CN109935659A - 一种p型太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了太阳能电池领域的一种P型太阳能电池的制备方法，旨在提高太阳能电池的光电效率。一种P型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：利用碱制绒的方法对P型硅基体进行绒面处理；对硅片正面进行磷扩散，形成N+掺杂层；去除硅片正面和背面的磷硅玻璃；在硅片正面生长一层隧穿氧化层，并沉积多晶硅，然后将磷离子注入到多晶硅中；对硅片进行背面抛光，去除绕镀的多晶硅层；对硅片进行退火处理，激活注入的磷离子；用化学氧化的方法在硅片正面和背面形成氧化层；在硅片背面生长AlOx和SiNx钝化减反膜，正面生长SiNx钝化减反膜；在硅片两面激光开槽，用银浆印刷电极，烧结，完成制备。采用该方法可以有效提高电池的光电效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种P型太阳能电池的制备方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
随着太阳能电池技术的发展，表面钝化技术变得尤为重要，新型隧穿氧化层钝化接触技术TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact）变成了研究的热点，该技术是在硅片表面生长一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅，氧化层的钝化作用和高掺杂多晶硅层的场钝化作用可以极大地降低少子复合速率，同时多晶硅层有利于多子的传导，因而利用TOPCon技术生产的电池具有高的开路电压和填充因子，太阳能电池的光电效率可以得到进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种P型太阳能电池的制备方法，以进一步提高太阳能电池的光电效率。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种P型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a、利用碱制绒的方法对P型硅基体进行绒面处理；
b、对硅片正面进行磷扩散，形成N+掺杂层；
c、去除硅片正面和背面的磷硅玻璃；
d、在硅片正面生长一层隧穿氧化层，并沉积多晶硅，然后将磷离子注入到多晶硅中；
e、对硅片进行背面抛光，去除绕镀的多晶硅层；
f、对硅片进行退火处理，激活注入的磷离子；
g、用化学氧化的方法在硅片正面和背面形成氧化层；
h、在硅片背面生长AlOx和SiNx钝化减反膜；
i、在硅片正面生长SiNx钝化减反膜；
j、在硅片正面和背面激光开槽，然后使用银浆印刷金属电极，并进行烧结，完成制备。
步骤a采用质量分数为2~5%的KOH溶液进行绒面处理，制绒时间为5~20min。
磷扩散的方法包括：采用POCl3 作为磷源，扩散温度为700℃~800℃，扩散时间为60~180min，扩散后的方块阻值为70~120Ω/sq。
所述步骤c包括如下步骤：
aa、用质量分数分别为2~4% HF和20~26% HNO3混合酸清洗硅片背面的磷硅玻璃；
bb、在配合添加剂的情况下使用质量分数为2~6%的KOH或NaOH溶液腐蚀背面绕镀的磷扩散层； 或用质量分数为2~8%的KOH或NaOH溶液进行腐蚀抛光；
cc、用质量分数为2~8%的HF溶液清洗正面的磷硅玻璃。
采用高温热氧化法、臭氧氧化法或化学氧化法制备隧穿氧化层，所述隧穿氧化层的生长厚度为0.3~5nm；所述多晶硅的沉积厚度为70~300nm，沉积温度控制在500~700℃；磷离子注入到多晶硅中的方法包括离子注入法和磷扩散法。
用质量分数分别为2~4% HF和20~26% HNO3混合酸进行背面抛光。
步骤f退火温度为750~900℃，退火时间为70~110分钟。
步骤g 首先利用质量分数为5~20%的HF溶液浸洗，然后利用质量分数为65~75%的浓硝酸对硅片的两面进行氧化处理。
硅片背面的钝化减反膜包括厚度为2~8nm的Al2O3钝化减反膜和厚度为70~200nm的Si3N4钝化减反膜；硅片正面的钝化减反膜包括厚度为70~200nm的Si3N4钝化减反膜。
