CN110518089B - 一种p型晶体硅电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种P型晶体硅电池的制备方法，解决了P型晶体硅背面载流子选择性结构电池的漏电问题。其包括如下步骤：B、在P型晶体硅片的背面生长氧化物薄层；C、在氧化物薄层上沉积多晶硅层，并掺杂III族元素；D、在P型晶体硅片上的III族元素掺杂面上单面沉积氧化物膜；E、将P型晶体硅片上的III族元素掺杂面向上，以漂浮的方式放入第一溶液中处理；F、对P型晶体硅片的非掺杂面单面进行制绒；G、在P型晶体硅片的正面进行磷掺杂；H、将P型晶体硅片的磷掺杂面向上，以漂浮的方式放入第二溶液中处理；I、将经第二溶液处理后的P型晶体硅片放入碱性溶液中处理；J、将经碱性溶液处理后的P型晶体硅片放入HF溶液中。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，涉及一种P型晶体硅电池的制备方法。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在所有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳能电池中，硅太阳能电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时硅太阳能电池相比其他类型的太阳能电池，有着优异的电学性能和机械性能，硅太阳能电池在光伏领域占据着重要的地位。因此，研发高性价比的硅太阳能电池已经成为各国光伏企业的主要研究方向。
现有的晶体硅太阳电池主要以单面太阳电池为主，即只有电池的正面可以吸收太阳光并进行光电转换。其实太阳光还通过反射和散射等方式到达电池片的背面。但传统单面晶体硅电池片的背面被金属铝所覆盖，到达电池片背面的太阳光无法穿透到达硅基体，因此到达电池片背面的太阳光无法被有效吸收。为了进一步提高晶体硅电池对太阳光的吸收，光伏行业逐渐开始开发双面皆可吸收太阳光的晶体硅太阳电池，通常称为晶体硅双面太阳电池。
现行的P型晶体硅双面电池主要为：将传统的背面全覆盖铝层优化为背面局部覆盖的铝层，使到达电池背面的太阳光可以通过未被铝层覆盖的区域被硅基体吸收，产生光生载流子，增加晶体硅太阳电池的光电转换能力。
然而，P型晶体硅电池背面采用铝与硅基体形成金属化欧姆接触，在铝硅合金的接触区域存在较高的载流子复合。这种较高的载流子复合限制了晶体硅太阳电池光电转换效率的进一步提升。为了继续提高晶体硅太阳电池的光电转换效率，可采用载流子选择性结构来降低P型晶体硅双面电池背面金属化区域的载流子复合。
但是，在P型晶体硅电池背面制备载流子选择性结构时，不管用原位掺杂还是热扩散掺杂，掺杂元素都会在掺杂过程中绕射到非掺杂面(通常为掺磷面)，使电池的正极和负极在非绝缘的情况下直接连接在一起，从而导致漏电。同时，用热扩散的方式掺磷也会使磷绕射到非磷掺杂面，使电池的正极和负极在非绝缘的情况下直接连接在一起，从而导致漏电。
发明内容
针对上述技术问题，本发明旨在提供一种P型晶体硅电池的制备方法，解决了P型晶体硅背面载流子选择性结构电池的漏电问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种P型晶体硅电池的制备方法，依次包括如下步骤：
A、对制绒后的P型晶体硅片进行背面刻蚀或抛光，保留正面的绒面；
B、在P型晶体硅片的背面生长氧化物薄层；
C、在氧化物薄层上沉积多晶硅层，并掺杂III族元素；
D、在P型晶体硅片上的III族元素掺杂面上单面沉积氧化物膜；
E、将P型晶体硅片上的III族元素掺杂面向上，以漂浮的方式放入第一溶液中处理，所述第一溶液包括HF、HNO3、H2SO4中的至少一种；
F、对P型晶体硅片的非掺杂面单面进行制绒；
G、在P型晶体硅片的正面进行磷掺杂；
H、将P型晶体硅片的磷掺杂面向上，以漂浮的方式放入第二溶液中处理，所述第二溶液包括HF、HNO3、H2SO4中的至少一种；
I、将经第二溶液处理后的P型晶体硅片放入碱性溶液中处理；
J、将经碱性溶液处理后的P型晶体硅片放入HF溶液中去除表面上的磷硅玻璃和III族硅玻璃；
K、将P型晶体硅片的表面氧化；
L、在P型晶体硅片上的III族扩散面沉积钝化层和减反射层，在磷扩散面沉积减反射层；
M、进行金属化工艺形成正面金属电极和背面金属电极。
优选地，所述步骤D中，所述氧化物膜为氧化硅膜。用于在步骤J中阻挡碱溶液，保护掺杂III族元素的多晶硅层。
