CN109244151A - 一种全铝背结n型单晶太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：S1.以N型单晶硅片作为基片，将硅片进行制绒、清洗；S2.对步骤S1处理后硅片的正面进行磷扩散，以形成N+区；S3.对步骤S2处理后的硅片的背面进行清洗以及抛光，然后在整个背面印刷铝浆，然后烧结形成背结P区；S4.对步骤S3处理后的硅片进行边缘刻蚀；S5.对步骤S4处理后的硅片进行酸洗以去除背面烧结后多余的铝场以及证明的磷硅玻璃；S6.在步骤S5处理后的硅片的正面镀减反射膜；S7.对步骤S6处理后的硅片进行丝网印刷以及烧结。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法。
背景技术
由于近年来全球气候的异常以及各国经济发展而消耗大量石油燃料，已造成大气中二氧化碳等温室气体的浓度急剧上升，产生越来越明显的全球增温、海平面上升以及其后变迁加剧等现象，对水资源、农作物、自然生态系统及人来健康等层面都造成日益明显的负面冲击。全球变难与能源危机成为亟待解决的问题，因此，可再生能源技术的开发成为当前能源产业的发展趋势。绿色可再生能源之中，具有诸多优点的太阳能光电的发展受到极大瞩目。
近三十年来太阳能光伏技术的研究开发与产业实践，确立了基于晶体硅衬底的硅晶光伏技术的主流地位。按照晶硅衬底的导电类型区分，硅片可分为P型和N型两种。N型晶硅电池由于其高少子寿命和无光致衰减等天然优势，具有更大的效率提升空间和稳定性，成为行业关注和研究的热点。
目前主流N型太阳能电池的制备方法为正面硼扩散制备正面硼发射极，硼扩散的方法有液态源扩散法、旋涂法、气体扩散等。上述三种方法都需经过高温步骤来进行硼原子的扩散操作，扩散温度一般在950-1000℃，整个扩散时间维持在1.5h左右，长时间高温对硅本体少子寿命有着极大的影响，会降低硅片的少子寿命，而且背面背场一般选择磷背场作为高低结来提高电池开路电压。这一传统制备方法步骤繁琐，工艺时间长，不利于工业化运行。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1.以N型单晶硅片作为基片，将硅片进行制绒、清洗；
S2.对步骤S1处理后硅片的正面进行磷扩散，以形成N+区；
S3.对步骤S2处理后的硅片的背面进行清洗以及抛光，然后在整个背面印刷铝浆，然后烧结形成背结P区；
S4.对步骤S3处理后的硅片进行边缘刻蚀；
S5.对步骤S4处理后的硅片进行酸洗以去除背面烧结后多余的铝场以及证明的磷硅玻璃；
S6.在步骤S5处理后的硅片的正面镀减反射膜；
S7.对步骤S6处理后的硅片进行丝网印刷以及烧结。
进一步地，所述步骤S1中，N型硅片的电阻率为1～4Ω*cm。
进一步地，所述步骤S2中，磷扩散后硅片的方阻为60～100Ω/□。
进一步地，所述步骤S3中，硅片的背面印刷全铝浆料，将其于烧结炉中进行烧结扩散，烧结峰值温度为900～1000℃，全部烧结时间为30～60s。
进一步地，铝浆中铝粉的直径为3～5微米。
进一步地，所述步骤S5具体包括以下步骤：
S51.使用HCl/HNO3混合酸清洗硅片背面的铝场，以去掉铝硅合金及氧化铝；
S52.使用氢氟酸去除硅片正面的磷硅玻璃。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过二次印刷铝背场的方法，获得全铝背结N型太阳能电池，其电学性能与现有技术中一次印刷铝背场制得的电池片有较大幅度的提升；此外，本发明的全铝背结N型太阳能电池在制备时，可利用现有设备进行制造，无需增加新的设备，保证了较低的加工成本。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明提供一种全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1.以N型单晶硅片作为基片，将硅片进行制绒、清洗；
S2.对步骤S1处理后硅片的正面进行磷扩散，以形成N+区；
S3.对步骤S2处理后的硅片的背面进行清洗以及抛光，然后在整个背面印刷铝浆，然后烧结形成背结P区；
S4.对步骤S3处理后的硅片进行边缘刻蚀；
S5.对步骤S4处理后的硅片进行酸洗以去除背面烧结后多余的铝场以及证明的磷硅玻璃；
S6.在步骤S5处理后的硅片的正面镀减反射膜；
S7.对步骤S6处理后的硅片进行丝网印刷以及烧结。
优选地，步骤S1中，N型硅片的电阻率为1～4Ω*cm。关于制绒以及清洗的工艺均为现有技术，本发明不再详述。
优选地，步骤S2中，磷扩散方法可以是POCl3气体扩散法也可以是离子注入法，扩散工艺为现有技术，本发明不再详述。磷扩散后控制硅片的方阻为60～100Ω/□。
优选地，步骤S3中，硅片的背面印刷全铝浆料，将其于烧结炉中进行烧结扩散，烧结峰值温度为900～1000℃，全部烧结时间为30～60s。烧结完成后，印刷的铝一分部掺杂入Si中形成PN结，一部分形成铝硅合金，还有一部分形成氧化铝。PN结中铝掺杂浓度为10^19左右，结深0.2～0.4微米。
