CN111640824B - 一种双面晶体硅太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双面晶体硅太阳电池制备方法，先在硅片上制备硼掺杂面所需表面形貌，然后进行硼掺杂，利用硼掺杂过程表面生成的氧化层作为掩膜制备磷掺杂面所需表面形貌并进行磷掺杂；通过氢氟酸水上漂去除硅片边沿的氧化层；通过边沿抛光对硅片进行边沿隔离，利用硼掺杂面和磷掺杂面的氧化层作为掩膜保护硅片两面掺杂层不被破坏；最后在硅片两面制作钝化层和金属电极。进一步，本发明还公开一种通过这种方法制得的双面晶体硅太阳电池。该方法工艺过程简单，制作成本低，可以匹配不同类型的电池衬底和电池结构，并具有优良的边沿隔离效果，能大大降低双面晶体硅太阳电池的边沿漏电。
Description
技术领域
本发明属于晶体硅太阳电池制造技术领域，具体涉及一种双面晶体硅太阳电池制备方法及通过这种方法制得的双面晶体硅太阳电池。
背景技术
太阳能是一种绿色环保的能源，太阳电池利用光生伏特效应将太阳能转换为电能，已经成为未来最有前景的能源解决方式。晶体硅太阳电池因其原料来源广，制作成本低等优势成为太阳电池的主要技术方案之一。在晶体硅太阳电池中，双面电池在电池两面进行了不同类型的掺杂在电池两面形成内建电场，具有优秀的载流子收集能力，并且能够双面受光提升发电能力。但是双面晶体硅太阳电池相比单面晶体硅太阳电池由于需要在电池两面进行不同类型的掺杂，为了避免两种掺杂相互之间的干扰，往往需要在电池的一面使用额外的掩膜来对另外一面的掺杂进行阻挡，工艺相对繁琐，也增加了制备成本，并且双面晶体硅太阳电池边沿处同时存在不同类型的掺杂，会增加电池边沿处的漏电，降低电池的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种双面晶体硅太阳电池制备方法，先在硅片上制备硼掺杂面所需表面形貌，然后进行硼掺杂，利用硼掺杂层表面生成的氧化层作为掩膜制备磷掺杂面所需表面形貌并进行磷掺杂；通过氢氟酸水上漂去除硅片边沿的磷氧化层；通过边沿抛光对硅片进行边沿隔离，利用硼掺杂面和磷掺杂面的氧化层作为掩膜保护硅片两面掺杂层不被破坏；最后在硅片两面制作钝化层和金属电极。进一步，本发明还公开一种通过这种方法制得的双面晶体硅太阳电池。本发明所述方法工艺过程简单，制作成本低，可以匹配不同类型的电池衬底和电池结构，且具有优良的边沿隔离效果，能大大降低双面晶体硅太阳电池的边沿漏电。
结合图1所示，本发明公开的双面晶体硅太阳电池制备方法，主要包括以下步骤：
选取一种硅片。可以是n型单晶硅片、p型单晶硅片、n型多晶硅片或p型多晶硅片。
选取硅片的一个面作为硼掺杂面，制备硼掺杂面所需表面形貌。具体可选择抛光或制绒的方法制备硼掺杂面所需表面形貌。另一个面即为磷掺杂面。
在硼掺杂面上进行硼掺杂，制作电池硼掺杂层，并在硼掺杂面表面生长一层硼氧化层。硼掺杂可选择整面的均匀掺杂、局部掺杂或选择性掺杂。硼掺杂具体可选用管式硼扩散、硼浆掺杂、硼离子注入等方法中的一种或多种方法结合实现。硼氧化层是整面的，硼氧化层的生长通常在上述方法的杂质再分布阶段形成，也可以通过在硼掺杂之后再次对硅片进行氧化形成。硼氧化层形成后硼掺杂面的背面和边沿会因绕扩现象形成绕扩硼掺杂层和绕扩硼氧化层。硼掺杂层方块电阻约为20-500Ω/□，硼掺杂面上的硼氧化层厚度约为30-300nm。
去除绕扩硼氧化层。具体可选用氢氟酸水上漂的方法去除硼掺杂面背面和边沿的绕扩硼氧化层。氢氟酸水上漂的工艺条件可以是：氢氟酸溶液浓度为0.5-40%，工艺时间为10-1200s。
