CN111490105A - 一种n型叉指背接触太阳电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，步骤如下：硅片清洗正面制绒、硅片正面离子注入磷、硅片背面离子注入磷、RCA清洗、双面沉积氮化硅、背面P区激光开槽、背面硼扩散、P区沉积氮化硅、丝网印刷正负电极、烧结，其中第一步制绒操作中选择N型单晶硅片作为基体，并进行双面制绒处理，N型硅片的厚度为140～200μm，电阻率为1～10Ωm。优点在于：采用离子注入技术分步形成前表面场(FSF)和N型背表面场(BSF)，对电池正反面的N型掺杂区的方阻和结深进行单独控制，并通过在高温硼扩散过程中激活前表面和背表面离子注入的磷，减少了工艺步骤，提升电池转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种N型叉指背接触太阳电池制备方法。
背景技术
为了解决我国能源发展面临的环保瓶颈，积极应对环境变化问题，必须加快优化能源结构，将现在以化石能源为主改变为以电力为主，减少化石燃料的使用。电力作为清洁的二次能源，电力的大规模利用和替代其他能源(包括电代油、电代煤等)对改善环境、减少大气污染物排放具有重要作用。光伏发电是利用光电效应直接把光能转化为电能，属于清洁能源。太阳能电池原料为太阳光照，不仅分布广，更重要的是它源源不断，永远不会枯竭。提高太阳能电池的转换效率，降低生产成本是光伏行业一直追求的目标。N型高效太阳能电池由于具有更高的转换效率，是目前光伏行业内大力推进的主要方向之一。
叉指背接触(IBC)电池的PN结和金属接触都处于电池背面，正面没有金属电极遮挡的影响，因此具有更高的短路电流Jsc，同时背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻Rs从而提高填充因子FF；加上电池前表面场(Front Surface Field,FSF)以及良好钝化作用带来的开路电压增益，使得这种正面无遮挡的电池就拥有了高转换效率；
现有N型背接触(IBC)太阳电池的N型前表面场(FSF)和N型背表面场(BSF)的制备方法有两种，一种是离子注入磷形成N+掺杂层，一种是磷扩散形成N+掺杂层。经检索申请号为201410449828.5的专利公开了一种基于离子注入工艺的n型IBC硅太阳能电池制作方法，但是该技术路线明显复杂，成本高，导致生产出电池的市场竞争力较差。本发明针对现有技术，提出了一种新的技术路线，可在现有基础上减少工艺步骤，降低生产成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中工艺步骤复杂，生产成本高的问题，而提出的一种N型叉指背接触太阳电池制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，包括以下步骤：
S1、选择N型单晶硅片作为基体，并进行双面制绒处理，N型硅片的厚度为140～200μm，电阻率为1～10Ωm；
S2、对电池正面进行离子注入磷，注入剂量为0.5e15ions/cm2～2e15ions/cm2，注入能量为5～50KeV；
S3、对电池背面进行离子注入磷，注入剂量为0.5e15ions/cm2～2e15ions/cm2，注入能量为5～50KeV；
S4、进行RCA清洗，去除金属离子和表面损伤；
S5、使用PECVD设备在硅片正反面沉积氮化硅减反射膜，膜厚为40～80nm，折射率为1.8～2.5；
S6、使用激光开槽设备对硅片背表面P型发射极区域进行开槽；
S7、使用低压高温扩散炉对硅片进行背面开槽区域硼扩散，扩散温度为800～1100℃，扩散时间为10～50分钟，扩散后P+掺杂层的方块电阻为80～140Ω/m2，结深为0.1～0.5μm；
S8、使用PECVD设备在硅片背面沉积氮化硅膜，膜厚为40～80nm；
S9、进行丝网印刷银浆和铝浆形成正负电极；
S10、放入烧结炉进行烧结，烧结温度为700～1000℃，最终得到IBC电池。
在上述的N型叉指背接触太阳电池制备方法中，步骤1中N型硅片的厚度为160μm，电阻率为5～8Ωm。
在上述的N型叉指背接触太阳电池制备方法中，步骤2对电池正面进行离子注入磷大于步骤3电池背面离子注入磷剂量，且二者的差值为0.3e15ions/cm2。
在上述的N型叉指背接触太阳电池制备方法中，所述步骤2对电池正面离子注入磷的注入能量大于步骤3电池背面离子的注入能量，且二者差值为1.5～2KeV。
在上述的N型叉指背接触太阳电池制备方法中，步骤4的RCA清洗包括用I号清洗液和Ⅱ号清洗液分别清洗电池片5min～10min，进一步去除N型硅片表面颗粒及金属杂质，以减少硅片表面的污染，其中I号清洗液为NH4OH、H2O2和H2O的混合液，其NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:(1～2.5):(4～7)，Ⅱ号清洗液为HCL、H2O2和H2O的混合液，其HCL、H2O2与H2O的体积比1:(1～2.5):(4～7)，I号清洗液和Ⅱ号清洗液的清洗温度均为70℃～85℃；RCA清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗。
