CN110571304A - 一种钝化接触双面太阳电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钝化接触双面太阳能电池的制作方法，将背面沉积氮化硅薄膜的硅片依次经过：去绕镀及制绒；硼扩散；边缘隔离；去除BSG；沉积正面钝化层氧化铝层和氮化硅层；丝网印刷和烧结，得到钝化接触双面太阳电池。其中，本发明提供的方法通过选择特定的制作工艺路线，使得本发明提供的工艺与现有已知的工艺相比不仅节省了制作钝化接触双面太阳能电池的步骤，且可以达到95％以上的产品批次良率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种钝化接触双面太阳电池的制作方法。
背景技术
N型电池技术作为行业公认的下一个高效电池技术发展路线，其有着效率高、衰减低、双面率高等优势，能有效提高发电量，但由于PERC电池将背面的接触范围限制在开孔区域，开孔处的高复合速率依然存在。
为了进一步降低背面复合速率实现背面整体钝化，并去除背面开膜工艺，钝化接触技术近年来成为行业研究热点。德国弗劳恩霍夫太阳能研究所(Fraunhofer ISE)开发的TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)技术即为钝化接触的一种，目前其在小面积电池上的效率已达25.7％。这种电池前表面与常规N型太阳能电池没有本质区别，为绒面、硼扩散P型层、钝化及减反射层，主要区别在于背面。硅片背面采用湿法氧化或热氧氧化出一层极薄氧化硅层，并利用PECVD或LPCVD在氧化层表面沉积一层磷掺杂的非晶硅薄膜。钝化性能需通过后续退火过程激活，非晶硅薄膜在该退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶硅。iVoc＞710mV，J0在5-15fA/cm2，显示了钝化接触结构优异的钝化性能。
由于这种电池结构需要在背面沉积非晶硅薄膜，而其所用LPCVD设备会形成双面薄膜，即会在正面产生绕镀，这就需要特殊的工艺步骤设计来解决这个问题，目前TOPCON制造技术在行业内还没有比较统一的工艺步骤，一般的TOPCON工艺路线中在用LPCVD沉积非晶硅薄膜时会在电池正面形成严重的非晶硅绕镀，需要采用一定的方法除去绕镀，如：天合光能的CN105185866A具体步骤：(1)硅片清洗制绒；(2)对硅片进行硼扩散(或磷扩散)；(3)单面去除BSG(或PSG)；(4)背面单面抛光；(5)热氧生长氧化硅；(6)沉积掺杂N型多晶硅(或P型)；(7)背面氮化硅掩膜；(8)TMAH去除正面多晶硅；(9)HF酸刻蚀正面BSG(或PSG)和背面氮化硅；(10)正面沉积氮化硅减反层；(11)正面印刷Ag栅线；(12)背面蒸镀背电极。然而这种方法用掩膜的方式保护背面再用碱(TMAH)去除绕镀会使工艺步骤冗长，需在现有产线增加湿法清洗设备不利于技术的产业化，同时其电池结构为单面电池，不能双面发电，不符合产业化趋势，而从这衍生出来的一些制程路线为了简化工艺步骤会使得绕镀不易去除致电池的良率变低，亦不利于TOPCON技术的产业化进程。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种钝化接触双面太阳电池的制作方法，本发明提供的制作方法通过现有常规产线的设备即可实现钝化接触双面太阳能电池的制备，且成品率高。
与现有技术相比，本发明提供了一种钝化接触双面太阳能电池的制作方法，将背面沉积氮化硅膜的硅片依次经过：去绕镀及制绒；硼扩散；边缘隔离；去除BSG；沉积正面钝化层氧化铝层和氮化硅层；丝网印刷和烧结，得到钝化接触双面太阳电池。其中，本发明提供的方法通过选择特定的制作工艺路线，使得本发明提供的工艺与现有已知的工艺相比不仅节省了制作钝化接触双面太阳能电池的步骤，且可以达到95％以上的产品批次良率。
