CN107437574A - 一种n型单面电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N型单面电池的制备方法，包括以下步骤：1）对N型硅片制绒；2）依次使用HCl溶液、HF溶液和HPO3溶液清洗；3）配制POCl3混合液；4）在清洗后的硅片背面黏贴氮化硅掩膜，投入POCl3混合液，置于扩散炉，加热；5）冷却，取出磷扩散后的硅片，撕下掩膜；6）湿法刻蚀，在正面镀一层氮化硅减反射膜；7）丝网印刷，完成正面栅线和背面铝背场的烧结。本发明将P型工艺用于制备N型单面电池上，成本低、工艺简单、生产效率低，可大规模生产；并采用新配方的溶液法进行磷扩散，扩散均匀，成本低，效率高，节能环保，光电转化率高。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种N型单面电池的制备方法。
背景技术
在传统晶硅太阳能电池的核心结构为PN结。该PN结的制备方法一般有两种：一种采取在P型硅片基底上进行硼扩散制得，基于该方法得到的太阳能电池可称为P型电池；另一种可采取在N型硅片基底上进行磷扩散制得，该方法得到的电池被称为N型电池。由于N型硅片比P型硅片具有更长的少子寿命，N型电池通常可以制作成双面受光型电池以增加电池的输出功率。但是，制作N型硅片电池需要正表面、背表面都做处理，消耗成本增加；且高温扩散过程中热耗大，质量差，浪费能源。CN 103311376 A公开了一种N型太阳能电池的制作方法，包括：提供N型半导体衬底；在所述N型半导体衬底正表面形成发射极，并采用离子注入工艺在所述N型半导体衬底背表面形成N型重掺杂背场。而P型硅片的少子寿命短，选择性电极虽然有改进，但其工艺繁琐，生产效率低，因而阻碍了P型电池的大规模生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术的缺点，提供一种N型单面电池的制备方法，能够高效、简单、低能耗的大规模生产。
本发明的技术方案是：一种N型单面电池的制备方法，包括以下步骤：
1）对N型硅片制绒；
2）依次使用HCl溶液、HF溶液和HPO3溶液清洗；
3） 配制POCl3混合液，所述POCl3混合液由以下重量百分比组成：POCl3 50~70%，HCl 5~15%，HPO3 10~20%，V2O5 0.5~1%，余量为水；
4）在清洗后的硅片背面黏贴氮化硅掩膜，投入POCl3混合液，置于扩散炉，300~500℃加热30~60min；
5） 冷却，取出磷扩散后的硅片，用1~3mo/L的HF溶液清洗；
6） 用酸性溶液进行湿法刻蚀，在正面镀一层氮化硅减反射膜；
7） 丝网印刷，完成正面栅线和背面铝背场的烧结。
具体地，所述步骤1）中制绒所用溶液由以下重量百分比的组分组成：氢氧化钠5~10%，异丙醇10~15%，氟化硅1~2%，余量为含氨3~5%wt的氨水。氢氧化钠与异丙醇的混合液对单晶硅片进行各项异性腐蚀，在表面形成陷光结构，有效的增强硅片对入射太阳光的吸收率，提高光生电流。传统作用于P型硅片的碱性溶液作用于N型硅片，所掺杂的硼会被腐蚀破坏，而在碱性制绒液体中添加氨水、氟化硅，二者可以起到缓蚀剂的作用，降低氢氧化钠对硅片的快速腐蚀，从而减小硼的损失，有利于下一步的磷扩散。
优选地，所述步骤2)中HCl溶液、HF溶液和HPO3溶液的摩尔浓度分别为5~8 mol/L、5~10 mol/L、6~8 mol/L。HCl溶液除去多余的NaOH，HF溶液除去硅片表面的氧化层，而HPO3溶液则为下一步的磷扩散做了铺垫，有助于加快磷扩散。
