CN107863419A - 一种双面perc晶体硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)硅片去损伤、制绒和清洗；(2)扩散形成pn结及正面激光掺杂；(3)刻蚀及去PSG；(4)镀背面钝化薄膜；(5)镀正面减反射膜；(6)背面印刷硼源浆料；(7)背面激光掺杂及开窗；(8)背面电极印刷；(9)正面电极印刷。本发明将激光掺杂技术运用到正面形成选择性发射极与背面局部硼掺杂的工艺中，在常规PERC电池工艺基础上，仅增加扩散后激光掺杂和印刷硼源浆料两道工艺，便极大的提升了双面PERC电池的转换效率。且采用二次印刷对准激光打印的MARK点的方式，实现双面PERC电池的背面金属化，该方法完全解决了丝网印刷双面PERC电池背面铝栅线与激光开窗栅线难对准的问题。

Description

一种双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池制造技术领域，尤其涉及一种双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法。
背景技术
实现“平价上网”是光伏产业可持续发展的关键，降低光伏成本既需要规模效应，也需要技术创新及应用。钝化发射极和背表面(PERC)技术是晶硅太阳能电池近年来最具性价比的效率提升手段，与常规电池生产线兼容性高，用较低的产线改造投资，就能有效提升单晶和多晶电池转换效率。而市场对高效组件的追逐，进一步提升了PERC电池的竞争力。
P型PERC电池进一步提升效率的方向有正面选择性发射极和背面局部硼掺杂。另外，PERC是最简单和最具成本效益的双面电池结构，这种使太阳能电池双面都具有发电功能的技术无需在常规PERC电池工艺基础上添加任何额外步骤，只需将背表面采用局部铝栅线结构，而不是全部覆盖铝浆。
然而，双面PERC太阳能电池的转化效率仍需进一步提高。
发明内容
本发明提出了一种双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，以提升双面PERC晶体硅太阳能电池的转化效率。
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)硅片去损伤、制绒和清洗：将硅片去损伤层后，在温度为80～85℃的碱液和添加剂体系中制绒，在硅片的正反面形成绒面，然后在酸性溶液中清洗，去除表面杂质；
(2)扩散形成PN结及正面激光掺杂：对硅片进行高温磷扩散形成PN结，扩散温度为830～860℃，扩散时间为80～100分钟，扩散后表面方块电阻为130～160Ω/□，使用激光对硅片正面进行加热，将磷硅玻璃中的磷原子推进到PN结里，形成相应的N++层，得到激光掺杂的正面主栅线和副栅线，激光掺杂图形为后道丝网印刷正电极图形；
(3)刻蚀及去PSG：去除扩散后硅片正面磷硅玻璃和背面PN结，同时对硅片背面化学抛光；
(4)镀背面钝化薄膜：在硅片的背面沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜；
(5)镀正面减反射膜：在硅片的正面沉积二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅减反射薄膜；
(6)背面印刷硼源浆料：按照背面电极图形，在硅片背面印刷硼源浆料，作为激光掺杂的硼源；
(7)背面激光掺杂及开窗：使用激光对硅片背面进行加热，使硅片加热至熔融状态，在激光对硅片表面加热开槽的同时，硼源浆料内的硼原子融入熔融状态的硅中，当激光的光斑从熔融的区域移开后，此区域开始冷却并再结晶，融入的硼原子与硅形成合金，形成相应的P++层，得到激光掺杂的背面副栅线及背面二次印刷对准所需的MARK点；
(8)背面电极印刷：在硅片背面印刷背面银电极，采用二次印刷对准激光打印的MARK点的方式印刷背面铝栅线图形；
(9)正面电极印刷：在硅片正面印刷正面电极图形。
在本发明的一个实施例中，所述硅片为P型硅片。
在本发明的一个实施例中，所述P型硅片的电阻率为1～3Ω·cm。。
在本发明的一个实施例中，所述步骤(1)中，硅片的单片制绒减薄量为0.50～0.70g，制绒后硅基底表面反射率为10～12％，绒面由若干金字塔形状的凸起组成，金字塔形状凸起的底部大小为1.5～2.5μm。
在本发明的一个实施例中，所述步骤(2)中，扩散后方块电阻为：130～160Ω/□，激光掺杂后的N++层的方块电阻为50～80Ω/□，激光掺杂副栅线线宽为80～150μm，副栅线根数100～120根，主栅线垂直于副栅线，单条主栅线宽度0.5～1mm。
