CN107833931B - 太阳能电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池制备方法，包括：对硅片进行表面清洗处理；对所述硅片分别依次进行第一次制绒和第二次制绒，以形成三个制绒面，其中一个制绒面位于所述硅片的一侧，另外两个制绒面位于所述硅片的另一侧；利用石英舟对所述硅片进行磷扩散，以形成三个PN结，其中，所述石英舟上设有多个间隔设置的栅栏；对所述硅片进行刻蚀，以去除所述硅片表面的磷硅玻璃；在所述硅片的表面制作减反射膜；在所述硅片的表面制作上下电极；将所述硅片送入烧结炉烧结；对烧结后得到的太阳能电池进行性能测试。本发明通过增加PN结，能够提升载流子的收集，大弧度提升太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种太阳能电池制备方法。
背景技术
随着温室效应的愈加明显，生态环境愈来愈受到人们的重视。太阳能行业作为清节能源产业之一，现阶段正在飞速的发展，其中以硅电池的应用最为广泛，因而其效率的提升也一直受到人们的关注。
目前，传统硅片太阳能电池的做法是将一块硅半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成单个特殊的薄层，即形成一个PN结，以实现太阳能的转换。
但硅片太阳能电池的工作过程主要是电子吸收光能形成自由电子，通过电极背传向负极形成电流或者被收集，传统的硅片太阳能电池中电池扩散层比较薄，并且形成一个单PN结，而太阳光是混合光谱，因此，传统方法制备出的太阳能电池会导致部分光不能充分利用，使部分太阳光直接穿透电池而被浪费，从而影响了太阳能的转换效率。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种太阳能电池制备方法，以提高太阳能转换效率。
一种太阳能电池制备方法，包括：
对硅片进行表面清洗处理；
对所述硅片分别依次进行第一次制绒和第二次制绒，以形成三个制绒面，其中一个制绒面位于所述硅片的一侧，另外两个制绒面位于所述硅片的另一侧；
利用石英舟对所述硅片进行磷扩散，以形成三个PN结，其中，所述石英舟上设有多个间隔设置的栅栏；
对所述硅片进行刻蚀，以去除所述硅片表面的磷硅玻璃；
在所述硅片的表面制作减反射膜；
在所述硅片的表面制作上下电极；
将所述硅片送入烧结炉烧结；
对烧结后得到的太阳能电池进行性能测试。
根据本发明提供的太阳能电池制备方法，通过二次制绒，形成三个制绒面，且其中一个制绒面位于硅片的一侧，另外两个制绒面位于硅片的另一侧；然后通过具有多个间隔设置栅栏的石英舟对硅片进行磷扩散，形成三个PN结，最终制备出具有三个PN结的双层太阳能电池，相比传统方法制备的太阳能电池只有一个PN结，该方法制备出的太阳能电池通过增加PN结，且分别位于太阳能电池的两侧，能够提升载流子的收集，大弧度提升太阳能电池的转换效率，且光衰明显降低。
另外，根据本发明上述的太阳能电池制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述对所述硅片分别依次进行第一次制绒和第二次制绒，以形成三个制绒面的步骤中，当所述硅片为单晶硅时，采用激光束刻蚀进行第一次制绒，采用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀，以在硅片表面进行第二次制绒。
进一步地，采用碱溶液对硅片进行第二次制绒时，所述碱溶液为NaOH。
进一步地，采用碱溶液对硅片进行第二次制绒后，采用HF清除硅片表面油污，以及采用HCl清除硅片表面金属杂质。
进一步地，所述对所述硅片分别依次进行第一次制绒和第二次制绒，以形成三个制绒面的步骤中，当所述硅片为多晶硅时，采用机械打磨进行第一次制绒，采用酸溶液对硅片进行各向异性腐蚀，以在硅片表面进行第二次制绒。
进一步地，采用酸溶液对硅片进行第二次制绒时，所述酸溶液为HNO3、HF、去离子水的混合液。
进一步地，所述混合液中各组分的体积比为HNO3：HF：去离子水＝1：2.7：2。
进一步地，所述三个PN结中，正面的一个PN结的结深为28～35um，背面的两个PN结的结深为10～15um。
进一步地，所述减反射膜的材料为Al2O3和Si3N4，所述在所述硅片的表面制作减反射膜的步骤具体为：
在所述硅片的表面先镀一层Al2O3，再镀一层Si3N4。
进一步地，所述在所述硅片的表面制作减反射膜的步骤中，在所述三个PN结所在的表面均制作减反射膜。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的太阳能电池制备方法的流程图；
