CN107644923A - 一种双面perc晶硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双面PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)在硅片正面和背面形成绒面；(2)在所述硅片正面进行扩散；(3)去除硅片正面磷硅玻璃；(4)采用单面离心刻蚀设备对硅片背面和侧面进行刻蚀；(5)对硅片进行退火；(6)在硅片背面沉积三氧化二铝膜和氮化硅膜；(7)在硅片正面沉积氮化硅膜；(8)在所述硅片背面印刷背银主栅电极；(9)在所述硅片背面印刷铝栅线；(10)在所述硅片正面印刷正电极浆料；(11)对硅片进行高温烧结，形成背银电极和正银电极；(12)对电池进行抗LID退火。采用本发明，可以提升背面刻蚀的均匀性，从而提升双面PERC电池的背面膜色均匀性，提升产品良率。

Description

一种双面PERC晶硅太阳能电池的制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种双面PERC太阳能电池的制备方法。

背景技术

在光伏太阳能行业，常规太阳能电池的制造要经过制绒，扩散，刻蚀，镀膜，丝网印刷和烧结六大工序。其中，制绒和刻蚀属于化学刻蚀工艺。制绒的目的是要在硅片的正面形成有利于太阳光吸收的绒面；刻蚀一般采用链式清洗设备，去除硅片边缘和背面的PN结，防止电池短路，同时去除硅片正面的磷硅玻璃。常规太阳能电池属于单面太阳能电池，电池的背面会被铝背场覆盖，硅片背面的刻蚀形貌不会对电池良率产生影响。对于双面PERC太阳能电池，硅片背面刻蚀的均匀性是影响电池背面膜色的主要因素。如果采用常规的链式清洗机，由于双面PERC电池的刻蚀量很高，硅片背面的一些区域，尤其是边缘区域，刻蚀量会非常大，反射率很高，造成硅片背面镀膜后的膜色均匀性很差，降低双面PERC电池的良率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种双面PERC太阳能电池的制备方法，可以提升背面刻蚀的均匀性，从而提升双面PERC电池的背面膜色均匀性，提升产品良率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双面PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)在硅片正面和背面形成绒面，所述硅片为P型硅；

(2)在所述硅片正面进行扩散，形成N型发射极；

(3)去除扩散过程形成的正面磷硅玻璃；

(4)采用单面离心刻蚀设备对硅片背面和侧面进行刻蚀；

(5)对硅片进行退火；

(6)在硅片背面沉积三氧化二铝膜和氮化硅膜；

(7)在硅片正面沉积氮化硅膜；

(8)在所述硅片背面采用丝网印刷或喷墨方式印刷背银主栅电极；

(9)在所述硅片背面采用丝网印刷或喷墨方式印刷铝栅线；

(10)在所述硅片正面印刷正电极浆料；

(11)对硅片进行高温烧结，形成背银电极和正银电极；

(12)对电池进行抗L I D退火。

作为上述方案的改进，所述步骤(4)包括：

将硅片放置在单面离心刻蚀设备的旋转工作台上；

打开抽真空装置，使硅片吸附固定在旋转工作台上；

驱动旋转工作台使得硅片旋转，并向硅片喷洒刻蚀液，对硅片背面和侧面进行刻蚀抛光。

作为上述方案的改进，所述步骤(4)的单面离心刻蚀设备工作旋转速度为50-2000转/分钟。

作为上述方案的改进，所述步骤(4)的单面离心刻蚀设备刻蚀时间为0.5-20分钟。

作为上述方案的改进，所述步骤(4)的单面离心刻蚀设备采用的刻蚀液为硝酸、氢氟酸和去离子水的混合酸。

作为上述方案的改进，所述步骤(4)采用的刻蚀液中硝酸的质量百分浓度为60％-90％，氢氟酸的质量百分浓度为10-35％。

作为上述方案的改进，所述步骤(4)的单面离心刻蚀设备，包括刻蚀室，循环泵和药液管道；所述刻蚀室内设置一个用于承托硅片的旋转工作台，在旋转工作台上方设有喷淋装置；喷淋装置与药液管道连通，刻蚀室底部设有出水口，出水口与循环泵通过药液管道连通；喷淋装置设有多个喷淋头；

所述旋转工作台包括旋转驱动装置、抽真空装置和托板，所述托板与旋转驱动装置的转轴连接以使托板随转轴旋转而旋转，所述托板包括托板本体，空腔和真空吸附孔，空腔位于托板本体的内部，真空吸附孔与空腔相连且真空吸附孔贯穿至托板本体上表面，空腔与抽真空装置相连通。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明通过采用单面离心刻蚀设备对双面PERC太阳能电池的背面进行刻蚀，通过调节刻蚀液的浓度、刻蚀液喷淋的速度以及硅片旋转速度，控制硅片表面刻蚀的深度和速度，可以提升背面刻蚀的均匀性，从而提升双面PERC电池的背面膜色均匀性，提升产品良率。

