CN111211199B - 一种高效ibc电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域。一种高效IBC电池的制备方法包括以下步骤：n型硅片制绒后用碱液进行单面抛光后进行双面硼扩散，抛光面上生长氮化硅薄膜；激光去除抛光面的硼硅玻璃和氮化硅薄膜后将硅片置于碱液和助剂中腐蚀；清洗后在臭氧水溶液中进行湿法氧化；进行抛光面的离子注入后退火；用氢氟酸清洗硅片后进行硝酸湿法氧化；湿法氧化后的硅片，双面生长氧化铝和氮化硅薄膜，对硅片背面进行丝网印刷，p型区域采用银浆，n型区域采用具有烧蚀性的铝浆，烧结后即得IBC电池。本发明制备的IBC电池效率高、电学性能优异，显著的减少IBC电池的制备步骤，降低IBC电池的生产成本，提高产品的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种高效IBC电池的制备方法。
背景技术
随着化石能源的快速消耗，太阳能作为可再生能源，是人类未来主要依靠的能源之一。太阳能电池作为清洁能源的典型代表，越来越多的受到世界各国的重视，全球安装量也在逐年上升。近几年，随着太阳能电池技术的快速发展，电池的成本在快速下降，度电成本已经逐渐接近火电发电成本。光伏行业的目标仍然是不断的提高电池效率，降低度电成本，达到可以直接与火电竞争的水平。
N型硅太阳能电池是未来电池的趋势，而在众多N型太阳能电池结构中，IBC电池因其效率高、美观，被行业认为是未来电池最优前景的技术方向之一。目前IBC电池生产流程繁琐，有超过20步的生产流程，并且需要用光刻掩膜技术来形成分立的pn结，这就导致生产成本显著提高，又因为工艺流程多，产品的A级品率无法保证，在和其他高效电池的竞争中劣势明显。因此只有缩短工艺流程，减少半导体设备及技术的使用，多采用目前常用的光伏常规廉价设备，才能让IBC这项技术得到广泛推广和使用。本发明旨在减少IBC电池工艺流程，取消半导体用的掩膜技术，降低IBC电池生产难度，使该技术在众多高效电池中表现出竞争力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、低成本的高效IBC电池的制备方法，该方法制备的IBC电池效率高、电学性能优异，显著的减少IBC电池的制备步骤，降低IBC电池的生产成本，提高产品的市场竞争力。
本发明的技术方案如下：
一种高效IBC电池的制备方法，包括以下步骤：
a.n型硅片制绒后用碱液进行单面抛光；
b.抛光后的硅片进行双面的硼扩散，抛光面上生长氮化硅薄膜；
c.激光去除抛光面的硼硅玻璃和氮化硅薄膜；
d.激光去除氮化硅薄膜后，将硅片置于碱液和助剂中腐蚀；
e.腐蚀后的硅片经过清洗，在臭氧水溶液中进行湿法氧化；
f.将氧化后的硅片进行抛光面的离子注入，注入后的硅片进行退火；
g.用氢氟酸清洗掉硅片上表面的硼硅玻璃，刻蚀面的硼硅玻璃和氮化硅膜，将去除掉硼硅玻璃和氮化硅膜的硅片进行硝酸湿法氧化；
h.湿法氧化后的硅片，双面生长氧化铝和氮化硅薄膜，对硅片背面进行丝网印刷，p型区域采用银浆，n型区域采用具有烧蚀性的铝浆，烧结后即得IBC电池。
进一步的，所述碱液中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵中的一种。
进一步的，所述助剂包括以下组分：磺基丁二酸二乙酯钠盐0.1-0.2wt%、聚乙二醇0.05-0.2wt%、聚乙烯吡咯烷酮0.02-0.05wt%、烷基酚聚氧乙烯醚0.01-0.05%wt以及余量的水。
进一步的，所述步骤a中，硅片制绒后表面形成1-3μm的金字塔，碱液浓度为5-35wt%，抛光温度为60-80℃。
