CN111341880A - 太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池的制造方法，包括：对硅片进行制绒及扩散；在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层；利用酸性溶液去除硅片背面的硅磷玻璃并利用碱性溶液抛光；利用酸性溶液去除硅片正面的硅磷玻璃及重掺杂区域表面覆盖的氧化层；依次在硅片的背面沉积氧化铝膜、在硅片的正面沉积氮化硅减反射膜及在硅片的背面沉积氮化硅保护膜；利用激光去除硅片背面指定区域的叠层膜；印刷硅片两面的电极并烧结。该方法充分利用了臭氧的强氧化性，将LDSE电池在重掺杂区域的硅表面进行氧化，保护此区域在后续的碱抛光时不被腐蚀；同时，采用碱液可以进一步减少表面悬挂键密度，从而实现良好的背抛光，进而获得良好的电池性能，提升电池的效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产制造领域，特别是涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
晶体硅太阳能光伏电池技术近年来发展迅速，尤其是PERC(Passivated Emitterand Rear Cell)技术得到大规模的产业化应用后，电池的转换效率发生了大幅度的跃升，相对于常规的铝背场钝化电池，单晶PERC的电池效率提升>1.2％，多晶PERC的电池效率提升>0.8％。
PERC电池的技术关键是实现电池背表面的良好钝化，减少背面悬挂键的复合对电池效率的影响。为了达到这一目标，通常的方法是对电池背面进行抛光，然后在背面依次沉积氧化铝和氮化硅薄膜。背面抛光的目的是提高硅表面的平整度，以减少表面悬挂键的密度；在背面沉积氧化铝的目的是利用氧化铝中存在的大量固定电荷负电荷，可以在硅表面感应生成正电荷层，从而阻止少数载流子在背表面产生复合；在氧化铝薄膜上沉积氮化硅薄膜的目的是用来保护氧化铝薄膜。其中，背表面的抛光分为酸抛光和碱抛光，目前规模化生产通常采用酸抛光的方法，酸液的主要成分是HNO3和HF，酸抛光技术比较容易实现，且便于控制。酸抛的主要步骤为：在扩散后的硅片正表面上设置水膜，用以保护PN结不受含酸刻蚀液腐蚀；含有HNO3和HF的酸液刻蚀硅片背面，以去除扩散时的磷硅玻璃(Phospho-silicate Glass，PSG)、掺杂层并进行背表面抛光；HF去除硅片正面的PSG。但由于酸液与硅的反应属于各自向同性，硅表面会形成腐蚀坑，表面平整度相对于碱抛光较差。
激光掺杂选择性发射极(Laser Doped Selective Emitter，LDSE)技术可以有效地将电池效率提升0.3％左右，且步骤简单，易于应用到PERC电池上。其步骤为：制绒——扩散——激光掺杂——清洗(背抛光)——背面氧化铝——背面氮化硅——正面氮化硅——激光开膜——印刷电极——烧结。其中激光掺杂是LDSE的关键步骤，采用激光将扩散后硅片正表面PSG中的磷原子掺杂到硅片中，以实现电极栅线区域的局部重掺杂，改善电极接触。激光掺杂后，硅片表面的PSG同时被去除，使硅本体暴露。经过此步骤后，如果采用酸液对硅片进行背面抛光基本不会产生不良影响，但由于激光掺杂去失去了PSG的保护，就不能采用TMAH等碱液进行抛光了，因为碱液会腐蚀激光掺杂区暴露出的硅本体，掺杂区的掺杂原子浓度降低，甚至局部掺杂区被完全腐蚀掉，从而严重影响金属电极与硅的接触，导致电池效率大幅度降低。
发明内容
本发明提供了一种太阳能电池的制造方法，用以解决LDSE PERC电池中，激光掺杂区域在背表面碱液抛光时会被腐蚀的问题；该方法既可以保护重掺杂区不受影响，又可以实现良好的背面抛光效果，提升电池的效率。该太阳能电池的制造方法包括：
对硅片进行制绒及扩散；
在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层；
利用酸性溶液去除硅片背面的硅磷玻璃并利用碱性溶液抛光；
利用酸性溶液去除硅片正面的硅磷玻璃及重掺杂区域表面覆盖的氧化层；
依次在硅片的背面沉积氧化铝膜、在硅片的正面沉积氮化硅减反射膜及在硅片的背面沉积氮化硅保护膜；
利用激光去除硅片背面指定区域的叠层膜；
印刷硅片两面的电极并烧结。
具体实施中，所述在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层，包括：