优选地，所述步骤E中，先在P型晶体硅片上的III族元素掺杂面形成水膜，然后以漂浮的方式放入第一溶液中处理；所述步骤H中，先在P型晶体硅片的磷掺杂面形成水膜，然后漂浮的方式放入第二溶液中处理。
在一优选的实施例中，所述步骤E具体实施如下：在P型晶体硅片上的III族元素掺杂面形成水膜，采用链式传输装置传输P型晶体硅片，使P型晶体硅片的III族元素掺杂面向上并以漂浮的方式通过第一溶液。具体地，通过喷淋形成水膜。
更优选地，所述第一溶液为HF和去离子水构成的溶液，HF体积浓度为3～7％，所述链式传输装置的传输速度为1.8～2.2m/s。
在一优选的实施例中，所述步骤H具体实施如下：在P型晶体硅片的磷掺杂面形成水膜，采用链式传输装置传输P型晶体硅片，使P型晶体硅片的磷掺杂面向上并以漂浮的方式通过第二溶液。具体地，通过喷淋形成水膜。
更优选地，所述第二溶液为HF和去离子水构成的溶液，HF体积浓度为3～7％，所述链式传输装置的传输速度为1.6～2.0m/s。
优选地，所述步骤G中的碱性溶液为体积浓度为2～5％的KOH溶液，处理时间为400～800s。通过碱性溶液与硅反应，去除硅片边缘的掺杂层，防止漏电。
优选地，所述步骤B中的氧化物薄层为氧化硅薄层；所述步骤C中，在沉积多晶硅层的过程中或在沉积多晶硅层后掺杂III族元素；所述步骤L中，在P型晶体硅片上的III族扩散面依次沉积氧化铝层和氮化硅层，在P型晶体硅片上的磷扩散面上沉积氮化硅层。
优选地，所述步骤K具体实施如下：将P型晶体硅片进行氧化，再去除表面的氧化物，然后将P型晶体硅片的表面氧化。
更优选地，所述步骤K中，先通过臭氧溶液或HNO3溶液将P型晶体硅片氧化，再放置在HF溶液中去除表面的氧化层，然后再次通过臭氧溶液或HNO3溶液将P型晶体硅片的表面进行氧化。
在一具体且优选的实施例中，所述制备方法依次包括如下步骤：
(1)将P型晶体硅片进行制绒(表面形成金字塔型绒面)；
(2)制绒后的P型晶体硅片，进行背面刻蚀或抛光工艺，正面保留金字塔面；
(3)在P型硅片的背面生长SiOx薄层；
(4)在P型硅片的背面沉积Polysilicon多晶硅层；
(5)在Polysilicon多晶硅层沉积过程中原位掺杂Ⅲ族元素，或在Polysilicon多晶硅层沉积工艺后掺杂Ⅲ族元素；
(6)在Ⅲ族元素掺杂面单面沉积SiOx膜；
(7)在Ⅲ族元素掺杂面形成水膜，用链式传输，掺杂面向上以漂浮的方式通过第一溶液，其中第一溶液可以包含HF、HNO3和H2SO4；
(8)对非掺杂面单面进行制绒工艺；
(9)在P型晶体硅的正面进行磷掺杂；
(10)磷掺杂后硅片，在磷掺杂面形成水膜，用链式传输，磷掺杂面向上以漂浮的方式通过第二溶液，其中第二溶液可以包含HF、HNO3和H2SO4；
(11)将硅片放置在碱性溶液中，通过碱性溶液与硅反应，去除硅片边缘的掺杂层，防止漏电，碱性溶液可以包含NaOH、KOH、TMAH或NH4OH等与去离子水；
(12)将硅片放在HF和去离子水混合溶液中，去除表面的磷硅玻璃和Ⅲ族元素硅玻璃，以及上述的SiOx膜；
(13)将硅片进行氧化，氧化过程可通过臭氧溶液或HNO3溶液实现；
(14)将硅片放置在HF和去离子混合溶液中，去除表面的氧化层；
(15)将硅片表面进行氧化，氧化过程可通过臭氧溶液或HNO3溶液实现；
(16)在硅片的Ⅲ族元素扩散面沉积氧化铝层；
(17)在硅片Ⅲ族元素扩散面和磷扩散面分别沉积SiNx层；
(18)在硅片表面进行金属化工艺。
本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
本发明的P型晶体硅电池制备方法，可以在有效保护P型晶体硅电池Ⅲ族元素扩散面和磷扩散面的基础上，解决电池的边缘漏电问题，显著降低P型晶体硅电池的反向电压漏电；制备方法简单，适于推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制得的一种P型晶体硅电池的结构示意图。
其中，1、正面金属电极；2、SiNx层；3、磷掺杂层；4、P型晶体硅基体；5、SiOx层；6、Polysilicon多晶硅层；7、AlOx层；8、SiNx层；9、背面金属电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
实施例1