附图说明
图1为本发明提供的钝化接触双面太阳电池的制作方法的工艺流程图；
图2为钝化接触晶体硅太阳电池的电池结构。
具体实施方式
本发明提供了一种钝化接触双面太阳电池的制作方法，包括：将背面沉积氮化硅薄膜的硅片依次经过：
1)去绕镀及制绒；
2)硼扩散；
3)边缘隔离；
4)去除BSG；
5)沉积正面钝化层氧化铝层和氮化硅层；
6)丝网印刷和烧结；
得到钝化接触双面太阳电池。
按照本发明，所述去绕镀及制绒具体为将背面沉积氮化硅薄膜的硅片在常规单晶制绒设备中进行去绕镀以及制绒，得到去绕镀及正面制绒的硅片；更具体的，本发明将背面沉积氮化硅薄膜的硅片置于含有5～8wt％氢氧化钾溶液的常规单晶制绒设备中，在65～75℃下进行去绕镀，更优选为70～75℃下进行去绕镀；所述去绕镀的时间优选为130～180秒，更优选为150～160秒；去绕镀后加入制绒添加剂，在80～85℃进行制绒，得到去绕镀及正面制绒的硅片；本发明对制绒用添加剂没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的添加剂；本发明中，制绒完成后，本发明优选还将制绒完成的硅片置入酸性溶液中清洗，去除表面杂质，得到表面除杂的硅片。
本发明中，本发明所述背面沉积氮化硅薄膜的硅片优选按照以下方法制备得到：
1-1)对硅片进行单面抛光，得到单面抛光的硅片；本发明对单面抛光的方法没有特殊要求，本领域公知的单面抛光硅片的方法均可；如可以为在单面刻蚀设备中，对硅片上表面进行水膜保护，利用抛光槽对硅片单面抛光，其中，抛光槽为H2O、HNO3、HF以及添加剂的混合溶液，或为5％-8％的KOH溶液以及添加剂，本发明对添加剂的种类没有特殊要求，本领域公知的可用于硅片单面抛光的添加剂均可。
1-2)在单面抛光的硅片的抛光面生长氧化硅层和沉积本征非晶硅层；其中，本发明对生长氧化硅层和沉积本征非晶硅层的方法也没有特殊要求，本领域公知的方法均可，如可以用LPCVD设备在硅片抛光面生长氧化硅层和沉积本征非晶硅层；其中，沉积温度优选为400～650℃，沉积时间优选为120～210分钟，其中氧化硅层厚度为1～2nm，非晶硅层厚度为100～200nm；
1-3)对步骤1-2)得到的硅片进行磷扩散；本发明中，磷扩散的温度优选为700～780℃，更优选为750～780℃；所述扩散时间为40～80分钟，扩散后表面方块电阻为80～130Ω/□；磷源优选为三氯氧磷。
1-4)将步骤1-3)得到的硅片沉积氮化硅膜，得到背面沉积氮化硅膜的硅片；本发明对沉积氮化硅膜的方法没有特殊要求，本领域公知的沉积氮化硅膜的方法均可，如可以用PECVD法沉积氮化硅薄膜；所述氮化硅薄膜的厚度优选为85～100nm。
按照本发明，本发明还将上述得到的硅片进行硼扩散：具体的，本申请将正面制绒的硅片背面进行高温硼扩散形成PN结；所述高温硼扩散的扩散温度为850～950℃；扩散时间为120～200分钟，扩散后的硅片的表面方块电阻为60-80Ω/□。
按照本发明，本发明还将硼扩散后得到的硅片进行边缘隔离：具体的，采用激光设备对步骤2)得到的硅片边缘进行刻蚀处理；其作用是起到隔绝电池正负极的作用。
按照本发明，本发明还将边缘隔离的硅片进行去除BSG；具体的，将步骤3)得到的硅片正面的BSG去除，本发明对去除的方法没有特殊要求，本领域公知的方法均可，如可以用5％～10％的HF水溶液去除。
按照本发明，本发明还对去除BSG的硅片沉积正面钝化层：具体的，通过PECVD在步骤4)得到的硅片正面依次沉积氧化铝层和氮化硅层；其中，氧化铝采用TMA和N2O在等离子体作用下反应生成；其厚度优选为5-30nm之间；氮化硅采用SiH4和NH3在等离子体作用下反应生成，其厚度优选为50-90nm之间，正面厚度控制在75-80nm之间。
