CN109887841B - 一种perc电池背面抛光工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种PERC背面抛光工艺，涉及太阳电池生产技术领域。本申请包括以下步骤：正面镀膜：在硅片正面沉积一层SiNx膜；酸洗绕镀：将硅片浸泡在HF溶液中，将背面反镀的SiNx清洗掉；背面抛光：将硅片背面与碱溶液接触，碱溶液为NaOH或KOH溶液，碱溶液的浓度为15％‑35％，碱溶液的温度为70℃‑90℃，硅片与碱溶液的接触时长为200秒‑300秒。本申请通过控制碱溶液的温度、硅片与碱溶液的接触时长，大大提高了PERC电池效率，使得碱抛后的电池效率达到21.75％以上。此外，本申请的工艺容错率高，适合量产。

Description

一种PERC电池背面抛光工艺
技术领域
本申请涉及太阳能电池生产技术领域，特别涉及到一种PERC电池背面抛光工艺。
背景技术
为应对日趋严重的能源危机和环境问题，太阳能电池的开发与利用受到社会各界越来越多的关注。目前，光伏行业的发展趋势为提效降本，即在有效控制生产成本的前提下，采取手段提升太阳能电池的电池效率。其中，钝化发射极及背面电池技术(PassivatedEmitter and Rear Cell，以下简称PERC电池)是一种通过钝化背表面介质膜、采用局域金属接触的太阳能电池加工工艺，能够有效降低背表面的电子复合速度，同时提升了背表面的光反射，达到提高电池效率的目的。此外，PERC电池由于是一种作用于电池背表面的工艺，能够与其他的高效电池技术及新的提高电池效率的制造工艺有非常好的兼容性，具有极高的应用前景。
PERC电池制造工艺一般包括以下步骤：制绒、扩散制PN结(P型半导体和N型半导体的交界面形成的空间电荷区)、刻蚀、镀膜、钝化、开槽和烧结等。其中，背面抛光工艺集成在刻蚀工序中，通过改造毛细滚轮以及一定化学配方对晶体硅片的背面进行刻蚀与抛光处理，即刻蚀掉边缘与背面的PN结的同时使背面的微观结构变得平整。
目前，晶硅PERC电池背面钝化效果达到瓶颈，生产成本也偏高，有一个重要原因就是背抛光工艺的技术没有得到突破，如何通过背面抛光工艺来提高PERC电池的效率是行业内研究的重要课题之一。
发明内容
本申请的目的是提供一种PERC电池背面抛光工艺，达到提高电池效率的效果。
为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种PERC背面抛光工艺，包括以下步骤：
正面镀膜：在硅片正面沉积一层SiNx膜；
酸洗绕镀：将硅片浸泡在HF溶液中，将背面反镀的SiNx清洗掉；
背面抛光：将硅片背面与碱溶液接触，碱溶液为NaOH或KOH溶液，碱溶液的浓度为15％-35％，碱溶液的温度为70℃-90℃，硅片与碱溶液的接触时长为200秒-300秒。
在上述技术方案中，本申请通过控制碱溶液的温度、硅片与碱溶液的接触时长，大大提高了PERC电池效率，使得碱抛后的电池效率达到21.75％以上。此外，本申请的工艺容错率高，适合量产。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在正面镀膜步骤中，通过PECVD法形成SiNx膜。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在正面镀膜步骤中，SiNx膜的厚度为105nm-110nm。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在酸洗绕镀步骤中，HF溶液的浓度为3％-6％。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在酸洗绕镀步骤中，浸泡时长与反镀的SiNx膜的厚度成正比。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在背面抛光步骤中，碱溶液盛放在碱槽内，碱槽自动给碱溶液加热，使碱溶液保持恒温。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在进行正面镀膜步骤之前，先对所述硅片进行制绒、扩散和刻蚀处理。
进一步地，根据本申请实施例，其中，在完成背面抛光步骤之后，对硅片进行清洗烘干、背面钝化、开槽和金属化工艺。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，在下面的描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请发明内涵的情况下做类似改进，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所述使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合，
本申请公开了一种PERC背面抛光工艺，进行在制绒、扩散和刻蚀等工艺之后，包括以下步骤：
正面镀膜：在硅片刻蚀之后，在硅片的正面(有PN结的一面)通过PECVD法沉积一层氮化硅(SiNx)减反射膜，同时正面的SiNx也可起到掩膜作用，因为SiNx不与碱溶液发生反应，能够保护已在硅片正面扩散的PN结。其中，PECVD法是指等离子体增强化学的气相沉积法，是一种较为成熟的沉积成膜工艺，具有沉积速率快、成膜质量好等优点，本申请采用PECVD 法仅作为一种形成SiNx掩膜的手段，并不限制本申请，本领域的技术人员采取的其他成膜方式均属于本申请所涵盖的范围。此外，在本申请中，SiNx膜的厚度具体最好为105nm-110nm。
酸洗绕镀：在正面镀膜步骤中，SiNx膜不可避免地会绕镀至硅片背面，又因为SiNx不与碱溶液反应，所以需要在抛光前通过酸洗去除绕镀的SiNx膜。在本申请中，通过将正面镀膜的硅片放入低浓度的HF溶液(氢氟酸溶液)中进行浸泡清洗，达到洗掉背面反镀的SiNx膜的目的。其中，HF溶液的浓度最好为3％-6％，浸泡时长与反镀的SiNx膜的厚度成正比，例如，当反镀的SiNx膜较薄时，上述浸泡时长最好为300秒-600秒，以将反镀的SiNx膜清洗干净为标准，并不限制本发明。