图2为本发明实施例的太阳能电池制备方法对硅片制绒后的结构示意图；
图3为本发明实施例的太阳能电池制备方法中使用的石英舟的正面结构示意图；
图4为图3的剖视结构示意图；
图5为本发明实施例的太阳能电池制备方法对硅片进行磷扩散后的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明的实施例提供了一种太阳能电池制备方法，包括：
S11，对硅片进行表面清洗处理；
其中，清洗是对硅片表面的损伤层进行处理。
S12，对所述硅片分别依次进行第一次制绒和第二次制绒，以形成三个制绒面，其中一个制绒面位于所述硅片的一侧，另外两个制绒面位于所述硅片的另一侧；
在该步骤中，绒面的制作是利用硅的各向异性腐蚀，在硅片表面形成密集分布的四面方锥体(也称倒金字塔)，使入射光在表面进行多次反射和折射，增加光的吸收，从而能够提高电池的转换效率。
请参阅图2，本实施例中，经过两次制绒，其中，二次制绒的目的是制备出三个制绒面、以及增加表面倒金字塔的均匀性。
在一次制绒后能够形成凹凸不平的倒金字塔，以减少光的反射，而通过增加二次制绒，能够形成三个制绒面，且其中一个制绒面位于硅片的一侧，另外两个制绒面位于硅片的另一侧。
具体的，对于硅片是单晶硅的情况，采用激光束刻蚀进行第一次制绒，然后采用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀，以在硅片表面进行第二次制绒，其中碱溶液例如是NaOH。第一次使用激光刻形成倒金字塔，然后使用碱溶液(NaOH)二次制绒目的是在倒金字塔的另一面形成小金字塔。此外，在采用碱溶液对硅片进行第二次制绒后，还可以采用HF清除硅片表面油污，以及采用HCl清除硅片表面金属杂质。
对于硅片是多晶硅的情况，采用机械打磨进行第一次制绒，采用酸溶液对硅片进行各向异性腐蚀，以在硅片表面进行第二次制绒，其中，酸溶液可以为HNO3、HF、去离子水(DI Water)的混合液，混合液中各组分的体积比具体可以为HNO3：HF：去离子水＝1：2.7：2。
由于形成了三个制绒面，若入射光角度合适，入射光经大腐蚀坑和小腐蚀坑后，会经过4次或更多次反射延长了光程，从而增加了对光子的吸收，而且有较多的光子在p-n结附近产生光生载流子，从而增加了光生载流子的收集几率。
S13，利用石英舟对所述硅片进行磷扩散，以形成三个PN结，其中，所述石英舟上设有多个间隔设置的栅栏；
制作PN结通常利用的设备为管式扩散炉，一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。把P型硅片放在管式扩散炉的石英舟内，在850至900摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英舟，通过三氯氧磷和硅片反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成PN结。
本实施例中，由于存在三个制绒面，因此本实施例中使用的石英舟与传统的石英舟有所区别，请参阅图3、图4及图5，本实施例中使用的石英舟上设有多个间隔设置的栅栏101，栅栏101的目的是阻隔扩散，以保证最终形成三个PN结。本实施例的三个PN结中，正面的一个PN结的结深为28～35um，背面的两个PN结的结深为10～15um。需要指出的是，由于需要形成三个PN结，因此本实施例的扩散时间相比传统方法的扩散时间长了30-50分钟。
S14，对所述硅片进行刻蚀，以去除所述硅片表面的磷硅玻璃；
其中，刻蚀主要去除硅片表面磷硅玻璃，需要指出的是，本实施例中硅片边缘不需要刻蚀。
具体的，硅在HNO3和HF的混合溶液中的腐蚀速率大，而在纯HNO3或纯HF溶液中的腐蚀速率很小。因此刻蚀选用HNO3和HF的混合溶液。
S15，在所述硅片的表面制作减反射膜；
其中，为了让电池对太阳光充分吸收，需要在制备的电池表面镀氮化硅减反射膜，以减少入反射损失。制作减反射膜的材料为Al2O3和Si3N4，工艺方法为等离子增强化学气相沉积(PECVD)。具体步骤为：在硅片的表面先镀一层Al2O3，再镀一层Si3N4。此外，因此本实施例中，具有三个PN结，因此需要在三个PN结所在的表面均制作减反射膜，减反射膜的厚度例如是85.3nm，折射率为2.08。
S16，在所述硅片的表面制作上下电极；