在本发明的一个实施例中，所述步骤(4)中，硅片背面氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜中氧化铝的厚度为15～25nm，氮化硅的厚度为80～100nm。
在本发明的一个实施例中，所述步骤(5)中，硅片正面二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅减反射薄膜中二氧化硅的厚度为3～5nm，氮化硅的厚度为65～80nm，氮氧化硅的厚度为10～15nm。
在本发明的一个实施例中，所述步骤(7)中，激光开窗的线宽为35～55μm，线的根数为120～180根，MARK点为直径0.5～1mm的圆点。
在本发明的一个实施例中，所述步骤(2)和步骤(7)中，激光器的波长为532nm。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，存在以下的优点和积极效果：
1)本发明将激光掺杂技术运用到正面形成选择性发射极与背面局部硼掺杂的工艺中，在常规PERC电池工艺基础上，仅增加扩散后激光掺杂和印刷硼源浆料两道工艺，便极大的提升了双面PERC电池的转换效率。
2)本发明采用二次印刷对准激光打印的MARK点的方式，实现双面PERC电池的背面金属化，该方法完全解决了丝网印刷双面PERC电池背面铝栅线与激光开窗栅线难对准的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的双面PERC晶体硅太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明提出的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
关于双面PERC晶体硅太阳能电池的结构请参考图1，其包括硅片1，PN结和N++层2，氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜3，二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅减反射薄膜4，局部硼掺杂P++层5，硅片背面铝栅线6，硅片正面银栅线7。
如图2所示，本发明实施例提供的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
S1:硅片去损伤、制绒和清洗：将硅片去损伤层后，在温度为80～85℃的碱液和添加剂体系中制绒，在硅片的正反面形成绒面，然后在酸性溶液中清洗，去除表面杂质；
S2:扩散形成PN结及正面激光掺杂：对硅片进行高温磷扩散形成PN结，扩散温度为830～860℃，扩散时间为80～100分钟，扩散后表面方块电阻为130～160Ω/□，使用激光对硅片正面进行加热，将磷硅玻璃中的磷原子推进到PN结里，形成相应的N++层，得到激光掺杂的正面主栅线和副栅线，激光掺杂图形为后道丝网印刷正电极图形；
S3:刻蚀及去PSG：去除扩散后硅片正面磷硅玻璃和背面PN结，同时对硅片背面化学抛光；
S4:镀背面钝化薄膜：在硅片的背面沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜；
S5:镀正面减反射膜：在硅片的正面沉积二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅减反射薄膜；
S6:背面印刷硼源浆料：按照背面电极图形，在硅片背面印刷硼源浆料，作为激光掺杂的硼源；
S7:背面激光掺杂及开窗：使用激光对硅片背面进行加热，使硅片加热至熔融状态，在激光对硅片表面加热开槽的同时，硼源浆料内的硼原子融入熔融状态的硅中，当激光的光斑从熔融的区域移开后，此区域开始冷却并再结晶，融入的硼原子与硅形成合金，形成相应的P++层，得到激光掺杂的背面副栅线及背面二次印刷对准所需的MARK点；
S8:背面电极印刷：在硅片背面印刷背面银电极，采用二次印刷对准激光打印的MARK点的方式印刷背面铝栅线图形；
S9:正面电极印刷：在硅片正面印刷正面电极图形。
本发明将激光掺杂技术运用到正面形成选择性发射极与背面局部硼掺杂的工艺中，在常规PERC电池工艺基础上，仅增加扩散后激光掺杂和印刷硼源浆料两道工艺，便极大的提升了双面PERC电池的转换效率。并且采用二次印刷对准激光打印的MARK点的方式，实现双面PERC电池的背面金属化，该方法完全解决了丝网印刷双面PERC电池背面铝栅线与激光开窗栅线难对准的问题。
以下给出具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施例提供的双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