按照本发明，本发明还将沉积钝化层的硅片进行丝网印刷和烧结，得到钝化接触双面太阳电池。本发明对丝网印刷和烧结的方法没有特殊要求，本领域公知的方法均可，如可以在背面印刷Ag或Ag/A1混合栅线电极，正面印刷Ag栅线电极，高温烧结后得到钝化接触双面太阳电池。
具体的，本发明提供的钝化接触双面太阳电池的制作方法的工艺流程图1所示；图1为本发明提供的钝化接触双面太阳电池的制作方法的工艺流程图，其工艺流程如下：
本发明提供的钝化接触双面太阳能电池的制作方法，将背面沉积氮化硅薄膜的硅片依次经过：去绕镀及制绒；硼扩散；边缘隔离；去除BSG；沉积正面钝化层氧化铝层和氮化硅层；丝网印刷和烧结，得到钝化接触双面太阳电池。其中，本发明提供的方法通过利用现有产线常用的设备匹配添加剂实现原硅片的单面抛光，且通过对工艺步骤顺序的调整，完成背面的制程后再进行正面制绒，从而利用常规制绒工艺中的第一个槽初抛槽去除绕镀，初抛槽起到先去除绕镀随后初抛硅片表面、去除表面损伤作用两个功能，实现了去绕镀与制绒的同步进行，还利用硼扩的高温过程推进磷原子，省去了磷扩后的退火步骤，进一步节省工艺时间；进而使得本发明提供的工艺节省了制作钝化接触双面太阳能电池的步骤，且可以达到95％以上的产品批次良率。
下面将结合本发明实施例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。
实施例1
以N型单晶硅片作为衬底为例：
在单面刻蚀设备中，对硅片上表面进行水膜保护，利用抛光槽对硅片单面抛光，其中的抛光槽为5％-8％的KOH溶液；
用LPCVD设备在硅片抛光面生长隧穿氧化硅层和沉积本征非晶硅层，沉积温度为605℃，沉积时间为150分钟，其中氧化硅层厚度为1.5nm，非晶硅层厚度为150nm；
对硅片背面进行高温磷扩散形成掺杂非晶硅层，扩散温度为780℃，扩散时间为50分钟，扩散后表面方块电阻为80Ω/□。
沉积背面氮化硅：在硅片背面用PECVD沉积氮化硅薄膜，厚度控制在85nm。
在常规单晶制绒设备中，首先在温度为70～75℃浓度为3％的KOH溶液中进行去绕镀及初抛去损伤层，随后在温度为80～85℃的碱液和时创添加剂体系中制绒，在硅片的正面形成绒面，然后在酸性溶液中清洗，去除表面杂质；在本实施例中，碱抛槽有去除绕镀和去除硅片损伤层两个功能；
其去绕镀和制绒工艺的工艺顺序和参数如表1所示；
表1
对上述得到的硅片正面进行高温硼扩散形成PN结，扩散温度为990℃，扩散时间为120分钟，扩散后表面方块电阻为80Ω/□。
采用激光设备对硅片边缘进行刻蚀处理，起到隔绝电池正负极的作用。
用5％-10％的HF溶液去除硅片正面的BSG。
使用PECVD方法在正面依次沉积氧化铝和氮化硅。氧化铝采用TMA和N2O在等离子体作用下反应生成，厚度控制在10nm；氮化硅采用SiH4和NH3在等离子体作用下反应生成，厚度控制在80nm。
背面印刷Ag栅线电极，细栅线根数120；正面印刷Ag栅线电极，细栅线根数106；在745℃的峰值温度烧结炉下进行高温烧结；得到钝化接触晶体硅太阳电池。
其中，本发明得到的钝化接触晶体硅太阳电池的电池结构如图2所示，图2为钝化接触晶体硅太阳电池的电池结构，其中，1为N型硅衬底，2为氮化硅减反层和氧化铝钝化层，3为硼扩散P型层，4为隧穿层，5为N型掺杂多晶硅，6为氮化硅钝化层，7为正面电极，8为背面电极。
实施例2～3
工艺流程与制作工艺与实施例1相同，仅改变去绕镀和制绒过程中的碱抛槽的工艺，得到钝化接触晶体硅太阳电池。
结果如表2所示，表2为去绕镀和制绒工艺步骤中不同抛碱槽得到的钝化接触晶体硅太阳电池的工艺效果结果。
表2
对比例：
一种高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤，其中，各步工艺采用的试剂与实施例1相同；