将扩散后的硅片进行激光掺杂，将附着在硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散至硅片内，以在栅线区域形成重掺杂区域；
利用臭氧气体对具有重掺杂区域的硅片进行氧化，以在重掺杂区域表面生成氧化层。
具体实施中，所述激光的波长为532纳米。
具体实施中，所述利用臭氧气体对具有重掺杂区域的硅片进行氧化，以在重掺杂区域表面生成氧化层，包括：
将具有重掺杂区域的硅片放置于臭氧浓度为20-350毫克/升的臭氧气氛中0.1-60秒，以在重掺杂区域表面生成厚度为1-5纳米的氧化层。
具体实施中，所述在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层，包括：
将硅片放置在含有臭氧的气氛中，利用激光将硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散到硅片中，同时利用臭氧在激光掺杂后的硅片表面迅速氧化生成氧化层。
具体实施中，所述将硅片放置在含有臭氧的气氛中，利用激光将硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散到硅片中，同时利用臭氧在激光掺杂后的硅片表面迅速氧化生成氧化层，包括：
将硅片放置于浓度为20-350毫克/升的臭氧气氛中，利用激光将硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散到硅片中，同时利用臭氧在激光掺杂后的硅片表面迅速氧化生成厚度为1-25纳米的氧化层。
具体实施中，所述激光的波长为532纳米。
具体实施中，所述碱性溶液为TMAH溶液，所述TMAH溶液的浓度为1％-60％、温度为40℃-95℃。
具体实施中，所述酸性溶液为HF溶液，所述HF溶液的浓度为2％-20％。
本发明提供的太阳能电池的制造方法，包括：对硅片进行制绒及扩散；在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层；利用酸性溶液去除硅片背面的硅磷玻璃并利用碱性溶液抛光；利用酸性溶液去除硅片正面的硅磷玻璃及重掺杂区域外覆盖的氧化层；依次在硅片的背面沉积氧化铝膜、在硅片的正面沉积氮化硅减反射膜及在硅片的背面沉积氮化硅保护膜；利用激光去除硅片背面指定区域的叠层膜；印刷硅片两面的电极并烧结。该方法充分利用了臭氧的强氧化性，将LDSE电池在重掺杂区域的硅表面进行氧化，保护此区域在后续的碱抛光时不被腐蚀，进而可以有效保持重掺杂区域的性能稳定；同时，采用碱液可以进一步减少表面悬挂键密度，从而实现良好的背抛光，进而获得良好的电池性能，提升电池的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些具体实施方式，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。在附图中：
图1是根据本发明一个具体实施方式中太阳能电池的制造方法流程意图；
图2是根据本发明一个具体实施方式中掺杂及氧化的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明具体实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步详细说明。在此，本发明的示意性具体实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明提供了一种太阳能电池的制造方法，用以解决LDSE PERC电池中，激光掺杂区域在背表面碱液抛光时会被腐蚀的问题；该方法既可以保护重掺杂区不受影响，又可以实现良好的背面抛光效果，提升电池的效率。该太阳能电池的制造方法包括：
101：对硅片进行制绒及扩散；
102：在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层；
103：利用酸性溶液去除硅片背面的硅磷玻璃并利用碱性溶液抛光；
104：利用酸性溶液去除硅片正面的硅磷玻璃及重掺杂区域表面覆盖的氧化层；
105：依次在硅片的背面沉积氧化铝膜、在硅片的正面沉积氮化硅减反射膜及在硅片的背面沉积氮化硅保护膜；
106：利用激光去除硅片背面指定区域的叠层膜；
107：印刷硅片两面的电极并烧结。
