CN107452837A - 一种电池片背部钝化工艺 - Google Patents
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Abstract
一种电池片背部钝化工艺，包括以下步骤：扩散、抛光清洗、背部钝化沉积、激光处理和印刷烧结，其中，印刷烧结时使用的氧化铝溶胶成分包含金属铝粉、PbO‑B2O3‑SiO2铅系玻璃粉末、邻苯二甲酸酯类和硅烷偶联剂。在本发明中我们提供了一种电池片背部钝化工艺，形成一种新的背电极和背电场结构；在电池背部沉积氧化铝后退火并控制温度和时间，使样品中的固定负电荷密度提高，改善了Al2O3膜与晶体硅接触的界面质量，降低了界面缺陷态密度；同时在铝浆中添加硅烷偶联剂可以有效降低邻苯二甲酸酯类的表面张力，减小铝浆的接触电阻。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池硅片制造领域，具体涉及一种电池片背部钝化工艺。
背景技术
太阳能电池薄片化发展必然需要优异的表面钝化，以降低少数载流子的表面复合速率(SRV)，提高太阳能电池的短路电流和开路电压，进而使光电转换效率。提高硅太阳能电池背面钝化技术是目前光伏电池高效化的有效手段。局域化背电场结构中Al掺杂只存在于局部区域，其他区域被钝化膜覆盖，一方面既保证了有效的背场效果，另一方面降低了载流子复合，可以大幅度提高太阳能电池的效率。
专利CN201210520388.9提供了一种背钝化电池的制备方法，先将P型单晶硅片清洗制绒；再进行P扩散；然后用腐蚀溶液将硅片背面腐蚀抛光；再分别用HF溶液清洗硅片正面，按RCA方法清洗硅片背面；接着在电池背面按顺序沉积非晶硅，氧化铝以及氮化硅，在硅片正面沉积氮化硅；利用激光或者腐蚀浆料在硅片背面将沉积的薄膜层局部去除；最后印刷电极并烧结；背面沉积了非晶硅，氧化铝以及氮化硅三层，工艺较复杂，本发明中层叠氧化铝和氮化硅，同样也能达到很好的效果。
专利CN201310053994.9提供了一种晶体硅太阳能背电极用导电铝浆及制备方法，其中导电铝浆成分包括铝粉、有机载体、玻璃粉、硅烷偶联剂、硬脂酸锌，有机载体是丙烯酸树脂溶解于苯甲醇中，而本发明中使用邻苯二甲酸酯类和硅烷偶联剂共同作用，形成了界面结构，提高铝粉颗粒的附着强度。
在本发明中我们提供了一种电池片背部钝化工艺，形成一种新的背电极和背电场结构；在电池背部沉积氧化铝后在温度为350-400℃退火，相对于其沉积态提高了少子寿命，使样品中的固定负电荷密度提高，改善了Al2O3膜与晶体硅接触的界面质量，降低了界面缺陷态密度；在铝浆中添加硅烷偶联剂可以有效降低邻苯二甲酸酯类的表面张力，减小铝浆的接触电阻。
发明内容
在本发明中我们提供了一种电池片背部钝化工艺，在电池背部沉积氧化铝后控制退火温度和时间，使样品中的固定负电荷密度提高，改善了Al2O3膜与晶体硅接触的界面质量，降低了界面缺陷态密度；在铝浆中添加硅烷偶联剂可以有效降低邻苯二甲酸酯类的表面张力，减小铝浆的接触电阻。
为了达到上述目的，本发明提供了一种电池片背部钝化工艺，包括以下步骤：
1)扩散：将制绒后的P型单晶硅进行P扩散，扩散温度为890-910℃，方阻为70-100Ω/cm；
2)抛光清洗：利用抛光酸腐蚀溶液或者碱腐蚀溶液将硅片背面腐蚀并进行抛光，用5-10％的HF溶液清洗硅片5-8min，去除正面的磷硅玻璃，用主要成分为H2O2和NH3.H2O的混合溶液清洗硅片背面，控制温度为90-100℃；
3)背部钝化沉积：在硅片背面利用PECVD沉积氧化铝，沉积薄膜厚度为30nm-60nm，在温度为350-400℃时退火，退火时间为5-6min；控制沉积氮化硅时的温度为450-500℃、NH3/SiH4气流比为6-12:1、气体总流量为3500-4500sccm，在硅片背面沉积薄膜厚度为75-90nm，正面沉积氮化硅薄膜厚度为60-80nm；