图1所示为本实施例制得的一种P型晶体硅电池，包括正面金属电极1、SiNx层2、磷掺杂层3、P型硅基体层4、SiOx层5、Polysilicon多晶硅层6、AlOx层7、SiNx层8及背面金属电极9，其中SiNx2层、磷掺杂层3、P型硅基体层4、SiOx层5、Polysilicon多晶硅层6、AlOx7层及SiNx层8自上至下依次层叠，正面金属电极1穿过SiNx层2而和磷掺杂层3形成欧姆接触，背面金属电极9穿过SiNx层8、AlOx层7而和Polysilicon多晶硅层6形成欧姆接触。
采用如下步骤制备如图1所示的P型晶体硅电池，准备一组P型单晶硅片(50片)做如下处理：
(1)将P型晶体硅片进行制绒，硅片表面形成金字塔绒面，制绒溶液采用KOH、制绒添加剂和去离子水，KOH的体积浓度为3％，制绒时间800秒；
(2)制绒后的P型晶体硅片，单面形成水膜，用链式传输，水膜面向上，以漂浮的方式通过HF、HNO3、H2SO4和去离子水的混合溶液，其中HF溶液30L，HNO3溶液230L，H2SO4溶液60L，去离子水200L，溶液温度16℃，传输带速2m/s；
(3)利用LPCVD在P型硅片背面生长SiOx薄层；
(4)利用LPCVD在P型硅片背面沉积Polysilicon多晶硅层；
(5)利用硼扩散管对P型硅片背面Polysilicon多晶硅层进行硼掺杂；
(6)利用PECVD在P型硅片硼掺杂面单面沉积SiOx膜；
(6)利用链式清洗机，在硼掺杂面形成水膜，以漂浮的方式通过HF和去离子水的混合溶液，HF体积浓度5％，传输速度2m/s；
(8)利用KOH溶液对P型晶体硅片的非掺杂面单面制绒；
(9)利用磷扩散管对P型硅片正面进行掺杂，掺杂源为携带POCl3的N2，其中携带POCl3的N2流量100sccm，不携源氮气流量5SLM，氧气流量600sccm，通源时间30min，温度880℃；
(10)利用链式清洗机，在磷掺杂面形成水膜，以漂浮的方式通过HF和去离子水的混合溶液，HF体积溶度5％，传输速度1.8m/s；
(11)将硅片放置在KOH碱性溶液中，KOH体积浓度3％，反应时间600秒；
(12)将硅片放置在HF溶液中，HF溶液浓度5％，反应时间300秒；
(13)将硅片放置在HNO3溶液中，HNO3溶液浓度67％，反应时间300秒；
(14)将硅片放置在HF溶液中，HF溶液浓度5％，反应时间300秒；
(15)将硅片放置在HNO3溶液中，HNO3溶液浓度67％，反应时间300秒；
(16)利用原子层沉积法(ALD)在硅片的硼掺杂面沉积AlOx层，AlOx层厚度6nm；
(17)在硅片的背面和正面分别沉积SiNx层，SiNx层厚度90nm，折射率2.05；
(18)在硅片的背面印刷银铝浆，进行烘干工艺，烘干温度300℃；
(19)在硅片的背面印刷银浆，进行烧结工艺，烧结最高温度900℃。
对比例1
采用如下步骤制备如图1所示的P型晶体硅电池，准备一组P型单晶硅片(50片)做如下处理：
(1)将P型晶体硅片进行制绒，硅片表面形成金字塔绒面，制绒溶液采用KOH、制绒添加剂和去离子水，KOH的体积浓度为3％，制绒时间800秒；
(2)制绒后的P晶体型硅片，单面形成水膜，用链式传输，水膜面向上，以漂浮的方式通过HF、HNO3、H2SO4和去离子水的混合溶液，其中HF溶液30L，HNO3溶液230L，H2SO4溶液60L，去离子水200L，溶液温度16℃，传输带速2m/s；
(3)利用LPCVD在P型硅片背面生长SiOx薄层；
(4)利用LPCVD在P型硅片背面沉积Polysilicon多晶硅层；
(5)利用硼扩散管对P型硅片背面Polysilicon多晶硅层进行掺杂，掺杂源为携带BBR3的N2，其中携BBR3的N2流量150sccm，不携源氮气流量30SLM，氧气流量为600sccm，通源时间25min，温度900℃；
(6)利用磷扩散管对P型硅片正面进行掺杂，掺杂源为携带POCl3的N2，其中携带POCl3的N2流量100sccm，不携源氮气流量5SLM，氧气流量600sccm，通源时间30min，温度880℃；
(7)将硅片放置在HF溶液中，HF溶液浓度5％，反应时间300秒；
(8)将硅片放置在HNO3溶液中，HNO3溶液浓度67％，反应时间300秒；
(9)将硅片放置在HF溶液中，HF溶液浓度5％，反应时间300秒；
(10)将硅片放置在HNO3溶液中，HNO3溶液浓度67％，反应时间300秒；
(11)利用原子层沉积法(ALD)在硅片的硼掺杂面沉积AlOx层，AlOx层厚度6nm；
(12)在硅片的背面和正面分别沉积SiNx层，SiNx层厚度90nm，折射率2.05；