步骤j中烧结温度为850~950℃。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：太阳能电池的光电效率可以得到显著提高。
附图说明
图1是本发明实施例中步骤a处理后的电池结构示意图；
图2是本发明实施例中步骤b处理后的电池结构示意图；
图3是本发明实施例中步骤c处理后的电池结构示意图；
图4是本发明实施例中步骤d处理后的电池结构示意图；
图5是本发明实施例中步骤e处理后的电池结构示意图；
图6是本发明实施例中步骤g处理后的电池结构示意图；
图7是本发明实施例中步骤i处理后的电池结构示意图；
图8是本发明实施例中步骤j处理后的电池结构示意图；
图中：1.P型硅基体；2.N+掺杂层；3.隧穿氧化层；4.多晶硅层；5.氧化层；6.AlOx层；7.SiNx层；8.电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种P型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
首先利用碱制绒的方法对P型硅基体进行绒面处理，绒面处理的目的在于去除P型硅基体在切割过程中产生的机械损伤，增加电池片表面面积为扩散增加制结面积做准备，根据陷光原理，制绒后的电池片表面反射率大大降低，图1所示为经过本步骤处理后的电池结构。
将制绒后的硅片放入扩散炉对正表面进行磷扩散，形成N+掺杂层。在P型硅基体的正表面通过磷扩散的方式得到N+掺杂层，就形成了太阳能电池的核心结构PN结，图2所示为经过本步骤处理后的电池结构。
将形成N+掺杂层的硅片放入清洗机进行清洗以去除扩散过程中产生的磷硅玻璃。磷硅玻璃会使光生电子沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路，去除磷硅玻璃的目的在于防止PN结短路。清洗工艺可采用以下两种方案：（1）首先使用酸液去除背面的磷硅玻璃，再使用碱腐蚀抛光的方法去除背面的磷扩散层，最后去除正表面的磷硅玻璃；（2）首先使用酸液去除背面的磷硅玻璃，在配合添加剂的情况下使用KOH或NaOH溶液腐蚀背面绕镀的磷扩散层，最后去除正面的磷硅玻璃；图3所示为经过本步骤处理后的电池结构。
采用高温热氧化法、臭氧氧化法或化学氧化法在硅片正面生长一层隧穿氧化层，并沉积多晶硅，然后通过离子注入或磷扩散的方式将磷离子注入到多晶硅层中；氧化层的钝化作用和高掺杂多晶硅层的场钝化作用可以极大地降低少子复合速率，同时多晶硅层有利于多子的传导，使处理后的电池具有高的开路电压和填充因子，图4所示为经过本步骤处理后的电池结构。
对硅片进行背面抛光，去除绕镀的多晶硅层。在前述沉积多晶硅的步骤中，会有多晶硅绕到硅片的背面，在硅片背面形成多晶硅层，对这一部分多余的多晶硅层通过混合酸进行抛光去除，图5所示为经过本步骤处理后的电池结构。
对硅片进行退火处理，激活注入的磷离子；硅片中含有氧，氧有吸取杂质的作用，退火时还可以将硅片表面附近的氧，从其表面挥发脱除，使表面附近的杂质数量减少以利于后续工序的进行。
用化学氧化的方法在硅片正面和背面形成氧化层，便于后续对硅片进行电阻率测试。图6所示为经过本步骤处理后的电池结构。
在硅片背面生长Al2O3和Si3N4钝化减反膜；在硅片正面生长Si3N4钝化减反膜，生长减反膜的目的在于增加光线的透射率，提高电池的光电效率。图7所示是本步骤处理后的电池结构。
在硅片正面和背面激光开槽，然后使用银浆印刷金属电极，并进行烧结，完成制备。图8所示是本步骤处理后的电池结构。
实施例一：
a、在尺寸为156.75×156.75mm，厚度为150μm的P型硅基体上，使用质量分数为2%的KOH溶液下进行碱制绒，制绒时间20min；
b、将制绒后的硅片放入扩散炉中在其正表面进行磷扩散，采用POCl3作为磷源，形成N+掺杂层，扩散温度为700~750℃，扩散时间为180min，扩散后的方块阻值为110Ω/sq；
c、将扩散后的硅片放入清洗机，首先使用质量分数为3%HF和质量分数为20%HNO3混合酸清洗背面的磷硅玻璃，然后利用质量分数为2% KOH进行抛光，最后用2%HF溶液清洗正面的磷硅玻璃；
