CN108010990B - 一种晶体硅太阳能电池片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，所述的制作方法在制备常规太阳能电池片和抗电势诱导衰减太阳能电池片工艺的基础上，改变了等离子预处理与臭氧处理的顺序，在不破坏SiO2氧化膜的前提下，能够提高等离子预处理的时间。向硅片中注入大量的H离子，提高了硅片的抗光致衰减能力和抗电势诱导衰减能力。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池片制作领域，具体涉及一种晶体硅太阳能电池片的制作方法。
背景技术
太阳能电池在使用的过程中，主要存在光致衰减现象和电势诱导衰减现象会大大影响电池的光电转换效率和使用寿命。
晶体硅太阳能电池片光衰的主要原因是烧结后的太阳能电池片中的硼氧复合体以不稳定的退火态存在，在光照下，退火态转变成衰减态即复合体，导致电池效率衰减。光衰对电池的太阳能转换效率影响很大，例如假设其在刚产出时的退火态转换效率为20.0％，经过3％的光衰后，则其在衰减态的转换效率降低至19.4％。向硅片中注入的H能够使硅中的硼氧结构之间的悬挂键形成饱和键，降低表面复合中心的密度，从而降低表面复合速率，使表面的复合体转变成稳定的再生态，达到抗光衰的目的。
晶体硅太阳能电池片产生电势诱导衰减的主要原因是和电池片接触的玻璃中的Na+在电压的驱动下从玻璃向电池片移动，并在电池的发射极富集，破坏PN结，从而影响电池的光伏效应。因此在制作太阳能电池片的过程中在电池PN结表面增加一层致密的SiO2薄膜来阻止与电池片相接处的玻璃中的Na+在电压的作用下向电池片移动从而破坏了PN结。
目前的常规的太阳能电池片的制备流程如图1所示，主要包括表面制绒、PN结制作、刻蚀清洗、等离子增强化学气相沉积镀膜和电极制作。等离子增强化学气相沉积镀膜过程初始用NH3和N2形成的等离子进行预清洗，同时向单晶硅中注入大量的H，以提高电池片的抗光致衰减能力。
抗电势诱导衰减太阳能电池片的制备流程如图2所示，在硅片的表面用臭氧处理，获得一层致密的SiO2膜，为了保持了SiO2薄膜的完整
性，抗电势诱导衰减太阳能电池片的制备过程中去除了等离子预处理步骤，会降低了电池片的抗光致衰减的能力。
因此，本发明通过改变工艺流程在确保不破坏SiO2薄膜的前提下，向硅片中注入大量的H。
发明内容
针对上述问题，本发明通过改变工艺流程顺序，在确保不破坏SiO2薄膜的前提下，向硅片中注入大量的H离子。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，包括以下步骤：
S1：表面制绒：采用KOH溶液对含B硅片表面进行绒面处理，形成陷光结构；
S2：制作PN结：在惰性气体的保护下，将两块硅片背对背放入扩散炉中，并向炉内通入POCl3和O2气体，炉内气压控制在5-100KPa，在700-900℃下加热，POCl3和O2充分反应生成的磷原子扩散至外围硅表面，形成N区，所述的N区与P区硅片的交界处形成PN结；
S3：刻蚀清洗：将硅片放入含有HNO3和HF的清洗液中，除去硅片上除正面以外的PN结；
S4：等离子预处理：将硅片放入NH3和N2形成的等离子体中，使得H离子注入硅片中；
S5：臭氧处理：将硅片放入含臭氧的气氛中，在硅片的表面形成一层SiO2氧化膜；
S6：等离子增强化学气相沉积镀膜：低压下，将硅片置于SiH4和NH3形成的等离子中，在硅片的表面沉积氮化硅薄膜层；
S7：电极制作：首先在电池的背面采用印刷法依次用银浆和铝浆印刷背电极和导电电极，所述的银浆和铝浆的印刷位置不重复；然后在电池的正面采用印刷法用银浆制作网格化电极。
作为本发明的进一步改进，所述的等离子体是采用射频电源激励产生的。
作为本发明的进一步改进，S4中所述的等离子预处理时间100-400s。
优选的，所述的等离子预处理时间优选为300s。
作为本发明的进一步改进，所制备的SiO2氧化膜的膜厚为1-20nm。
作为本发明的进一步改进，所制备的PN结的厚度为0.1-0.5um。
作为本发明的进一步改进，所制备的氮化硅薄膜层为双层结构，从下至上包括第一氮化硅薄膜层和第二氮化硅薄膜层，所述的第一氮化硅薄膜层为致密的钝化层，所述的第二氮化硅薄膜层为疏松的减反射层。
作为本发明的进一步改进，S7中所使用的银浆或铝浆中包含金属粉末、有机溶解和固体树脂；所述的银浆的含银量为85％，所述的铝浆的含铝量为75％。