优选地，所述步骤3）POCl3混合液由以下重量百分比组成：POCl3 55~65%，HCl 5~10%，HPO3 10~15%，V2O5 0.5~0.8%，余量为水。该工艺放弃传统的气源磷扩散法，改用新配方的溶液法扩散，在反应釜内加热，溶液有效成分渗透到硅片中，不会流失到空气中，可以实现高效率的磷扩散，降低有毒废气的排放，且热损耗减小。V2O5可作催化剂，可催化POCl3生成P2O5并促进P2O5与Si反应生成P，进而实现磷扩散；V2O5能溶于盐酸，生成VO2 +，微量的VO2 +扩散到N型电池的正面，可充当施主正离子，弥补磷原子的不足。
具体地，所述步骤4）中氮化硅掩膜中掺有5~10%质量分数的SiO2。在硅片表面用氮化硅掩膜黏贴起保护作用，以实现单面腐蚀。添加少量SiO2，可有效防止边缘化腐蚀，背面不受影响。
具体地，所述步骤6）中酸性溶液由以下重量百分比的组分组成：HF 50~70%，H2O210~20 %，CH3COOH 5~8%。用HF和 H2O2的混合溶液刻蚀，去除硅片边缘形成的自扩散层，刻蚀效率高，去除后规则整洁；少量 CH3COOH 则可以控制腐蚀速率，降低HF的快速腐蚀。
具体地，所述步骤6）氮化硅掩膜的厚度为60~80nm。
本发明具有以下有益的技术效果：
1）将P型工艺用于制备N型单面电池上，成本低、工艺简单、生产效率低，可大规模生产；
2）采用新配方的溶液法进行磷扩散，扩散均匀，成本低，效率高，节能环保，光电转化率高；
3）在清洗液、刻蚀溶液、掩膜中科学合理地添加了组分，有利于磷扩散及电池的制备。
【具体实施方式】
以下结合具体实施例，对本发明做进一步描述。
以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。
实施例一
一种N型单面电池的制备方法，包括以下步骤：
1)对N型硅片制绒，制绒所用溶液由以下重量百分比的组分组成：氢氧化钠5%，异丙醇10%，氟化硅1%，余量为含氨3%wt的氨水；
2)依次使用摩尔浓度分别为5 mol/L的HCl溶液、5 mol/L的HF溶液和6 mol/L的HPO3溶液清洗；
3)配制POCl3混合液，所述POCl3混合液由以下重量百分比组成：POCl3 50 %，HCl 5 %，HPO3 10 %，V2O5 0.5 %，余量为水；
4)在清洗后的硅片背面黏贴掺有5 %质量分数的SiO2的氮化硅掩膜，投入POCl3混合液，置于扩散炉，300 ℃加热60min；
5)冷却，取出磷扩散后的硅片，用1~3mo/L的HF溶液清洗；
6)用酸性溶液进行湿法刻蚀，在磷扩散层镀一层氮化硅掩膜，所述酸性溶液由以下重量百分比的组分组成：HF 50 %，H2O2 10 %，CH3COOH 5%；
7)丝网印刷，完成正面栅线和背面铝背场的烧结。
实施例二
一种N型单面电池的制备方法，包括以下步骤：
1)对N型硅片制绒，制绒所用溶液由以下重量百分比的组分组成：氢氧化钠10%，异丙醇15%，氟化硅2%，余量为含氨5%wt的氨水；
2) 依次使用摩尔浓度分别为8 mol/L的HCl溶液、10 mol/L的HF溶液和8 mol/L的HPO3溶液清洗；
3)配制POCl3混合液，所述POCl3混合液由以下重量百分比组成：POCl3 70%，HCl 15%，HPO3 20%，V2O51%，余量为水；
4) 在清洗后的硅片背面黏贴掺有 10%质量分数的SiO2的氮化硅掩膜，投入POCl3混合液，置于扩散炉，500℃加热30 min；
5)冷却，取出磷扩散后的硅片，用1~3mo/L的HF溶液清洗；
6) 用酸性溶液进行湿法刻蚀，在磷扩散层镀一层氮化硅掩膜，所述酸性溶液由以下重量百分比的组分组成：HF 70%，H2O2 20 %，CH3COOH 8%；
7)丝网印刷，完成正面栅线和背面铝背场的烧结。
实施例三
一种N型单面电池的制备方法，包括以下步骤：
1) 对N型硅片制绒，制绒所用溶液由以下重量百分比的组分组成：氢氧化钠5%，异丙醇10%，氟化硅1%，余量为含氨4%wt的氨水；
2) 依次使用摩尔浓度分别为6 mol/L的HCl溶液、8 mol/L的HF溶液和7 mol/L的HPO3溶液清洗；