背面抛光：将硅片放置于碱槽中，碱槽内盛放有碱溶液并对碱溶液进行加热，硅片背面与碱溶液接触，以达到对硅片进行抛光的目的。其中，碱溶液在本申请中具体实施为NaOH或者KOH，浓度为15％-35％，碱溶液的温度维持在70℃-90℃，硅片与碱溶液的接触时长为 200秒-300秒。
在上述实施方式中，硅片既可以是单晶硅，也可以是多晶硅，即本申请的PERC电池背面抛光工艺适用于各种硅片制作的天阳能电池，并不受硅片的种类限制。
此外，在正面镀膜之前，需要对硅片进行前序工艺，依次包括制绒、扩散和刻蚀。其中，制绒工艺具体实施为通过制绒液在硅片表面形成金字塔绒面结构，以提高硅片的陷光作用。
在背面抛光之后，再对硅片进行清洗烘干、背面钝化、开槽和金属化工艺。其中，开槽工艺最好为激光开槽。
本申请可以提高背抛效果，增加反射率。工艺容错率高，适合量产，由于代替之前的酸抛光，废水处理也比较简单，下面将列举实施例1-27及对比例1来说明本申请的效果，但本申请不限于这些实施例。实施例中的测试方法为通过HALM测试仪测试电性能参数。
【实施例一】
在对硅片进行制绒、扩散和刻蚀等工艺之后，采用PECVD法沉积一层氮化硅(SiNx)减反射膜，SiNx膜的厚度具体实施为105nm。然后，将硅片放入低浓度的HF溶液中进行浸泡清洗，HF溶液的浓度为3％，浸泡时长为450秒，将背面反镀的SiNx膜清洗干净。之后将硅片放置于碱槽中，碱槽内盛放有碱溶液并对碱溶液进行加热，硅片背面与碱溶液接触。碱溶液为KOH溶液，浓度为15％，温度为70℃，接触时长为200S。
通过上述HALM测试仪对该硅片进行电性能参数测试，测得电池效率结果如表1所示。
【实施例二】
除了硅片与碱溶液接触的时长为225秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例三】
除了硅片与碱溶液接触的时长为250秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例四】
除了硅片与碱溶液接触的时长为275秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例五】
除了硅片与碱溶液接触的时长为300秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例六】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为20％外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例七】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为20％、硅片与碱溶液接触的时长为225秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例八】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为20％、硅片与碱溶液接触的时长为250秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例九】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为20％、硅片与碱溶液接触的时长为275秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例十】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为20％、硅片与碱溶液接触的时长为300秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例十一】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为25％外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例十二】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为25％、硅片与碱溶液接触的时长为225秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例十三】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为25％、硅片与碱溶液接触的时长为250秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例十四】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为25％、硅片与碱溶液接触的时长为275秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例十五】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为25％、硅片与碱溶液接触的时长为300秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例十六】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为30％外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例十七】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为30％、硅片与碱溶液接触的时长为225秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例十八】