CN110870082B - 用于制造pert太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于制造PERT太阳能电池(10)的方法，其具有以下步骤：制备n掺杂或p掺杂的硅基板(1)；实施第一掺杂工艺，利用所述第一掺杂工艺对所述n掺杂或p掺杂的硅基板(1)的至少一侧进行掺杂，或者将至少一个掺杂层施加到所述n掺杂或p掺杂的硅基板(1)的一侧，以生成第一掺杂侧；至少在所述PERT太阳能电池(10)的所述第一掺杂侧上沉积至少一种钝化表面或掩盖表面的物质；实施第二掺杂工艺，利用所述第二掺杂工艺至少掺杂所述n掺杂或p掺杂的硅基板的与所述第一掺杂侧相对的另一侧，或者在其上施加掺杂层，其中，在实施这些步骤之后，对所述PERT太阳能电池(10)的边缘(11，12)进行湿法化学蚀刻，其中，在湿法化学蚀刻时，所述PERT太阳能电池(10)的与所述第一掺杂侧相对的另一侧由水帽(4)保护，并且其中，在将所述钝化表面或掩盖表面的物质(5)至少沉积在所述PERT太阳能电池(10)的所述第一掺杂侧上之后并且在所述边缘的湿法化学蚀刻之前，使沉积在所述PERT太阳能电池(10)的所述第一掺杂侧上的所述钝化表面或掩盖表面的物质(5)通过高温处理来烧结。

Description

用于制造PERT太阳能电池的方法
技术领域
本发明涉及用于制造PERT太阳能电池的方法。
背景技术
PERT(passivated emitter and rear,totally diffused，钝化发射极后侧全扩散)太阳能电池是一种众所周知的太阳能电池。它们在前侧和后侧都具有全面高掺杂的区域(p+/n+)。这些太阳能电池通常是通过在高温下从合适的来源扩散诸如磷、硼、砷或锑之类的掺杂物来制造的。然而，也可以通过CVD工艺通过植入以及单晶的外延生长或非晶或多晶高掺杂硅层的沉积来引入掺杂物。所谓的PERPoly(Passivated Emitter RearPolysilicon contact，钝化发射极后侧多晶硅接触)太阳能电池，以及具有POLO或TopCON接触的太阳能电池，其中高掺杂硅或碳化硅或其他半导体层通过通常由氧化硅或氧化铝制成的薄的界面层与基板分开，在这里都明确地被当作PERT电池类型。
在这里，PERT电池的基础材料可以是n掺杂和p掺杂的硅或另一种半导体材料，并且n+掺杂和p+掺杂的区域都可以位于前侧，也就是说，位于主光入射侧。
然而，这种类型的太阳能电池的问题是，在制造工艺中，在太阳能电池的边缘出现了彼此相邻的相反的高掺杂的(p+/n+)区域，这些区域导致了太阳能电池的低分流电阻和低击穿电压。结果是，在当单个太阳能电池在太阳能模块中被遮挡时发生的反向负载(反向偏置)下，相应串的全部电流会沿二极管的截止方向流过相关的太阳能电池，由此会导致较大的局部能量密度，从而导致热量产生，也称为热点形成。这种热量形成会导致太阳能电池和整个太阳能模块的损坏。
例如，如果在施加-12伏特的电压时超过所谓的约1安培的反向电流的临界值，则可能会产生强烈的热量形成，从而在操作中可能会发生>100℃的温度，这会导致模块组件的损坏，尤其是模块中使用的封装材料(例如EVA或POE)和背侧膜的损坏。
因此，许多PERT电池制造商已将激光边缘绝缘作为制造此类太阳能电池的最后一个工艺步骤。在这里，在太阳能电池的发射极侧，即在与晶片相反的掺杂侧，借助激光在太阳能电池中产生了几μm深的沟槽；位于那里的硅由激光去除。激光沟槽是距边缘几百μm产生的。通常位于太阳能电池的前侧的太阳能电池发射器通常具有小于1-2μm的深度，从而激光沟槽将太阳能电池发射器与相对的掺杂侧分开。通过分开可以实现太阳能电池的高击穿电压，因此太阳能电池即使在反向偏置条件下也不允许沿截止方向的明显的电流流动，其中，当施加-12伏的负电压时的反向电流小于1安培时，在本说明书中不存在明显的电流流动。这样，分流电阻可以增加到>100欧姆的值。
