CN109888061A - 一种碱抛光高效perc电池及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碱抛光高效PERC电池的制备工艺，包括以下步骤：步骤S01、制绒；步骤S02、扩散；步骤S03、SE工艺；步骤S04、热氧；步骤S05、去PSG；步骤S06、碱抛光；步骤S07、退火；步骤S08、背钝化；步骤S09、背膜；步骤S10、正膜；步骤S11、激光开槽；步骤S12、印刷烧结：经过丝网印刷完成背面和正面印刷，然后进行烧结工艺；步骤S13、电注入：通过光衰炉或者电注入炉；步骤S14、测试分检：最后对电池片进行电池测试分档。本发明还公开了一种碱抛光高效PERC电池。本发明中增加SE后高温热氧工艺流程，在正面SE区域高温生长一层二氧化硅保护层，SE区域的金字塔绒面得到有效的保护，此工艺流程可保证SE碱抛PERC电池的稳定连续生产。

Description

一种碱抛光高效PERC电池及其制备工艺

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，具体为一种碱抛光高效PERC电池及其制备工艺。

背景技术

PERC电池技术具有明显的性能和成本优势，推动了P型太阳能级单晶硅片的应用。同时高效率、低成本、环保是晶硅太阳能电池发展的主流方向。PERC电池主要是在背面形成钝化膜，这就要求背表面具有良好的平整性，碱抛设备主要的研究就集中在对背面进行抛光处理，这样不但解决了背面镀膜的平整性问题，而且可以去除背面N型扩散层，促进P+层的形成，提高少子寿命，增加背表面反射率。因此引进抛光工艺整合到PERC电池现有生产工艺中是进一步提高PERC电池效率的一种有效手段。

碱抛电池以其简单的设备工艺、独特的工艺流程以及高效的电池效率，备受光伏市场的关注。激光掺杂(SE)具有可控性强，工艺简单，对材料造成的激光诱导损伤小等优点，是制备高效晶体硅太阳电池理想的技术选择。利用激光掺杂工艺可以具有选择性熔融和扩散的特点，在硅基太阳电池中制备选择性发射极结构。在这种结构中，在光吸收区实行轻掺杂，这样减少表面少子俄歇复合，短波光谱响应好；在金属接触区实行重掺杂，以使金属电极和电池发射区之间形成良好的欧姆接触，其短路电流、开路电压、填充因子和转化效率都较高。

针对碱抛技术和SE技术，可以得出在现有技术中PERC电池技术仍然存在的较为明显的缺陷：1、现有SE技术常规路线搭配酸刻蚀，酸刻蚀过程中使用大量的硫酸、硝酸、氢氟酸、盐酸，废液后处理复杂、成本高且不环保；2、申请号为“201710291360.5”的基于背面碱抛工艺的PERC电池制备方法，使用价格相对便宜的背面酸洗机以及槽式背抛机减少成本投入，且碱抛工艺的电池背面较常规酸抛平整，有利于钝化以及背面接触，制成的PERC电池效率提升十分显著，但是，在SE叠加碱抛工艺中，对SE区域保护性较差，在量产过程中极易出现绒面被抛光，破坏了SE区域的PN结，导致效率不稳定或者漏电失效；3、在量产过程中极易出现绒面被抛光的情况，无法保证SE碱抛PERC电池的稳定连续生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碱抛光高效PERC电池及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碱抛光高效PERC电池的制备工艺，包括以下步骤：

步骤S01、制绒：单晶硅片经过表面制绒获得良好的绒面结构；

步骤S02、扩散：通入三氯氧磷和硅片进行反应，实现扩散制结；

步骤S03、SE工艺：选择性发射极在轻掺杂的硅衬底上，通过微米尺寸的激光束有选择性地进行杂质原子的重掺杂；

步骤S04、热氧：在SE工艺后增加高温热氧工艺，在硅片表面生产沉积一层初级二氧化硅保护层；

步骤S05、去PSG：经过去PSG将边缘PN结刻蚀去除；

步骤S06、碱抛光：采用碱性溶液对硅片进行碱抛光；

步骤S07、退火：对碱抛光后的硅片进行退火，在硅片表面生产沉积一层次级二氧化硅层；

步骤S08、背钝化：在硅片背部通过ALD或PECVD方式沉积一层三氧化二铝钝化膜层；

步骤S09、背膜：在硅片的背面生长沉积一层氮化硅膜；

步骤S10、正膜：在硅片的正面生长沉积一层氮化硅膜；

步骤S11、激光开槽：对镀膜后的硅片背面进行激光开槽；

步骤S12、印刷烧结：经过丝网印刷完成背面和正面印刷，然后进行烧结工艺；

步骤S13、电注入：通过光衰炉或者电注入炉；

步骤S14、测试分检：最后对电池片进行电池测试分档。

优选的，步骤S04中，高温热氧的温度为500°-800°。

优选的，步骤S07中，退火的温度为600°-800°。

一种碱抛光高效PERC电池，包括硅基体，所述硅基体正面设置有N+区，所述N+区中有重掺杂区域，所述重掺杂区域的上方设置有初级二氧化硅保护层，且N+区域上还沉积有次级二氧化硅层；