(1)制绒：选择156.75mm×156.75mm、电阻率为2.5Ω□cm的P型金刚线切割单晶硅片为基体材料，放入加热至80℃的质量百分比浓度为3％的氢氧化钠、质量百分比浓度为1.5％的添加剂混合溶液中，腐蚀反应20分钟，制绒减薄量0.60g，绒面金字塔底部大小2.0mm左右,其中添加剂为常规的制绒添加剂，其主要成分为水、IPA(异丙醇)、NaOH、弱酸盐；制绒后使用HF/HCl的混酸溶液常温清洗制绒后的硅片，HF体积百分比浓度5％，HCl体积百分比浓度5％,制绒后硅片表面反射率11％；
(2)扩散：采用管式炉磷扩散的方法，在扩散炉中在850℃的温度下，采用三氯氧磷对硅片的正面进行磷扩散形成n型层，扩散方阻控制在140Ω/□；
(3)激光掺杂：使用波长532nm的激光对硅片表面进行激光掺杂，形成相应的N++层，激光掺杂区副栅线线宽100μm，根数115根；主栅线垂直于副栅线，单条主栅线由多条细栅重叠组成，单条主栅线宽0.9mm；
(4)刻蚀：采用水膜保护湿法刻蚀去除背面去除扩散后硅片正面磷硅玻璃和背面PN结，同时实现背面化学抛光，减薄量0.10g，背表面反射率30％；
(5)背面镀膜：在硅片的背面PECVD沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜，三甲基铝和笑气与硅片反应生成氧化铝，沉积温度360℃，氧化铝厚度20nm；在氧化铝钝化膜基础上再PECVD沉积氮化硅，硅烷和氨气反应生成氮化硅，沉积温度430℃，厚度95nm；
(5)正面镀膜：在硅片的正面PECVD沉积二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅减反射薄膜，正面氮化硅厚度80nm；
(6)背面印刷硼源浆料：按照背面电极图形，在硅片背面印刷硼源浆料，作为激光掺杂的硼源；
(7)背面激光掺杂及开窗：使用波长532nm的激光对硅片背面进行开窗，形成相应的P++层；激光掺杂区副栅线线宽40μm，根数130根，MARK点直径为0.8mm的圆点；
(8)背面电极印刷：在硅片背面印刷背面银电极，采用二次印刷对准激光打印的MARK点的方式印刷背面铝栅线图形；
(9)正面电极印刷：在硅片正面印刷正面电极图形。
该实施例制备的双面PERC晶体硅太阳能电池的转换效率为：21.6％，相对于常规方法制备的双面PERC晶体硅太阳能电池的21.3％的转换效率，有了显著的提高。
实施例2
本实施例提供的双面PERC晶体硅太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
(1)制绒：选择156.75mm×156.75mm、电阻率为2Ω□cm的P型金刚线切割单晶硅片为基体材料，放入加热至80℃的质量百分比浓度为3％氢氧化钠、质量百分比浓度为1.5％的添加剂混合溶液中，腐蚀反应18分钟，制绒减薄量0.55g，绒面金字塔底部大小1.8mm左右；制绒后使用HF/HCl的混酸溶液常温清洗制绒后的硅片，HF体积百分比浓度4％，HCl体积百分比浓度4％,制绒后硅片表面反射率10.5％；
(2)扩散：采用管式炉磷扩散的方法，在扩散炉中在845℃的温度下，采用三氯氧磷对硅片的正面进行磷扩散形成n型层，扩散方阻控制在150Ω/□；
(3)激光掺杂：使用波长532nm的激光对硅片表面进行激光掺杂，形成相应的N++层，激光掺杂区副栅线线宽120μm，根数110根；主栅线垂直于副栅线，单条主栅线由多条细栅重叠组成，单条主栅线宽0.8mm。
(4)刻蚀：采用水膜保护湿法刻蚀去除背面去除扩散后硅片正面磷硅玻璃和背面pn结，同时实现背面化学抛光，减薄量0.10g，背表面反射率30％；
(5)背面镀膜：在硅片的背面PECVD沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜，三甲基铝和笑气与硅片反应生成氧化铝，沉积温度360℃，氧化铝厚度20nm；在氧化铝钝化膜基础上再PECVD沉积氮化硅，硅烷和氨气反应生成氮化硅，沉积温度430℃，厚度95nm；
(5)正面镀膜：在硅片的正面PECVD沉积二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅减反射薄膜，正面氮化硅厚度80nm；
(6)背面印刷硼源浆料：按照背面电极图形，在硅片背面印刷硼源浆料，作为激光掺杂的硼源；
(7)背面激光掺杂及开窗：使用波长532nm的激光对硅片背面进行开窗，形成相应的P++层；激光掺杂区副栅线线宽50μm，根数125根，MARK点直径为1mm的圆点；