不过，该做法有两个严重的缺点：首先，由于在沟槽外部的边缘区域中产生的电荷载流子不能对太阳能电池的电流有贡献或仅有很小的贡献，因而减少了太阳能电池的有效面积。其次，激光在太阳能电池的表面上留下了明显的损害，激光区域不再被钝化，而是一个非常高的复合位置，这导致截止饱和电流的增加并因此导致填充系数的减小。与未处理的相同类型的太阳能电池相比，这两种效应共同导致具有激光边缘绝缘的PERT太阳能电池的绝对效率损失0.2％。
一种替代的但很少使用的边缘隔离方法是在创建高掺杂区域后，通过等离子蚀刻步骤将太阳能电池的前侧和后侧彼此分开。在这里，借助等离子体在太阳能电池边缘处蚀刻掉在那里存在的掺杂硅层并因此实现前侧和背侧的分开。而且，等离子体蚀刻还具有明显的缺点，因为这是昂贵的处理步骤，使得必须在该步骤中堆叠晶片，从而由于机械损伤和破裂而增加了废品。
在太阳能电池技术中已经使用了用于边缘绝缘的湿法化学蚀刻方法，其中尤其是例如从DE102009050845A1已知，基板的基板表面可以由水帽保护。不过，这些方法到目前为止只能用于所谓的Al-BSF、MWT和PERC太阳能电池，因为它们需要通过蚀刻液将太阳能电池的掺杂表面之一，通常是后侧蚀刻掉。尚未发现尤其是在PERT太阳能电池中使用这种方法的可能性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于制造PERT太阳能电池的方法，该方法实现湿法化学边缘绝缘。
根据本发明的用于制造PERT太阳能电池的方法如已知的用于制造这种类型的太阳能电池的方法一样，具有以下步骤：
－制备n掺杂或p掺杂的硅基板；
－实施第一掺杂工艺，利用所述第一掺杂工艺对所述PERT太阳能电池的至少第一侧(以下成为第一掺杂侧)，优选是至少后侧进行掺杂，以生成第一掺杂侧，或者施加至少一个掺杂层，以生成第一掺杂侧。
在这里，至少一个施加的掺杂层也可以是由钝化和导电层构成的叠层的组成部分。尤其地，在该第一掺杂步骤中，所述PERT太阳能电池的对应侧优选地被高掺杂，其中，在本说明书的上下文中，“高掺杂”是指至少1019个掺杂原子/cm3的掺杂。
－至少在所述PERT太阳能电池的所述第一掺杂侧上沉积至少一种钝化表面或掩盖表面的物质；以及
－实施第二掺杂工艺，利用所述第二掺杂工艺至少掺杂所述n掺杂或p掺杂的硅基板的与所述第一掺杂侧相对的另一侧，优选是前侧。该掺杂工艺还优选导致在上面限定的“高掺杂”的意义上的高掺杂。
这些步骤以给定的顺序实施，但不必紧接着相继实施。在这种情况下，应指出的是，通过使用表述“实施第一掺杂工艺”和“至少一种钝化表面或掩盖表面的物质”，尤其是也适用于具有钝化和掩膜叠层的PERT太阳能电池，例如在具有钝化接触的此类太阳能电池中可以使用POLO或PERPOLY或TOPCON。
本发明重要的是，在实施这些步骤之后，对所述PERT太阳能电池的边缘进行湿法化学蚀刻，其中，在湿法化学蚀刻时，所述PERT太阳能电池的与所述第一掺杂侧相对的另一侧，或者在执行所述方法时从中产生所述太阳能电池的所述p掺杂或n掺杂的硅基板的第一掺杂侧，即优选为所述PERT太阳能电池的后续前侧由水帽保护。