3) 配制POCl3混合液，所述POCl3混合液由以下重量百分比组成：POCl3 60%，HCl 10%，HPO3 15%，V2O5 0.8 %，余量为水；
4)在清洗后的硅片背面黏贴掺有8 %质量分数的SiO2的氮化硅掩膜，投入POCl3混合液，置于扩散炉，400℃加热45min；
5) 冷却，取出磷扩散后的硅片，用1~3mo/L的HF溶液清洗；
6) 用酸性溶液进行湿法刻蚀，在磷扩散层镀一层氮化硅掩膜，所述酸性溶液由以下重量百分比的组分组成：HF 60%，H2O2 15 %，CH3COOH 6%；
7) 丝网印刷，完成正面栅线和背面铝背场的烧结。
实施例四
一种N型单面电池的制备方法，包括以下步骤：
1) 对N型硅片制绒，制绒所用溶液由以下重量百分比的组分组成：氢氧化钠5%，异丙醇10%，氟化硅1%，余量为含氨3%wt的氨水；
2)依次使用摩尔浓度分别为6mol/L的HCl溶液、7 mol/L的HF溶液和7 mol/L的HPO3溶液清洗；
3)配制POCl3混合液，所述POCl3混合液由以下重量百分比组成：POCl3 55%，HCl 5 %，HPO3 10 %，V2O5 0.5 %，余量为水；
4) 在清洗后的硅片背面黏贴掺有5~10 %质量分数的SiO2的氮化硅掩膜，投入POCl3混合液，置于扩散炉，300 ℃加热 60min；
5)冷却，取出磷扩散后的硅片，用1~3mo/L的HF溶液清洗；
6) 用酸性溶液进行湿法刻蚀，在磷扩散层镀一层氮化硅掩膜，所述酸性溶液由以下重量百分比的组分组成：HF 50%，H2O2 10 %，CH3COOH 5 %；
7) 丝网印刷，完成正面栅线和背面铝背场的烧结。
实施例五
一种N型单面电池的制备方法，包括以下步骤：
1) 对N型硅片制绒，制绒所用溶液由以下重量百分比的组分组成：氢氧化钠10%，异丙醇15 %，氟化硅2 %，余量为含氨5%wt的氨水；
2) 依次使用摩尔浓度分别为8 mol/L的HCl溶液、10 mol/L的HF溶液和8 mol/L的HPO3溶液清洗；
3)配制POCl3混合液，所述POCl3混合液由以下重量百分比组成：POCl3 65 %，HCl 10 %，HPO3 15 %，V2O5 0.8 %，余量为水；
4)在清洗后的硅片背面黏贴掺有8 %质量分数的SiO2的氮化硅掩膜，投入POCl3混合液，置于扩散炉，400℃加热50min；
5)冷却，取出磷扩散后的硅片，用1~3mo/L的HF溶液清洗；
6)用酸性溶液进行湿法刻蚀，在磷扩散层镀一层氮化硅掩膜，所述酸性溶液由以下重量百分比的组分组成：HF 70%，H2O2 20 %，CH3COOH 8%；
7)丝网印刷，完成正面栅线和背面铝背场的烧结。
对比例一
将实施例五的步骤1）中的N型硅片换为P型硅片，其他步骤相同。即
一种用P型工艺制备P型单面电池的方法，包括以下步骤：
1)对P型硅片制绒，制绒所用溶液由以下重量百分比的组分组成：氢氧化钠10%，异丙醇15 %，氟化硅2 %，余量为含氨5%wt的氨水；
2)依次使用摩尔浓度分别为8 mol/L的HCl溶液、10 mol/L的HF溶液和8 mol/L的HPO3溶液清洗；
3)配制POCl3混合液，所述POCl3混合液由以下重量百分比组成：POCl3 65 %，HCl 10 %，HPO3 15 %，V2O5 0.8 %，余量为水；
4)在清洗后的硅片背面黏贴掺有8 %质量分数的SiO2的氮化硅掩膜，投入POCl3混合液，置于扩散炉，400℃加热50min；
5) 冷却，取出磷扩散后的硅片，用1~3mo/L的HF溶液清洗；
6)用酸性溶液进行湿法刻蚀，在磷扩散层镀一层氮化硅掩膜，所述酸性溶液由以下重量百分比的组分组成：HF 70%，H2O2 20 %，CH3COOH 8%；
7) 丝网印刷，完成正面栅线和背面铝背场的烧结。
对比例二
使用传统的N型工艺制备N型双面电池，即
一种制备N型双面电池的方法，包括以下步骤：