4)激光处理：利用激光局部去除硅片背面沉积的薄膜层，形成若干薄膜开孔；用5-10％的HF溶液清洗硅片背面5-8min，去除背面的激光损伤层；
5)印刷烧结：通过丝网印刷将氧化铝溶胶涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层，在160-180℃干燥10min，接着在560-600℃的温度下烧结，基材上形成具有该预定图案的钝化层；
其中，氧化铝溶胶成分包含以下重量份材料：金属铝粉43-50份，PbO-B2O3-SiO2铅系玻璃粉末30-46份，邻苯二甲酸酯类10-12份，硅烷偶联剂6-10份。
优选地，所述P型单晶硅电阻掺杂浓度为0.2-10Ω·cm。
优选地，所述抛光腐蚀溶液为KOH溶液。
优选地，所述铝粉的中心粒径为5μm，玻璃粉的中心粒径为1.3μm。
本发明的有益效果是：
1.本发明在硅片背面利用等离子体增强型气相化学沉积方法沉积氧化铝后退火，控制退火时间和温度，使样品中的固定负电荷密度提高，高密度的固定负电荷一方面使n型晶体硅表面的少子由空穴转变为电子，另一方面屏蔽电子使其远离晶体硅表面从而降低了表面复合，场效应钝化效果明显。此外，退火也改善了Al2O3膜与晶体硅接触的界面质量，降低了界面缺陷态密度，研究表明硅表面沉积Al2O3薄膜后会在Al2O3与Si界面产生一层SiO2，而退火使这层SiO2增厚，从而使表面缺陷态密度降低，提高化学钝化水平。
2.在铝浆中添加硅烷偶联剂可以有效降低邻苯二甲酸酯类的表面张力，进而形成了邻苯二甲酸酯类有机载体-硅烷偶联剂-铝粉颗粒的界面结构，提高铝粉颗粒的附着强度，使铝粉颗粒更加均匀稳定地分散在有机载体形成的三维空间网状结构中。在烧结过程中，随着有机载体逐渐挥发，均匀稳定分布的铝粉颗粒更容易紧密连接，形成结构致密的铝膜，提高了铝膜硬度，而且均匀稳定分布的铝粉颗粒也更容易和硅片充分接触，改善其附着强度，降低铝电极与硅片之间接触电阻。同时，加入的硅烷偶联剂还可以减小铝浆的接触电阻。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。
实施例1：
1)扩散：使用碱制绒法制绒，将制绒后的电阻掺杂浓度为10Ω·cmP型单晶硅进行P扩散，扩散温度为890℃，方阻为70Ω/cm；
2)抛光清洗：利用浓度为1％的氢氧化钠或者碱腐蚀溶液将硅片背面腐蚀并进行抛光，用5％的HF溶液清洗硅片8min，去除正面的磷硅玻璃，用主要成分为H2O2和NH3.H2O的混合溶液清洗硅片背面，控制温度为90℃；
3)背部钝化沉积：在硅片背面利用PECVD沉积氧化铝，沉积薄膜厚度为60nm，在温度为400℃时退火，退火时间为5min；控制沉积氮化硅时的温度为500℃、NH3/SiH4气流比为12:1、气体总流量为4500sccm，在硅片背面沉积薄膜厚度为90nm，正面沉积氮化硅薄膜厚度为80nm；
4)激光处理：利用激光局部去除硅片背面沉积的薄膜层，形成若干薄膜开孔；用5％的HF溶液清洗硅片背面8min，去除背面的激光损伤层；
5)印刷烧结：通过丝网印刷将氧化铝溶胶涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层，在180℃干燥10min，接着在560℃的温度下烧结，基材上形成具有该预定图案的钝化层；
其中，氧化铝溶胶成分包含以下重量份材料：中心粒径为5μm的金属铝粉50份，中心粒径为1.3μm的PbO-B2O3-SiO2铅系玻璃粉末46份，邻苯二甲酸酯类12份，硅烷偶联剂10份。
实施例2：
1)扩散：使用碱制绒法制绒，将制绒后的电阻掺杂浓度为10Ω·cmP型单晶硅进行P扩散，扩散温度为890℃，方阻为70Ω/cm；
2)抛光清洗：利用浓度为1％的氢氧化钠或者碱腐蚀溶液将硅片背面腐蚀并进行抛光，用5％的HF溶液清洗硅片8min，去除正面的磷硅玻璃，用主要成分为H2O2和NH3.H2O的混合溶液清洗硅片背面，控制温度为90℃；
3)背部钝化沉积：在硅片背面利用PECVD沉积氧化铝，沉积薄膜厚度为60nm，在温度为350℃时退火，退火时间为6min；控制沉积氮化硅时的温度为500℃、NH3/SiH4气流比为12:1、气体总流量为4500sccm，在硅片背面沉积薄膜厚度为90nm，正面沉积氮化硅薄膜厚度为80nm；
4)激光处理：利用激光局部去除硅片背面沉积的薄膜层，形成若干薄膜开孔；用5％的HF溶液清洗硅片背面8min，去除背面的激光损伤层；
5)印刷烧结：通过丝网印刷将氧化铝溶胶涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层，在180℃干燥10min，接着在560℃的温度下烧结，基材上形成具有该预定图案的钝化层；
其中，氧化铝溶胶成分包含以下重量份材料：中心粒径为5μm的金属铝粉50份，中心粒径为1.3μm的PbO-B2O3-SiO2铅系玻璃粉末46份，邻苯二甲酸酯类12份，硅烷偶联剂10份。
相对于实施例1，实施例2中退火温度为350℃，时间为6min。
对比例1：
1)扩散：使用碱制绒法制绒，将制绒后的电阻掺杂浓度为10Ω·cmP型单晶硅进行P扩散，扩散温度为890℃，方阻为70Ω/cm；
2)抛光清洗：利用浓度为1％的氢氧化钠或者碱腐蚀溶液将硅片背面腐蚀并进行抛光，用5％的HF溶液清洗硅片8min，去除正面的磷硅玻璃，用主要成分为H2O2和NH3.H2O的混合溶液清洗硅片背面，控制温度为90℃；
3)背部钝化沉积：在硅片背面利用PECVD沉积氧化铝，沉积薄膜厚度为60nm，在温度为300℃时退火，退火时间为6min；控制沉积氮化硅时的温度为500℃、NH3/SiH4气流比为12:1、气体总流量为4500sccm，在硅片背面沉积薄膜厚度为90nm，正面沉积氮化硅薄膜厚度为80nm；
4)激光处理：利用激光局部去除硅片背面沉积的薄膜层，形成若干薄膜开孔；用5％的HF溶液清洗硅片背面8min，去除背面的激光损伤层；
5)印刷烧结：通过丝网印刷将氧化铝溶胶涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层，在180℃干燥10min，接着在560℃的温度下烧结，基材上形成具有该预定图案的钝化层；
其中，氧化铝溶胶成分包含以下重量份材料：中心粒径为5μm的金属铝粉50份，中心粒径为1.3μm的PbO-B2O3-SiO2铅系玻璃粉末46份，邻苯二甲酸酯类12份，硅烷偶联剂10份。
相对于实施例1，对比例1中退火温度为300℃，时间为6min。
对比例2：
1)扩散：使用碱制绒法制绒，将制绒后的电阻掺杂浓度为10Ω·cmP型单晶硅进行P扩散，扩散温度为890℃，方阻为70Ω/cm；
2)抛光清洗：利用浓度为1％的氢氧化钠或者碱腐蚀溶液将硅片背面腐蚀并进行抛光，用5％的HF溶液清洗硅片8min，去除正面的磷硅玻璃，用主要成分为H2O2和NH3.H2O的混合溶液清洗硅片背面，控制温度为90℃；
3)背部钝化沉积：在硅片背面利用PECVD沉积氧化铝，沉积薄膜厚度为60nm，在温度为400℃时退火，退火时间为5min；控制沉积氮化硅时的温度为500℃、NH3/SiH4气流比为12:1、气体总流量为4500sccm，在硅片背面沉积薄膜厚度为90nm，正面沉积氮化硅薄膜厚度为80nm；
4)激光处理：利用激光局部去除硅片背面沉积的薄膜层，形成若干薄膜开孔；用5％的HF溶液清洗硅片背面8min，去除背面的激光损伤层；
