CN107946405A - 一种钝化接触太阳能电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钝化接触太阳能电池的制作方法，将掺杂纳米硅粉浆料涂覆在隧穿氧化层上形成掺杂多/微晶硅层，将纳米银线胶体涂覆在掺杂多/微晶硅层上形成纳米银线透明导电膜。该方法可以避免使用各种易燃、易爆、剧毒的工艺气体及昂贵的生产设备，且工艺简单，制造成本低。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种钝化接触太阳能电池的制作方法。
背景技术
自1954年第一块太阳能电池在贝尔实验室诞生以来，晶体硅太阳能电池得到了广泛的应用，转换效率不断提升，生产成本持续下降。目前，晶体硅太阳能电池占太阳能电池全球市场总额的80％以上，晶体硅电池片的产线转换效率目前已突破21％，全球年新增装机容量接近70GW且增速明显，与火力发电的度电成本不断缩小，在未来几年有望与之持平。晶体硅太阳能电池作为一种清洁能源在改变能源结构、缓解环境压力等方面的重要作用日益凸显。
晶硅电池效率提升的一个重要途径就是降低常规BSF电池背面的高少子复合速率。对电池的表面进行钝化处理，可以降低表面的复合速度，提高少子寿命，比如目前市场上的PERC电池、PERL电池、PERT电池。但这些电池的钝化膜由于金属电极的存在而非全覆盖，这使得表面钝化电池的少子复合速率不能进一步降低，效率提升受限。且均需经高温热扩散工艺，这对硅片的品质影响较大。
钝化接触是近几年发展起来的一种高效电池技术，该技术可以兼顾良好的钝化和电荷收集。超薄钝化膜上无需开孔，在保证电荷高效传输的基础上，对硅片的表面全覆盖，并提供良好的钝化。钝化接触可以使电荷传输方向由传统的三维变为一维，减少了电荷的传输路径，降低了少子复合的几率，电池的转换效率、收集率、内阻得到了改善。
但钝化接触电池需要在隧穿层上制作掺杂多/微晶硅层，目前常用的方法是LPCVD或PECVD，使用的原料有SiH4、B2H6、H2、PH3等易燃、易爆或剧毒气体，生产过程需严格控制，且设备成本昂贵。
此外，钝化接触电池常使用全覆盖的金属电极，无法形成可双面发电的电池，且金属电极价格昂贵。也有报道采用ITO透明导电膜代替钝化接触的全覆盖金属电极，并将钝化接触应用于电池的正、背面形成双面电池。但ITO透明导电膜目前的制作方法需要借助于昂贵的设备，且工艺控制及环境要求高，导致透明导电膜的制造成本难以短时间内降低。此外，这些透明导电膜的透光率和薄膜电阻之间的平衡也是难点之一。
所以，选择一种高透光率、高导电性的透明电极材料，以及开发出简单、低廉、安全的掺杂多/微晶硅层和透明电极制作工艺，有助于钝化接触电池早日从实验室迈向工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钝化接触太阳能电池的制作方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种钝化接触太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：对晶体硅片进行制绒；
步骤二：在制绒后的硅片正面或/和背面形成隧穿氧化层；
步骤三：分别制作掺杂纳米硅粉浆料和纳米银线胶体；
掺杂纳米硅粉浆料包含：在纳米晶硅粉体和掺杂剂中加入有机助剂；
纳米银线胶体包含：纳米银线加入有机助剂；
步骤四：将步骤三中，制作好的掺杂纳米硅粉浆料涂覆在正面或/和背面的隧穿氧化层上，厚度为10～300nm；
步骤五：对步骤四中掺杂纳米硅薄膜进行干燥及热处理，形成致密的掺杂多/微晶硅层；
步骤六：将步骤三中制作好的纳米银线胶体涂覆在掺杂多/微晶硅层的表面；
步骤七：通过烘箱对步骤六中涂覆有纳米银线胶体的掺杂多/微晶硅层进行干燥及热处理形成纳米银线透明导电膜；
步骤八：在正面或/和背面的纳米银线透明导电膜上制作厚度为50～100nm的减反射膜；
步骤九：在正面或/和背面的减反射膜上制作金属电极，金属电极穿透减反射膜与纳米银线透明导电膜形成电接触。
进一步的，步骤一中，晶体硅片为P型或N型的单晶硅片或多晶硅片。
进一步的，步骤二中，隧穿氧化层为氧化硅、氧化铝、氧化钛或氮氧化硅中的一种或多种叠层，隧穿氧化层的厚度为1～3nm，隧穿氧化层制作的方法采用干紫外臭氧氧化法、臭氧水氧化法、硝酸氧化法、热氧化法、原子层沉积法或气相沉积法。
进一步的，步骤三中，纳米晶硅粉体的质量分数为10～80％，粒径为5～500nm；掺杂剂的质量分数为10^-8～10^-2；掺杂剂包括P型掺杂剂和N型掺杂剂，P型掺杂剂为：硼酸、硼酸盐、氧化硼或氧化铝；N型掺杂剂为：磷酸、磷酸盐、偏磷酸、偏磷酸盐、五氧化二磷或磷单质；纳米银线的质量分数为0.5％～50％，线径为5～500nm，长度为5～100um；有机助剂为：电子级的乙基纤维素、无水乙醇、乙二醇、异丙醇、聚乙二醇、松油醇、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂。
