CN111200039B - 单晶硅电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池领域，提供了一种单晶硅电池及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：依次采用制绒工艺、扩散工艺和刻蚀工艺对硅基片进行处理；在硅基片的正面沉积SiO2、背面镀膜，以获得已处理硅基片；采用掩膜法选择性地在已处理硅基片正面的第一预设区域溅射银，以形成沉积有银硅掺杂层的溅射坑槽；去除已处理硅基片正面的掩膜；在银硅掺杂层上进行丝网印刷，以形成银电极栅线；采用掩膜法选择性地在已处理硅基片正面除第一预设区域以外的区域沉积SiNx层；对沉积有SiNx层的已处理硅基片进行烧结。本发明避免了因银电极栅线与硅基片直接接触而导致载流子复合大的问题，提高了单晶硅电池的开路电压、短路电流和光电转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种单晶硅电池及其制备方法。
背景技术
单晶硅为非金属元素，是一种良好的半导材料。单晶硅具有基本完整的点阵结构的晶体，不同的方向具有不同的性质，其纯度可达到99.9999％，甚至99.9999999％以上。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素形成P型半导体，掺入微量的第VA族元素形成N型，N型和P型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。太阳能电池的增效提质一直是能源行业研究的热点，而减少光学损失、减少载流子复合是提高单晶硅电池光电转化效率的有效途径。
现有单晶硅电池主要包括硅基片，硅基片的正面和背面分别沉积有钝化层，钝化层通常为Al2O3/SiNx层或者SiO2/SiNx层，硅基片正面的钝化层上丝网印刷银电极栅线，并进行烧结以完成金属化，使银电极栅线与硅基片接触。但是，在银电极栅线与硅基片的接触处，载流子复合较大，影响单晶硅电池光电转化效率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种单晶硅电池的制备方法，以减小载流子复合、提高单晶硅电池的光电转化效率。
本发明还提出一种单晶硅电池。
根据本发明第一方面实施例的单晶硅电池的制备方法，包括以下步骤：
依次采用制绒工艺、扩散工艺和刻蚀工艺对硅基片进行处理；
在经过刻蚀的所述硅基片的正面沉积SiO2、背面镀膜，以获得已处理硅基片；
采用掩膜法选择性地在所述已处理硅基片正面的第一预设区域溅射银，以形成沉积有银硅掺杂层的溅射坑槽；
去除所述已处理硅基片正面的掩膜；
在所述银硅掺杂层上进行丝网印刷，以形成银电极栅线；
采用掩膜法选择性地在所述已处理硅基片正面的第二预设区域沉积SiNx层；其中，所述第二预设区域为所述已处理硅基片正面除所述第一预设区域以外的区域；
对沉积有SiNx层的所述已处理硅基片进行烧结。
根据本发明实施例的单晶硅电池的制备方法，不仅避免了因银电极栅线与硅基片直接接触而导致载流子复合大的问题，提高了单晶硅电池的开路电压和短路电流，而且银硅掺杂层结合SiO2层能够对单晶硅电池的正面产生良好的遂穿效应，防止单晶硅电池中的少子向其正面迁移，进而提高单晶硅电池的光电转化效率。
另外，根据本发明实施例的单晶硅电池的制备方法，还可以具有如下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述采用掩膜法选择性地在所述已处理硅基片正面的第一预设区域溅射银，以形成沉积有银硅掺杂层的溅射坑槽的步骤，包括：
采用磁控溅射技术以指定电压和指定电流向所述第一预设区域溅射银；