进一步的，所述步骤b中，硼扩散后硅片表面的方阻为80-130Ω/sq，硼的表面浓度为1e19cm-3，pn结的结深为500nm-1.5μm；氮化硅薄膜的厚度为60-140nm，折射率为1.8-3.1。
进一步的，所述步骤d中，助剂和碱液的体积比为1-2%，碱液浓度为3-10wt%，腐蚀时间为2-5分钟，腐蚀温度为60-80℃。
进一步的，所述步骤e中，氧化时间为5-10min。
进一步的，所述步骤f中，注入的剂量为1.5e15-3.0e15cm-3，注入能量为10kv；退火后硅片n型区的方阻为80-120Ω/sq，pn结的深度为200-500nm。
进一步的，所述步骤g中，氢氟酸浓度为20-30V/V%，硝酸浓度为61-68wt%，氧化时间为10-15分钟，氧化温度为50-100℃。
进一步的，所述步骤h中，氧化铝的厚度为3-5nm，氮化硅薄膜厚度为75-80nm。
本发明具有如下有益效果：
本发明IBC电池以氮化硅作为掩膜，采用碱液高温腐蚀硅片形成p区和n区的gap，通过在碱液高温腐蚀的过程中添加助剂，使硅片获得更好的腐蚀效果，腐蚀后的凹坑表面平整度极佳，促进形成更平整的腐蚀表面，解决了硅片在碱腐蚀过程中，易在蚀坑中形成金字塔，导致表面不平整的问题，保证了后期丝网印刷的质量，提高了烧结后浆料与硅片接触的紧密性。本发明的制备方法可采用行业现有设备完成，制备成本与现有高效电池接近，制备得到的IBC电池效率高于现有高效电池。
附图说明
图1为本发明实施例1中硅片经步骤d腐蚀前的镜检图；
图2为本发明实施例1中硅片经步骤d腐蚀后的镜检图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
一种高效IBC电池的制备方法，包括以下步骤：
a.n型硅片制绒后表面形成2μm的金字塔，用碱液进行单面抛光，碱液浓度为25wt%，抛光温度为70℃；
b.抛光后的硅片进行双面的硼扩散，硼扩散后硅片表面的方阻为110Ω/sq，硼的表面浓度为1e19cm-3，pn结的结深为1.5μm，抛光面上生长氮化硅薄膜，氮化硅薄膜的厚度为120nm，折射率为2.7；
c.激光去除抛光面的硼硅玻璃和氮化硅薄膜，线宽为150μm；
d.激光去除氮化硅薄膜后，将硅片置于碱液和助剂中腐蚀，助剂和碱液的体积比为2%，碱液浓度为5wt%，腐蚀时间为3分钟，腐蚀温度为70℃；
e.腐蚀后的硅片经过清洗，在臭氧水溶液中进行湿法氧化，氧化时间为8min；
f.将氧化后的硅片进行抛光面的离子注入，注入的剂量为3.0e15cm-3，注入能量为10kv，注入后的硅片进行退火，退火后硅片n型区的方阻为100Ω/sq，pn结的深度为350nm；
g.用浓度为25V/V%的氢氟酸清洗掉硅片上表面的硼硅玻璃，刻蚀面的硼硅玻璃和氮化硅膜，将去除掉硼硅玻璃和氮化硅膜的硅片进行硝酸湿法氧化，硝酸浓度为65wt%，氧化时间为12分钟，氧化温度为80℃；
h.湿法氧化后的硅片，双面生长氧化铝和氮化硅薄膜，氧化铝的厚度为4nm，氮化硅薄膜厚度为78nm，对硅片背面进行丝网印刷，p型区域采用银浆，n型区域采用具有烧蚀性的铝浆，烧结后即得IBC电池。
其中，所述碱液中的碱为四甲基氢氧化铵。
所述助剂包括以下组分：磺基丁二酸二乙酯钠盐0.15wt%、聚乙二醇0.1wt%、聚乙烯吡咯烷酮0.03wt%、烷基酚聚氧乙烯醚0.03%wt以及余量的水。
实施例2
一种高效IBC电池的制备方法，包括以下步骤：
a.n型硅片制绒后表面形成1μm的金字塔，用碱液进行单面抛光，碱液浓度为5wt%，抛光温度为60℃；
b.抛光后的硅片进行双面的硼扩散，硼扩散后硅片表面的方阻为80Ω/sq，硼的表面浓度为1e19cm-3，pn结的结深为500nm，抛光面上生长氮化硅薄膜，氮化硅薄膜的厚度为60nm，折射率为1.8；