铝浆一般包括铝粉、玻璃粉、有机粘结剂、助剂等，铝浆的制备属于本领域的现有技术，本发明不再详述。值得一提的是，铝浆中铝粉的直径为3～5微米。
优选地，步骤S5具体包括以下步骤：
S51.使用HCl/HNO3混合酸清洗硅片背面的铝场，以去掉铝硅合金及氧化铝；
S52.使用氢氟酸去除硅片正面的磷硅玻璃，其中氢氟酸浓度一般为5～15％。
优选地，步骤S6中，减反射膜为氮化硅减反射膜。
值得一提的是，边缘刻蚀以及镀减反射膜均为现有技术，本发明不再详述。
优选地，步骤S7中，采用丝网印刷再次印刷铝浆，丝网印刷的具体方法为现有技术，本发明不再详述。丝网印刷铝浆并烧结后，可以进一步增加背结铝原子的掺杂浓度，同时具有一定的吸杂作用，有利于提高电池开路电压和短路电流，从而提高电池转换效率。
【实施例1】
以N型硅片作为基片，将硅片进行制绒、清洗；
对制绒后的硅片背面与背面相对地放入石英舟，将扩散炉恒温在780～800℃之间，恒温10～20min进行磷沉积，大氮流量20L/min，氧气流量2L/min，小氮流量4L/min；升温至800～850℃之间进行推结，恒温时间控制在20～30min，氧气流量控制在8～10L/min；降温至700～800℃之间，大氮流量控制在40～80L/min，氧气流量控制在0.8～1L/min之间；扩散完成后方阻为60～100Ω/□；
对磷扩散后的硅片进行背清洗及抛光；
对清洗并抛光后的硅片背面全部印刷铝浆，使用的铝浆铝粉直径为3～5um，印刷完成后将硅片流入烧结炉中，烧结炉峰值温度在900～1000℃之间，烧结时间为30～60s之间，烧结完成后形成P区；
对扩散后的硅片进行边缘刻蚀；
对形成P区的硅片的铝背场使用HCl/HNO3混合酸清洗，使用质量分数在5～15％的HF酸去除正面磷硅玻璃。清洗完成后硅片表面疏水性良好；
在酸洗后硅片的正面沉积钝化减反射膜；
在硅片上正面以及背面印刷电极，烧结后形成全铝背结N型单晶电池。
【对比例1】
以N型硅片作为基片，将硅片进行制绒、清洗；
对制绒后的硅片背面与背面相对地放入石英舟，将扩散炉恒温在780～800℃之间，恒温10～20min进行磷沉积，大氮流量20L/min，氧气流量2L/min，小氮流量4L/min；升温至800～850℃之间进行推结，恒温时间控制在20～30min，氧气流量控制在8～10L/min；降温至700～800℃之间，大氮流量控制在40～80L/min，氧气流量控制在0.8～1L/min之间；扩散完成后方阻为60～100Ω/□；
对磷扩散后的硅片进行背清洗及抛光；
对酸洗后的硅片正面沉积减反射钝化膜；
对沉积钝化减反射膜后的硅片丝网印刷烧结形成N型单晶电池。
下表显示了实施例1与对比例1的电池性能对比，根据测试结果可以发现，采用本发明的工艺制备N型单晶电池，各电学性能有了明显的提升。
| 实验组 | Uoc/mV | Isc/A | FF/％ | Eta/％ |
| 对比例1 | 635.11 | 8.42 | 79.54 | 17.65 |
| 实施例1 | 639.82 | 8.73 | 79.99 | 18.54 |
此外，本发明制备全铝背结N型单晶电池时，可以直接使用常规电池制造设备进行，也即不需要增加额外的设备，其加工成本基本不会增加。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.以N型单晶硅片作为基片，将硅片进行制绒、清洗；
S2.对步骤S1处理后硅片的正面进行磷扩散，以形成N+区；
S3.对步骤S2处理后的硅片的背面进行清洗以及抛光，然后在整个背面印刷铝浆，然后烧结形成背结P区；
S4.对步骤S3处理后的硅片进行边缘刻蚀；
S5.对步骤S4处理后的硅片进行酸洗以去除背面烧结后多余的铝场以及证明的磷硅玻璃；
S6.在步骤S5处理后的硅片的正面镀减反射膜；
S7.对步骤S6处理后的硅片进行丝网印刷以及烧结。
2.根据权利要求1所述的全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，N型硅片的电阻率为1～4Ω*cm。
3.根据权利要求1所述的全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，磷扩散后硅片的方阻为60～100Ω/□。
4.根据权利要求1所述的全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，硅片的背面印刷全铝浆料，将其于烧结炉中进行烧结扩散，烧结峰值温度为900～1000℃，全部烧结时间为30～60s。
5.根据权利要求4所述的全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，铝浆中铝粉的直径为3～5微米。
6.根据权利要求1-5任一所述的全铝背结N型单晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：
S51.使用HCl/HNO3混合酸清洗硅片背面的铝场，以去掉铝硅合金及氧化铝；
S52.使用氢氟酸去除硅片正面的磷硅玻璃。
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