所述硅基体背面设置有三氧化二铝钝化膜层。

优选的，所述初级二氧化硅保护层和次级二氧化硅层上生长沉积有氮化硅膜，所述三氧化二铝钝化膜层下方生长沉积有氮化硅膜。

优选的，所述硅基体正面和背面依次设置有正电极和背电极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、碱抛光替代酸抛光，有效降低酸的使用量，且碱的混液后处理简单且环保，碱抛较酸抛的废液处理简单、低成本以及环保；

2、在正常PERC+SE碱抛高效电池路径中增加SE后高温热氧工艺，使得SE工艺后表面生长一层二氧化硅膜，有效的防止碱对SE区域金字塔绒面的破坏，使得SE叠加碱抛可稳定生产，SE也可达到预期的提效目标，同时防止了批量低效与失效，并且有效提升PERC电池效率；

本发明为进一步提高PERC电池的转换效率，将SE技术与碱抛技术叠加。实际生产过程中增加高温热氧工艺，可解决SE区域PN结被破坏的问题，达成量产的预计提效需求，其中工艺流程操作方便，无需另外增购其他设备，还具有低成本、环保的实际量产价值。

本发明中增加SE后高温热氧工艺流程，在正面SE区域高温生长一层初级二氧化硅保护层，SE区域的金字塔绒面得到有效的保护，此工艺流程可保证SE碱抛PERC电池的稳定连续生产。

附图说明

图1为现有技术的传统工艺流程图；

图2为本发明的制备方法工艺流程图；

图3为本发明的PERC电池结构示意图；

图4为本发明实施例中SE区域改善前后示意图。

图中：1硅基体、2N+区、3重掺杂区域、4初级二氧化硅保护层、5三氧化二铝钝化膜层、6次级二氧化硅层、7氮化硅膜、8背电极、9正电极。

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。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：

一种碱抛光高效PERC电池的制备工艺，包括以下步骤：

步骤S01、制绒：单晶硅片经过表面制绒获得良好的绒面结构，从而实现增大比表面积可以接受更多光子(能量)，同时减少入射光的反射，清洗制绒时残留的液体，减少酸性和碱性物质对电池制结的影响。

步骤S02、扩散：通过三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子，经过一定时间，磷原子进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，完成扩散制结工序，实现光能到电能的转换。

步骤S03、SE工艺：(选择性发射极)选择性发射极就是在轻掺杂的硅衬底上，通过微米尺寸的激光束有选择性地进行杂质原子的重掺杂区域3，有效的形成低表面浓度浅结工艺，同时也能保证印刷栅线区域的欧姆接触。

步骤S04、热氧：为了防止碱抛对SE区域绒面的破坏，增加SE后热氧工序，热氧的温度为500°-800℃，如说明书附图4的图片可见SE区域显微镜下观察形貌良好，未被破坏，且PERC+SE效率可达22％以上，且在重掺杂区域3上形成初级二氧化硅保护层4。

步骤S05、去PSG：由于扩散制结在硅片边缘形成了短路通道，PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。经过去PSG将边缘PN结刻蚀去除，避免边缘造成短路。再通过碱抛槽，去除硅片表面的磷硅玻璃，减少磷硅玻璃对效率的影响。

步骤S06、碱抛光：PERC电池主要原理是背面制备三氧化二铝钝化膜层5的，这就要求背表面具有良好的平整性，目前的研究主要集中在对背面进行抛光处理，这样不但解决了背面镀膜的平整性问题，而且可以去除背面N型扩散层，促进P+层的形成，提高少子寿命，增加背表面反射率。因此引进KOH碱抛光工艺整合到PERC电池现有生产工艺中是进一步提高PERC电池效率的一种有效手段。

