CN107293606A - P型ibc电池结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种P型IBC电池结构及其制作方法，在P型IBC电池制作过程中，使用P型单晶硅衬底，直接形成N+掺杂层，而在电极制作过程中，烧结形成金属电极时，同时形成P+层，无需现有技术中制作N型IBC电池过程中的B扩散工艺，避免了多次掩膜及清洗等工序，大大降低了IBC电池工艺流程的复杂度，可以兼容传统晶体硅生产线，制备工艺简单，相对投资成本低，具有极大的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种P型IBC电池结构及其制作方法。
背景技术
IBC(Interdigitated back contact)电池，也即背接触型太阳能电池从结构上打破传统晶体硅电池的结构限制，为提高电池转换效率提供较大空间。
现有技术中IBC太阳能电池的衬底通常N型硅衬底，常规制作工艺为：去损伤层及制绒—双面扩散形成N+层—刻蚀并去PSG—淀积或印刷形成掩膜—腐蚀形成P+掺杂区—扩散形成P+掺杂层—形成正面钝化层和减反射层—背面掩膜形成N+表面钝化层—背面掩膜形成P+表面钝化层—背面形成增反射层—刻蚀形成电极接触图形—印刷电极—烧结。
以上仅是制作N型IBC电池的主要步骤，而在实际生产过程中，N型IBC电池的制作涉及到非常多的技术细节及相应的操作，使得N型IBC电池生产工艺复杂，成本高昂，影响了IBC电池的推广。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种P型IBC电池结构及其制作方法，以解决现有技术中N型IBC制作工艺复杂、成本高昂，对IBC电池的推广造成影响的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种P型IBC电池结构的制作方法，包括：
提供P型单晶硅衬底；
在所述P型单晶硅衬底的正面制绒；
在所述P型单晶硅衬底的背面形成N+掺杂层；
在所述P型单晶硅衬底的正面蒸镀减反膜；
在所述P型单晶硅衬底的背面蒸镀钝化层；
在所述P型单晶硅衬底的背面制作电极开口；
在所述电极开口处制作金属电极，烧结形成P+层和金属电极。
优选地，具体包括：
提供P型单晶硅衬底；
在所述P型单晶硅衬底的正面制绒；
在所述P型单晶硅衬底的背面进行磷掺杂，形成N+掺杂层；
在所述N+掺杂层背离所述P型单晶硅衬底的表面形成背面掩膜板；
在所述N+掺杂层上形成开口；
清洗所述开口，去损伤；
去除所述P型单晶硅衬底正面的磷硅玻璃；
对所述P型单晶硅衬底正面进行反应离子刻蚀和去损伤刻蚀；
去除所述背面掩膜板；
在所述P型单晶硅衬底的正面蒸镀减反膜；
在所述P型单晶硅衬底的背面蒸镀钝化层；
在所述P型单晶硅衬底的背面制作电极开口；
在所述电极开口处制作金属电极，烧结形成P+层和金属电极。
优选地，在所述电极开口处制作金属电极，烧结形成P+层和金属电极，具体包括：
在所述电极开口处印刷铝浆，在所述电极开口之外的区域印刷银浆；
对所述铝浆和所述银浆进行烧结，所述电极开口处对应的P型单晶硅衬底内形成P+层铝背面电场和铝电极，所述银浆对应区域形成银电极，所述银电极与所述N+掺杂层电连接。
优选地，所述在所述正面制绒，具体包括：
将所述P型单晶硅片置于质量分数为1.3％-1.6％的制绒液中20min-30min进行制绒。
优选地，所述在所述P型单晶硅衬底的背面进行磷掺杂，形成N+掺杂层，具体包括：
提供石英舟；
将所述P型单晶硅片的正面相靠置于所述石英舟上；
在780℃-800℃磷环境下扩散20min-30min；
在810℃-830℃温度下推进10-20min，形成N+掺杂层；
其中，所述N+掺杂层的方阻范围为：80Ω/□-90Ω/□，包括端点值。