d、将处理过的硅片放入LPCVD（低压力化学气相沉积）设备上，将温度控制在500~550℃，在其正面生长3.5nm隧穿氧化层，并沉积100nm的多晶硅，温度控制在600~650℃。然后通过离子注入的方法将磷离子注入到多晶硅层当中；
e、将硅片用质量分数为2%HF和质量分数为20%HNO3混合酸进行背面抛光，去除绕镀的多晶硅层；
f、将硅片在850~900℃的温度下退火处理，退火时间70min，激活注入的磷离子；
g、首先利用质量分数为5%的HF浸洗，然后利用质量分数为65%的浓HNO3对硅片的两面进行氧化处理；
h、在硅片的背面生长2nm的Al2O3和120的Si3N4钝化减反膜；
i、在硅片的正面生长 70nm的Si3N4钝化减反膜；
j、在硅片正面和背面激光开槽，使用银浆印刷金属电极，然后进行烧结，烧结温度控制在850~860℃。
实施例二：
a、在尺寸为156.75×156.75mm，厚度为180μm的P型硅基体上，使用质量分数为3%的KOH溶液下进行碱制绒，制绒时间5min；
b、将制绒后的硅片放入扩散炉中在其正表面进行磷扩散，采用POCl3作为磷源，形成N+掺杂层，扩散温度为750~800℃，扩散时间为60min，扩散后的方块阻值为70Ω/sq；
c、将扩散后的硅片放入清洗机，首先使用质量分数为2%HF和质量分数为26%HNO3混合酸清洗背面的磷硅玻璃，然后利用质量分数为3% NaOH进行抛光，最后用4%HF溶液清洗正面的磷硅玻璃；
d、将处理过的硅片放入LPCVD（低压力化学气相沉积）设备上，将温度控制在580~650℃，在其正面生长0.5nm隧穿氧化层，并沉积200nm的多晶硅，温度控制在550~600℃；然后通过离子注入的方法将磷离子注入到多晶硅层当中；
e、将硅片用质量分数为4%HF和质量分数为26%HNO3混合酸进行背面抛光，去除绕镀的多晶硅层；
f、将硅片在750~800℃的温度下退火处理，退火时间110min，激活注入的磷离子；
g、首先利用质量分数为20%的HF浸洗，然后利用质量分数为75%的浓HNO3对硅片的两面进行氧化处理；
h、在硅片的背面生长3nm的Al2O3和70nm的Si3N4钝化减反膜；
i、在硅片的正面生长 100nm的Si3N4钝化减反膜；
j、在硅片正面和背面激光开槽，使用银浆印刷金属电极，然后进行烧结，烧结温度控制在860~880℃。
实施例三：
a、在尺寸为156.75×156.75mm，厚度为160μm的P型硅基体上，使用质量分数为2%的KOH溶液下进行碱制绒，制绒时间10min；
b、将制绒后的硅片放入扩散炉中在其正表面进行磷扩散，采用POCl3作为磷源，形成N+掺杂层，扩散温度为700~720℃，扩散时间为120min，扩散后的方块阻值为110Ω/sq；
c、将扩散后的硅片放入清洗机，质量分数为4%HF和质量分数为24%HNO3混合酸清洗背面的磷硅玻璃，然后在配合添加剂的情况下使用 5%KOH溶液腐蚀背面绕镀的磷扩散层，最后用6%HF溶液清洗正面的磷硅玻璃；
d、将处理过的硅片放入LPCVD（低压力化学气相沉积）设备上，将温度控制在650~700℃，在其正面生长0.3nm隧穿氧化层，并沉积300nm的多晶硅，温度控制在500~550℃；然后通过磷扩散的方法在多晶硅层扩散磷离子；
e、将硅片用质量分数为3%HF和质量分数为26% HNO3混合酸进行背面抛光，去除绕镀的多晶硅层；
f、将硅片在800~850℃的温度下退火处理，退火时间110min，激活注入的磷离子；
g、首先利用质量分数为10%的HF浸洗，然后利用质量分数为70%的浓HNO3对硅片的两面进行氧化处理；
h、在硅片的背面生长8nm的Al2O3和150nm的Si3N4钝化减反膜；
i、在硅片的正面生长 150nm的Si3N4钝化减反膜；
j、在硅片正面和背面激光开槽，使用银浆印刷金属电极，然后进行烧结，烧结温度控制在880~920℃。
实施例四：
a、在尺寸为156.75×156.75mm，厚度为200μm的P型硅基体上，使用质量分数为5%的KOH溶液下进行碱制绒，制绒时间10min；
b、将制绒后的硅片放入扩散炉中在其正表面进行磷扩散，采用POCl3作为磷源，形成N+掺杂层，扩散温度为780~800℃，扩散时间为60min，扩散后的方块阻值为120Ω/sq；
c、将扩散后的硅片放入清洗机，质量分数为2%HF和质量分数为24%HNO3混合酸清洗背面的磷硅玻璃，然后在配合添加剂的情况下使用 6% NaOH溶液腐蚀背面绕镀的磷扩散层，最后用8%HF溶液清洗正面的磷硅玻璃；
d、将处理过的硅片放入LPCVD（低压力化学气相沉积）设备上，将温度控制在500~600℃，在其正面生长5nm隧穿氧化层，并沉积70nm的多晶硅，温度控制在650~700℃；然后通过磷扩散的方法在多晶硅层扩散磷离子；
e、将硅片用质量分数为3%HF和质量分数为24% HNO3混合酸进行背面抛光，去除绕镀的多晶硅层；
f、将硅片在780~820℃的温度下退火处理，退火时间110min，激活注入的磷离子；
g、首先利用质量分数为15%的HF浸洗，然后利用质量分数为75%的浓HNO3对硅片的两面进行氧化处理；
h、在硅片的背面生长5nm的Al2O3和200nm的Si3N4钝化减反膜；
i、在硅片的正面生长200nm的Si3N4钝化减反膜；
j、在硅片正面和背面激光开槽，使用银浆印刷金属电极，然后进行烧结，烧结温度控制在920~950℃。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种P型太阳能电池的制备方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
a、利用碱制绒的方法对P型硅基体进行绒面处理；
b、对硅片正面进行磷扩散，形成N+掺杂层；
c、去除硅片正面和背面的磷硅玻璃；
d、在硅片正面生长一层隧穿氧化层，并沉积多晶硅，然后将磷离子注入到多晶硅中；
e、对硅片进行背面抛光，去除绕镀的多晶硅层；
f、对硅片进行退火处理，激活注入的磷离子；
g、用化学氧化的方法在硅片正面和背面形成氧化层；
h、在硅片背面生长AlOx和SiNx钝化减反膜；
i、在硅片正面生长SiNx钝化减反膜；
j、在硅片正面和背面激光开槽，然后使用银浆印刷金属电极，并进行烧结，完成制备。
2.根据权利要求1所述的一种P型太阳能电池的制备方法，其特征是，所述步骤a采用质量分数为2~5%的KOH溶液进行绒面处理，制绒时间为5~20min。
3.根据权利要求1所述的一种P型太阳能电池的制备方法，其特征是，所述磷扩散的方法包括：采用POCl3 作为磷源，扩散温度为700℃~800℃，扩散时间为60~180min，扩散后的方块阻值为70~120Ω/sq。
4.根据权利要求1所述的一种P型太阳能电池的制备方法，其特征是，所述步骤c包括如下步骤：
aa、用质量分数分别为2~4% HF和20~26% HNO3混合酸清洗硅片背面的磷硅玻璃；
bb、在配合添加剂的情况下使用质量分数为2~6%的KOH或NaOH溶液腐蚀背面绕镀的磷扩散层； 或用质量分数为2~8%的KOH或NaOH溶液进行腐蚀抛光；
cc、用质量分数为2~8%的HF溶液清洗正面的磷硅玻璃。
5.根据权利要求1所述的一种P型太阳能电池的制备方法，其特征是，采用高温热氧化法、臭氧氧化法或化学氧化法制备隧穿氧化层，所述隧穿氧化层的生长厚度为0.3~5nm；
所述多晶硅的沉积厚度为70~300nm，沉积温度控制在500~700℃；
磷离子注入到多晶硅中的方法包括离子注入法和磷扩散法。
6.根据权利要求1所述的一种P型太阳能电池的制备方法，其特征是，所述步骤e用质量分数分别为2~4% HF和20~26% HNO3混合酸进行背面抛光。
7.根据权利要求1所述的一种P型太阳能电池的制备方法，其特征是，所述步骤f退火温度为750~900℃，退火时间为70~110分钟。
8.根据权利要求1所述的一种P型太阳能电池的制备方法，其特征是，所述步骤g 首先利用质量分数为5~20%的HF溶液浸洗，然后利用质量分数为65~75%的浓硝酸对硅片的两面进行氧化处理。
9.根据权利要求1所述的一种P型太阳能电池的制备方法，其特征是，硅片背面的钝化减反膜包括厚度为2~8nm的Al2O3钝化减反膜和厚度为70~200nm 的Si3N4钝化减反膜；
硅片正面的钝化减反膜包括厚度为70~200nm的Si3N4钝化减反膜。
10.根据权利要求1所述的一种P型太阳能电池的制备方法，其特征是，所述步骤j中烧结温度为850~950℃。
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