c.激光去除抛光面的硼硅玻璃和氮化硅薄膜，线宽为100μm；
d.激光去除氮化硅薄膜后，将硅片置于碱液和助剂中腐蚀，助剂和碱液的体积比为1%，碱液浓度为3wt%，腐蚀时间为2分钟，腐蚀温度为60℃；
e.腐蚀后的硅片经过清洗，在臭氧水溶液中进行湿法氧化，氧化时间为5min；
f.将氧化后的硅片进行抛光面的离子注入，注入的剂量为1.5e15cm-3，注入能量为10kv，注入后的硅片进行退火，退火后硅片n型区的方阻为80Ω/sq，pn结的深度为200nm；
g.用浓度为20V/V%的氢氟酸清洗掉硅片上表面的硼硅玻璃，刻蚀面的硼硅玻璃和氮化硅膜，将去除掉硼硅玻璃和氮化硅膜的硅片进行硝酸湿法氧化，硝酸浓度为61wt%，氧化时间为10分钟，氧化温度为50℃；
h.湿法氧化后的硅片，双面生长氧化铝和氮化硅薄膜，氧化铝的厚度为3nm，氮化硅薄膜厚度为75nm，对硅片背面进行丝网印刷，p型区域采用银浆，n型区域采用具有烧蚀性的铝浆，烧结后即得IBC电池。
其中，所述碱液中的碱为氢氧化钠。
所述助剂包括以下组分：磺基丁二酸二乙酯钠盐0.1wt%、聚乙二醇0.05wt%、聚乙烯吡咯烷酮0.02wt%、烷基酚聚氧乙烯醚0.01%wt以及余量的水。
实施例3
一种高效IBC电池的制备方法，包括以下步骤：
a.n型硅片制绒后表面形成3μm的金字塔，用碱液进行单面抛光，碱液浓度为35wt%，抛光温度为80℃；
b.抛光后的硅片进行双面的硼扩散，硼扩散后硅片表面的方阻为130Ω/sq，硼的表面浓度为1e19cm-3，pn结的结深为1.5μm，抛光面上生长氮化硅薄膜，氮化硅薄膜的厚度为140nm，折射率为3.1；
c.激光去除抛光面的硼硅玻璃和氮化硅薄膜，线宽为250μm；
d.激光去除氮化硅薄膜后，将硅片置于碱液和助剂中腐蚀，助剂和碱液的体积比为2%，碱液浓度为10wt%，腐蚀时间为5分钟，腐蚀温度为80℃；
e.腐蚀后的硅片经过清洗，在臭氧水溶液中进行湿法氧化，氧化时间为10min；
f.将氧化后的硅片进行抛光面的离子注入，注入的剂量为3.0e15cm-3，注入能量为10kv，注入后的硅片进行退火，退火后硅片n型区的方阻为120Ω/sq，pn结的深度为500nm；
g.用浓度为30V/V%的氢氟酸清洗掉硅片上表面的硼硅玻璃，刻蚀面的硼硅玻璃和氮化硅膜，将去除掉硼硅玻璃和氮化硅膜的硅片进行硝酸湿法氧化，硝酸浓度为68wt%，氧化时间为15分钟，氧化温度为100℃；
h.湿法氧化后的硅片，双面生长氧化铝和氮化硅薄膜，氧化铝的厚度为5nm，氮化硅薄膜厚度为80nm，对硅片背面进行丝网印刷，p型区域采用银浆，n型区域采用具有烧蚀性的铝浆，烧结后即得IBC电池。
其中，所述碱液中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵中的一种。
所述助剂包括以下组分：磺基丁二酸二乙酯钠盐0.2wt%、聚乙二醇0.2wt%、聚乙烯吡咯烷酮0.05wt%、烷基酚聚氧乙烯醚0.05%wt以及余量的水。
对本发明高效IBC的制备方法制备的实施例1-3和对比例1（普通市售高效IBC电池）进行电学性能检测，检测结果见下表。
| 样品 | 硅片规格 | Uoc(V) | Jsc(mA/cm<sup>2</sup>) | FF(%) | Ncell(%) |
| 实施例1 | N型M2 | 0.691 | 41.65 | 80.2 | 23.05% |
| 实施例2 | N型M2 | 0.687 | 41.57 | 79.8 | 22.96% |
| 实施例3 | N型M2 | 0.696 | 41.82 | 80.7 | 23.21% |