边缘的湿法化学蚀刻尤其是通过以下实现，即，所述钝化表面或遮盖表面的物质是可烧结的，并且在将所述钝化表面或掩盖表面的物质至少沉积在所述PERT太阳能电池的所述第一掺杂侧、或者在执行所述方法时从中产生所述太阳能电池的所述p掺杂或n掺杂的硅基板的第一掺杂侧上之后并且在所述边缘的湿法化学蚀刻之前，使沉积在所述PERT太阳能电池(10)的所述第一掺杂侧、或者在执行所述方法时从中产生所述太阳能电池的所述p掺杂或n掺杂的硅基板的第一掺杂侧上的所述钝化表面或掩盖表面的物质通过高温处理来烧结，从而使所述物质不会受对所述边缘进行湿法化学蚀刻所使用的蚀刻液侵蚀或者受侵蚀程度不太强于所述PERT太阳能电池的所述边缘，即使当这些边缘寄生地具有在将钝化表面或掩膜表面的物质至少沉积在所述PERT太阳能电池的所述第一掺杂侧上时沉积的钝化表面或掩盖表面的物质时也是如此。
这样，可以实现不损坏晶片的边缘绝缘，该边缘绝缘还可以允许以比激光系统或等离子蚀刻设备明显更高的生产量来实施并且由于蚀刻量小而仅产生极低的化学制品消耗。
应注意的是，在本公开中的某些地方，为了获得表述的更高的清晰性和简洁性，术语“PERT”太阳能电池部分地也用于中间产品(电池前体)，当执行所述方法时，这种电池来自所述中间产品。
一种用于这种可烧结物质的优选材料是例如氮化硅，另一种有利地可使用的材料是碳化硅。
当在所述第二掺杂工艺中实施扩散步骤并因此与该原本必要的步骤在时间上并行地进行高温处理时，可以特别经济地实施所述方法。
高温处理的另一经济做法是，在所述第二掺杂工艺中实施必要的退火工艺时进行高温处理。
已证明高温处理特别有效，在该高温处理中，PERT太阳能电池(即更确切地说是恰好制造的后续PERT太阳能电池)在高温处理中经受至少500℃、优选高于700℃的温度达至少一秒钟的时间段。在这些高温下短暂的“点火”就足够了。
这可以尤其是通过以下来实现，即，通常原本设置的工艺步骤例如n掺杂的硅基板的表面纹理和/或硼或磷玻璃蚀刻可以关于工艺持续时间和/或所使用的化学制品的浓度进行适配。这样，可以在必要时，即尤其是当表面钝化或掩蔽表面的物质的期望的层厚度如此高，使得边缘的寄生涂层也将通过热处理而成为蚀刻阻挡层时，防止的是，寄生涂层也通过高温处理在边缘烧结并然后不再可以进行湿法化学蚀刻。
还已证明是有利的是，在施加所述掺杂层之前，在所述PERT太阳能电池的所述后侧上施加优选地设计成薄的氧化层。
附图说明
以下结合附图更详细地说明本发明。在附图中：
图1示出了在PERT太阳能电池的制造时的湿法化学边缘蚀刻步骤的示意图。
具体实施方式
在图1的示意图中可以看出太阳能电池10(或更确切地说，其前体)，该太阳能电池10借助输送辊20沿箭头指示的方向移动通过具有由HF、HNO3和H2SO4的混合物形成的蚀刻液30的蚀刻浴，以引起对PERT太阳能电池10的边缘11、12的湿法化学蚀刻。
在该示例中，PERT太阳能电池10具有：n掺杂的硅基板1，构成在硅基板1的前侧13上的p+-掺杂的发射极2，以及构成在硅基板1的后侧14上的n+-掺杂的后侧场3。硅基板1的前侧13可以可选地构造。硅基板1的后侧14可以可选地被抛光或结构化。
在所示的湿法化学蚀刻工艺中，前侧13由水帽4保护，而后侧14由钝化表面或掩盖表面的物质5的烧结层保护，具体地例如是氮化硅层或由氧化硅和氮化硅层构成的堆叠。这样，钝化表面或掩盖表面的物质5的寄生沉积残余物6，具体地例如是在边缘11、12上的寄生氮化硅沉积物在引起烧结的高温处理的时间点不会或不再会以足以构成封闭的蚀刻阻挡层的浓度在那里沉积，并且硅基板1的不同掺杂区域相互接触的边缘区域7、8被蚀刻掉并因此实现湿法化学边缘绝缘。
如本领域技术人员立即清楚的是，这里描述的实施例不限于n掺杂的基板和给定的掺杂物，尤其是发射极的并且用于产生背表面场的掺杂物，而是可以直接转移到不同掺杂的高掺杂区域。
附图标记说明：
1 n-掺杂的硅基板
2 p+-掺杂的发射极
3 n+-掺杂的背表面场
4 水帽
5 钝化表面或掩盖表面的物质
