CN109103298A - 一种基于自对准工艺的ibc太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，通过去除覆盖在开槽的垂直表面的制绒掩膜层，并在将硅片进行制绒清洗的同时去除覆盖在开槽的垂直表面的P+发射层，使N+背表面场与位于开槽底部水平面的P+发射层实现自动对准隔离，降低了隧道结的漏电。由于N+背表面场与位于开槽底部水平面的P+发射层能够实现自动对准，因而降低了工艺对准精度要求，且省去了掩膜和光刻等复杂的高成本工艺，简化工艺流程。相对于专门制备发射结和背场的分离工艺,本发明的分离区域宽度小于10um,对电池效率影响较小，有利于电池效率的提升。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法。
背景技术
IBC(Interdigitated Back Contact，指交叉背接触)太阳能电池，是指太阳能电池正面无电极，电池的正负电极金属栅线呈指状交叉排列于电池背面。IBC太阳能电池最大的特点是PN结和金属接触都处于电池的背面，正面没有金属电极遮挡的影响，因此具有更高的短路电流，同时背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻，从而提高填充因子；加上电池前表面良好钝化作用带来的开路电压增益，使得这种正面无遮挡的电池不仅转换效率高，而且看上去更美观。美国的Sunpower公司是全球首家规模化生产IBC电池的厂家，其量产的转换效率已超过23％，实验室最高效率达到25.2％。IBC电池由于其潜在的高效率是下一代晶硅太阳能电池大规模产业化的方向。
IBC太阳能电池背面交叉结构的P区和N区需要精度控制掺杂的浓度和位置，如果工艺对准精度较低容易造成N区和P区掺杂区域重叠，产生隧道结漏电降低光电转换效率；常规的IBC电池制造工艺需要专门的工艺进行背面N+/P+区域的隔离，当隔离的区域大于10um会严重影响电池效率。另外传统IBC电池的制作涉及多步高温扩散、光刻、电镀等工艺，复杂且成本较高，不利于规模化生产。
发明内容
本发明提出了一种基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，以使得N+背表面场与P+发射层实现自动对准隔离。
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供硅片并对硅片进行表面损伤去除及表面抛光处理；
S2：进行单面磷扩散，在硅片的背面形成N+背表面场；
S3：在N+背表面场的表面沉积扩散掩膜层；
S4：图形化所述扩散掩膜层并以图形化的扩散掩膜层为掩膜在硅片的背面形成开槽；
S5：对所述开槽进行硼扩撒，形成P+发射层；
S6：去除图形化的扩散掩膜层；
S7：在硅片的背面沉积制绒掩膜层；
S8：去除覆盖在开槽的垂直表面的制绒掩膜层；
S9：将硅片进行制绒清洗，在硅片的正面形成绒面，并且去除覆盖在开槽的垂直表面的P+发射层，使N+背表面场与位于开槽底部水平面的P+发射层隔离；
S10：在硅片正面的绒面上制备前表面场；
S11：去除制绒掩膜层；
S12：在硅片的表面形成二氧化硅钝化层；
S13：在二氧化硅钝化层的表面形成SiNx减反射层；
S14：在硅片背面的N+背表面场和P+发射层上制备金属电极。
在本发明的一个实施例中，所述硅片为N型硅片。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S1中采用化学腐蚀法对硅片进行表面损伤去除和表面抛光处理，腐蚀深度为2-5um。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中的N+背表面场的方块电阻为30-60Ω/□。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S3中沉积扩散掩膜层的方式为等离子增强化学气相沉积。
在本发明的一个实施例中，所述扩散掩膜层为SiO2或者SiNx或者SiO2和SiNx叠层结构，其厚度为25-100nm。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S4中形成开槽的方式为激光开槽或者化学腐蚀开槽；当采用激光开槽时，在激光开槽后还包括对开槽进行表面损伤去除。
在本发明的一个实施例中，所述开槽的深度大于5um。
在本发明的一个实施例中，所述P+发射层的方块电阻为40-100Ω/□。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S7中的制绒掩膜层的厚度为80-150nm，所述制绒掩膜层为SiO2和SiNx叠层结构或者为SiNx。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S11中去除制绒掩膜层的方式为：采用9％HF清洗3-8min。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S12中形成的二氧化硅钝化层的厚度为1.5nm。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S13中的SiNx减反射层采用PECVD沉积得到，其厚度为75-85nm。
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)本发明通过去除覆盖在开槽的垂直表面的制绒掩膜层，并在将硅片进行制绒清洗的同时去除覆盖在开槽的垂直表面的P+发射层，使N+背表面场与位于开槽底部水平面的P+发射层实现自动对准隔离，降低了隧道结的漏电。由于N+背表面场与位于开槽底部水平面的P+发射层能够实现自动对准，因而降低了工艺对准精度要求，且省去了掩膜和光刻等复杂的高成本工艺，简化工艺流程。