步骤S07、退火：碱抛光后的硅片，然后在退火的温度700°下，通过氧气高温炉对电池片表面生产一层次级二氧化硅层6。

步骤S08、背钝化：然后通过ALD或者PECVD方式层积一层三氧化二铝钝化膜层5。

步骤S09、背膜：在三氧化二铝钝化膜层5下方层积一层氮化硅膜7，背部氮化硅膜7起保护三氧化二铝钝化膜层5的作用。

步骤S10、正膜：正面表面的氮化硅膜7是减少反射及钝化作用。

步骤S11、激光开槽：镀膜后的硅片背面激光开槽。

步骤S12、印刷烧结：经过丝网印刷完成背面和正面印刷，然后烧结工艺。

步骤S13、电注入：通过光衰炉或者电注入炉，减少电池池光致衰减。

步骤S14、测试分检：最后电池电池测试分档。

一种碱抛光高效PERC电池，包括硅基体1，如说明书附图3所示，硅基体1正面设置有N+区2，N+区2中有重掺杂区域3，重掺杂区域3的上方设置有初级二氧化硅保护层4，对SE区域的金字塔绒面得到有效的保护，且N+区域2上还沉积有次级二氧化硅层6；

硅基体1背面设置有三氧化二铝钝化膜层5，初级二氧化硅保护层4和次级二氧化硅层6上生长沉积有氮化硅膜7，正面的氮化硅膜7用来减少反射以及实现钝化，三氧化二铝钝化膜层5下方生长沉积有氮化硅膜7，背面的氮化硅膜7用来保护三氧化二铝钝化膜层5，硅基体1正面和背面依次设置有正电极9和背电极8。

对比实验：

实验组：为加入热氧工艺之后制备的PERC电池，对其进行电学性能检测；

对比组：为未加入热氧工艺之前制备的PERC电池，对其进行电性能检测。

电学性能的检测数据如下表1所示：

表1

由上述表1内数据可以得知，实验组制备的PERC电池的电学性能较对比组制备的PERC电池而言，各项数据均有着明显的提升，尤其以电池的ETA(转换效率)最为明显，提升了0.22个百分点，效率提升显著，且失效比例下降为0％。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种碱抛光高效PERC电池的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01、制绒：单晶硅片经过表面制绒获得良好的绒面结构；

步骤S02、扩散：通入三氯氧磷和硅片进行反应，实现扩散制结；

步骤S03、SE工艺：选择性发射极在轻掺杂的硅衬底上，通过微米尺寸的激光束有选择性地进行杂质原子的重掺杂；

步骤S04、热氧：在SE工艺后增加高温热氧工艺，在硅片表面生产沉积一层初级二氧化硅保护层(4)；

步骤S05、去PSG：经过去PSG将边缘PN结刻蚀去除；

步骤S06、碱抛光：采用碱性溶液对硅片进行碱抛光；

步骤S07、退火：对碱抛光后的硅片进行退火，在硅片表面生产沉积一层次级二氧化硅层(6)；

步骤S08、背钝化：在硅片背部通过ALD或PECVD方式沉积一层三氧化二铝钝化膜层(5)；

步骤S09、背膜：在硅片的背面生长沉积一层氮化硅膜(7)；

步骤S10、正膜：在硅片的正面生长沉积一层氮化硅膜(7)；

步骤S11、激光开槽：对镀膜后的硅片背面进行激光开槽；

步骤S12、印刷烧结：经过丝网印刷完成背面和正面印刷，然后进行烧结工艺；

步骤S13、电注入：通过光衰炉或者电注入炉；

步骤S14、测试分检：最后对电池片进行电池测试分档。

2.根据权利要求1所述的一种碱抛光高效PERC电池的制备工艺，其特征在于：步骤S04中，高温热氧的温度为500°-800°。

3.根据权利要求1所述的一种碱抛光高效PERC电池的制备工艺，其特征在于：步骤S07中，退火的温度为600°-800°。

4.一种碱抛光高效PERC电池，通过权利要求1-3任意一项所述的制备工艺制成，其特征在于：包括硅基体(1)，所述硅基体(1)正面设置有N+区(2)，所述N+区(2)中有重掺杂区域(3)，所述重掺杂区域(3)的上方设置有初级二氧化硅保护层(4)，且N+区域(2)上还沉积有次级二氧化硅层(6)；

所述硅基体(1)背面设置有三氧化二铝钝化膜层(5)。

5.根据权利要求4所述的一种碱抛光高效PERC电池，其特征在于：所述初级二氧化硅保护层(4)和次级二氧化硅层(6)上生长沉积有氮化硅膜(7)，所述三氧化二铝钝化膜层(5)下方生长沉积有氮化硅膜(7)。

6.根据权利要求4所述的一种碱抛光高效PERC电池，其特征在于：所述硅基体(1)正面和背面依次设置有正电极(9)和背电极(8)。