
进一步的，所述步骤（1）中的双氧水的质量浓度为1-6%，所述氢氧化钠的质量浓度为0.1-0.8%，所述清洗时间为20-300s，清洗温度为30-65℃。
进一步的，所述步骤（1）中的混酸溶液由质量浓度为5-15%的盐酸和质量浓度为3-10%的氢氟酸混合而成，所述盐酸与氢氟酸的混合体积比为1.5-3.5：1，所述清洗时间为20-200s，所述HF溶液的温度为15-40℃。
进一步的，所述步骤（6）中的硅基片正面的SiO2层的厚度为1-8nm，所述SiNX层的厚度为65-85nm，所述硅基片背面的SiNX层的厚度为65-90nm。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明的磷扩散过程通过通入大流量氧气，使硅基片的正面和边缘迅速生成一层氧化层，既可以起到掩膜的作用，又可以在后续的酸洗过程中去除这层氧化层，达到减少扩散“死层”的目的，增加电池的开路电压和短路电流。
（2）本发明的磷扩散方式处理后的硅基片背面方阻均匀性好，在非扩散面不会沾染到磷源，不会在边缘形成N+层，因此后期不需要额外的刻蚀步骤去除，不需要退火处理，有效简化了生产过程。
（3）本发明的硼扩散至磷扩散的工艺过程，操作简单，步骤少，可以最大程度使用常规设备来生产，同时减少了对硅基片的损伤和污染，有利于电池效率的提升，因此可以明显降低生产成本，有利于N型电池的大规模工业生产。
附图说明
图1为本发明的制作工艺流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士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及功效。
如图1所示为本发明的制作工艺流程图；一种N型双面电池的制作方法，经过对N型单晶硅基片进行前工序处理、对硅基片表面进行硼扩散、对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗、对硅基片背面进行磷扩散、对硅基片进行去磷硅玻璃清洗、在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层、制备电池的正极和负极步骤，完成N型双面电池的制作；具体步骤如下：
（1）对N型单晶硅基片进行前工序处理：取电阻率为0.5-2Ω·cm的N型单晶硅基片，利用双氧水和氢氧化钠混合溶液对硅基片表面进行清洗；然后利用质量浓度为1-5%氢氧化钠溶液，在65-90℃下进行制绒腐蚀，在硅基片的正面和背面表面制备出陷光结构，陷光结构为金字塔形状，然后再用混酸溶液进行表面清洗；
（2）对硅基片表面进行硼扩散：在炉管中以氮气携带BBr3蒸汽的方式对硅基片的一面进行硼扩散，形成P型层，扩散温度为900-1100℃，扩散时间为50-120min，扩散方阻为60-110Ω；
（3）对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗：采用混酸溶液对硅基片进行下表面和边缘的刻蚀，去除边结和背结，然后再选用质量浓度为3-10%的HF溶液对硅基片进行清洗，清洗时间为20-250s，去除正面的硼硅玻璃层；
（4）对硅基片背面进行磷扩散：对硅基片背面进行磷源旋涂，磷源用量为0.3-1.5ml/片，旋涂转速为1000-4000r/min，旋转时间为3-15s，然后进行80-300℃烘干；然后将带有磷源的硅基片放入炉管中进行扩散，扩散温度为800-920℃，扩散时间为30-120min，氧气流量400-2000SCCM，扩散方阻为30-80Ω；
（5）对硅基片进行去磷硅玻璃清洗：将上述得到的硅基片浸入质量浓度为3-10%的HF溶液中进行清洗，酸洗时间为20-250s，HF溶液温度为15-40℃；
（6）在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层：在硅基片正面用PECVD的方式沉积一层SiO2层，然后再沉积一层SiNX减反射层；在硅基片背面采用PECVD的方式沉积一层SiNX减反射层；
（7）制备电池的正极和负极：采用丝网印刷的方法在硅基片的上表面和下表面印刷银铝浆，形成电池的正极和负极；然后在840-960℃的温度下，在烧结炉中进行烧结，即完成了Ｎ型双面电池的制作。
可行的，步骤（1）中的双氧水的质量浓度为1-6%，氢氧化钠的质量浓度为0.1-0.8%，清洗时间为20-300s，清洗温度为30-65℃。
可行的，步骤（1）中的混酸溶液由质量浓度为5-15%的盐酸和质量浓度为3-10%的氢氟酸混合而成，盐酸与氢氟酸的混合体积比为1.5-3.5：1，清洗时间为20-200s，HF溶液的温度为15-40℃。
可行的，步骤（6）中的硅基片正面的SiO2层的厚度为1-8nm，SiNX层的厚度为65-85nm，硅基片背面的SiNX层的厚度为65-90nm。
实施例1
一种N型双面电池的制作方法，经过对N型单晶硅基片进行前工序处理、对硅基片表面进行硼扩散、对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗、对硅基片背面进行磷扩散、对硅基片进行去磷硅玻璃清洗、在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层、制备电池的正极和负极步骤，完成N型双面电池的制作；具体步骤如下：
（1）对N型单晶硅基片进行前工序处理：取电阻率为1Ω·cm的N型单晶硅基片，利用双氧水和氢氧化钠混合溶液对硅基片表面进行清洗；然后利用质量浓度为2.8%氢氧化钠溶液，在78℃下进行制绒腐蚀，在硅基片的正面和背面表面制备出陷光结构，陷光结构为金字塔形状，然后再用混酸溶液进行表面清洗；双氧水的质量浓度为1%，氢氧化钠的质量浓度为0.2%，清洗时间为150s，清洗温度为65℃。
（2）对硅基片表面进行硼扩散：在炉管中以氮气携带BBr3蒸汽的方式对硅基片的一面进行硼扩散，形成P型层，扩散温度为980℃，所述扩散时间为100min，扩散方阻为75Ω；
（3）对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗：采用混酸溶液对硅基片进行下表面和边缘的刻蚀，去除边结和背结，然后再选用质量浓度为6%的HF溶液对硅基片进行清洗，清洗时间为120s，去除正面的硼硅玻璃层；
（4）对硅基片背面进行磷扩散：对硅基片背面进行磷源旋涂，所述磷源用量为0.9ml/片，旋涂转速为1500r/min，旋转时间为4s，然后进行200℃烘干；然后将带有磷源的硅基片放入炉管中进行扩散，扩散温度为840℃，扩散时间为60min，氧气流量600SCCM，扩散方阻为40Ω；
（5）对硅基片进行去磷硅玻璃清洗：将上述得到的硅基片浸入质量浓度为8%的HF溶液中进行清洗，酸洗时间为90s，HF溶液温度为25℃；
（6）在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层：在硅基片正面用PECVD的方式沉积一层SiO2层，然后再沉积一层SiNX减反射层；在硅基片背面采用PECVD的方式沉积一层SiNX减反射层；硅基片正面的SiO2层的厚度为2nm，SiNX层的厚度为75nm，硅基片背面的SiNX层的厚度为80nm。
（7）制备电池的正极和负极：采用丝网印刷的方法在硅基片的上表面和下表面印刷银铝浆，形成电池的正极和负极；然后在920℃的温度下，在烧结炉中进行烧结，即完成了Ｎ型双面电池的制作。
混酸溶液由质量浓度为10%的盐酸和质量浓度为5%的氢氟酸混合而成，所述盐酸与氢氟酸的混合体积比为2.7：1，清洗时间为120s，HF溶液的温度为20℃。
实施例2
一种N型双面电池的制作方法，经过对N型单晶硅基片进行前工序处理、对硅基片表面进行硼扩散、对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗、对硅基片背面进行磷扩散、对硅基片进行去磷硅玻璃清洗、在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层、制备电池的正极和负极步骤，完成N型双面电池的制作；具体步骤如下：
（1）对N型单晶硅基片进行前工序处理：取电阻率为1.5Ω·cm的N型单晶硅基片，利用双氧水和氢氧化钠混合溶液对硅基片表面进行清洗；然后利用质量浓度为2.3%氢氧化钠溶液，在80℃下进行制绒腐蚀，在硅基片的正面和背面表面制备出陷光结构，陷光结构为金字塔形状，然后再用混酸溶液进行表面清洗；双氧水的质量浓度为3%，氢氧化钠的质量浓度为0.1%，清洗时间为100s，清洗温度为50℃。
（2）对硅基片表面进行硼扩散：在炉管中以氮气携带BBr3蒸汽的方式对硅基片的一面进行硼扩散，形成P型层，扩散温度为1020℃，所述扩散时间为90min，扩散方阻为65Ω；
（3）对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗：采用混酸溶液对硅基片进行下表面和边缘的刻蚀，去除边结和背结，然后再选用质量浓度为8%的HF溶液对硅基片进行清洗，清洗时间为80s，去除正面的硼硅玻璃层；
（4）对硅基片背面进行磷扩散：对硅基片背面进行磷源旋涂，所述磷源用量为0.6ml/片，旋涂转速为1000r/min，旋转时间为5s，然后进行150℃烘干；然后将带有磷源的硅基片放入炉管中进行扩散，扩散温度为800℃，扩散时间为70min，氧气流量1200SCCM，扩散方阻为50Ω；
（5）对硅基片进行去磷硅玻璃清洗：将上述得到的硅基片浸入质量浓度为4%的HF溶液中进行清洗，酸洗时间为180s，HF溶液温度为20℃；
（6）在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层：在硅基片正面用PECVD的方式沉积一层SiO2层，然后再沉积一层SiNX减反射层；在硅基片背面采用PECVD的方式沉积一层SiNX减反射层；硅基片正面的SiO2层的厚度为4nm，SiNX层的厚度为80nm，硅基片背面的SiNX层的厚度为75nm。
（7）制备电池的正极和负极：采用丝网印刷的方法在硅基片的上表面和下表面印刷银铝浆，形成电池的正极和负极；然后在900℃的温度下，在烧结炉中进行烧结，即完成了Ｎ型双面电池的制作。
混酸溶液由质量浓度为8%的盐酸和质量浓度为6%的氢氟酸混合而成，盐酸与氢氟酸的混合体积比为1.8：1，清洗时间为180s，HF溶液的温度为25℃。
实施例3
一种N型双面电池的制作方法，经过对N型单晶硅基片进行前工序处理、对硅基片表面进行硼扩散、对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗、对硅基片背面进行磷扩散、对硅基片进行去磷硅玻璃清洗、在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层、制备电池的正极和负极步骤，完成N型双面电池的制作；具体步骤如下：
（1）对N型单晶硅基片进行前工序处理：取电阻率为2Ω·cm的N型单晶硅基片，利用双氧水和氢氧化钠混合溶液对硅基片表面进行清洗；然后利用质量浓度为2%氢氧化钠溶液，在82℃下进行制绒腐蚀，在硅基片的正面和背面表面制备出陷光结构，陷光结构为金字塔形状，然后再用混酸溶液进行表面清洗；双氧水的质量浓度为5%，氢氧化钠的质量浓度为0.4%，清洗时间为50s，清洗温度为60℃。
（2）对硅基片表面进行硼扩散：在炉管中以氮气携带BBr3蒸汽的方式对硅基片的一面进行硼扩散，形成P型层，扩散温度为950℃，扩散时间为120min，扩散方阻为80Ω；
（3）对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗：采用混酸溶液对硅基片进行下表面和边缘的刻蚀，去除边结和背结，然后再选用质量浓度为4%的HF溶液对硅基片进行清洗，清洗时间为150s，去除正面的硼硅玻璃层；
（4）对硅基片背面进行磷扩散：对硅基片背面进行磷源旋涂，所述磷源用量为1.1ml/片，旋涂转速为3000r/min，旋转时间为3s，然后进行250℃烘干；然后将带有磷源的硅基片放入炉管中进行扩散，所述扩散温度为860℃，所述扩散时间为50min，氧气流量900SCCM，扩散方阻为30Ω；
（5）对硅基片进行去磷硅玻璃清洗：将上述得到的硅基片浸入质量浓度为6%的HF溶液中进行清洗，酸洗时间为120s，HF溶液温度为30℃；
（6）在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层：在硅基片正面用PECVD的方式沉积一层SiO2层，然后再沉积一层SiNX减反射层；在硅基片背面采用PECVD的方式沉积一层SiNX减反射层；硅基片正面的SiO2层的厚度为5nm，SiNX层的厚度为83nm，硅基片背面的SiNX层的厚度为85nm。
（7）制备电池的正极和负极：采用丝网印刷的方法在硅基片的上表面和下表面印刷银铝浆，形成电池的正极和负极；然后在950℃的温度下，在烧结炉中进行烧结，即完成了Ｎ型双面电池的制作。
混酸溶液由质量浓度为6%的盐酸和质量浓度为4%的氢氟酸混合而成，所述盐酸与氢氟酸的混合体积比为2：1，所述清洗时间为90s，所述HF溶液的温度为28℃。