| 对比例3 | N型M2 | 0.674 | 41.23 | 78.3 | 22.18% |
可见，本发明制备的IBC电池效率高、电学性能优异。
用显微镜观察本发明实施例1中硅片经步骤d腐蚀前后的表面形貌，如图1-2所示，腐蚀后的硅片表面平整，助剂的加入显著改善了腐蚀的效果。
本发明高效IBC电池的制备方法，该方法制备的IBC电池效率高、电学性能优异，显著的减少IBC电池的制备步骤，降低IBC电池的生产成本，提高产品的市场竞争力。
Claims (9)
1.一种高效IBC电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.n型硅片制绒后用碱液进行单面抛光；
b.抛光后的硅片进行双面的硼扩散，抛光面上生长氮化硅薄膜；
c.激光去除抛光面的硼硅玻璃和氮化硅薄膜；
d.激光去除氮化硅薄膜后，将硅片置于碱液和助剂中腐蚀，以氮化硅作为掩膜，采用碱液高温腐蚀硅片形成p区和n区的gap，所述助剂包括以下组分：磺基丁二酸二乙酯钠盐0.1-0.2wt%、聚乙二醇0.05-0.2wt%、聚乙烯吡咯烷酮0.02-0.05wt%、烷基酚聚氧乙烯醚0.01-0.05wt%以及余量的水；
e.腐蚀后的硅片经过清洗，在臭氧水溶液中进行湿法氧化；
f.将氧化后的硅片进行抛光面的离子注入，注入后的硅片进行退火；
g.用氢氟酸清洗掉硅片上表面的硼硅玻璃，以及刻蚀面上的硼硅玻璃和氮化硅膜，将去除掉硼硅玻璃和氮化硅膜的硅片进行硝酸湿法氧化；
h.湿法氧化后的硅片，双面生长氧化铝和氮化硅薄膜，对硅片背面进行丝网印刷，p型区域采用银浆，n型区域采用具有烧蚀性的铝浆，烧结后即得IBC电池。
2.根据权利要求1所述的高效IBC电池的制备方法，其特征在于，所述碱液中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵中的一种。
3.根据权利要求1所述的高效IBC电池的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，硅片制绒后表面形成1-3μm的金字塔，碱液浓度为5-35wt%，抛光温度为60-80℃。
4.根据权利要求1所述的高效IBC电池的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，硼扩散后硅片表面的方阻为80-130Ω/sq，硼的表面浓度为1e19cm-3，pn结的结深为500nm-1.5μm；氮化硅薄膜的厚度为60-140nm，折射率为1.8-3.1。
5.根据权利要求1所述的高效IBC电池的制备方法，其特征在于，所述步骤d中，助剂和碱液的体积比为1-2%，碱液浓度为3-10wt%，腐蚀时间为2-5分钟，腐蚀温度为60-80℃。
6.根据权利要求1所述的高效IBC电池的制备方法，其特征在于，所述步骤e中，氧化时间为5-10min。
7.根据权利要求1所述的高效IBC电池的制备方法，其特征在于，所述步骤f中，注入的剂量为1.5e15-3.0e15cm-3，注入能量为10kv，退火后硅片n型区的方阻为80-120Ω/sq，pn结的深度为200-500nm。
8.根据权利要求1所述的高效IBC电池的制备方法，其特征在于，所述步骤g中，氢氟酸浓度为20-30v%，硝酸浓度为61-68wt%，氧化时间为10-15分钟，氧化温度为50-100℃。
9.根据权利要求1所述的高效IBC电池的制备方法，其特征在于，所述步骤h中，氧化铝的厚度为3-5nm，氮化硅薄膜厚度为75-80nm。
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