具体实施中，在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层可以包括多种实施方案。例如，如图2所示，所述步骤102：在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层，可以包括如下步骤：
201：将扩散后的硅片进行激光掺杂，将附着在硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散至硅片内，以在栅线区域形成重掺杂区域；
202：利用臭氧气体对具有重掺杂区域的硅片进行氧化，以在重掺杂区域表面生成氧化层。
具体实施中，激光设备的设置可以有多种实施方案。例如，所述激光的波长可以为532纳米。
具体实施中，利用臭氧气体对具有重掺杂区域的硅片进行氧化可以有多种实施方案。例如，所述利用臭氧气体对具有重掺杂区域的硅片进行氧化，以在重掺杂区域表面生成氧化层，可以包括：
将具有重掺杂区域的硅片放置于臭氧浓度为20-350毫克/升的臭氧气氛中0.1-60秒，以在重掺杂区域表面生成厚度为1-5纳米的氧化层。氧化层可以有效保护激光掺杂区在后续的抛光工序中不被碱液腐蚀。
具体实施中，在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层，可以有多种实施方案。例如，所述步骤102：在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层，可以包括：
将硅片放置在含有臭氧的气氛中，利用激光将硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散到硅片中，同时利用臭氧在激光掺杂后的硅片表面迅速氧化生成氧化层。
激光掺杂时会在硅片表面形成高温，可以使硅片表面更容易形成较厚氧化层，更加有效地保护激光掺杂区域不被后续抛光工序的碱液腐蚀。
进一步的，所述将硅片放置在含有臭氧的气氛中，利用激光将硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散到硅片中，同时利用臭氧在激光掺杂后的硅片表面迅速氧化生成氧化层，则可以包括：
将硅片放置于臭氧浓度为20-350毫克/升的臭氧气氛中，利用激光将硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散到硅片中，同时利用臭氧在激光掺杂后的硅片表面迅速氧化生成厚度为1-25纳米的氧化层。
具体实施中，激光设备的设置可以有多种实施方案。例如，所述激光的波长可以为532纳米。
具体实施中，为了获得更好的表面平整度，进一步减少表面悬挂键密度，可以采用碱液进行抛光，碱液的主要成分可以为无机碱如NaOH、KOH，或者有机碱如TMAH。进一步的，碱性溶液的设置可以有多种实施方案。例如，所述碱性溶液为TMAH溶液，所述TMAH溶液的浓度为1％-60％、温度为40℃-95℃。
具体实施中，酸性溶液的选用可以有多种实施方案。例如，所述酸性溶液为HF溶液，所述HF溶液的浓度则可以为2％-20％。
实施例1：
将扩散后的硅片放置在激光设备中，利用532nm波长的激光将硅片表面的PSG中的磷原子扩散到硅片中，在此区域形成重掺杂区；然后将硅片放置在臭氧气氛中，臭氧浓度为20～350毫克/升，时间0.1-60s，在激光掺杂区的硅表面形成氧化层，氧化层厚度1-5nm；用HF溶液去除硅片背面的PSG，保留硅片正面的PSG和激光掺杂区的氧化层；将硅片放置在热的TMAH溶液中，对硅片背面进行抛光；用HF溶液去除硅片正面的PSG和激光掺杂区的氧化层；在硅片背面沉积氧化铝膜层；在硅片正面沉积氮化硅减反射膜；在硅片背面沉积氮化硅保护膜；用激光按照一定的图形将硅片背面的叠层膜去除；印刷两面的电极并烧结，完成电池制备。
实施例2：
将扩散后的硅片放置在激光设备的工艺腔室中，腔室中通入含有臭氧的气体，臭氧浓度为20～350毫克/升，利用532nm波长的激光将硅片表面的PSG中的磷原子扩散到硅片中，在此区域形成重掺杂区；同时由于臭氧的强氧化性将激光掺杂区的硅表面氧化生成氧化层，氧化层厚度1-25nm；用HF溶液去除硅片背面的PSG，保留硅片正面的PSG和激光掺杂区的氧化层；将硅片放置在热的TMAH溶液中，对硅片背面进行抛光；用HF溶液去除硅片正面的PSG和激光掺杂区的氧化层；在硅片背面沉积氧化铝膜层；在硅片正面沉积氮化硅减反射膜；在硅片背面沉积氮化硅保护膜；用激光按照一定的图形将硅片背面的叠层膜去除；印刷两面的电极并烧结，完成电池制备。