(2)相对于专门制备发射结和背场的分离工艺,本发明的分离区域宽度小于10um,对电池效率影响较小，有利于电池效率的提升。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法的流程示意图。
图2A-2L为本发明实施例提供的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法的各步骤对应的器件结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的为本发明实施例提供的基于自对准工艺的IBC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。
请参考图1及图2A-图2L，如图11及图2A-图2L所示，本发明实施例提供的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
S1：提供硅片并对硅片1进行表面损伤去除及表面抛光处理。
其中，在本实施例中，硅片1为N型硅片，N型硅片的电阻率值为5-10Ω.cm。具体地，采用化学腐蚀法对硅片进行表面损伤去除和表面抛光处理，腐蚀深度例如可为2-5um。该步骤完成后的器件的结构如图2A所示。
S2：进行单面磷扩散，在硅片的背面形成N+背表面场2。
其中，N+背表面场2的方块电阻为30-60Ω/□，该步骤完成后的器件的结构如图2B所示。
S3：在N+背表面场2的表面沉积扩散掩膜层3。
具体的，在本实施例中，沉积扩散掩膜层3的方式为等离子增强化学气相沉积。沉积扩散掩膜层3例如可为SiO2或者SiNx或者SiO2和SiNx叠层结构，其厚度为25-100nm。该步骤完成后的器件的结构如图2C所示。
S4：图形化所述扩散掩膜层并以图形化的扩散掩膜层为掩膜在硅片的背面形成开槽4。
具体地，例如可以通过先旋涂光刻胶，再利用以掩膜版对光刻胶进行曝光以形成图形化的光刻胶，再以图形化的光刻胶为掩膜图形化所述扩散掩膜层3，然后以图形化的扩散掩膜层为掩膜对N+背表面场2激光开槽或者化学腐蚀开槽；当采用激光开槽时，在激光开槽后还包括对开槽进行表面损伤去除。该步骤完成后的器件结构如图2D所示。
其中，在本实施例中，所述开槽4的深度大于5um。
S5：对所述开槽进行硼扩撒，形成P+发射层5。
该步骤完成后的器件结构如图2E所示；在本实施例中，所述P+发射层5的方块电阻为40-100Ω/□。
S6：去除图形化的扩散掩膜层。
S7：在硅片的背面沉积制绒掩膜层6。
其中，制绒掩膜层6的厚度为80-150nm，所述制绒掩膜层6为SiO2和SiNx叠层结构或者为SiNx。该步骤完成后的器件结构如图2F所示；
S8：去除覆盖在开槽的垂直表面的制绒掩膜层。
其中，开槽的垂直表面的制绒掩膜层指的是N+背表面场2与P+发射层5重叠区域垂直表面的制绒掩膜层。具体的，采用HF清洗来去除覆盖在开槽的垂直表面的制绒掩膜层，其中，HF的浓度一般为1-2％。该步骤完成后的器件结构如图2G所示。
S9：将硅片进行制绒清洗，在硅片的正面形成绒面7，并且去除覆盖在开槽的垂直表面的P+发射层，使N+背表面场与位于开槽底部水平面的P+发射层隔离。
其中，选用质量分布为2-5％的氢氧化钾溶液，温度为75-85℃的条件下进行制绒清洗，形成表面织构化，制绒得到的绒面7的高度为5um。该步骤完成后的器件结构如图2H所示。
S10：在硅片正面的绒面上制备前表面场8。
具体的，采用离子注入技术在硅片正面的绒面上形成前表面场8，离子注入能量为5-10keV，注入计量为5×1014～1×1015/cm2。离子注入完成后进行退火，退火温度为900-950度，退火后的方阻为150-300Ω/□。该步骤完成后的器件结构如图2I所示。
S11：去除制绒掩膜层。
在本实施例中，去除制绒掩膜层的方式为：采用9％HF清洗3-8min。
S12：在硅片的表面形成二氧化硅钝化层9。
具体的，在硅片的正面和背面均形成二氧化硅钝化层9，在本实施例中，形成的二氧化硅钝化层9的厚度极薄，例如为1.5nm。该步骤完成后的器件结构如图2J所示。
S13：在二氧化硅钝化层的表面形成SiNx减反射层10。
其中，SiNx减反射层10采用PECVD沉积得到，其厚度为75-85nm。该步骤完成后的器件结构如图2K所示。
S14：在硅片背面的N+背表面场和P+发射层上制备金属电极1。
具体的，利用丝网印刷法，在硅片背面的N+背表面场2与P+发射层5区域印刷金属栅线，利用烧结工艺将金属栅线形成欧姆线。该步骤完成后的器件结构如图2L所示。
本发明通过去除覆盖在开槽的垂直表面的制绒掩膜层，并在将硅片进行制绒清洗的同时去除覆盖在开槽的垂直表面的P+发射层，使N+背表面场与位于开槽底部水平面的P+发射层实现自动对准隔离，降低了隧道结的漏电。由于N+背表面场与位于开槽底部水平面的P+发射层能够实现自动对准，因而降低了工艺对准精度要求，且省去了掩膜和光刻等复杂的高成本工艺，简化工艺流程。
相对于专门制备发射结和背场的分离工艺,本发明的分离区域宽度小于10um,对电池效率影响较小，有利于电池效率的提升。
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 (13)
1.一种基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供硅片并对硅片进行表面损伤去除及表面抛光处理；