本发明的磷扩散过程通过通入大流量氧气，使硅基片的正面和边缘迅速生成一层氧化层，既可以起到掩膜的作用，又可以在后续的酸洗过程中去除这层氧化层，达到减少扩散“死层”的目的，增加电池的开路电压和短路电流。
本发明的磷扩散方式处理后的硅基片背面方阻均匀性好，在非扩散面不会沾染到磷源，不会在边缘形成N+层，因此后期不需要额外的刻蚀步骤去除，不需要退火处理，有效简化了生产过程。
本发明的硼扩散至磷扩散的工艺过程，操作简单，步骤少，可以最大程度使用常规设备来生产，同时减少了对硅基片的损伤和污染，有利于电池效率的提升，因此可以明显降低生产成本，有利于N型电池的大规模工业生产。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (4)
1.一种N型双面电池的制作方法，其特征在于：经过对N型单晶硅基片进行前工序处理、对硅基片表面进行硼扩散、对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗、对硅基片背面进行磷扩散、对硅基片进行去磷硅玻璃清洗、在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层、制备电池的正极和负极步骤，完成N型双面电池的制作；具体步骤如下：
（1）对N型单晶硅基片进行前工序处理：取电阻率为0.5-2Ω·cm的N型单晶硅基片，利用双氧水和氢氧化钠混合溶液对硅基片表面进行清洗；然后利用质量浓度为1-5%氢氧化钠溶液，在65-90℃下进行制绒腐蚀，在硅基片的正面和背面表面制备出陷光结构，所述陷光结构为金字塔形状，然后再用混酸溶液进行表面清洗；
（2）对硅基片表面进行硼扩散：在炉管中以氮气携带BBr3蒸汽的方式对硅基片的一面进行硼扩散，形成P型层，所述扩散温度为900-1100℃，所述扩散时间为50-120min，所述扩散方阻为60-110Ω；
（3）对硅基片进行湿法刻蚀和去硼硅玻璃清洗：采用混酸溶液对硅基片进行下表面和边缘的刻蚀，去除边结和背结，然后再选用质量浓度为3-10%的HF溶液对硅基片进行清洗，清洗时间为20-250s，去除正面的硼硅玻璃层；
（4）对硅基片背面进行磷扩散：对硅基片背面进行磷源旋涂，所述磷源用量为0.3-1.5ml/片，所述旋涂转速为1000-4000r/min，旋转时间为3-15s，然后进行80-300℃烘干；然后将带有磷源的硅基片放入炉管中进行扩散，所述扩散温度为800-920℃，所述扩散时间为30-120min，所述氧气流量400-2000SCCM，所述扩散方阻为30-80Ω；
（5）对硅基片进行去磷硅玻璃清洗：将上述得到的硅基片浸入质量浓度为3-10%的HF溶液中进行清洗，酸洗时间为20-250s，所述HF溶液温度为15-40℃；
（6）在硅基片正面和背面生长钝化层和沉积减反射层：在硅基片正面用PECVD的方式沉积一层SiO2层，然后再沉积一层SiNX减反射层；在硅基片背面采用PECVD的方式沉积一层SiNX减反射层；
（7）制备电池的正极和负极：采用丝网印刷的方法在硅基片的上表面和下表面印刷银铝浆，形成电池的正极和负极；然后在840-960℃的温度下，在烧结炉中进行烧结，即完成了Ｎ型双面电池的制作。
2.根据权利要求１所述的一种N型双面电池的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中的双氧水的质量浓度为1-6%，所述氢氧化钠的质量浓度为0.1-0.8%，所述清洗时间为20-300s，清洗温度为30-65℃。
3.根据权利要求１所述的一种N型双面电池的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中的混酸溶液由质量浓度为5-15%的盐酸和质量浓度为3-10%的氢氟酸混合而成，所述盐酸与氢氟酸的混合体积比为1.5-3.5：1，所述清洗时间为20-200s，所述HF溶液的温度为15-40℃。
4.根据权利要求1所述的一种N型双面电池的制作方法，其特征在于：所述步骤（6）中的硅基片正面的SiO2层的厚度为1-8nm，所述SiNX层的厚度为65-85nm，所述硅基片背面的SiNX层的厚度为65-90nm。
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