(13)在硅片的背面印刷银铝浆，进行烘干工艺，烘干温度300℃；
(14)在硅片的背面印刷银浆，进行烧结工艺，烧结最高温度900℃。
电池制备完成后，从实施例1和对比例1得到的电池片中各随机抽取5片，利用电池IV测试仪测试两组电池片的漏电，得到的漏电测试数据分别如表1和表2所示。
表1实施例1的电池片的漏电测试数据
表2对比例1的电池片的漏电测试数据
| 电池片编号 | 12V反向电压漏电 |
| 6 | 10A |
| 18 | 9.9A |
| 26 | 9.6A |
| 36 | 10A |
| 45 | 10A |
从表1和表2可以看出，实施例1的制备方法制得的电池片的12V反向电压漏电均较小，解决了漏电问题，显著降低P型晶体硅电池的反向电压漏电。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种P型晶体硅电池的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
A、对制绒后的P型晶体硅片进行背面刻蚀或抛光，保留正面的绒面；
B、在P型晶体硅片的背面生长氧化物薄层；
C、在氧化物薄层上沉积多晶硅层，并掺杂III族元素；
D、在P型晶体硅片上的III族元素掺杂面上单面沉积SiOx膜；
E、将P型晶体硅片上的III族元素掺杂面向上，以漂浮的方式放入第一溶液中处理，所述第一溶液包括HF、HNO3、H2SO4中的至少一种；
F、对P型晶体硅片的非掺杂面单面进行制绒；
G、在P型晶体硅片的正面进行磷掺杂；
H、将P型晶体硅片的磷掺杂面向上，以漂浮的方式放入第二溶液中处理，所述第二溶液包括HF、HNO3、H2SO4中的至少一种；
I、将经第二溶液处理后的P型晶体硅片放入碱性溶液中处理；
J、将经碱性溶液处理后的P型晶体硅片放入HF溶液中去除表面上的磷硅玻璃和III族硅玻璃，以及所述的SiOx膜；
K、将P型晶体硅片的表面氧化；
L、在P型晶体硅片上的III族扩散面沉积钝化层和减反射层，在磷扩散面沉积减反射层；
M、进行金属化工艺形成正面金属电极和背面金属电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤E中，先在P型晶体硅片上的III族元素掺杂面形成水膜，然后以漂浮的方式放入第一溶液中处理；所述步骤H中，先在P型晶体硅片的磷掺杂面形成水膜，然后漂浮的方式放入第二溶液中处理。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤E具体实施如下：在P型晶体硅片上的III族元素掺杂面形成水膜，采用链式传输装置传输P型晶体硅片，使P型晶体硅片的III族元素掺杂面向上并以漂浮的方式通过第一溶液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液为HF和去离子水构成的溶液，HF体积浓度为3~7%，所述链式传输装置的传输速度为1.8~2.2m/s。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤H具体实施如下：在P型晶体硅片的磷掺杂面形成水膜，采用链式传输装置传输P型晶体硅片，使P型晶体硅片的磷掺杂面向上并以漂浮的方式通过第二溶液。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二溶液为HF和去离子水构成的溶液，HF体积浓度为3~7%，所述链式传输装置的传输速度为1.6~2.0m/s。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤G中的碱性溶液为体积浓度为2~5%的KOH溶液，处理时间为400~800s。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B中的氧化物薄层为氧化硅薄层；所述步骤C中，在沉积多晶硅层的过程中或在沉积多晶硅层后掺杂III族元素; 所述步骤L中，在P型晶体硅片上的III族扩散面依次沉积氧化铝层和氮化硅层，在P型晶体硅片上的磷扩散面上沉积氮化硅层。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤K具体实施如下：将P型晶体硅片进行氧化，再去除表面的氧化物，然后将P型晶体硅片的表面氧化。
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