CN107978645A - 一种n型晶硅电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种N型晶硅电池的制备方法，包括：S1：将N型硅片的正面进行碱式制绒和织构化处理；S2：将步骤S1处理后的N型硅片进行正面硼扩散，形成硼扩散层；S3：在N型硅片的背面刻蚀并沉积一层背面钝化减反射层；S4：在硼扩散后的N型硅片正面沉积一层钝化层，在钝化层上沉积一层正面钝化减反射层；S5：在N型硅片背面激光开槽并蒸镀背面金属叠层；S6：在N型硅片正面电镀正面金属叠层，即得N型晶硅电池。本发明的一种N型晶硅电池制备方法，无需背面磷扩散，避免了多次掩膜、清洗等工序，同时避免了磷扩散和烧结等高温工艺对硅片体少子寿命在电池制备过程中产生的衰减，提升工艺稳定性和电池效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，特别是涉及一种N型晶硅电池的制备方法。
背景技术
但市场不断发展，随之是对日新月异的光伏技术的要求，高效低成本的技术发展趋势日渐显著。当前产业化N型电池以N型双面电池为主，电池正面使用银铝浆，背面使用银浆，其中银铝浆造成较高的制备成本，高穿透性也会损伤发射极，降低电池片的开路电压。此外，电池背面需要一层n+磷扩散层，增强浆料与硅片之间的隧道效应，降低接触电阻，使银浆与电池硅片形成良好的欧姆接触。但是背面磷扩层极大的增加了工艺难度，n+层中的高掺杂也提高了电池片中的俄歇复合与硅表面的界面缺陷，降低了N型硅片衬底的高效利用率，同时工艺的复杂化与物料成本的增加使N型电池的成本随之提高，阻碍了其大规模量产化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种N型晶硅电池制备方法，无需背面磷扩散，避免了多次掩膜、清洗等工序，很大程度简化了工艺流程，同时避免了磷扩散和烧结等高温工艺对硅片体少子寿命在电池制备过程中产生的衰减，提升工艺稳定性和电池效率。
本发明提供的一种N型晶硅电池的制备方法，包括：
S1：将N型硅片的正面进行碱式制绒和织构化处理；
S2：将步骤S1处理后的N型硅片进行正面硼扩散，形成硼扩散层；
S3：在N型硅片的背面刻蚀并沉积一层背面钝化减反射层；
S4：在硼扩散后的N型硅片正面沉积一层钝化层，在所述钝化层上沉积一层正面钝化减反射层；
S5：在所述N型硅片背面激光开槽并蒸镀背面金属叠层；
S6：在所述N型硅片正面电镀正面金属叠层，即得所述N型晶硅电池。
优选的，步骤S2中正面硼扩散，采用BBr3液态源扩散，扩散方阻为50-70Ω/□，扩散温度为950℃-1000℃，扩散时间为90-100min。
优选的，步骤S3中采用PECVD或PVD法制作背面钝化减反射层，步骤S4中采用ALD法制作钝化层，采用PECVD或PVD法制作正面钝化减反射层。
优选的，步骤S3中所述背面钝化减反射层的厚度为60-120nm，步骤S4中所述钝化层的厚度为5-20nm，所述正面钝化减反射层的厚度为60-120nm。
优选的，步骤S3中所述背面钝化减反射层为SiNx层、SiO2层或SiNx/SiO2复合层，步骤S4中所述钝化层为氧化铝钝化层或氧化硅钝化层，所述正面钝化减反射层为SiNx层、SiO2层或SiNx/SiO2复合层。
优选的，步骤S5中所述背面金属叠层为双层金属叠层，步骤S6中所述正面金属叠层为三层金属叠层。
优选的，步骤S5中在所述激光开槽处蒸镀的所述背面金属叠层穿过所述背面钝化减反射层与所述N型硅片形成欧姆接触。
优选的，步骤S6中在所述N型硅片正面电镀的所述正面金属叠层依次穿过所述正面钝化减反射层和所述钝化层并与所述N型硅片形成欧姆接触。
通过上述描述可知，本发明提供的N型晶硅电池制备方法，无需背面磷扩散，避免了多次掩膜、清洗等工序，很大程度简化了工艺流程，同时避免了磷扩散和烧结等高温工艺对硅片体少子寿命在电池制备过程中产生的衰减，提升工艺稳定性和电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种N型晶硅电池制备方法的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种N型晶硅电池的结构示意图。
其中，附图标记如下：
1-N型硅片，2-硼扩散层，3-钝化层，4-正面钝化减反射层，5-正面金属叠层，6-背面钝化减反射层，7-背面金属叠层，8-激光开槽处。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，图1为本申请实施例提供的一种N型晶硅电池制备方法的示意图；图2为本申请实施例提供的一种N型晶硅电池的结构示意图。
本申请实施例提供的一种N型晶硅电池制备方法，该方法包括如下步骤：
S1：将N型硅片的正面进行碱式制绒和织构化处理。
需要说明的是，碱式制绒可以采用氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液以去掉N型硅片表面线切割损伤层，降低电池硅片表面符合速率，反应形成绒面；织构化处理可以是等离子刻蚀、金属催化、激光刻蚀等方法，以形成金字塔面、倒金字塔面、纳米/微米多孔面等其他结构，这里实施例优选为金字塔面，用以增加对光的吸收。
S2：将步骤S1处理后的N型硅片进行正面硼扩散，形成硼扩散层。
硼扩散的具体操作过程，可参考现有技术，这里不再赘述，正面硼扩散只是在硅片的表面进行扩散渗入，这里属于本领域公知常识，不再赘述，因此正面硼扩散发散极也属于N型硅片的一部分结构，可以确保载N型硅正面流子的横向传输特性；优选的，本实施例中正面硼扩散，采用BBr3液态源扩散，扩散方阻为50-70Ω/□，扩散温度为950℃-1000℃，扩散时间为90-100min。
S3：在N型硅片的背面沉积一层背面钝化减反射层；
S4：在硼扩散后的N型硅片正面沉积一层钝化层，在钝化层上沉积一层正面钝化减反射层；。
刻蚀工艺为现有工艺，可以采用干法刻蚀，也可以采用湿法刻蚀，只要能达到相同的技术效果即可，这里不再赘述，采用ALD法制作钝化层，采用PECVD或PVD法制作正面钝化减反射层，采用PECVD或PVD法制作背面钝化减反射层，以防止后续工艺制作过程影响到硼扩散层的表面，钝化过程使用低温工艺，降低表面态的复合，提高基底载流子寿命，避免了连续的高温过程对电池硅片少子寿命的衰减，提高电池的转换效率；其中PVD方式包括真空蒸镀镀膜、离子束溅射镀膜或电子束溅射镀膜。
S5：在N型硅片背面激光开槽并蒸镀背面金属叠层；
S6：在N型硅片正面电镀正面金属叠层，即得N型晶硅电池。
其中，在步骤S3和S4结束后先进行蒸镀工艺再进行电镀工艺，减少了多次镀膜及反复清洗的过程，有利于大规模生产，采用纳秒级及以上精度激光器，激光开槽处的面积为背面钝化减反射层面积的4±0.2％，然后再蒸镀背面金属叠层，其中电镀工艺是在室温下进行的，蒸镀工艺的中硅片实际温度也小于150℃，都属于低温过程，因为高温过程易导致硅片表面掺杂浓度的降低，结深的增加，从而导致电池的串联电阻增加，电接触性能下降，同时高温过程易导致N型硅片衬底的杂质浓度增加，电池的体复合随之加剧，最终表现为开路电压和整体效率的下降。
而以低温蒸镀金属叠层的方法形成背面电极，背面蒸镀低功函数金属形成欧姆接触，减少高温过程对电池性能的负面影响，提升效率且制程简单，以低温电镀金属叠层的方法形成正面电极，避免了传统工艺中的高温烧结过程，无复杂繁琐的工艺流程，不需要磷扩散等工艺来降低接触电阻，而仅需投入电镀与蒸镀设备就可与传统N型晶硅生产相兼容，易于推向量，而且低温过程有助于避免硅片污染，提高工艺稳定性及避免N型硅片体少子寿命在电池制备过程中产生的衰减，提高电池的转换效率。
通过上述描述可知，本申请实施例提供的N型晶硅电池制备方法，N型晶硅电池制备方法，无需背面磷扩散工艺来降低接触电阻，避免了多次掩膜、清洗等工序，很大程度简化了工艺流程，同时避免了磷扩散和烧结等高温工艺对硅片体少子寿命在电池制备过程中产生的衰减，提升工艺稳定性和电池效率。目前已有N型电池正面和背面金属化实现方法均采用丝网印刷等高温技术，未见N型电池低温金属化研究及相关实现方案，而且本申请的N型晶硅电池工艺大大简化了工艺流程，所使用的设备均为传统晶硅电池产线的常用现有设备，兼容性强，提高了生产效率，降低了生产工艺的成本，具有积极的现实意义。
进一步的，在上述制备方法中，步骤S3和S4中钝化层的厚度为5-20nm，正面钝化减反射层的厚度为60-120nm，背面钝化减反射层的厚度为60-120nm。钝化层为氧化铝钝化层或氧化硅钝化层，正面和/或背面钝化减反射层为SiNx层、SiO2层或SiNx/SiO2复合层。钝化层和钝化减反射层可以起到保护及调整光学参数的作用，降低反射率，本实施例优选氧化铝钝化层和SiNx钝化减反射层。
进一步的，在上述制备方法中，步骤S5中所述背面金属叠层为双层金属叠层，步骤S6中所述正面金属叠层为三层金属叠层。在该方案中，正面金属叠层为三层金属叠层，也即正面电镀金属叠层电极，是为了导出正面载流子，先进行底层金属电镀，底层需与N型硅片有良好的附着力，以免脱落，中间层需有效阻挡上层金属往硼扩散层发射极里扩散，最后进行最上层金属电镀，最上层金属需具有优良的电导率以降低电池串联电阻，如Cr/Pd/Ag结构或者Ni/Cu/Ag结构，本实施例中优选Cr/Pd/Ag结构，而背面金属叠层为双层结构，也即背面蒸镀金属叠层电极，是为了导出背面载流子，先进行底层金属蒸镀，如Ca或Mg金属层，底层直接接触N型硅片的金属需要具有较低功函数的活性金属以与N型硅片形成欧姆接触，在进行第二层金属蒸镀，第二层需要电导率好的金属以降低串联电阻并增强电池背反射，如Ca/Al结构或Mg/Ag结构，本实施例中优选Mg/Ag结构，这里需要说明的是，对于每层金属的电镀工艺为现有技术，这里不再赘述，比如，Mg：8±0.5E-3的真空压力，150-220℃温度下，蒸镀240±20s，Ag：9±0.5E-3的真空压力，200-250℃温度下，蒸镀300±20s，根据实际需求的不同，相应的参数可以进行适应性调整，对于三层金属和双层金属的具体金属构成不做具体限定，意在强调层数的限定，因此只要能够达到相同的技术效果即可。