进一步的，步骤五中，采用热处理炉，在100～500℃，保护气氛下对掺杂纳米硅薄膜进行热处理，时间为5～60分钟。
进一步的，步骤四和步骤六中所采用的涂覆方法为：印刷、旋涂或喷印。
进一步的，步骤七中所用的烘箱为链式炉或非链式炉，热处理温度为100～500℃，时间为5～60分钟，加热方式为红外灯管加热或电阻加热。
进一步的，减反射膜为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铝薄膜的一种或多种叠层。
进一步的，金属电极为银电极、铝电极、镍电极、铜电极、合金电极或金属复合电极，制作方法采用印刷、激光转印、喷墨、3D打印、电镀或蒸镀。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明提供了一种简单、安全、低廉的钝化接触电池制作方法，即：将掺杂纳米硅粉浆料涂覆在隧穿氧化层上形成掺杂多/微晶硅层，将纳米银线胶体涂覆在掺杂多/微晶硅层上形成纳米银线透明导电膜，该方法可以避免使用各种易燃、易爆、剧毒的工艺气体及昂贵的生产设备，且工艺简单，制造成本低。
本发明的纳米银线透明导电膜相比于目前常用的ITO透明导电膜，其透光率和电导率均有明显的优势，将其用于晶硅电池电极可以进一步提高电池的转换效率。由于纳米银线透明导电膜的存在，可以使金属电极的用量大幅下降，不必密集排布，从而在节省金属浆料的同时，减少了金属栅线的光遮挡面积。
本发明提供一种无需高温热扩散掺杂工序的晶硅电池制作方法，节省了原料，降低了能耗，简化了工序，同时避免了高温处理降低硅片的品质。
本发明在纳米银线透明导电膜上制作减反射膜，大大降低了电池表面的光反射，提高了转换效率。
附图说明
图1：本发明电池结构示意图；
图2：本发明制作方法流程图。
具体实施方式
实施例1：
一种钝化接触太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：在NaOH热溶液中对P型单晶硅片进行制绒，并经清洗，去除硅片表面的脏污和损伤层，并在表面形成金字塔陷光结构。
步骤二：将制绒后的硅片置于臭氧水中，臭氧浓度为50ppm，时间15分钟，在硅片的表面形成1.2nm的致密氧化硅膜。
步骤三：分别制作掺杂纳米硅粉浆料和纳米银线胶体。
掺杂纳米硅粉浆料包含：①纳米晶硅粉体，质量分数为30％，粒径约为100nm。②一种掺杂纳米硅粉浆料中掺杂有硼酸，硼元素的质量分数为10^-7；另一种掺杂纳米硅粉浆料中掺杂有磷酸，磷元素的质量分数为10^-7。③依据浆料性能按比例加入有机助剂无水乙醇。
纳米银线胶体包含：①纳米银线，质量分数为20％，线径为30nm，长度为30um；②依据胶体性能按比例加入有机助剂异丙醇。
步骤四：将步骤三中制作好的掺杂纳米硅粉浆料涂覆在正面和背面的隧穿氧化硅上，厚度为50nm。
步骤五：对步骤四中掺杂纳米硅薄膜进行干燥及热处理，形成致密的掺杂多/微晶硅层；采用热处理炉，在100～500℃、保护气氛下对掺杂纳米硅薄膜进行热处理，时间为10分钟。
步骤六：将步骤三中制作好的纳米银线胶体涂覆在掺杂多晶硅层的表面。步骤四和步骤六所采用的方法为印刷。
步骤七：通过烘箱对步骤六中涂覆有纳米银线胶体的掺杂多/微晶硅层进行干燥及热处理形成纳米银线透明导电膜；所用的烘箱为链式炉，热处理温度为100～500℃，时间为10分钟，加热方式为红外灯管加热。纳米银线之间及纳米银线与掺杂多晶硅层之间牢固结合形成纳米银线透明导电膜。
步骤八：在正面和背面的纳米银线透明导电膜上采用PECVD的方法分别制作80nm和100nm的氮化硅。
步骤九：在正面和背面的减反射膜上丝网印刷银浆，之后热烧结，银浆穿透氮化硅膜与纳米银线透明导电膜形成电接触。
实施例2：
步骤一：采用纳米金属颗粒催化化学刻蚀在N型单晶硅片的表面上形成倒金字塔结构。
步骤二：将制绒后的硅片置于800℃氧气气氛的热氧化炉中，保温10分钟，在表面形成2nm的致密氧化硅膜。
步骤三：分别制作掺杂纳米硅粉浆料和纳米银线胶体。
掺杂纳米硅粉浆料包含：①纳米晶硅粉体，质量分数为70％，粒径约为300nm。②一种掺杂纳米硅粉浆料中掺杂有硼酸，硼元素的质量分数为10^-5；另一种掺杂纳米硅粉浆料中掺杂有磷酸，磷元素的质量分数为10^-5。③依据浆料性能按比例加入有机助剂松油醇。
纳米银线胶体包含：①纳米银线，质量分数为40％，线径为20nm，长度为100um；②依据胶体性能按比例加入有机助剂聚乙二醇。