1) 对N型硅片制绒，制绒所用溶液由以下重量百分比的组分组成：氢氧化钠10%，异丙醇15 %，氟化硅2 %，余量为含氨5%wt的氨水；
2)依次使用摩尔浓度分别为8 mol/L的HCl溶液、10 mol/L的HF溶液清洗；
3)正面硼扩散，置于扩散炉，900~1000℃通入BBr3混合物30~60min；所述BBr3混合物由以下重量百分比的组分组成：O2 15~30%、BBr3 40~60%、余量为N2；所述BBr3由N2作为载气鼓泡进入扩散炉；
4)在硼扩散层镀一层氮化硅，背面磷扩散，置于扩散炉，300~500℃通入POCl3混合物30~60min；所述POCl3混合物由以下重量百分比的组分组成：O2 15~30%、POCl3 40~60%、余量为N2；所述POCl3由N2作为载气鼓泡进入扩散炉；
5)刻蚀，用HF清洗，用氧化的方法对硼扩散表面钝化处理，再在硅片正面、背面进行镀膜。
表1 ：实施例五、对比例一、对比例二的电池参数比较
| 转换效率（%） | 硅片成本 | |
| 实施例五 | 20.3 | 1元/片（8寸） |
| 对比例一 | 17.2 | 1元/片（8寸） |
| 对比例二 | 19.4 | 2.5元/片（8寸） |
从上表可以看出，采用P型工艺制备的N型硅片单面电池不仅成本低，而且转换效率高，可以高效、简单、低能耗地实现大规模生产。
Claims (7)
1.一种N型单面电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对N型硅片制绒；
2）依次使用HCl溶液、HF溶液和HPO3溶液清洗；
3）配制POCl3混合液，所述POCl3混合液由以下重量百分比组成：POCl3 50~70%，HCl 5~15%，HPO3 10~20%，V2O5 0.5~1%，余量为水；
4）在清洗后的硅片背面黏贴氮化硅掩膜，投入POCl3混合液，置于扩散炉，300~500℃加热30~60min；
5）冷却，取出磷扩散后的硅片，用1~3mo/L的HF溶液清洗；
6）用酸性溶液进行湿法刻蚀，在正面镀一层氮化硅减反射膜；
丝网印刷，完成正面栅线和背面铝背场的烧结。
2.根据权利要求1所述的一种N型单面电池的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中制绒所用溶液由以下重量百分比的组分组成：氢氧化钠5~10%，异丙醇10~15%，氟化硅1~2%，余量为含氨3~5%wt的氨水。
3.根据权利要求1所述的一种N型单面电池的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中HCl溶液、HF溶液和HPO3溶液的摩尔浓度分别为5~8 mol/L、5~10 mol/L、6~8 mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种N型单面电池的制备方法，其特征在于，所述步骤3）POCl3混合液由以下重量百分比组成：POCl3 55~65%，HCl 5~10%，HPO3 10~15%，V2O5 0.5~0.8%，余量为水。
5.根据权利要求1所述的一种N型单面电池的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中氮化硅掩膜中掺有5~10%质量分数的SiO2。
6.根据权利要求1所述的一种N型单面电池的制备方法，其特征在于，所述步骤6）中酸性溶液由以下重量百分比的组分组成：HF 50~70%，H2O2 10~20 %，CH3COOH 5~8%。
7.根据权利要求1所述的一种N型单面电池的制备方法，其特征在于，所述步骤6）氮化硅减反射膜的厚度为60~80 nm。
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