(1)N型单晶硅片在时创添加剂体系中清洗制绒；(2)对硅片进行硼扩散，温度为990℃，方块电阻为85Ω/□；(3)HF单面去除背面BSG；(4)用HF、HNO3刻蚀体系背面单面抛光；(5)热氧生长1.5nm的氧化硅，温度为600℃；(6)使用LPCVD沉积掺杂N型多晶硅，温度为605℃，厚度为200nm，方块电阻为80Ω/□；(7)使用PECVD在背面沉积氮化硅掩膜，厚度为85nm；(8)用TMAH(四甲基氢氧化铵)去除正面多晶硅；(9)使用10％的HF酸刻蚀正面BSG和背面氮化硅；(10)使用PECVD在正面和背面沉积氮化硅减反层，厚度均控制在80nm；(11)正面印刷Ag栅线电极；(12)背面印刷Ag栅线电极，高温烧结；其结果见表3；
表3
在对比例中，制绒在第一步完成，之后用掩膜(氮化硅)的方式保护背面，用TMAH去除正面的多晶硅绕镀层，再用酸刻蚀背面的掩膜层，这增加了多步湿化学清洗工艺步骤，会增大引入污染的风险，亦容易造成掩膜或绕镀层去除不净的问题，且TMAH溶液对硅的刻蚀速率较慢，需要增加工艺温度、浓度、时间。而本发明实施例通过对工艺步骤顺序的调整，通过完成背面的制程后再进行正面制绒，意外的发现，本发明提供的方法不仅工艺简化了，而且得到的产品批次良率可达95％以上。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种钝化接触双面太阳电池的制作方法，包括：将背面沉积氮化硅薄膜的硅片依次经过：
1)去绕镀及制绒；
2)硼扩散；
3)边缘隔离；
4)去除BSG；
5)沉积正面钝化层氧化铝层和氮化硅层；
6)丝网印刷和烧结；
得到钝化接触双面太阳电池。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述背面沉积氮化硅薄膜的硅片按照以下方法制备得到：
1-1)对硅片进行单面抛光，得到单面抛光的硅片；
1-2)在单面抛光的硅片的抛光面生长氧化硅层和沉积本征非晶硅层；
1-3)对步骤1-2)得到的硅片进行磷扩散；
1-4)将步骤1-3)得到的硅片沉积氮化硅薄膜，得到背面沉积氮化硅薄膜的硅片。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述氧化硅层的厚度为1～2nm。
4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述本征非晶硅层的厚度为100～200nm。
5.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述磷扩散的扩散温度为700～780℃。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述去绕镀及制绒具体步骤为：
将背面沉积氮化硅薄膜的硅片置于含有5～8wt％氢氧化钾溶液的常规单晶制绒设备中，在65～75℃下进行去绕镀；
然后在制绒槽中加入制绒添加剂，在80～85℃进行制绒，得到去绕镀及正面制绒的硅片。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述去绕镀的时间为130～180秒。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述硼扩散的扩散温度为850～950℃。
9.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述氧化铝层的厚度为5～30nm。
10.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述氮化硅层的厚度为50～90nm。
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