步骤四：将步骤三中制作好的掺杂纳米硅粉浆料涂覆在正面和背面的隧穿氧化层上，厚度为20nm。
步骤五：对步骤四中掺杂纳米硅薄膜进行干燥及热处理，形成致密的掺杂多/微晶硅层；采用热处理炉，在100～500℃、保护气氛下对掺杂纳米硅薄膜进行热处理，时间为30分钟。
步骤六：将步骤三中制作好的纳米银线胶体涂覆在掺杂多晶硅层的表面。步骤四和六所采用的方法为旋涂。
步骤七：通过烘箱对步骤六中涂覆有纳米银线胶体的掺杂多/微晶硅层进行干燥及热处理形成纳米银线透明导电膜；所用的烘箱为链式炉，热处理温度为100～500℃，时间为30分钟，加热方式为红外灯管加热。纳米银线之间及与硅片表面之间牢固结合形成纳米银线透明导电膜。
步骤八：在正面和背面的纳米银线透明导电膜上采用PECVD的方法分别制作100nm的氧化铝和100nm的氮化硅。
步骤九：在正面和背面的减反射膜上丝网印刷银浆，之后热烧结，银浆穿透氮化硅膜与纳米银线透明导电膜形成电接触。
Claims (9)
1.一种钝化接触太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对晶体硅片进行制绒；
步骤二：在制绒后的硅片正面或/和背面形成隧穿氧化层；
步骤三：分别制作掺杂纳米硅粉浆料和纳米银线胶体；
掺杂纳米硅粉浆料包含：在纳米晶硅粉体和掺杂剂中加入有机助剂；
纳米银线胶体包含：纳米银线加入有机助剂；
步骤四：将步骤三中，制作好的掺杂纳米硅粉浆料涂覆在正面或/和背面的隧穿氧化层上，厚度为10～300nm；
步骤五：对步骤四中掺杂纳米硅薄膜进行干燥及热处理，形成致密的掺杂多/微晶硅层；
步骤六：将步骤三中制作好的纳米银线胶体涂覆在掺杂多/微晶硅层的表面；
步骤七：通过烘箱对步骤六中涂覆有纳米银线胶体的掺杂多/微晶硅层进行干燥及热处理形成纳米银线透明导电膜；
步骤八：在正面或/和背面的纳米银线透明导电膜上制作厚度为50～100nm的减反射膜；
步骤九：在正面或/和背面的减反射膜上制作金属电极，金属电极穿透减反射膜与纳米银线透明导电膜形成电接触。
2.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤一中，晶体硅片为P型或N型的单晶硅片或多晶硅片。
3.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤二中，隧穿氧化层为氧化硅、氧化铝、氧化钛或氮氧化硅中的一种或多种叠层，隧穿氧化层的厚度为1～3nm，隧穿氧化层制作的方法采用干紫外臭氧氧化法、臭氧水氧化法、硝酸氧化法、热氧化法、原子层沉积法或气相沉积法。
4.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤三中，纳米晶硅粉体的质量分数为10～80％，粒径为5～500nm；掺杂剂的质量分数为10^-8～10^-2；掺杂剂包括P型掺杂剂和N型掺杂剂，P型掺杂剂为：硼酸、硼酸盐、氧化硼或氧化铝；N型掺杂剂为：磷酸、磷酸盐、偏磷酸、偏磷酸盐、五氧化二磷或磷单质；纳米银线的质量分数为0.5％～50％，线径为5～500nm，长度为5～100um；有机助剂为：电子级的乙基纤维素、无水乙醇、乙二醇、异丙醇、聚乙二醇、松油醇、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤五中，采用热处理炉，在100～500℃，保护气氛下对掺杂纳米硅薄膜进行热处理，时间为5～60分钟。
6.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤四和步骤六中所采用的涂覆方法为：印刷、旋涂或喷印。
7.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤七中所用的烘箱为链式炉或非链式炉，热处理温度为100～500℃，时间为5～60分钟，加热方式为红外灯管加热或电阻加热。
8.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池的制作方法，其特征在于，减反射膜为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铝薄膜的一种或多种叠层。
9.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池的制作方法，其特征在于，金属电极为银电极、铝电极、镍电极、铜电极、合金电极或金属复合电极，制作方法采用印刷、激光转印、喷墨、3D打印、电镀或蒸镀。
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