在上述的N型叉指背接触太阳电池制备方法中，步骤7中低压高温扩散炉的扩散温度为900～1050℃，扩散时间为20～35分钟，扩散后P+掺杂层的方块电阻为100～130Ω/m2，结深为0.2～0.45μm。
在上述的N型叉指背接触太阳电池制备方法中，步骤5中PECVD设备沉积氮化硅减反射膜的膜厚为50～75nm，折射率为2.0～2.4；步骤8中，PECVD设备在硅片背面沉积氮化硅膜的膜厚为50～70nm。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
采用离子注入技术分步形成前表面场(FSF)和N型背表面场(BSF)，对电池正反面的N型掺杂区的方阻和结深进行单独控制，并通过在高温硼扩散过程中激活前表面和背表面离子注入的磷，减少了工艺步骤，提升电池转换效率。
附图说明
图1为本发明提出的一种N型叉指背接触太阳电池制备方法的结构示意图；
图2为本发明提出的一种N型叉指背接触太阳电池制备方法的步骤图；
图3为本发明中硅片清洗正面制绒的状态示意图；
图4为本发明中硅片正面离子注入磷形成N+掺杂层的状态示意图；
图5为本发明中背面离子注入磷形成N+掺杂层的状态示意图；
图6为本发明中硅片清洗的状态示意图；
图7为本发明中双面沉积氮化硅的状态示意图；
图8为本发明中背面P区激光开槽的状态示意图；
图9为本发明中背面P区硼扩散的状态示意图；
图10为本发明中背面P区沉积氮化硅的状态示意图；
图11为本发明中丝网印刷电极的状态示意图；
图12为本发明中烧结的状态示意图。
图中：1N型单晶硅基体、2前表面N+掺杂层、3减反射层、4背表面N+掺杂层、5P+掺杂层、6背表面钝化层、7发射极区钝化层、8负电极、9正电极。
具体实施方式
以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
实施例一
参照图1～12，一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，包括以下步骤：
S1、选择N型单晶硅片作为基体，并进行双面制绒处理，N型硅片的厚度为170μm，电阻率为6Ωm；
S2、对电池正面进行离子注入磷，注入剂量为0.9e15ions/cm2，注入能量为32KeV；
S3、对电池背面进行离子注入磷，注入剂量为0.6e15ions/cm2，注入能量为30KeV；
S4、进行RCA清洗，去除金属离子和表面损伤；
S5、使用PECVD设备在硅片正反面沉积氮化硅减反射膜，膜厚为55nm，折射率为2.1；
S6、使用激光开槽设备对硅片背表面P型发射极区域进行开槽；
S7、使用低压高温扩散炉对硅片进行背面开槽区域硼扩散，扩散温度为950℃，扩散时间为25分钟，扩散后P+掺杂层的方块电阻为110Ω/m2，结深为0.25μm；
S8、使用PECVD设备在硅片背面沉积氮化硅膜，膜厚为60nm；
S9、进行丝网印刷银浆和铝浆形成正负电极；
S10、放入烧结炉进行烧结，烧结温度为900℃，最终得到IBC电池。
步骤4的RCA清洗包括用I号清洗液和Ⅱ号清洗液分别清洗电池片6min，进一步去除N型硅片表面颗粒及金属杂质，以减少硅片表面的污染，其中I号清洗液为NH4OH、H2O2和H2O的混合液，其NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:1.5:4，Ⅱ号清洗液为HCL、H2O2和H2O的混合液，其HCL、H2O2与H2O的体积比1:1.5:5，I号清洗液和Ⅱ号清洗液的清洗温度均为75℃；RCA清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗。
实施例二
参照图1～12，一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，包括以下步骤：
S1、选择N型单晶硅片作为基体，并进行双面制绒处理，N型硅片的厚度为200μm，电阻率为9Ωm；
S2、对电池正面进行离子注入磷，注入剂量为1.2e15ions/cm2，注入能量为46KeV；
S3、对电池背面进行离子注入磷，注入剂量为1e15ions/cm2，注入能量为44KeV；
S4、进行RCA清洗，去除金属离子和表面损伤；
S5、使用PECVD设备在硅片正反面沉积氮化硅减反射膜，膜厚为70nm，折射率为2.4；
S6、使用激光开槽设备对硅片背表面P型发射极区域进行开槽；
S7、使用低压高温扩散炉对硅片进行背面开槽区域硼扩散，扩散温度为1050℃，扩散时间为35分钟，扩散后P+掺杂层的方块电阻为130Ω/m2，结深为0.40μm；
