CN111009588A - 一种perc电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种PERC电池及其制备方法，所述PERC电池包括正电极、第一氮化硅层、氧化硅层、硅基底、氧化铝层、第二氮化硅层和背电极，所述正电极、第一氮化硅层、氧化硅层、硅基底、氧化铝层、第二氮化硅层和背电极依次按序设置；所述硅基底为单晶硅片、类单晶硅片、多晶硅片或直接硅片；所述硅基底的厚度为120‑150nm。该方法使用激光转印技术分别印刷电池片的电极、电场，激光转印技术无需制版、无需接触硅片，且印刷工序简单易操作，从而解决了丝网印刷因设备等原因发生的一系列问题，进而提高了生产速度和良率，另外可以满足未来薄片化的发展，降低了原料成本，提高了电池效率，适合在产业上推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种PERC电池及其制备方法，可用于太阳能电池技术领域。
背景技术
随着化石燃料的日益衰减，尝试着寻找一种清洁无污染、可持续利用的新型能源，太阳能无疑成为了视野中最为普遍且清洁的可再生能源。太阳能电池是利用光生伏特效应，将光能直接转换为电能的一种器件。
科技的进步推动了太阳能电池的发展，从而衍生了局部接触背钝化（PERC）太阳能电池，由于其优异的转换效率，得到了业界的广泛关注。PERC电池的核心是在硅片的背光面用氧化铝或氧化硅薄膜覆盖，以起到钝化表面、提高长波响应的作用，从而提升电池的转换效率。PERC电池的制备方法主要包括：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积氧化铝或氧化硅薄膜、沉积氮化硅保护膜、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷、烧结。
目前，丝网印刷中，电池片直接放在带有模版的丝网下面，浆料在刮刀的挤压下穿过丝网间的网孔,只有图像部分能穿过，印刷到电池片上，从而形成电池片的背电极、背电场、正电极来收集电流并起到导电作用。
在实际车间生产中，由于设备原因会出现诸多问题，一方面降低了生产速度，一方面浪费了生产原料。由于网版耐印力低，会经常出现网版破损，无论是补网版还是更换网版或多或少会出现虚印、断线等现象；由于衬纸、衬台不干净，会发生碎片现象；另外参数等原因会发生图像偏移等现象；其次印刷线条粗，会增加对太阳光的阻挡作用，减少了对太阳光的吸收；另外由于丝网印刷的设备印刷速度较慢，会降低生产速度；最后由于丝网印刷不能实现未来薄片化的发展，限制了硅片的厚度，从而限制了成本的降低。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种PERC电池及其制备方法。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种PERC电池，所述PERC电池包括正电极、第一氮化硅层、氧化硅层、硅基底、氧化铝层、第二氮化硅层和背电极，所述正电极、第一氮化硅层、氧化硅层、硅基底、氧化铝层、第二氮化硅层和背电极依次按序设置。
优选地，所述硅基底为单晶硅片、类单晶硅片、多晶硅片或直接硅片。
优选地，所述硅基底的厚度为120-150nm。
本发明还揭示了一种PERC电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1：对硅片进行扩散，形成PN结；
S2：利用氢氟酸混合液对所述硅片的边缘刻蚀，去除边缘、背面的结区以及表面的PSG层；
S3：利用碱性溶液对所述硅片进行清洗达到背面抛光效果；
S4：利用酸性溶液对所述硅片进行酸洗去除硅片正面磷硅玻璃；
S5：在所述硅片的上表面热氧化形成一层2-5nm的氧化硅膜；
S6：在所述硅片的背面镀钝化层，在450℃下使用PECVD法制备，沉淀一层8-20nm的氧化铝膜和100-120nm的第一氮化硅膜；
S7：在所述硅片的正面镀减反射膜，在450℃下使用PECVD法制备，沉淀一层75-80nm的第二氮化硅膜；
S8：利用激光在所述硅片的背面局部开孔或开槽；
S9：通过机械手抓取设备将硅片放置于衬台上，在硅片上通过激光转印设备使用激光转印法分别印刷背电极、背电场、正电极；
S10：在烧结炉中对所述硅片进行烧结处理，使正背面电极与电池片之间形成良好的欧姆接触，得到PERC电池。
优选地，所述激光转印设备包括激光器、转印纸、浆料、衬台，硅片等间距地设置于衬台上，硅片的上方依次设置有浆料和转印纸，转印纸的上方设置有激光器，激光器发射出激光束透过转印纸，涂覆在转印纸后表面的浆料通过激光束所发出的能量脱落于硅片表面分别形成电极、电场。
优选地，所述S1步骤前还包括：S10：将硅片放入酸性或碱性腐蚀液中去除硅片表面损伤层，并在硅片的第一表面上制备绒面结构，反射率为11-12%。
优选地，在所述S1步骤中，对硅片进行扩散，形成PN结扩散后方阻为：110-120欧姆。
优选地，在所述S2步骤中，利用氢氟酸混合液对所述硅片的边缘刻蚀，减膜量为0.10-0.15g。
优选地，在所述S3步骤中，利用碱性溶液对所述硅片进行清洗达到背面抛光效果，反射率为32%-36%；碱性溶液为KOH，反应温度为室温，反应时间为120-300s；在所述S4步骤中，酸性溶液为HF，反应温度为室温，反应时间为120-300s。
优选地，在所述S8步骤中，利用激光在所述硅片的背面局部开孔或开槽，激光尺寸大小：30-40μm，在所述S9步骤中，激光转印的能量密度为0.5-1J/cm2，激光频率为1-3.5MHz。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：该方法使用激光转印技术分别印刷电池片的电极、电场，激光转印技术无需制版、无需接触硅片，且印刷工序简单易操作，从而解决了丝网印刷因设备等原因发生的一系列问题，进而提高了生产速度和良率，另外可以满足未来薄片化的发展，降低了原料成本，提高了电池效率，适合在产业上推广应用。
激光转印技术因它不用接触承印物，不会给硅片造成压力，因此硅片不易造成碎片，可以解决丝网印刷所造成的原料浪费。另外，相较于丝网印刷，激光转印技术经过多年的技术改革，其在精准度和效率方面远远优于丝网印刷。通过两项技术的对比，激光转印技术可以从根源上解决产线速度较低和降低成本。
附图说明
图1为本发明的PERC电池的结构示意图。
图2为本发明的激光转印设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了一种PERC电池及其制备方法，如图1所示，一种PERC电池包括正电极1、第一氮化硅层2、氧化硅层3、硅基底4、氧化铝层5、第二氮化硅层6和背电极7。所述正电极1、第一氮化硅层2、氧化硅层3、硅基底4、氧化铝层5、第二氮化硅层6和背电极7依次按序设置。
在本技术方案中，所述硅基底4可为单晶硅片、类单晶硅片、多晶硅片或直接硅片，所述硅基底4的厚度为120-150nm。
本发明还揭示了一种PERC电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1：对硅片进行扩散，形成PN结；
S2：利用氢氟酸混合液对所述硅片的边缘刻蚀，去除边缘、背面的结区以及表面的PSG层；
S3：利用碱性溶液对所述硅片进行清洗达到背面抛光效果；
S4：利用酸性溶液对所述硅片进行酸洗去除硅片正面磷硅玻璃；
S5：在所述硅片的上表面热氧化形成一层2-5nm的氧化硅膜；
S6：在所述硅片的背面镀钝化层，在450℃下使用PECVD法制备，沉淀一层8-20nm的氧化铝膜和100-120nm的第一氮化硅膜；
S7：在所述硅片的正面镀减反射膜，在450℃下使用PECVD法制备，沉淀一层75-80nm的第二氮化硅膜；
S8：利用激光在所述硅片的背面局部开孔或开槽；
S9：通过机械手抓取设备将硅片放置于衬台上，在硅片上通过激光转印设备使用激光转印法分别印刷背电极、背电场、正电极；
S10：在烧结炉中对所述硅片进行烧结处理，使正背面电极与电池片之间形成良好的欧姆接触，得到PERC电池。
如图2所示，所述激光转印设备包括激光器8、转印纸9、浆料10、衬台12，硅片11等间距地设置于衬台上，硅片11已镀膜，硅片的上方依次设置有浆料和转印纸，转印纸的上方设置有激光器，激光器发射出激光束透过转印纸，涂覆在转印纸后表面的浆料通过激光束所发出的能量脱落于硅片表面分别形成电极、电场。