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为30％、硅片与碱溶液接触的时长为250秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例十九】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为30％、硅片与碱溶液接触的时长为275秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例二十】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为30％、硅片与碱溶液接触的时长为300秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例二十一】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为35％外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例二十二】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为35％、硅片与碱溶液接触的时长为225秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例二十三】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为35％、硅片与碱溶液接触的时长为250秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例二十四】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为35％、硅片与碱溶液接触的时长为275秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【实施例二十五】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为35％、硅片与碱溶液接触的时长为230秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【对比例一】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为10％，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
【对比例二】
除了作为碱溶液的KOH溶液浓度为35％、硅片与碱溶液接触的时长为400秒外，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表1所示。
表1：
Figure BDA0001950786840000061
Figure BDA0001950786840000071
从表1可以看出，碱溶液的浓度、硅片与碱溶液接触的时长均对电池效率产生影响：在相同溶液浓度下，随着接触时间的增加，硅片的电池效率先增加后减少；当硅片与碱溶液接触时间相同时，随着碱溶液浓度的增加，硅片的电池效率同样是先增加后减少；在碱溶液浓度较低而抛光时间短的情况下，抛光下效果不理想，电池效率仅为为21.52％；在碱溶液浓度高而抛光时间较长的情况下，基片厚度减薄严重造成电池效率损失，仅为21.45％。而在本申请提供的范围内，大部分电池效率维持在21.75％以上，符合品控要求，适合量产。其中，最优组为实施例十三，即在25％浓度的KOH溶液下抛光250S，电池效率为21.85％。
【实施例二十六】
除了碱溶液的温度为80℃，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表2所示。
【实施例二十七】
除了碱溶液的温度为90℃，其他与实施例一同样进行。其测得电池效率结果如表2所示。
表2：
碱溶液的温度(℃) 电池效率(％)
实施例一 70℃ 21.76
实施例二十六 80℃ 21.76
实施例二十七 90℃ 21.77
从表2可以看出，在本申请提供的范围内，碱溶液的温度对产品的电池效率几乎没有影响，所以在本申请中采用自动加热的碱槽使碱溶液维持在70℃-90℃内，不需要人工控制碱溶液的温度，简化硅片抛光流程。
尽管上面对本申请说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本申请，但是本申请不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本申请精神和范围内，一切利用本申请构思的申请创造均在保护之内。

Claims (3)

1.一种PERC背面抛光工艺，其中，包括以下步骤：
正面镀膜：在硅片正面沉积一层SiNx膜；
酸洗绕镀：将所述硅片浸泡在HF溶液中，将背面反镀的SiNx清洗掉；
背面抛光：将所述硅片背面与碱溶液接触，所述碱溶液为NaOH或KOH溶液，所述碱溶液的浓度为20％-35％，所述碱溶液的温度为70℃-90℃，所述硅片与碱溶液的接触时长为200秒-300秒；
所述碱溶液盛放在碱槽内，所述碱槽自动给碱溶液加热，使碱溶液保持恒温；
在正面镀膜步骤中，通过PECVD法形成所述SiNx膜；
在正面镀膜步骤中，所述SiNx膜的厚度为105nm-110nm；
在酸洗绕镀步骤中，所述HF溶液的浓度为3％-6％；
在酸洗绕镀步骤中，浸泡时长与反镀的SiNx膜的厚度成正比。
2.根据权利要求1中的任一项所述的一种PERC背面抛光工艺，其中，在进行正面镀膜步骤之前，先对所述硅片进行制绒、扩散和刻蚀处理。
3.根据权利要求1中的任一项所述的一种PERC背面抛光工艺，其中，在完成背面抛光步骤之后，对硅片进行清洗烘干、背面钝化、开槽和金属化工艺。
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