而且本发明采用所述硅片单面刻蚀装置进行刻蚀，刻蚀环境相对封闭和单一，刻蚀液未被其他杂质污染，利用循环泵等部件实现循环回收利用，可降低使用成本。

另外，增加的单面离心设备结构简单，制作成本低，与现有生产线融合性高，易于实现量产。

附图说明

图1是本发明一种双面PERC太阳能电池的制备方法采用的单面离心刻蚀设备的结构示意图；

图2是本发明一种双面PERC太阳能电池的制备方法采用的单面离心刻蚀设备所述旋转工作台的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

为了克服现有链式清洗机不能达到理想的背面刻蚀均匀性效果，本发明提供一种双面PERC太阳能电池的制备方法，特别改进了刻蚀硅片的工艺，可以提升背面刻蚀的均匀性，从而提升双面PERC电池的背面膜色均匀性，提升产品良率。

具体地，一种双面PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)在硅片正面和背面形成绒面，所述硅片为P型硅；

(2)在所述硅片正面进行扩散，形成N型发射极；

(3)去除扩散过程形成的正面磷硅玻璃；

(4)采用单面离心刻蚀设备对硅片背面和侧面进行刻蚀；

(5)对硅片进行退火；

(6)在硅片背面沉积三氧化二铝膜和氮化硅膜；

(7)在硅片正面沉积氮化硅膜；

(8)在所述硅片背面采用丝网印刷或喷墨方式印刷背银主栅电极；

(9)在所述硅片背面采用丝网印刷或喷墨方式印刷铝栅线；

(10)在所述硅片正面印刷正电极浆料；

(11)对硅片进行高温烧结，形成背银电极和正银电极；

(12)对电池进行抗L I D退火。

其中，所述步骤(4)包括以下步骤实现硅片单面刻蚀：

将硅片放置在单面离心刻蚀设备的旋转工作台上；

打开抽真空装置，使硅片吸附固定在旋转工作台上；

驱动旋转工作台使得硅片旋转，并向硅片喷洒刻蚀液，对硅片背面和侧面进行刻蚀。

将硅片放置在单面离心刻蚀设备的旋转工作台上，当硅片上方的喷淋装置向下喷洒刻蚀液时，硅片随着旋转工作台旋转，而落在硅片表面上的刻蚀液在离心力的作用下向外扩散铺满整个硅片表面，刻蚀液与硅片反应，实现刻蚀目的。刻蚀液在持续旋转的情况下最终被抛出硅片表面，由于刻蚀液是作平抛运动，因此不会向下流至硅片正面，确保只有硅片背面和侧面被刻蚀。

为了进一步充分说明单面刻蚀工艺，以下公开本发明所述步骤(4)中所述单面离心刻蚀设备的具体结构，如图1和2所示，所述单面离心刻蚀设备包括刻蚀室2，循环泵3和药液管道4；所述刻蚀室2内设置一个用于承托硅片1的旋转工作台5，在旋转工作台5上方设有喷淋装置6；喷淋装置6与药液管道4连通，刻蚀室2底部设有出水口21，出水口21与循环泵3通过药液管道4连通；

所述旋转工作台5包括旋转驱动装置51、抽真空装置52和托板53，所述托板53与旋转驱动装置51的转轴连接以使托板53随转轴旋转而旋转，所述托板53包括托板本体531，空腔532和真空吸附孔533，空腔532位于托板本体531的内部，真空吸附孔533与空腔532相连且真空吸附孔533贯穿至托板本体531上表面，空腔532与抽真空装置52相连通。

本发明所述硅片单面刻蚀装置将硅片1送入密闭的刻蚀室2内，刻蚀室2的中央放置旋转驱动装置51，硅片1放置在旋转驱动装置51上，通过抽真空装置52吸取空腔532的空气，在负压的情况下，使得硅片1吸附在托板53上以防硅片1在旋转时发生移位。硅片1在旋转过程中，位于硅片1上方的喷淋装置6喷洒刻蚀液，刻蚀液均匀地铺满整个硅片1表面，而刻蚀液甩出硅片1后落在刻蚀室2的内壁上，汇集在刻蚀室2的底部，刻蚀室2底部设有出水口21，出水口21与循环泵3通过药液管道4连通，从而将刻蚀室2底部的刻蚀液通过循环泵3输送会喷淋装置6，实现刻蚀液循环回收利用。

如图2所示，旋转工作台5包括旋转驱动装置51、抽真空装置52和托板53，所述托板53与旋转驱动装置51的转轴连接以使托板53随转轴旋转而旋转，所述托板53包括托板本体531，空腔532和真空吸附孔533，空腔532位于托板本体531的内部，真空吸附孔533与空腔532相连且真空吸附孔533贯穿至托板本体531上表面，空腔532与抽真空装置52相连通。

所述旋转工作台5设于刻蚀室2的中央，而托板53设于旋转驱动装置51的上方，旋转驱动装置51的转轴连接托板53圆心，托板本体531内设置有空腔532，真空吸附孔533垂直打穿托板本体531使得空腔532通过真空吸附孔533与托板本体531上表面连通。空腔532与抽真空装置52相连通，当硅片1放置在托板53上方时真空吸附孔533和空腔532形成密闭空间，抽真空装置52对空腔532抽真空形成负压，从而将硅片1吸附在托板53上，避免硅片1在旋转过程中发生位置偏移或从托板53上掉落，起到定位硅片1的作用。