经过预设时长后，停止溅射。
根据本发明的一个实施例，所述指定电压为0.2KV，所述指定电流为0.1A，所述预设时长为3min。
根据本发明的一个实施例，所述依次采用制绒工艺、扩散工艺和刻蚀工艺对硅基片进行处理的步骤包括：
将所述硅基片放入碱溶液中，以使所述硅基片的表面形成金字塔状绒面；
将所述硅基片放入充有三氯氧磷的扩散炉内，以使所述硅基片的表面形成PN结；
利用强酸溶液去除所述硅基片的侧壁和背面的所述PN结。
根据本发明的一个实施例，所述在经过刻蚀的所述硅基片的正面沉积SiO2、背面镀膜，以获得已处理硅基片的步骤，包括：
采用热氧化法或湿化学法在所述硅基片的正面形成SiO2层。
根据本发明的一个实施例，所述采用掩膜法选择性地在所述已处理硅基片正面的第二预设区域沉积SiNx层的步骤，包括：
采用PEVCD法在所述第二预设区域沉积SiNx层。
根据本发明第二方面实施例的单晶硅电池，包括硅基片，所述硅基片的正面朝远离所述硅基片的方向依次形成有磷扩散层和SiO2层，所述SiO2层背向所述磷扩散层的一侧形成有SiNx层和溅射坑槽，所述溅射坑槽内形成有银硅掺杂层，所述银硅掺杂层上设有银电极栅线，所述SiNx层设于所述银电极栅线的外围。
根据本发明的一个实施例，所述SiO2层的厚度为3nm～6nm，所述SiNx层的厚度为50nm～60nm。
根据本发明的一个实施例，所述银电极栅线的横截面形状与所述银硅掺杂层的横截面形状相适应。
根据本发明的一个实施例，所述银电极栅线包括正面主栅和正面细栅，所述银硅掺杂层包括与所述正面主栅对应的主银硅掺杂区以及与所述正面细栅对应的细银硅掺杂区，所述主银硅掺杂区的宽度和长度分别大于所述正面主栅的宽度和长度，所述细银硅掺杂区的宽度和长度分别大于所述正面细栅的宽度和长度。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
本发明通过在硅基片正面的SiO2层形成沉积有银硅掺杂层的溅射坑槽，银电极栅线就可设置在银硅掺杂层上，从而不仅避免了因银电极栅线与硅基片直接接触而导致载流子复合大的问题，提高了单晶硅电池的开路电压和短路电流，而且银硅掺杂层结合SiO2层能够对单晶硅电池的正面产生良好的遂穿效应，防止单晶硅电池中的少子向其正面迁移，进而提高单晶硅电池的光电转化效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例中的一种单晶硅电池的制备方法的流程图；
图2是本发明实施例中的一种单晶硅电池的结构示意图。
附图标记：
1：磷扩散层；2：SiO2层；3：银硅掺杂层；4：银电极栅线；
5：溅射坑槽；6：硅基片；7：SiNx层。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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，都属于发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
结合图1和图2所示，本发明实施例提供了一种单晶硅电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S1、依次采用制绒工艺、扩散工艺和刻蚀工艺对硅基片6进行处理，具体地：首先，将硅基片6放入碱溶液中，例如将硅基片6放入氢氧化钠溶液中，以使硅基片6的表面形成金字塔状绒面；当然为了优化工艺，碱溶液中可加入异丙醇等添加剂。接着，将硅基片6放入充有三氯氧磷的扩散炉内，以使硅基片6的表面形成PN结；最后，利用强酸溶液例如硝酸和氢氟酸去除硅基片6的侧壁和背面的PN结。
S2、在经过刻蚀的硅基片6的正面沉积SiO2、背面镀膜，以获得已处理硅基片；其中，SiO2层2既可以采用热氧化法形成在硅基片6的正面，也可以采用湿化学法形成在硅基片6的正面。以热氧化法为例，将经过刻蚀的硅基片6放置在扩散炉后，在扩散炉达到较高温度时通入氧气，硅基片6的表面发生氧化反应形成SiO2层2。其中，SiO2层2的厚度优选为3nm～6nm。
S3、采用掩膜法选择性地在已处理硅基片正面的第一预设区域溅射银，以形成沉积有银硅掺杂层3的溅射坑槽5，具体地：采用磁控溅射技术以指定电压和指定电流向第一预设区域溅射银，溅射过程中SiO2层2上产生沉积有银硅掺杂层3的溅射坑槽5；经过预设时长后，停止溅射。其中，指定电压可以但不限于是0.2KV，指定电流可以但不限于是0.1A，预设时长可以但不限于是3min。
S4、去除已处理硅基片正面的掩膜，例如利用氢氟酸去除已处理硅基片正面的掩膜。
S5、在银硅掺杂层3上进行丝网印刷，以形成银电极栅线4。
S6、采用掩膜法选择性地在已处理硅基片正面的第二预设区域沉积SiNx层7，第二预设区域为已处理硅基片正面除第一预设区域以外的区域。其中，沉积SiNx层7的方法可采用PEVCD法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，全称为等离子体增强化学的气相沉积法)。
S7、对沉积有SiNx层7的已处理硅基片进行烧结。
由上可知，该制备方法通过采用掩膜法选择性地在已处理硅基片的正面溅射银，就可在硅基片6正面的SiO2层2上形成沉积有银硅掺杂层3的溅射坑槽5，由此银电极栅线4就可设置在银硅掺杂层3上，从而不仅避免了因银电极栅线4与硅基片6直接接触而导致载流子复合大的问题，提高了单晶硅电池的开路电压和短路电流，而且银硅掺杂层3结合SiO2层2能够对单晶硅电池的正面产生良好的遂穿效应，防止单晶硅电池中的少子向其正面迁移，进而提高单晶硅电池的光电转化效率。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种单晶硅电池，该单晶硅电池包括硅基片6，硅基片6的正面朝远离硅基片6的方向依次形成有磷扩散层1和SiO2层2，SiO2层2背向磷扩散层1的一侧形成有SiNx层7和溅射坑槽5，溅射坑槽5内形成有银硅掺杂层3，银硅掺杂层3上设有银电极栅线4，SiNx层7设于银电极栅线4的外围，也就是说，SiO2层2背向磷扩散层1的一侧除了银电极栅线4以外的其他区域均覆盖有SiNx层7。其中，SiO2层2的厚度优选为3nm～6nm，SiNx层7的厚度优选为50nm～60nm。
由上可知，该单晶硅电池通过在硅基片6正面的SiO2层2形成沉积有银硅掺杂层3的溅射坑槽5，银电极栅线4就可设置在银硅掺杂层3上，从而不仅避免了因银电极栅线4与硅基片6直接接触而导致载流子复合大的问题，提高了单晶硅电池的开路电压和短路电流，而且银硅掺杂层3结合SiO2层2能够对单晶硅电池的正面产生良好的遂穿效应，防止单晶硅电池中的少子向其正面迁移，进而提高单晶硅电池的光电转化效率。
优选地，银电极栅线4的横截面形状与银硅掺杂层3的横截面形状相适应，也就是说，银电极栅线4的横截面形状与银硅掺杂层3的横截面形状相似或完全相同。
进一步地，银电极栅线4包括正面主栅和正面细栅，银硅掺杂层3包括与正面主栅对应的主银硅掺杂区以及与正面细栅对应的细银硅掺杂区，主银硅掺杂区的宽度大于正面主栅的宽度，主银硅掺杂区的长度大于正面主栅的长度，细银硅掺杂区的宽度大于正面细栅的宽度，细银硅掺杂区的长度大于正面细栅的长度。
下面以边长为156.75mm*156.75mm、对角直径为210mm的硅基片6为例，银硅掺杂层3包括5个主银硅掺杂区和106个细银硅掺杂区，主银硅掺杂区为后续印刷正面主栅的区域，其宽度为1.0mm、长度为152mm，细银硅掺杂区为后续印刷正面细栅的区域，其宽度为0.05mm、长度为158mm。此时，银电极栅线4包括5根正面主栅和106根正面细栅，正面主栅印刷在主银硅掺杂区，正面细栅印刷在细银硅掺杂区，每根正面主栅的宽度为0.7mm、长度为146.29mm，每根正面细栅的宽度为0.032mm、长度为155.15mm，银电极栅线4的总面积为1026.4118mm2。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种单晶硅电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
依次采用制绒工艺、扩散工艺和刻蚀工艺对硅基片进行处理；
在经过刻蚀的所述硅基片的正面沉积SiO2、背面镀膜，以获得已处理硅基片；
采用掩膜法选择性地在所述已处理硅基片正面的第一预设区域溅射银，以形成沉积有银硅掺杂层的溅射坑槽；
去除所述已处理硅基片正面的掩膜；
在所述银硅掺杂层上进行丝网印刷，以形成银电极栅线；
采用掩膜法选择性地在所述已处理硅基片正面的第二预设区域沉积SiNx层；其中，所述第二预设区域为所述已处理硅基片正面除所述第一预设区域以外的区域；
对沉积有SiNx层的所述已处理硅基片进行烧结。
2.根据权利要求1所述的单晶硅电池的制备方法，其特征在于，所述采用掩膜法选择性地在所述已处理硅基片正面的第一预设区域溅射银，以形成沉积有银硅掺杂层的溅射坑槽的步骤，包括：
采用磁控溅射技术以指定电压和指定电流向所述第一预设区域溅射银；
经过预设时长后，停止溅射。
3.根据权利要求2所述的单晶硅电池的制备方法，其特征在于，所述指定电压为0.2KV，所述指定电流为0.1A，所述预设时长为3min。
4.根据权利要求1所述的单晶硅电池的制备方法，其特征在于，所述依次采用制绒工艺、扩散工艺和刻蚀工艺对硅基片进行处理的步骤包括：
将所述硅基片放入碱溶液中，以使所述硅基片的表面形成金字塔状绒面；
将所述硅基片放入充有三氯氧磷的扩散炉内，以使所述硅基片的表面形成PN结；
利用强酸溶液去除所述硅基片的侧壁和背面的所述PN结。
5.根据权利要求1所述的单晶硅电池的制备方法，其特征在于，所述在经过刻蚀的所述硅基片的正面沉积SiO2、背面镀膜，以获得已处理硅基片的步骤，包括：
采用热氧化法或湿化学法在所述硅基片的正面形成SiO2层。
6.根据权利要求1所述的单晶硅电池的制备方法，其特征在于，所述采用掩膜法选择性地在所述已处理硅基片正面的第二预设区域沉积SiNx层的步骤，包括：
采用PEVCD法在所述第二预设区域沉积SiNx层。
7.一种单晶硅电池，其特征在于，包括硅基片，所述硅基片的正面朝远离所述硅基片的方向依次形成有磷扩散层和SiO2层，所述SiO2层背向所述磷扩散层的一侧形成有SiNx层和溅射坑槽，所述溅射坑槽内形成有银硅掺杂层，所述银硅掺杂层上设有银电极栅线，所述SiNx层设于所述银电极栅线的外围。
8.根据权利要求7所述的单晶硅电池，其特征在于，所述SiO2层的厚度为3nm～6nm，所述SiNx层的厚度为50nm～60nm。
9.根据权利要求7所述的单晶硅电池，其特征在于，所述银电极栅线的横截面形状与所述银硅掺杂层的横截面形状相适应。
10.根据权利要求9所述的单晶硅电池，其特征在于，所述银电极栅线包括正面主栅和正面细栅，所述银硅掺杂层包括与所述正面主栅对应的主银硅掺杂区以及与所述正面细栅对应的细银硅掺杂区，所述主银硅掺杂区的宽度和长度分别大于所述正面主栅的宽度和长度，所述细银硅掺杂区的宽度和长度分别大于所述正面细栅的宽度和长度。
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