在该步骤中，通常采用丝网印刷法制作电极，利用丝网图形部分的网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始终与丝网印版和基片呈线性接触，接触线随刮刀移动而移动，从而完成电极的印刷。丝网印刷主要对删线重新设计，从而提升电子收集。本实施例中，制作上下电极过程中，采用银、铝浆印刷烧结，先制作下中心电极(P型)，然后制作上/下/左/右电极(N型层上均需要印刷主副删)。
S17，将所述硅片送入烧结炉烧结；
其中，可以将硅片烧结于镍或铜的底板上。
S18，对烧结后得到的太阳能电池进行性能测试。
其中，按规定参数规范，测试分类。
采用本实施例的方法最终制备出的某太阳能电池的测试结果可以参见表1和表2。其中，表1为太阳能电池的厚度参数，表2为太阳能电池的性能参数。
表1
| 正面N型层厚度(um) | 30 |
| 背面N型层厚度(um) | 15 |
表2
从上表中可以看出，与传统硅片太阳能电池正面光电转化率为20％相比，采用本实施例制备出的太阳能电光电转化率有明显优势。
通过上述描述可知，根据本发明提供的太阳能电池制备方法，通过二次制绒，形成三个制绒面，且其中一个制绒面位于硅片的一侧，另外两个制绒面位于硅片的另一侧；然后通过具有多个间隔设置栅栏的石英舟对硅片进行磷扩散，形成三个PN结，最终制备出具有三个PN结的双层太阳能电池，相比传统方法制备的太阳能电池只有一个PN结，该方法制备出的太阳能电池通过增加PN结，且分别位于太阳能电池的两侧，能够提升载流子的收集，大弧度提升太阳能电池的转换效率，且光衰明显降低。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种太阳能电池制备方法，其特征在于，包括：
对硅片进行表面清洗处理；
对所述硅片分别依次进行第一次制绒和第二次制绒，以形成三个制绒面，其中一个制绒面位于所述硅片的一侧，另外两个制绒面位于所述硅片的另一侧；
利用石英舟对所述硅片进行磷扩散，以形成三个PN结，其中，所述石英舟上设有多个间隔设置的栅栏；
对所述硅片进行刻蚀，以去除所述硅片表面的磷硅玻璃；
在所述硅片的表面制作减反射膜；
在所述硅片的表面制作上下电极；
将所述硅片送入烧结炉烧结；
对烧结后得到的太阳能电池进行性能测试。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述对所述硅片分别依次进行第一次制绒和第二次制绒，以形成三个制绒面的步骤中，当所述硅片为单晶硅时，采用激光束刻蚀进行第一次制绒，采用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀，以在硅片表面进行第二次制绒。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，采用碱溶液对硅片进行第二次制绒时，所述碱溶液为NaOH。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，采用碱溶液对硅片进行第二次制绒后，采用HF清除硅片表面油污，以及采用HCl清除硅片表面金属杂质。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述对所述硅片分别依次进行第一次制绒和第二次制绒，以形成三个制绒面的步骤中，当所述硅片为多晶硅时，采用机械打磨进行第一次制绒，采用酸溶液对硅片进行各向异性腐蚀，以在硅片表面进行第二次制绒。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，采用酸溶液对硅片进行第二次制绒时，所述酸溶液为HNO3、HF、去离子水的混合液。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述混合液中各组分的体积比为HNO3：HF：去离子水＝1：2.7：2。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述三个PN结中，正面的一个PN结的结深为28～35um，背面的两个PN结的结深为10～15um。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述减反射膜的材料为Al2O3和Si3N4，所述在所述硅片的表面制作减反射膜的步骤具体为：
在所述硅片的表面先镀一层Al2O3，再镀一层Si3N4。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述在所述硅片的表面制作减反射膜的步骤中，在所述三个PN结所在的表面均制作减反射膜。
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