S2：进行单面磷扩散，在硅片的背面形成N+背表面场；
S3：在N+背表面场的表面沉积扩散掩膜层；
S4：图形化所述扩散掩膜层并以图形化的扩散掩膜层为掩膜在硅片的背面形成开槽；
S5：对所述开槽进行硼扩撒，形成P+发射层；
S6：去除图形化的扩散掩膜层；
S7：在硅片的背面沉积制绒掩膜层；
S8：去除覆盖在开槽的垂直表面的制绒掩膜层；
S9：将硅片进行制绒清洗，在硅片的正面形成绒面，并且去除覆盖在开槽的垂直表面的P+发射层，使N+背表面场与位于开槽底部水平面的P+发射层隔离；
S10：在硅片正面的绒面上制备前表面场；
S11：去除制绒掩膜层；
S12：在硅片的表面形成二氧化硅钝化层；
S13：在二氧化硅钝化层的表面形成SiNx减反射层；
S14：在硅片背面的N+背表面场和P+发射层上制备金属电极。
2.如权利要求1所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述硅片为N型硅片。
3.如权利要求2所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中采用化学腐蚀法对硅片进行表面损伤去除和表面抛光处理，腐蚀深度为2-5um。
4.如权利要求2所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的N+背表面场的方块电阻为30-60Ω/□。
5.如权利要求2所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中沉积扩散掩膜层的方式为等离子增强化学气相沉积。
6.如权利要求2或5所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述扩散掩膜层为SiO2或者SiNx或者SiO2和SiNx叠层结构，其厚度为25-100nm。
7.如权利要求2所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中形成开槽的方式为激光开槽或者化学腐蚀开槽；当采用激光开槽时，在激光开槽后还包括对开槽进行表面损伤去除。
8.如权利要求7所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述开槽的深度大于5um。
9.如权利要求2所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述P+发射层的方块电阻为40-100Ω/□。
10.如权利要求2所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中的制绒掩膜层的厚度为80-150nm，所述制绒掩膜层为SiO2和SiNx叠层结构或者为SiNx。
11.如权利要求2所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中去除制绒掩膜层的方式为：采用9％HF清洗3-8min。
12.如权利要求2所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中形成的二氧化硅钝化层的厚度为1.5nm。
13.如权利要求2所述的基于自对准工艺的IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S13中的SiNx减反射层采用PECVD沉积得到，其厚度为75-85nm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Effective date of registration: 20191023 Address after: 710100 East Chang'an Avenue, Xi'an, Shaanxi Aerospace base, No. 589 Applicant after: STATE POWER INVESTMENT CORPORATION XI'AN SOLAR POWER Co.,Ltd. Applicant after: Huanghe hydropower Xining Solar Power Co.,Ltd. Applicant after: HUANGHE HYDROPOWER DEVELOPMENT Co.,Ltd. Applicant after: Huanghe Hydropower Development Co., Ltd. Address before: 710100 East Chang'an Avenue, Xi'an, Shaanxi Aerospace base, No. 589 Applicant before: STATE POWER INVESTMENT CORPORATION XI'AN SOLAR POWER Co.,Ltd. Applicant before: XINING BRANCH OF SPIC XI'AN SOLAR POWER Co.,Ltd. Applicant before: HUANGHE HYDROPOWER DEVELOPMENT Co.,Ltd. Applicant before: Huanghe Hydropower Development Co., Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181228 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |