CN110335919B - 一种改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善电池表面激光损伤的方法，尤其涉及一种改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法，属于光伏元件技术领域。本发明采用可腐蚀硅但不腐蚀磷硅玻璃的化学腐蚀液TMAH去除激光损伤层，既去除了激光掺杂后裸露的硅损伤层，又进一步形成氧化层对正面形成保护效果，保护正面在碱抛中的完整性，刻蚀速率适中使得工艺易控制，均匀性好，保留了绒面本身的微观结构，适用于产业化生产，该方法可以很好的去除激光损伤，并提高太阳电池转换效率，该方法切实有效，具有很好的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善电池表面激光损伤的方法，尤其涉及一种改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法，属于光伏元件技术领域。
背景技术
PSG Laser-doping(激光磷硅玻璃掺杂)SE技术是一种易于实现量产的SE技术，其工艺过程最为简单、与现有产线兼容强、硬件投资少，与其他SE技术相比具有较大的优势。激光掺杂技术是在金属栅线(电极)与硅片接触部分进行重掺杂，而电极以外位置保持轻掺杂(低浓度掺杂)。通过热扩散方式，在硅片表面进行预扩散，形成轻掺杂；同时表面PSG作为局部激光重掺杂源，通过激光局部热效应，PSG中磷原子二次快速扩散至硅片内部，形成局部重掺杂区。配合激光高精度图形化，可实现与后续丝网印刷完美套印效果。SE电池具有三大优点：1.提高表面钝化效果；2.提高电池短波响应；3.降低半导体金属接触电阻。为了得到较高的转换效率，需对SE匹配工艺进行摸索，主要包括激光能量密度的选择和激光损伤层去除等。现有激光掺杂SE技术作为一种量产SE技术，通常选用高功率激光满足产能，然而高功率激光掺杂对硅片表面的损伤较大，主要会出现以下不利影响：1.激光掺杂后硅片表面形貌有明显变化，激光穿透PSG使硅裸露出，绒面金字塔尖部破坏严重；2.激光掺杂损伤使结区的漏电流增大；3.激光掺杂引起的损伤层是吸杂中心，对电性能影响很大，直接导致电池片的开压下降。因此，急需减少激光后电池产生表面损伤的情况，提高电池质量。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的高激光掺杂后无法避免的电池损伤缺陷，提出一种改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法，改善/去除电池表面的激光损伤，提高电池性能。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法，包括以下步骤：
步骤一、制绒和清洗，去除表面损伤层并生成绒面；
步骤二、低压扩散，采用低表面浓度、浅结扩散工艺；
步骤三、激光掺杂；
步骤四、修复表面激光损伤，对激光掺杂SE电池的激光损伤区域进行腐蚀处理，去除电池表面的激光损伤后经过链式去除电池背面PSG，再进行槽式碱抛光；
步骤五、正反镀膜，在电池背面沉积氧化铝钝化膜，电池正、背面分别镀氮化硅膜后印刷正、背电极。
本发明中所用的四甲基氢氧化铵(TMAH)浓度较低(1％)，反应时间在90s±10s，该浓度和时间难以形成制绒和抛光，主要起到修正界面缺陷的作用，TMAH各向异性腐蚀形成Si-O键，使硅表面态减少，同时在硅表面形成一层薄的二氧化硅层。
改善激光损伤的原理主要是：激光掺杂后，由于激光能量大，某些区域磷硅玻璃层可能被打穿，使硅裸露出来，这部分的硅表面缺陷较大(成为高复合中心)，同时这部分硅没有了磷硅玻璃层的保护，在后续背刻蚀(去除背面绒面)步骤中绒面可能被破坏；利用上述原理，TMAH在本发明中的作用：1.化学腐蚀钝化该区域裸露的硅，减少复合中心；2.在硅表面形成一层薄的二氧化硅层，保护其在后续背刻蚀中不被抛光。
本发明的目的通过以下技术方案进一步实现：
所述步骤二中，当硅片表面形成扩散第一层磷层和扩散第二层磷层后，高温推结，再进行补源沉积处理形成附磷层。具体是：先将清洗制绒后的硅片放入管式扩散炉中；升温至770-790℃，通入O2，保持5分钟形成扩散前的氧化层；控制温度在770-790℃，通入携带有POCl3的N2和O2，流量比为3：4，保持4分钟；停止通入携带有POCl3的N2，保持5分钟并升温至800℃；继续通入携带有POCl3的N2和O2，流量比为3：4，保持4分钟从而形成第二层磷层；升温到830-860℃，停止通入携带有POCl3的N2，11分钟；降低温度至800℃，通入携带有POCl3的N2和O2，流量比为3：4，保持6分钟，沉积附磷层；降温至700℃，取出硅片，扩散完毕。
所述步骤三中，激光可调的有脉冲频率和激光功率，激光掺杂功率为85％，掺杂频率为170khz。
所述步骤四中，浸入浓度为1％的TMAH溶液中，腐蚀90±10S。
所述步骤五中，正面膜的厚度为80nm，背面膜的厚度为130nm。
本发明采用可腐蚀硅但不腐蚀磷硅玻璃的化学腐蚀液TMAH去除激光损伤层，既去除了激光掺杂后裸露的硅损伤层，又进一步形成氧化层对正面形成保护效果，保护正面在碱抛中的完整性，刻蚀速率适中使得工艺易控制，均匀性好，保留了绒面本身的微观结构，适用于产业化生产，该方法可以很好的去除激光损伤，并提高太阳电池转换效率，该方法切实有效，具有很好的实用性。
具体实施方式
实施例
以P型wafer作基底为例，本实施例按照以下方法去除激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤：
步骤一、将P型Wafer进行制绒清洗，先用5％浓度KOH反应2分钟去除表面损伤层，后放入2％浓度KOH和1％的制绒添加剂再70℃下反应10分钟；
步骤二、在硅片表面形成扩散第一层磷层和扩散第二层磷层后，增加附磷层沉积处理而在扩散后硅表面形成附磷层，具体为：a.先将清洗制绒后的硅片放入管式扩散炉中；b.升温至770-790℃，通入O2，保持5分钟形成扩散前的氧化层；c.控制温度在770-790℃，通入携带有POCl3的N2和O2，流量比为3：4，保持4分钟；停止通入携带有POCl3的N2，保持5分钟并升温至800℃；继续通入携带有POCl3的N2和O2，流量比为3：4，保持4分钟从而形成第二层磷层；d.升温到830-860℃，停止通入携带有POCl3的N2，保持11分钟；e.降低温度至800℃，通入携带有POCl3的N2和O2，流量比为3：4，保持6分钟，沉积附磷层；f.降温至700℃，取出硅片，扩散完毕。扩散结束后平均方阻为130Ω/□；
步骤三、激光掺杂功率为28W，掺杂频率为170khz，激光可调的有脉冲频率和激光功率；
步骤四、浸入浓度为1％的TMAH溶液中，腐蚀90±10S，对激光掺杂SE电池的激光损伤区域进行腐蚀处理，去除激光损伤；
步骤五、背面去PSG，方法为链式水上漂，HF浓度为7％；后在浓度为2.5％的KOH中进行碱抛光，背面沉积氧化铝钝化膜，正背面分别镀氮化硅膜，正面膜厚80nm，背面膜厚130nm，印刷正背电极，得到成品SE电池。
对比试验
将按照本实施例方法制得的156.75mm规格硅片，与常规方法制得的156.75mm规格硅片进行效率对比，结果如表1所示：
表1 156.75mm规格硅片效率，baseline(对照组无SE)以及有无TMAH处理的效率
表1中Voc为电压，Isc为短路电流，Rs为串阻，Rsh为并阻，FF为填充因子，Eff为电池效率；由表1可知：本发明相较于无TMAH处理的SE电池来说，其开压和电流都有明显提升，这得益于TMAH处理后减少的复合中心以及碱抛中正面更好的保护效果，因此最终效率也可以提升0.1％左右。
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法，包括以下步骤：
步骤一、制绒和清洗，去除表面损伤层并生成绒面；
步骤二、低压扩散，采用低表面浓度、浅结扩散工艺；
步骤三、 激光掺杂；
步骤四、修复表面激光损伤，对激光掺杂SE电池的激光损伤区域浸入浓度为1%的TMAH溶液中，进行90±10S的腐蚀处理，去除电池表面的激光损伤后经过链式去除电池背面PSG，再进行槽式碱抛光；
步骤五、正反镀膜，在电池背面沉积氧化铝钝化膜，电池正、背面分别镀氮化硅膜后印刷正、背电极。
2.根据权利要求1所述改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法，其特征在于：所述步骤二中，当硅片表面形成扩散第一层磷层和扩散第二层磷层后，高温推结，再进行补源沉积处理形成附磷层。
3.根据权利要求2所述改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法，其特征在于：先将清洗制绒后的硅片放入管式扩散炉中；升温至770-790℃，通入O2，保持5分钟形成扩散前的氧化层；控制温度在770-790℃，通入携带有POCl3的N2和O2，流量比为3：4，保持4分钟；停止通入携带有POCl3的N2，保持5分钟并升温至800℃；继续通入携带有POCl3的N2和O2，流量比为3：4，保持4分钟从而形成第二层磷层；升温到830-860℃，停止通入携带有POCl3的N2，11分钟；降低温度至800℃，通入携带有POCl3的N2和O2，流量比为3：4，保持6分钟，沉积附磷层；降温至700℃，取出硅片，扩散完毕。
4.根据权利要求2所述改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法，其特征在于：扩散结束后的平均方阻为130 Ω/□。
5.根据权利要求1所述改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法，其特征在于：所述步骤三中，激光可调的有脉冲频率和激光功率，激光掺杂功率为85%，掺杂频率为170khz。
6.根据权利要求1所述改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法，其特征在于：所述步骤五中，正面膜的厚度为80nm，背面膜的厚度为130nm。
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