5)印刷烧结：通过丝网印刷将氧化铝溶胶涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层，在180℃干燥10min，接着在560℃的温度下烧结，基材上形成具有该预定图案的钝化层；
其中，氧化铝溶胶成分包含以下重量份材料：中心粒径为5μm的金属铝粉50份，中心粒径为1.3μm的PbO-B2O3-SiO2铅系玻璃粉末46份，邻苯二甲酸酯类12份。
相对于实施例1，对比例2中未加入硅烷偶联剂。
钝化膜制备完成后，测定电池背面剥离强度和电池转化效率，统计结果如下表：
电池背面剥离强度按照GB/T17473.4-2008检测；电池转化效率按照GB/T6495-1996检测。
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 |
| 电池背面剥离强度(N) | 28 | 24 | 16 | 13 |
| 电池转化效率Eff(％) | 21.1 | 21.0 | 20.5 | 20.2 |
由表中数据可知，实施例1中电池背面剥离强度和电池转化效率相对于对比例1-2中均有所提高，这是由于在退火时控制了反应温度和时间，使样品中的固定负电荷密度提高，改善了Al2O3膜与晶体硅接触的界面质量；同时在硅烷偶联剂可以有效降低表面张力，减小铝浆的接触电阻。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，此实施例为最优实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种电池片背部钝化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)扩散：将制绒后的P型单晶硅进行P扩散，扩散温度为890-910℃，方阻为70-100Ω/cm；
2)抛光清洗：利用抛光酸腐蚀溶液或者碱腐蚀溶液将硅片背面腐蚀并进行抛光，用5-10％的HF溶液清洗硅片5-8min，去除正面的磷硅玻璃，用主要成分为H2O2和NH3.H2O的混合溶液清洗硅片背面，控制温度为90-100℃；
3)背部钝化沉积：在硅片背面利用PECVD沉积氧化铝，沉积薄膜厚度为30nm-60nm，在温度为350-400℃时退火，退火时间为5-6min；控制沉积氮化硅时的温度为450-500℃、NH3/SiH4气流比为6-12:1、气体总流量为3500-4500sccm，在硅片背面沉积薄膜厚度为75-90nm，正面沉积氮化硅薄膜厚度为60-80nm；
4)激光处理：利用激光局部去除硅片背面沉积的薄膜层，形成若干薄膜开孔；用5-10％的HF溶液清洗硅片背面5-8min，去除背面的激光损伤层；
5)印刷烧结：通过丝网印刷将氧化铝溶胶涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层，在160-180℃干燥10min，接着在560-600℃的温度下烧结，基材上形成具有该预定图案的钝化层；
其中，氧化铝溶胶成分包含以下重量份材料：金属铝粉43-50份，PbO-B2O3-SiO2铅系玻璃粉末30-46份，邻苯二甲酸酯类10-12份，硅烷偶联剂6-10份。
2.根据权利要求1中所述的一种电池片背部钝化工艺，其特征在于，所述P型单晶硅电阻掺杂浓度为0.2-10Ω·cm。
3.根据权利要求1中所述的一种电池片背部钝化工艺，其特征在于，所述抛光腐蚀溶液为KOH溶液。
4.根据权利要求1中所述的一种电池片背部钝化工艺，其特征在于，所述铝粉的中心粒径为5μm，玻璃粉的中心粒径为1.3μm。
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