进一步的，在另一个具体实施例中在激光开槽处8背面金属叠层7穿过背面钝化减反射层6与N型硅片1形成欧姆接触，背面钝化减反射层6通过激光开槽后再蒸镀背面金属叠层7，其中在激光开槽处8的背面金属叠层7将与N型硅片1直接形成欧姆接触，降低了组件生产成本、电池的复合损失，从而光学损失和电阻均显著减少，效率大幅提升。
进一步的，在另一个具体实施例中正面金属叠层5依次穿过正面钝化减反射层4和钝化层3并与硼扩散层2接触，硼扩散层2作为N型硅片的正面的表面一部分因此也属于N型硅片的一部分结构，也即为正面金属叠层5与N型硅片1形成欧姆接触，以降低接触电阻，增加了光的吸收，从而提高了电池的转化效率。
在另一个具体实施例中还提供了一种N型晶硅电池，包括N型硅片1，N型硅片1的正面依次包括硼扩散层2、钝化层3、正面钝化减反射层4和正面金属叠层5，N型硅片的背面依次包括背面钝化减反射层6和背面金属叠层7。正面金属叠层5和背面金属叠层7的设计能够有效降低N型电池两面的串联电阻，叠层覆盖的工艺有助于提升电池效率，将金属叠层工艺与钝化工艺结合，提高电池的填充因子(FF)，有效降低光反射，增加光吸收率，提高N型电池的光电效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种N型晶硅电池的制备方法，其特征在于，包括：
S1：将N型硅片的正面进行碱式制绒和织构化处理；
S2：将步骤S1处理后的N型硅片进行正面硼扩散，形成硼扩散层；
S3：在N型硅片的背面刻蚀并沉积一层背面钝化减反射层；
S4：在硼扩散后的N型硅片正面沉积一层钝化层，在所述钝化层上沉积一层正面钝化减反射层；
S5：在所述N型硅片背面激光开槽并蒸镀背面金属叠层；
S6：在所述N型硅片正面电镀正面金属叠层，即得所述N型晶硅电池。
2.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的制备方法，其特征在于，步骤S2中正面硼扩散，采用BBr3液态源扩散，扩散方阻为50-70Ω/□，扩散温度为950℃-1000℃，扩散时间为90-100min。
3.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的制备方法，其特征在于，步骤S3中采用PECVD或PVD法制作背面钝化减反射层，步骤S4中采用ALD法制作钝化层，采用PECVD或PVD法制作正面钝化减反射层。
4.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述背面钝化减反射层的厚度为60-120nm，步骤S4中所述钝化层的厚度为5-20nm，所述正面钝化减反射层的厚度为60-120nm。
5.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述背面钝化减反射层为SiNx层、SiO2层或SiNx/SiO2复合层，步骤S4中所述钝化层为氧化铝钝化层或氧化硅钝化层，所述正面钝化减反射层为SiNx层、SiO2层或SiNx/SiO2复合层。
6.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述背面金属叠层为双层金属叠层，步骤S6中所述正面金属叠层为三层金属叠层。
7.根据权利要求1所述的N型晶硅电池的制备方法，其特征在于，步骤S5中在所述激光开槽处蒸镀的所述背面金属叠层穿过所述背面钝化减反射层与所述N型硅片形成欧姆接触。
8.根据权利要求1所述的N型晶硅电池，其特征在于，步骤S6中在所述N型硅片正面电镀的所述正面金属叠层依次穿过所述正面钝化减反射层和所述钝化层并与所述N型硅片形成欧姆接触。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111509072A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-08-07 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 新型n型背结设计的硅太阳电池及其制备方法 |
| CN113270521A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-17 | 天津爱旭太阳能科技有限公司 | 降低接触电阻的perc电池的电路制作方法和电池 |
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2017
- 2017-11-24 CN CN201711190907.9A patent/CN107978645A/zh active Pending
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