综上所述，本发明提供的太阳能电池的制造方法，包括：对硅片进行制绒及扩散；在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层；利用酸性溶液去除硅片背面的硅磷玻璃并利用碱性溶液抛光；利用酸性溶液去除硅片正面的硅磷玻璃及重掺杂区域表面覆盖的氧化层；依次在硅片的背面沉积氧化铝膜、在硅片的正面沉积氮化硅减反射膜及在硅片的背面沉积氮化硅保护膜；利用激光去除硅片背面指定区域的叠层膜；印刷硅片两面的电极并烧结。该方法充分利用了臭氧的强氧化性，将LDSE电池在重掺杂区域的硅表面进行氧化，保护此区域在后续的碱抛光时不被腐蚀，进而可以有效保持重掺杂区域的性能稳定；同时，采用碱液可以进一步减少表面悬挂键密度，从而实现良好的背抛光，进而获得良好的电池性能，提升电池的效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种太阳能电池的制造方法，其中，该太阳能电池的制造方法包括：
对硅片进行制绒及扩散；
在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层；
利用酸性溶液去除硅片背面的硅磷玻璃并利用碱性溶液抛光；
利用酸性溶液去除硅片正面的硅磷玻璃及重掺杂区域表面覆盖的氧化层；
依次在硅片的背面沉积氧化铝膜、在硅片的正面沉积氮化硅减反射膜及在硅片的背面沉积氮化硅保护膜；
利用激光去除硅片背面指定区域的叠层膜；
印刷硅片两面的电极并烧结。
2.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层，包括：
将扩散后的硅片进行激光掺杂，将附着在硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散至硅片内，以在栅线区域形成重掺杂区域；
利用臭氧气体对具有重掺杂区域的硅片进行氧化，以在重掺杂区域表面生成氧化层。
3.如权利要求2所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述激光的波长为532纳米。
4.如权利要求2所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述利用臭氧气体对具有重掺杂区域的硅片进行氧化，以在重掺杂区域表面生成氧化层，包括：
将具有重掺杂区域的硅片放置于臭氧浓度为20-350毫克/升的臭氧气氛中0.1-60秒，以在重掺杂区域表面生成厚度为1-5纳米的氧化层。
5.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述在硅片的正面形成重掺杂区域并生成氧化层，包括：
将硅片放置在含有臭氧的气氛中，利用激光将硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散到硅片中，同时利用臭氧在激光掺杂后的硅片表面迅速氧化生成氧化层。
6.如权利要求5所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述将硅片放置在含有臭氧的气氛中，利用激光将硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散到硅片中，同时利用臭氧在激光掺杂后的硅片表面迅速氧化生成氧化层，包括：
将硅片放置于浓度为20-350毫克/升的臭氧气氛中，利用激光将硅片正面硅磷玻璃中的磷原子扩散到硅片中，同时利用臭氧在激光掺杂后的硅片表面迅速氧化生成厚度为1-25纳米的氧化层。
7.如权利要求5所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述激光的波长为532纳米。
8.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述碱性溶液为TMAH溶液，所述TMAH溶液的浓度为1％-60％、温度为40℃-95℃。
9.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述酸性溶液为HF溶液，所述HF溶液的浓度为2％-20％。
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