所述S1步骤前还包括：S10：将硅片放入酸性或碱性腐蚀液中去除硅片表面损伤层，并在硅片的第一表面上制备绒面结构，反射率为11-12%。
在所述S1步骤中，对硅片进行扩散，形成PN结扩散后方阻为：110-120欧姆。在所述S2步骤中，利用氢氟酸混合液对所述硅片的边缘刻蚀，减膜量为0.10-0.15g。
在所述S3步骤中，利用碱性溶液对所述硅片进行清洗达到背面抛光效果，反射率为32%-36%；碱性溶液为KOH，反应温度为室温，反应时间为120-300s；在所述S4步骤中，酸性溶液为HF，反应温度为室温，反应时间为120-300s。
在所述S8步骤中，利用激光在所述硅片的背面局部开孔或开槽，激光尺寸大小：30-40μm，在所述S9步骤中，激光转印的能量密度为0.5-1J/cm2，激光频率为1-3.5MHz。
实施例1：
S10：利用酸性或碱性腐蚀液在硅片表面形成绒面，反射率为11-12%，所用硅片厚度为150nm；
S1：对所述硅片进行扩散，形成PN结，扩散后方阻为：110-120欧姆；
S2：利用氢氟酸混合液对所述硅片的边缘刻蚀，减膜量为0.10-0.15g；
S3：利用碱性溶液对所述硅片进行清洗达到背面抛光效果，反射率为32%-36%；
S4：对所述硅片进行酸洗去除硅片正面磷硅玻璃；
S5：在所述硅片的上表面热氧化形成一层2-5nm的氧化硅膜；
S6：在所述硅片的背面镀钝化层，在450℃下使用PECVD法制备，沉淀一层8-20nm的氧化铝膜和100-120nm的氮化硅膜；
S7：在所述硅片的正面镀减反射膜，在450℃下使用PECVD法制备，沉淀一层75-80nm的氮化硅膜；
S8：利用激光在所述硅片的背面局部开孔或开槽，激光尺寸大小：30-40μm；
S9：在所述硅片上使用激光转印法分别印刷背电极、背电场、正电极，各阶段印刷后需经烘干炉，激光转印的能量密度为1J/cm2，激光频率为1MHz；
S10：在烧结炉中对所述硅片进行烧结处理，使正背面电极与电池片之间形成良好的欧姆接触，得到PERC电池。
实施例2：
S10：利用酸性或碱性腐蚀液在硅片表面形成绒面，反射率为11-12%，所用硅片厚度为120nm；
S1：对所述硅片进行扩散，形成PN结，扩散后方阻为：110-120欧姆；
S2：利用氢氟酸混合液对所述硅片的边缘刻蚀，减膜量为0.10-0.15g；
S3：利用碱性溶液对所述硅片进行清洗达到背面抛光效果，反射率为32%-36%；
S4：对所述硅片进行酸洗去除硅片正面磷硅玻璃；
S5：在所述硅片的上表面热氧化形成一层2-5nm的氧化硅膜；
S6：在所述硅片的背面镀钝化层，在450℃下使用PECVD法制备，沉淀一层8-20nm的氧化铝膜和100-120nm的氮化硅膜；
S7：在所述硅片的正面镀减反射膜，在450℃下使用PECVD法制备，沉淀一层75-80nm的氮化硅膜；
S8：利用激光在所述硅片的背面局部开孔或开槽，激光尺寸大小：30-40μm；
S9：在所述硅片上使用激光转印法分别印刷背电极、背电场、正电极，各阶段印刷后需经烘干炉，激光转印的能量密度为0.5J/cm2，激光频率为3.5MHz；
S10：在烧结炉中对所述硅片进行烧结处理，使正背面电极与电池片之间形成良好的欧姆接触，得到PERC电池。
在衬底上沉淀至少一层掺杂剂材料（玻璃粉、有机物、铝或银粉），将衬底后表面上的钝化层用激光击破，然后将掺杂剂材料转印至衬底上形成指状图案。经过一系列过程会在指状图案中产生P+和N+点触头，在图案顶部上电镀导电金属形成电极。由于激光转印技术印刷的金属栅线更细，增加了太阳光的吸收，相对的光生载流子相应增加，因此电池的短路电流也会提高，电池转换效率相应提高。
激光转印技术采用静电吸附成像方式制作微流体通道且最细通道宽度可达1μm，精确的墨点控制技术可以将有效分辨率提高，保证了电池片正背面金属栅线的精准印刷，且印刷的金属栅线较丝网印刷的金属栅线更细，从而增强了对太阳光的吸收作用，提高了太阳能电池的转换效率。
激光转印技术实际上是将复杂的印刷工序集成在激光打印机和激光转印纸上，而打印好的转印纸的热转印过程则非常简单，只需几秒钟就可完成，从而解决了生产线上因一系列设备原因和更换网版等，提升了生产效率和节约了成本。