优选地，所述在所述N+掺杂层上形成开口和所述在所述背面制作电极开口，均采用激光进行开模，形成所述开口和所述电极开口。
本发明还提供一种P型IBC电池结构，采用上面任意一项所述的制作方法制作形成，所述P型IBC电池结构包括：
P型单晶硅衬底，所述P型单晶硅衬底包括相对设置的正面和背面；
位于所述P型单晶硅衬底正面的绒面结构；
覆盖所述绒面结构的减反膜；
位于所述P型单晶硅衬底背面的N+掺杂层，所述N+掺杂层上包括开口；
覆盖所述N+掺杂层的钝化层；
位于所述开口内，形成在所述P型单晶硅衬底内的背面电场；
位于所述背面电场对应区域，且凸出于所述N+掺杂层的第一电极；
位于所述开口外，与所述N+掺杂层电连接的第二电极。
优选地，所述第一电极为铝电极，所述第二电极为银电极。
优选地，所述减反膜为氧化铝和氮化硅的叠层结构。
优选地，所述绒面结构为黑硅绒面结构。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的P型IBC电池结构及其制作方法，在P型IBC电池制作过程中，使用P型单晶硅衬底，直接形成N+掺杂层，而在电极制作过程中，烧结形成金属电极时，同时形成P+层，无需现有技术中制作N型IBC电池过程中的B扩散工艺，避免了多次掩膜及清洗等工序，大大降低了IBC电池工艺流程的复杂度，可以兼容传统晶体硅生产线，制备工艺简单，相对投资成本低，具有极大的市场竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种P型IBC电池结构的制作方法流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种P型IBC电池结构的制作方法流程图；
图3A-图3F为本发明实施例提供的P型IBC电池结构工艺步骤图。
具体实施方式
正如背景技术部分所言，现有技术中N型IBC电池的制作涉及到非常多的技术细节及相应的操作，使得N型IBC电池生产工艺复杂，成本高昂，影响了IBC电池的推广。
基于此，本发明提供一种P型IBC电池结构的制作方法，包括：
提供P型单晶硅衬底；
在所述P型单晶硅衬底的正面制绒；
在所述P型单晶硅衬底的背面形成N+掺杂层；
在所述P型单晶硅衬底的正面蒸镀减反膜；
在所述P型单晶硅衬底的背面蒸镀钝化层；
在所述P型单晶硅衬底的背面制作电极开口；
在所述电极开口处制作金属电极，烧结形成P+层和金属电极。
本发明提供的P型IBC电池结构及其制作方法，在P型IBC电池制作过程中，使用P型单晶硅衬底，直接形成N+掺杂层，而在电极制作过程中，烧结形成金属电极时，同时形成P+层，无需现有技术中制作N型IBC电池过程中的B扩散工艺，避免了多次掩膜及清洗等工序，大大降低了IBC电池工艺流程的复杂度，可以兼容传统晶体硅生产线，制备工艺简单，相对投资成本低，具有极大的市场竞争力。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种P型IBC电池结构的制作方法流程图，所述P型IBC电池结构的制作方法，包括：
S1：提供P型单晶硅衬底；
S2：在所述P型单晶硅衬底的正面制绒；
S3：在所述P型单晶硅衬底的背面形成N+掺杂层；
S4：在所述P型单晶硅衬底的正面蒸镀减反膜；
S5：在所述P型单晶硅衬底的背面蒸镀钝化层；
S6：在所述P型单晶硅衬底的背面制作电极开口；
S7：在所述电极开口处制作金属电极，烧结形成P+层和金属电极。
需要说明的是，以上只是P型IBC电池结构的主要步骤，在本发明实施例中，详细的P型IBC电池结构的制作方法，请参见图2、图3A-3F，图2为本发明实施例提供的另一种P型IBC电池结构的制作方法流程图，图3A-图3F为本发明实施例提供的P型IBC电池结构工艺步骤图。
如图2所示，P型IBC电池结构的制作方法具体包括：
S21：提供P型单晶硅衬底；
S22：在所述P型单晶硅衬底的正面制绒；