将硼掺杂面的背面作为磷掺杂面，制备磷掺杂面所需表面形貌，同时去除绕扩硼掺杂层。具体可选用碱制绒、碱抛光、酸刻蚀、酸制绒的方法制备磷掺杂面所需表面形貌。在此过程中，由于硼掺杂面具有硼氧化层，在制备磷掺杂面所需表面形貌过程中硼氧化层具有掩膜效果，能够保护硼掺杂面不被破坏。在制备磷掺杂面所需表面形貌完成后，硼氧化层厚度不变或有所减薄。
在磷掺杂面上进行磷掺杂，制作电池磷掺杂层，并在磷掺杂面表面生长一层磷氧化层。磷掺杂可以选择整面的均匀掺杂、局部掺杂、选择性掺杂。磷掺杂具体可选用管式磷扩散、磷浆掺杂、磷离子注入等方法中的一种或多种方法结合实现。同样的，磷氧化层是整面的，磷氧化层的生长通常在上述方法的杂质再分布阶段形成，也可以通过在磷掺杂之后再次对硅片进行氧化形成。磷氧化层形成后硅片边沿会因绕扩现象形成绕扩磷掺杂层和绕扩磷氧化层，硼掺杂面的硼氧化层表面会因绕扩现象附着一层磷元素。磷掺杂层方块电阻约为20-500Ω/□，磷掺杂面上的磷氧化层厚度约为3-20nm，磷氧化层的厚度比制备磷掺杂面所需表面形貌完成后硼氧化层剩余厚度薄5nm以上。
去除绕扩磷氧化层。具体可使用氢氟酸水上漂的方法去除绕扩磷氧化层。在氢氟酸水上漂过程中，硼掺杂面朝下接触氢氟酸，由于氢氟酸溶液的表面张力作用，硅片边沿也会接触到氢氟酸，绕扩磷氧化层将被去除，磷掺杂面表面的磷氧化层厚度不变。由于硼掺杂面的硼氧化层厚度大于绕扩磷氧化层厚度，硼氧化层不会被完全去除。氢氟酸水上漂条件：氢氟酸溶液浓度为0.5-10%，工艺时间为5-300s。在氢氟酸水上漂之后，硼氧化层厚度减少约3-20nm，剩余厚度在5nm以上。去除绕扩磷氧化层之后，绕扩磷掺杂层裸露在硅片边沿。
去除绕扩磷掺杂层，对硅片进行边沿隔离。使用碱抛光的方法去除绕扩磷掺杂层，由于硅片硼掺杂面表面具有硼氧化层，磷掺杂面表面具有磷氧化层，硼氧化层和磷氧化层在碱溶液中反应速率较慢，硼掺杂层和磷掺杂层不会被碱溶液腐蚀。硅片边沿具有绕扩磷掺杂层，绕扩磷掺杂层与碱溶液反应速率较快，将被碱溶液腐蚀，从而实现边沿隔离。碱抛光具体选用氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液。碱抛光条件：选用氢氧化钠或氢氧化钾溶液，碱溶液浓度为0.5-20%，抛光添加剂浓度为0.02-5%，溶液温度为45-85℃，抛光时间为10-300s。抛光添加剂指含有脂肪醇聚氧乙烯醚等物质的化学品，具有降低氧化层在碱溶液中反应速率的功能。碱抛光之后，硼氧化层和磷氧化层厚度有所减少，但仍要有所保留，硼氧化层表面附着的一层磷元素被去除。
去除硼氧化层和磷氧化层。使用氢氟酸清洗的方法去除硼氧化层和磷氧化层。氢氟酸清洗条件：氢氟酸浓度为0.5-30%，清洗时间为2-120min。
对硅片进行表面钝化，具体可选择氧化铝、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氟化镁、硫化锌中的一种或多种叠加对硅片表面进行钝化。钝化层制作方式不做限定。
制备电池所需金属电极。金属电极制作方式可选择电镀、蒸镀、丝网印刷等方法实现。
本发明具有以下有益效果：
本发明可通过简单的流程设置使硼掺杂面和磷掺杂面的表面形貌和掺杂浓度可以单独控制，不会相互影响，且具有较宽的工艺窗口。本发明能对硅片边沿进行有效隔离，降低的太阳电池边沿漏电问题，提升电池性能。
本发明适用性广，可应用在不同类型的电池结构上，例如，p型双面电池、p型背结电池、n型双面电池、n型背结电池等。
附图说明
图1 本发明所述的双面晶体硅太阳电池制备方法流程示意图；