6 寄生钝化表面或遮盖表面的物质
7，8 不同掺杂区域接触的边缘区域
10 PERT太阳能电池(或其前体结构)
11，12 边缘
13 基板的前侧
14 基板的后侧
20 输送辊
30 蚀刻液

Claims (8)

1.一种用于制造PERT太阳能电池(10)的方法，其具有以下步骤：
－制备n掺杂或p掺杂的硅基板(1)；
－实施第一掺杂工艺，利用所述第一掺杂工艺对所述n掺杂或p掺杂的硅基板(1)的至少一侧，或者将至少一个掺杂层施加到所述n掺杂或p掺杂的硅基板(1)的一侧，以生成第一掺杂侧；
－至少在所述PERT太阳能电池(10)的所述第一掺杂侧上沉积至少一种钝化表面或掩盖表面的物质(5)；
－实施第二掺杂工艺，利用所述第二掺杂工艺至少掺杂所述n掺杂或p掺杂的硅基板(1)的与所述第一掺杂侧相对的另一侧，或者在其上施加掺杂层，
其特征在于，
在实施这些步骤之后，对所述PERT太阳能电池(10)的边缘(11，12)进行湿法化学蚀刻，其中，在湿法化学蚀刻时，所述PERT太阳能电池(10)的与所述第一掺杂侧相对的另一侧由水帽(4)保护，
所述钝化表面或掩盖表面的物质(5)是可烧结的，以及
在将所述钝化表面或掩盖表面的物质(5)至少沉积在所述PERT太阳能电池(10)的所述第一掺杂侧上之后并且在所述边缘(11，12)的湿法化学蚀刻之前，使沉积在所述PERT太阳能电池(10)的所述第一掺杂侧上的所述钝化表面或掩盖表面的物质(5)通过高温处理来烧结，从而使所述物质(5)不会受对所述边缘(11，12)进行湿法化学蚀刻所使用的蚀刻液(30)侵蚀或者受侵蚀程度不强于所述PERT太阳能电池(10)的所述边缘(11，12)，即使当这些边缘(11，12)寄生地具有在将钝化表面或掩膜表面的物质(5)至少沉积在所述PERT太阳能电池(10)的所述第一掺杂侧上时沉积的钝化表面或掩盖表面的物质(5)时也是如此。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当在所述第二掺杂工艺中实施扩散步骤时进行高温处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二掺杂工艺中实施必要的退火工艺时进行高温处理。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述PERT太阳能电池(10)在高温处理时暴露于至少500℃的温度达至少1秒的时间段。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述蚀刻液(30)是HF、HNO3和H2SO4的混合物或者包含组分HF、HNO3和H2SO4中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述蚀刻液(30)中的HF的体积含量在5％和40％之间。
7.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在至少在所述PERT太阳能电池(10)的所述第一掺杂侧上沉积所述钝化表面或掩盖表面的物质(5)与通过高温处理对所述钝化表面或掩盖表面的物质(5)进行烧结之间进行另外的工艺步骤，在所述另外的工艺步骤中去除所述钝化表面或掩盖表面的物质(5)的部分。
8.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在施加用于生成所述第一掺杂侧的所述掺杂层之前在所述PERT太阳能电池(10)的第一待处理侧上施加氧化层。
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