请参见图3A所示，在P型单晶硅衬底11的正面制绒，形成绒面结构12。
本实施例中，在所述P型单晶硅衬底的正面制绒具体包括：将所述P型单晶硅片置于NaOH的质量分数为1.3％-1.6％的制绒液中20min-30min进行制绒。本实施例中所述制绒液的温度优选为70℃-80℃；所述制绒液包括质量分数为1.3％-1.6％的NaOH、体积分数为2.5％-3.5％的IPA(异丙醇)和体积分数为0.15％-0.25％的添加剂。
S23：在所述P型单晶硅衬底的背面进行磷掺杂，形成N+掺杂层；
请参见图3B，在P型单晶硅衬底的背面进行磷掺杂，形成N+掺杂层13。
本实施例中，在所述P型单晶硅衬底的背面进行磷掺杂，形成N+掺杂层，具体包括：提供石英舟；将所述P型单晶硅片的正面相靠置于所述石英舟上；在780℃-800℃磷环境下扩散20min-30min；在810℃-830℃温度下推进10-20min，形成N+掺杂层；其中，所述N+掺杂层的方阻范围为：80Ω/□-90Ω/□，包括端点值。其中，所述P型单晶硅片的正面相靠置于所述石英舟上具体是指，所述P型单晶硅片的正面朝向所述石英舟，以使磷掺杂能够在P型单晶硅片的背面进行掺杂。避免P型单晶硅片的正面形成较多的磷硅玻璃，造成后续去除磷硅玻璃的工艺时间较长。
S24：在所述N+掺杂层背离所述P型单晶硅衬底的表面形成背面掩膜板；
请参见图3C，在N+掺杂层背离所述P型单晶硅衬底的表面形成背面掩膜板14。
本实施例中可选的，所述背面掩膜板的材质可以为氮氧化硅，具体的，在所述N+掺杂层背离所述P型单晶硅衬底的表面沉积80nm-100nm的氮氧化硅掩膜，形成背面掩膜板。所述背面掩膜板用于在后续清洗开口去除激光损伤时或正面去磷硅玻璃时，对所述N+掺杂层的非开口区域进行保护，以免在去除损伤过程中，对所述N+掺杂层的非开口区域造成损伤。
S25：在所述N+掺杂层上形成开口；
请参见图3D，N+掺杂层上形成开口13A。
本实施例中不限定形成开口的具体方式，可选的，采用激光开模方式形成所述开口。具体的，在将印刷铝栅线(也即后续的铝电极)的位置进行激光开模，形成开口。
需要说明的是，在所述N+掺杂层上形成开口的同时，对背面掩膜板同时进行激光开模，形成开口14A，请见图3D所示。
S26：清洗所述开口，去损伤；
由于激光形成开口，对N+掺杂层的开口造成激光损伤，为避免为后续工艺造成影响，本实施例中采用弱碱对开口进行清洗，去除N+掺杂层开口内的激光损伤，可选的，采用质量分数为1％-1.2％的弱碱洗进行去激光损伤。本实施例中对所述弱碱的材质不做限定，可以根据实际操作进行选择。
S27：去除所述P型单晶硅衬底正面的磷硅玻璃；
由于在背面磷掺杂时，不可避免的在P型单晶硅衬底的正面形成磷硅玻，在P型单晶硅衬底的正面形成减反膜之前，需要对P型单晶硅衬底的正面进行清洁处理，使得减反膜的制作效果更好。本实施例中不限定去除所述P型单晶硅衬底正面的磷硅玻璃的具体方法，可选的，采用质量分数为1％-5％的HF去除磷硅玻璃，需要说明的是，根据质量分数的不同，去除时间不同，如HF的质量分数1％时，去除时间为5min；HF的质量分数5％时，去除时间为1min，具体的HF质量分数与去除时间，可以根据实际操作进行选择。
S28：对所述P型单晶硅衬底正面进行反应离子刻蚀和去损伤刻蚀；
在本步骤中，对P型单晶硅衬底正面进行反应离子刻蚀(RIE)和去损伤刻蚀(DRE)主要目的是在P型单晶硅衬底的正面形成黑硅绒面，并控制黑硅绒面反射率为4％-6％，以增加太阳能电池的吸光率。由于黑硅绒面表面是纳米级小山峰结构，相比于常规制绒的金字塔结构，这种纳米级山峰结构会降低300nm-1100nm波长范围的光反射率，具有更好的陷光效果，从而，短路电流密度更高，增加了太阳能电池对光波的利用率。
而且太阳能电池的正面为黑硅绒面，且正面没有金属电极遮挡的影响，外观较传统电池更美观。
S29：去除所述背面掩膜板；