作为本发明的进一步改进，所制作的网格化电极包括主栅线和若干条细栅线，所述的主栅线平行的设置在电池的两侧，所述的细栅线与一侧的主栅线垂直相交，所有的细栅线之间相互平行，且存在间隙。
作为本发明的进一步改进，所述的主栅线的宽度为0.5-1.5mm。
本发明的有益效果：本发明通过改变太阳能电池片的制作流程，将刻蚀后的电池片先做等离子预处理，然后过臭氧生成氧化膜，再进行镀膜，这样既不会破坏氧化膜，又能保证电池片体内的H浓度不会降低，达到理想的抗光衰效果。同时能够提高等离子体处理的硅片的时间，向硅片中注入更多的H，增加电池片体内H的浓度，以便能够更好的提高电池片的抗光衰能力，提高电池的光电转换效率和使用寿命。
附图说明
图1为常规太阳能电池片的生产流程；
图2为抗电势诱导衰减太阳能电池片的生产流程；
图3为本发明太阳能电池片的生产流程。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明制作晶体硅太阳能电池片的工艺流程如图3所示，为了减少工艺流程，使用的是含B硅片，具体的为：
S1：表面制绒：首先需要对硅片的表面用一定浓度的KOH溶液进行清洗，由于硅片中的晶体结构是各向异性的，不同晶向上的腐蚀速率不一样，会在硅片表面产生绒面的陷光结构，该结构可提高入射光的吸收效率。所述的陷光结构可以为金字塔形、蜂窝形、倒金字塔形、V字形等。
制绒工序完成后，进一步用HF和HCl的混酸对硅片的表面进行高度清洗，降低硅片表面金属离子，为后续的PN结制作过程中P原子在硅片表面的刻蚀做准备。
S2：制作PN结：该工序是在扩散炉中完成的，将两块硅片背对背的放在石英舟上，送入扩散炉中。在N2的保护下，向炉内通入POCl3和O2气体，炉内的气压控制在5-100KPa，反应的温度为700℃-900℃，POCl3和O2充分反应生成的磷原子从外围扩散至硅表面，形成N区。由于采用的硅片为含B硅片，为P型晶体，这样在硅片内P型和N型的交界处形成PN结，其厚度为0.1-0.5um。
S3：刻蚀清洗：由于扩散过程中所述的PN结是在整个硅片上形成的，为了防止漏电，需要去除正面的磷硅玻璃。
具体的为将硅片从扩散炉中取出，送入自动清洗机中，硅片在自动清洗机中依次进入刻蚀槽、碱洗槽、酸洗槽三个化学反应槽并进行化学反应，所述的刻蚀槽中的化学试剂为HF和HNO3，所述的碱洗槽中的化学试剂位KOH，所述的酸洗槽中的化学试剂为HF和水。
S4：等离子预处理：采用射频电源激励产生等离子体，将硅片放入NH3和N2形成的等离子体中，一方面清洁硅片表面的脏污，另一方面由于NH3中含有较多的H元素，H元素可以对硅片做很好的钝化。
S5：臭氧处理：将硅片放入含臭氧的气氛中，Si元素迅速被臭氧氧化，在硅片的表面形成一层SiO2氧化膜，所制备的SiO2氧化膜的膜厚为1-20nm。
通过改变等离子体预处理和臭氧处理工序的顺序，由于向硅片中注入氢的过程中，SiO2氧化膜尚未形成，因而不存在破坏SiO2氧化膜的问题。同时可以大大延长使用NH3做等离子预处理的时间。工序顺序改变前，等离子体预处理的时间至多为20s；工序顺序改变后，本发明中的等离子体预处理的时间可增加到100-1000s，这样能够使硅片的表面清洗更加干净，同时有更多的H进入硅片晶格中。当晶格中的H在经过抗光衰处理被激活后，能够明显的降低电池片的光衰速度，提高电池片的光电转换效率。传统的制备方法所制备的电池片的光衰值1-5％，本发明所制备的电池片的光衰值为0-2％。从确保清洁度和节约能源的角度考虑，所述的等离子体处理最优的时间为300s，所获得的晶体硅电池片的光电转换效率为21.6％。
S6：等离子增强化学气相沉积镀膜：在100-300mPa的压力、温度400-450℃时，气体是NH3和SiH4同时通入炉管，在射频电源激励下，硅烷和氨气形成等离子体会立即形成一层SiNx层覆盖在SiO2层的表面，对SiO2层形成了保护作用。在硅片表面沉积成氮化硅薄膜层为双层结构，从下至上包括第一氮化硅薄膜层和第二氮化硅薄膜层，所述的第一氮化硅薄膜折射率为2.1-2.5之间，不仅能够保护SiO2层，还能够修复硅片的表面缺陷；所述的第二氮化硅薄膜层折射率为1.9-2.1之间，增加了光的吸收。
沉积过程中，在硅片表面形成氮化硅薄膜的同时，会有H元素继续掺杂到硅片中，减缓光致衰减现象
S7：电极制作：首先在电池的背面采用印刷法依次印刷银浆和铝浆，在电池背面形成背电极和背电场，其中背电极的宽度在0.1-3.0mm，长度在10-150mm之间，背电极可以采用分段结构，也可以采用直线结构；背电场长度在150-156mm，宽度在150-156mm之间，背电场与背电极有0.1-1mm的重叠区域。然后在电池的正面采用印刷法用银浆制作网格化电极。所制作的网格化电极包括主栅线和若干条极细的细栅线，所述的主栅线的宽度为0.5-1.5mm，平行的设置在电池的两侧，所述的细栅线与一侧的主栅线垂直相交，所有的细栅线之间相互平行，且存在间隙。
所使用的银浆或铝浆中包含金属粉末、含醇及醚类的有机溶解和固体树脂；所述的银浆的含银量为85％，所述的铝浆的含铝量为75％，每印刷完一次银浆或铝浆，都需要将硅片放入烧结炉中，使浆料中的树脂及某些有机物挥发出来。烧结后银、铝金属和硅能形成良好的欧姆接触，也就是说在高温下，银、铝金属和硅充分接触，硅表面的电流能够通过金属导出到外部电路。该过程采用电加热完成的。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，包括以下步骤：
S1：表面制绒：采用KOH溶液对含B硅片表面进行绒面处理，形成陷光结构；
S2：制作PN结：在惰性气体的保护下，将两块硅片背对背放入扩散炉中，并向炉内通入POCl3和O2气体，炉内气压控制在5-100KPa，在700-900℃下加热，POCl3和O2充分反应生成的磷原子扩散至外围硅表面，形成N区，所述的N区与P区硅片的交界处形成PN结；
S3：刻蚀清洗：将硅片放入含有HNO3和HF的清洗液中，除去硅片上除正面以外的PN结；
S4：等离子预处理：将硅片放入NH3和N2形成的等离子体中，使得H离子注入硅片中；
S5：臭氧处理：将硅片放入含臭氧的气氛中，在硅片的表面形成一层SiO2氧化膜；
S6：等离子增强化学气相沉积镀膜：在100-300mPa的压力下，将硅片置于SiH4和NH3形成的等离子中，在硅片的表面沉积氮化硅薄膜层；
S7：电极制作：首先在电池的背面采用印刷法依次用银浆和铝浆印刷背电极和导电电极，所述的银浆和铝浆的印刷位置不重复；然后在电池的正面采用印刷法用银浆制作网格化电极。
2.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所述的等离子体是采用射频电源激励产生的。
3.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，其特征在于：S4中所述的等离子预处理时间100-400s。
4.根据权利要求3所述的一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所述的等离子预处理时间为300s。
5.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所制备的SiO2氧化膜的膜厚为1-20nm。
6.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所制备的的PN结的厚度为0.1-0.5um。
7.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所制备的氮化硅薄膜层为双层结构，从下至上包括第一氮化硅薄膜层和第二氮化硅薄膜层，所述的第一氮化硅薄膜层为致密的钝化层，所述的第二氮化硅薄膜层为疏松的减反射层。
8.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，其特征在于：S7中所使用的银浆或铝浆中包含金属粉末、有机溶剂和固体树脂；所述的银浆的含银量为85％，所述的铝浆的含铝量为75％。
9.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所制作的网格化电极包括主栅线和若干条细栅线，所述的主栅线平行的设置在电池的两侧，所述的细栅线与一侧的主栅线垂直相交，所有的细栅线之间相互平行，且存在间隙。
10.根据权利要求9所述的一种晶体硅太阳能电池片的制作方法，其特征在于：所述的主栅线的宽度为0.5-1.5mm。
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