S8、使用PECVD设备在硅片背面沉积氮化硅膜，膜厚为70nm；
S9、进行丝网印刷银浆和铝浆形成正负电极；
S10、放入烧结炉进行烧结，烧结温度为1000℃，最终得到IBC电池。
步骤4的RCA清洗包括用I号清洗液和Ⅱ号清洗液分别清洗电池片6min，进一步去除N型硅片表面颗粒及金属杂质，以减少硅片表面的污染，其中I号清洗液为NH4OH、H2O2和H2O的混合液，其NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:2.5:6，号清洗液为HCL、H2O2和H2O的混合液，其HCL、H2O2与H2O的体积比1:2:7，I号清洗液和Ⅱ号清洗液的清洗温度均为75℃；RCA清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗。
尽管本文较多地使用了N型单晶硅基体1、前表面N+掺杂层2、减反射层3、背表面N+掺杂层4、P+掺杂层5、背表面钝化层6、发射极区钝化层7、负电极8、正电极9等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (7)
1.一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选择N型单晶硅片作为基体，并进行双面制绒处理，N型硅片的厚度为140～200μm，电阻率为1～10Ωm；
S2、对电池正面进行离子注入磷，注入剂量为0.5e15ions/cm2～2e15ions/cm2，注入能量为5～50KeV；
S3、对电池背面进行离子注入磷，注入剂量为0.5e15ions/cm2～2e15ions/cm2，注入能量为5～50KeV；
S4、进行RCA清洗，去除金属离子和表面损伤；
S5、使用PECVD设备在硅片正反面沉积氮化硅减反射膜，膜厚为40～80nm，折射率为1.8～2.5；
S6、使用激光开槽设备对硅片背表面P型发射极区域进行开槽；
S7、使用低压高温扩散炉对硅片进行背面开槽区域硼扩散，扩散温度为800～1100℃，扩散时间为10～50分钟，扩散后P+掺杂层的方块电阻为80～140Ω/m2，结深为0.1～0.5μm；
S8、使用PECVD设备在硅片背面沉积氮化硅膜，膜厚为40～80nm；
S9、进行丝网印刷银浆和铝浆形成正负电极；
S10、放入烧结炉进行烧结，烧结温度为700～1000℃，最终得到IBC电池。
2.根据权利要求1所述的一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，其特征在于，步骤1中N型硅片的厚度为160μm，电阻率为5～8Ωm。
3.根据权利要求1所述的一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，其特征在于，步骤2对电池正面进行离子注入磷大于步骤3电池背面离子注入磷剂量，且二者的差值为0.3e15ions/cm2。
4.根据权利要求1所述的一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，其特征在于，所述步骤2对电池正面离子注入磷的注入能量大于步骤3电池背面离子的注入能量，且二者差值为1.5～2KeV。
5.根据权利要求1所述的一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，其特征在于，步骤4的RCA清洗包括用I号清洗液和Ⅱ号清洗液分别清洗电池片5min～10min，进一步去除N型硅片表面颗粒及金属杂质，以减少硅片表面的污染，其中I号清洗液为NH4OH、H2O2和H2O的混合液，其NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:(1～2.5):(4～7)，Ⅱ号清洗液为HCL、H2O2和H2O的混合液，其HCL、H2O2与H2O的体积比1:(1～2.5):(4～7)，I号清洗液和Ⅱ号清洗液的清洗温度均为70℃～85℃；RCA清洗完成后将N型硅片取出用去离子水冲洗。
6.根据权利要求1所述的一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，其特征在于，步骤7中低压高温扩散炉的扩散温度为900～1050℃，扩散时间为20～35分钟，扩散后P+掺杂层的方块电阻为100～130Ω/m2，结深为0.2～0.45μm。
7.根据权利要求1所述的一种N型叉指背接触太阳电池制备方法，其特征在于，步骤5中PECVD设备沉积氮化硅减反射膜的膜厚为50～75nm，折射率为2.0～2.4；步骤8中，PECVD设备在硅片背面沉积氮化硅膜的膜厚为50～70nm。
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