本实施例中针对不同材质的背面掩膜板可以采用不同的去除方法，可选的，针对背面掩膜板为氮氧化硅掩膜时，可以采用质量分数为10％HF作用5min去除掩膜。
S210：在所述P型单晶硅衬底的正面蒸镀减反膜；
请参见图3E，在P型单晶硅衬底的正面蒸镀减反膜15。减反膜15完全覆盖绒面，因此减反膜15的形状也是绒面结构形状。
本发明不限定所述减反膜的具体材质，为保证具有较高的减反效果，可选的，本实施例中减反膜为氧化铝和氮化硅的叠层结构。具体的，分别采用ALD(原子层沉积，AtomicLayer Deposition)镀10nm三氧化二铝，PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积法)镀110nm氮化硅。需要说明的是，正面镀减反膜还可以不使用ALD及PECVD，可以用maia镀膜来代替。
S211：在所述P型单晶硅衬底的背面蒸镀钝化层；
请参见图3F，钝化层16覆盖N+掺杂层13。
本发明不限定所述钝化层的具体材质，本实施例中可选的，搜书钝化膜为氧化硅和氮化硅的叠层结构，具体的，在N+掺杂层的表面先热氧化形成5nm的SiO2，再PECVD镀80nm，折射率为2.0的氮化硅。
S212：在所述P型单晶硅衬底的背面制作电极开口；
本实施例中所述电极开口为后续要制作金属电极的位置，本实施例中不限定所述电极开口的制作工艺，可选的，与N+掺杂层的开口一样，所述电极开口可以采用激光开模形成。
请继续参考图3F，电极开口包括位于钝化层16的第一电极开口和第二电极开口，第一电极开口与N+掺杂层的开口对应，第二电极开口用于形成第二电极。
S213：在所述电极开口处制作金属电极，烧结形成P+层和金属电极。
请继续参考图3F，需要说明的是，本实施例中不限定金属电极的具体材质，只要能够在烧结过程中，与P型单晶硅衬底形成P+层的金属即可。而正负电极的形成采用不同的材质。具体包括：在所述第一电极开口处印刷铝浆，在所述第二电极开口区域印刷银浆；对所述铝浆和所述银浆进行烧结，所述电极开口处对应的P型单晶硅衬底内形成P+层铝背面电场17和铝电极18，所述银浆对应区域形成银电极19，所述银电极19与所述N+掺杂层13电连接。
本发明提供的P型IBC电池结构及其制作方法，在P型IBC电池制作过程中，使用P型单晶硅衬底，直接形成N+掺杂层，而在电极制作过程中，烧结形成金属电极时，同时形成P+层，无需现有技术中制作N型IBC电池过程中的B扩散工艺，避免了多次掩膜及清洗等工序，大大降低了IBC电池工艺流程的复杂度，可以兼容传统晶体硅生产线，制备工艺简单，相对投资成本低，具有极大的市场竞争力。
本发明的另一实施例提供一种P型IBC电池结构，采用上一实施例中所述的制作方法制作形成，请参见图3F，所述P型IBC电池结构包括：P型单晶硅衬底11，P型单晶硅衬底11包括相对设置的正面和背面；位于P型单晶硅衬底正面的绒面结构；覆盖绒面结构的减反膜12；位于P型单晶硅衬底背面的N+掺杂层13，N+掺杂层13上包括开口；覆盖N+掺杂层的钝化层16；位于开口内，形成在P型单晶硅衬底内的背面电场17；位于背面电场对应区域，且凸出于N+掺杂层13的第一电极18；位于开口外，与N+掺杂层13电连接的第二电极19。
本实施例中不限定所述第一电极和第二电极的具体材质，可选的，所述第一电极18为铝电极，所述第二电极19为银电极。
为了增加减反膜的减反效果，本实施例中所述减反膜优选为氧化铝和氮化硅的叠层结构。
需要说明的是，由于黑硅绒面表面是纳米级小山峰结构，相比于常规制绒的金字塔结构，这种纳米级山峰结构会降低300nm-1100nm波长范围的光反射率，具有更好的陷光效果，从而，短路电流密度更高，增加了太阳能电池对光波的利用率。本实施例中所述绒面结构为黑硅绒面结构。