其中，单面离心刻蚀设备工作旋转速度为50-2000转/分钟，刻蚀时间为5-20分钟。在此旋转速度和刻蚀时间范围内可制备出符合太阳能电池背面抛光要求的产品。

更佳地，单面离心刻蚀设备工作旋转速度为200-1000转/分钟，刻蚀时间为8-15分钟。

需要说明的是，通过调节刻蚀液喷淋的速度以及硅片旋转速度，可控制硅片表面刻蚀的深度和速度。当旋转速度较快时，刻蚀液在硅片停留时间短，则刻蚀速度较慢，刻蚀深度较浅；当旋转速度较慢时，刻蚀液在硅片停留时间长，则刻蚀速度较快，刻蚀深度较深。当喷淋速度较快时，大量刻蚀液喷淋硅片上，则刻蚀速度较快，刻蚀深度较深；当喷淋速度较慢时，少量刻蚀液喷淋硅片上，则刻蚀速度较慢，刻蚀深度较浅。

另外，本发明所采用的刻蚀液为硝酸、氢氟酸和去离子水的混合酸，刻蚀液中硝酸的质量百分浓度为60％-90％，氢氟酸的质量百分浓度为10-35％。

本发明所述双面PERC太阳能电池的制备方法主要是对硅片单面刻蚀工艺进行改进，其他步骤参照现有技术即可。

综上所述，本发明通过对P型硅片单面刻蚀工艺的改进，确保了只对硅片背面和侧面刻蚀抛光，解决了硅片单面化学刻蚀技术上的难题。本发明所述制备方法形成的抛光层下表面为排列紧密、晶粒尺寸一致的金字塔微结构，可产生镜面效果，加强对透射光的反射，减小了光的透射损失，从而增加了电流密度Jsc以及开路电压Voc，进而提高了太阳能电池转换效率。同时，抛光后的硅片背面平滑，使得背场合金层有效面积增加，限制了表面复合损失，少子寿命显着提升，提升钝化效果。另外，由于P型硅片背面的反向p-n结，在抛光工艺过程中被去除干净，因此增强了太阳电池正向电势，从而提高了开路电压Voc。

通过调节刻蚀液喷淋的速度以及硅片旋转速度，可控制硅片表面刻蚀的深度和速度，可适用于不同刻蚀需求的产品，灵活性高。

而且本发明采用所述硅片单面刻蚀装置进行刻蚀，刻蚀环境相对封闭和单一，刻蚀液未被其他杂质污染，利用循环泵等部件实现循环回收利用，可降低使用成本。

另外，增加的单面离心设备结构简单，制作成本低，与现有生产线融合性高，易于实现量产。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种双面PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在硅片正面和背面形成绒面，所述硅片为P型硅；

(2)在所述硅片正面进行扩散，形成N型发射极；

(3)去除扩散过程形成的正面磷硅玻璃；

(4)采用单面离心刻蚀设备对硅片背面和侧面进行刻蚀；

(5)对硅片进行退火；

(6)在硅片背面沉积三氧化二铝膜和氮化硅膜；

(7)在硅片正面沉积氮化硅膜；

(8)在所述硅片背面采用丝网印刷或喷墨方式印刷背银主栅电极；

(9)在所述硅片背面采用丝网印刷或喷墨方式印刷铝栅线；

(10)在所述硅片正面印刷正电极浆料；

(11)对硅片进行高温烧结，形成背银电极和正银电极；

(12)对电池进行抗LID退火。

2.如权利要求1所述双面PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：

将硅片放置在单面离心刻蚀设备的旋转工作台上；

打开抽真空装置，使硅片吸附固定在旋转工作台上；

驱动旋转工作台使得硅片旋转，并向硅片喷洒刻蚀液，对硅片背面和侧面进行刻蚀。

3.如权利要求2所述双面PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的单面离心刻蚀设备工作旋转速度为50-2000转/分钟。

4.如权利要求2所述双面PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的单面离心刻蚀设备刻蚀时间为0.5-20分钟。

5.如权利要求2所述双面PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的单面离心刻蚀设备采用的刻蚀液为硝酸、氢氟酸和去离子水的混合酸。

6.如权利要求2所述双面PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)采用的刻蚀液内的硝酸的质量百分浓度为60％-90％，氢氟酸的质量百分浓度为10-35％。

7.如权利要求1所述双面PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的单面离心刻蚀设备，包括刻蚀室，循环泵和药液管道；所述刻蚀室内设置一个用于承托硅片的旋转工作台，在旋转工作台上方设有喷淋装置；喷淋装置与药液管道连通，刻蚀室底部设有出水口，出水口与循环泵通过药液管道连通；喷淋装置设有多个喷淋头；

所述旋转工作台包括旋转驱动装置、抽真空装置和托板，所述托板与旋转驱动装置的转轴连接以使托板随转轴旋转而旋转，所述托板包括托板本体，空腔和真空吸附孔，空腔位于托板本体的内部，真空吸附孔与空腔相连且真空吸附孔贯穿至托板本体上表面，空腔与抽真空装置相连通。