丝网印刷制版周期长，且网版耐印力低，往往易造成虚印、粗线等，降低了电池生产的良率。而激光转印技术不需要制版，缩短了生产周期，且无需制版、无需复杂的印前调整和印后整理，大大地提升了印刷的灵活和简化了操作。经过一系列的技术改革，样品制作实验的结果可以很快的转移到批量加工系统中。
激光转印技术不需要接触硅片表面，因此硅片的碎片率会得到控制，且不会污染硅片表面，太阳电池效率也会因此得到一定程度的提高。激光转印技术满足未来硅片所需的薄片化发展，从而降低了生产成本，且能够精确地控制栅线的粗细和距离，提高太阳能电池的效率。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种PERC电池，其特征在于：所述PERC电池包括正电极（1）、第一氮化硅层（2）、氧化硅层（3）、硅基底（4）、氧化铝层（5）、第二氮化硅层（6）和背电极（7），所述正电极（1）、第一氮化硅层（2）、氧化硅层（3）、硅基底（4）、氧化铝层（5）、第二氮化硅层（6）和背电极（7）依次按序设置。
2.根据权利要求1所述的一种PERC电池，其特征在于：所述硅基底（4）为单晶硅片、类单晶硅片、多晶硅片或直接硅片。
3.根据权利要求2所述的一种PERC电池，其特征在于：所述硅基底（4）的厚度为120-150nm。
4.一种PERC电池的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：对硅片进行扩散，形成PN结；
S2：利用氢氟酸混合液对所述硅片的边缘刻蚀，去除边缘、背面的结区以及表面的PSG层；
S3：利用碱性溶液对所述硅片进行清洗达到背面抛光效果；
S4：利用酸性溶液对所述硅片进行酸洗去除硅片正面磷硅玻璃；
S5：在所述硅片的上表面热氧化形成一层2-5nm的氧化硅膜；
S6：在所述硅片的背面镀钝化层，在450℃下使用PECVD法制备，沉淀一层8-20nm的氧化铝膜和100-120nm的第一氮化硅膜；
S7：在所述硅片的正面镀减反射膜，在450℃下使用PECVD法制备，沉淀一层75-80nm的第二氮化硅膜；
S8：利用激光在所述硅片的背面局部开孔或开槽；
S9：通过机械手抓取设备将硅片放置于衬台上，在硅片上通过激光转印设备使用激光转印法分别印刷背电极、背电场、正电极；
S10：在烧结炉中对所述硅片进行烧结处理，使正背面电极与电池片之间形成良好的欧姆接触，得到PERC电池。
5.根据权利要求4所述的一种PERC电池的制备方法，其特征在于：所述激光转印设备包括激光器（8）、转印纸（9）、浆料（10）、衬台（12），硅片（11）等间距地设置于衬台上，硅片的上方依次设置有浆料和转印纸，转印纸的上方设置有激光器，激光器发射出激光束透过转印纸，涂覆在转印纸后表面的浆料通过激光束所发出的能量脱落于硅片表面分别形成电极、电场。
6.根据权利要求4所述的一种PERC电池的制备方法，其特征在于：所述S1步骤前还包括：S10：将硅片放入酸性或碱性腐蚀液中去除硅片表面损伤层，并在硅片的第一表面上制备绒面结构，反射率为11-12%。
7.根据权利要求4所述的一种PERC电池的制备方法，其特征在于：在所述S1步骤中，对硅片进行扩散，形成PN结扩散后方阻为：110-120欧姆。
8.根据权利要求4所述的一种PERC电池的制备方法，其特征在于：在所述S2步骤中，利用氢氟酸混合液对所述硅片的边缘刻蚀，减膜量为0.10-0.15g。
9.根据权利要求4所述的一种PERC电池的制备方法，其特征在于：在所述S3步骤中，利用碱性溶液对所述硅片进行清洗达到背面抛光效果，反射率为32%-36%；碱性溶液为KOH，反应温度为室温，反应时间为120-300s；在所述S4步骤中，酸性溶液为HF，反应温度为室温，反应时间为120-300s。
10.根据权利要求4所述的一种PERC电池的制备方法，其特征在于：在所述S8步骤中，利用激光在所述硅片的背面局部开孔或开槽，激光尺寸大小：30-40μm，在所述S9步骤中，激光转印的能量密度为0.5-1J/cm2，激光频率为1-3.5MHz。
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