本发明提供的P型IBC电池结构，在P型IBC电池制作过程中，使用P型单晶硅衬底，直接形成N+掺杂层，而在电极制作过程中，烧结形成金属电极时，同时形成P+层，无需现有技术中制作N型IBC电池过程中的B扩散工艺，避免了多次掩膜及清洗等工序，大大降低了IBC电池工艺流程的复杂度，可以兼容传统晶体硅生产线，制备工艺简单，相对投资成本低，具有极大的市场竞争力。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种P型IBC电池结构的制作方法，其特征在于，包括：
提供P型单晶硅衬底；
在所述P型单晶硅衬底的正面制绒；
在所述P型单晶硅衬底的背面形成N+掺杂层；
在所述P型单晶硅衬底的正面蒸镀减反膜；
在所述P型单晶硅衬底的背面蒸镀钝化层；
在所述P型单晶硅衬底的背面制作电极开口；
在所述电极开口处制作金属电极，烧结形成P+层和金属电极。
2.根据权利要求1所述的P型IBC电池结构的制作方法，其特征在于，具体包括：
提供P型单晶硅衬底；
在所述P型单晶硅衬底的正面制绒；
在所述P型单晶硅衬底的背面进行磷掺杂，形成N+掺杂层；
在所述N+掺杂层背离所述P型单晶硅衬底的表面形成背面掩膜板；
在所述N+掺杂层上形成开口；
清洗所述开口，去损伤；
去除所述P型单晶硅衬底正面的磷硅玻璃；
对所述P型单晶硅衬底正面进行反应离子刻蚀和去损伤刻蚀；
去除所述背面掩膜板；
在所述P型单晶硅衬底的正面蒸镀减反膜；
在所述P型单晶硅衬底的背面蒸镀钝化层；
在所述P型单晶硅衬底的背面制作电极开口；
在所述电极开口处制作金属电极，烧结形成P+层和金属电极。
3.根据权利要求2所述的P型IBC电池结构的制作方法，其特征在于，在所述电极开口处制作金属电极，烧结形成P+层和金属电极，具体包括：
在所述电极开口处印刷铝浆，在所述电极开口之外的区域印刷银浆；
对所述铝浆和所述银浆进行烧结，所述电极开口处对应的P型单晶硅衬底内形成P+层铝背面电场和铝电极，所述银浆对应区域形成银电极，所述银电极与所述N+掺杂层电连接。
4.根据权利要求3所述的P型IBC电池结构的制作方法，其特征在于，所述在所述正面制绒，具体包括：
将所述P型单晶硅片置于质量分数为1.3％-1.6％的制绒液中20min-30min进行制绒。
5.根据权利要求4所述的P型IBC电池结构的制作方法，其特征在于，所述在所述P型单晶硅衬底的背面进行磷掺杂，形成N+掺杂层，具体包括：
提供石英舟；
将所述P型单晶硅片的正面相靠置于所述石英舟上；
在780℃-800℃磷环境下扩散20min-30min；
在810℃-830℃温度下推进10-20min，形成N+掺杂层；
其中，所述N+掺杂层的方阻范围为：80Ω/□-90Ω/□，包括端点值。
6.根据权利要求5所述的P型IBC电池结构的制作方法，其特征在于，所述在所述N+掺杂层上形成开口和所述在所述背面制作电极开口，均采用激光进行开模，形成所述开口和所述电极开口。
7.一种P型IBC电池结构，其特征在于，采用权利要求1-6任意一项所述的制作方法制作形成，所述P型IBC电池结构包括：
P型单晶硅衬底，所述P型单晶硅衬底包括相对设置的正面和背面；
位于所述P型单晶硅衬底正面的绒面结构；
覆盖所述绒面结构的减反膜；
位于所述P型单晶硅衬底背面的N+掺杂层，所述N+掺杂层上包括开口；
覆盖所述N+掺杂层的钝化层；
位于所述开口内，形成在所述P型单晶硅衬底内的背面电场；
位于所述背面电场对应区域，且凸出于所述N+掺杂层的第一电极；
位于所述开口外，与所述N+掺杂层电连接的第二电极。
8.根据权利要求7所述的P型IBC电池结构，其特征在于，所述第一电极为铝电极，所述第二电极为银电极。
9.根据权利要求7所述的P型IBC电池结构，其特征在于，所述减反膜为氧化铝和氮化硅的叠层结构。
10.根据权利要求7所述的P型IBC电池结构，其特征在于，所述绒面结构为黑硅绒面结构。
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