(8)背面电极印刷：在硅片背面印刷背面银电极，采用二次印刷对准激光打印的MARK点的方式印刷背面铝栅线图形；
(9)正面电极印刷：在硅片正面印刷正面电极图形。
该实施例制备的双面PERC晶体硅太阳能电池的转换效率为：21.7％，相对于常规方法制备的双面PERC晶体硅太阳能电池的21.3％的转换效率，有了显著的提高。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)硅片去损伤、制绒和清洗：将硅片去损伤层后，在温度为80～85℃的碱液和添加剂体系中制绒，在硅片的正反面形成绒面，然后在酸性溶液中清洗，去除表面杂质；
(2)扩散形成PN结及正面激光掺杂：对硅片进行高温磷扩散形成PN结，扩散温度为830～860℃，扩散时间为80～100分钟，扩散后表面方块电阻为130～160Ω/□，使用激光对硅片正面进行加热，将磷硅玻璃中的磷原子推进到PN结里，形成相应的N++层，得到激光掺杂的正面主栅线和副栅线，激光掺杂图形为后道丝网印刷正电极图形；
(3)刻蚀及去PSG：去除扩散后硅片正面磷硅玻璃和背面PN结，同时对硅片背面化学抛光；
(4)镀背面钝化薄膜：在硅片的背面沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜；
(5)镀正面减反射膜：在硅片的正面沉积二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅减反射薄膜；
(6)背面印刷硼源浆料：按照背面电极图形，在硅片背面印刷硼源浆料，作为激光掺杂的硼源；
(7)背面激光掺杂及开窗：使用激光对硅片背面进行加热，使硅片加热至熔融状态，在激光对硅片表面加热开槽的同时，硼源浆料内的硼原子融入熔融状态的硅中，当激光的光斑从熔融的区域移开后，此区域开始冷却并再结晶，融入的硼原子与硅形成合金，形成相应的P++层，得到激光掺杂的背面副栅线及背面二次印刷对准所需的MARK点；
(8)背面电极印刷：在硅片背面印刷背面银电极，采用二次印刷对准激光打印的MARK点的方式印刷背面铝栅线图形；
(9)正面电极印刷：在硅片正面印刷正面电极图形。
2.如权利要求1所述的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述硅片为P型硅片。
3.如权利要求2所述的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述P型硅片的电阻率为1～3Ω·cm。
4.如权利要求1-3任一项所述的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，硅片的单片制绒减薄量为0.50～0.70g，制绒后硅基底表面反射率为10～12％，绒面由若干金字塔形状的凸起组成，金字塔形状凸起的底部大小为1.5～2.5μm。
5.如权利要求1-3任一项所述的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，扩散后方块电阻为：130～160Ω/□，激光掺杂后的N++层的方块电阻为50～80Ω/□，激光掺杂副栅线线宽为80～150μm，副栅线根数100～120根，主栅线垂直于副栅线，单条主栅线宽度0.5～1mm。
6.如权利要求1所述的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，硅片背面氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜中氧化铝的厚度为15～25nm，氮化硅的厚度为80～100nm。
7.如权利要求1所述的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，硅片正面二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅减反射薄膜中二氧化硅的厚度为3～5nm，氮化硅的厚度为65～80nm，氮氧化硅的厚度为10～15nm。
8.如权利要求1所述的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，激光开窗的线宽为35～55μm，线的根数为120～180根，MARK点为直径0.5～1mm的圆点。
9.如权利要求1所述的双面PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(7)中，激光器的波长为532nm。
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