图2为实施例1所述方法制备的n型正结双面电池，其中：11-n型单晶硅片，12-硼掺杂层，13-磷掺杂层，14-硼掺杂面钝化层，15-磷掺杂面钝化层，16-硼掺杂面金属电极，17-磷掺杂面金属电极；
图3为实施例2所述方法制备的n型正结双面电池，其中：21-p型单晶硅片，22-磷掺杂层，23-硼掺杂层，24-磷掺杂面钝化层，25-硼掺杂面钝化层，26-磷掺杂面金属电极，27-硼掺杂面金属电极。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图进一步对本发明进行解释说明：
实施例1公开一种图2所示的n型正结双面电池（n型PERT）制备方法，主要包括以下步骤：
1.选取一种（100）晶向的n型单晶硅片，硅片电阻率为1.5Ω*cm。
2.选取硅片的一个面作为硼掺杂面，使用碱制绒的方法在硼掺杂面制备随机金字塔状绒面结构。使用业内常用的碱制绒方法即可。
3.使用管式硼扩散的方法，在硼掺杂面上进行整面的均匀硼掺杂，制作电池硼掺杂层，并在硼掺杂面表面生长一层硼氧化层。硼掺杂后硼掺杂面的背面和边沿会因绕扩现象形成绕扩硼掺杂层和绕扩硼氧化层。硼掺杂层方块电阻约为100Ω/□，硼掺杂面上的硼氧化层厚度约为80nm。
4.将硼掺杂面的背面作为磷掺杂面，使用酸刻蚀的方法制备磷掺杂面所需表面形貌，同时去除绕扩硼氧化层和绕扩硼掺杂层，保留硼掺杂面上的硼氧化层。在酸刻蚀完成后，硼氧化层厚度基本不变。
5.使用管式磷扩散的方法在磷掺杂面上进行整面的均匀磷掺杂，制作电池磷掺杂层，并在磷掺杂面表面生长一层磷氧化层。磷掺杂后硅片边沿会因绕扩现象形成绕扩磷掺杂层和绕扩磷氧化层，硼掺杂面的硼氧化层表面会因绕扩现象附着一层磷元素。磷掺杂层方块电阻约为50Ω/□，磷掺杂面上的磷氧化层厚度约为10nm。
6.使用氢氟酸水上漂的方法去除绕扩磷氧化层。氢氟酸水上漂条件：氢氟酸溶液浓度为3%，工艺时间为60s。在氢氟酸水上漂之后，硼氧化层厚度剩余约65nm。
7.使用碱抛光的方法去除绕扩磷掺杂层，对硅片进行边沿隔离。碱抛光具体选用氢氧化钾的水溶液。碱抛光条件：碱溶液浓度为5%，抛光添加剂浓度为0.1%，溶液温度为60℃，抛光时间为300s。碱抛光之后，硼氧化层和磷氧化层厚度减少约5nm。
8.去除硼氧化层和磷氧化层。使用氢氟酸清洗的方法去除硼氧化层和磷氧化层。氢氟酸清洗条件：氢氟酸浓度为10%，清洗时间为30min。
9. 对硅片进行表面钝化。硼掺杂面钝化层使用氧化铝和氮化硅组成的叠层钝化层，其中氧化铝厚度约为5nm，氮化硅厚度约为75nm，氮化硅折射率为2.0。磷掺杂面使用氧化硅和氮化硅组成的叠层钝化层，其中氧化硅厚度约为2nm，氮化硅厚度约为80nm
10.使用丝网印刷的方法制备电池所需金属电极，硼掺杂面和磷掺杂面金属电极均为等间距分布的栅线状金属电极。至此，得到图2所示的n型PERT电池。
实施例2公开一种图3所示的p型正结双面电池（p型PERT）制备方法，实施例1和实施例2主要不同之处在于硼掺杂面和磷掺杂面表面形貌不同并且可以单独控制，主要包括以下步骤：
1.选取一种（100）晶向的p型单晶硅片，硅片电阻率为0.8Ω*cm。
2.选取硅片的一个面作为硼掺杂面，使用碱抛光的方法制备硼掺杂面所需表面形貌。使用业内常用的碱抛光方法即可。
3.使用管式硼扩散的方法，在硼掺杂面上进行整面的均匀硼掺杂，制作电池硼掺杂层，并在硼掺杂面表面生长一层硼氧化层。硼掺杂后硼掺杂面的背面和边沿会因绕扩现象形成绕扩硼掺杂层和绕扩硼氧化层。硼掺杂层方块电阻约为30Ω/□，硼掺杂面上的硼氧化层厚度约为150nm。
4.使用用氢氟酸水上漂的方法去除硼掺杂面背面和边沿的绕扩硼氧化层。氢氟酸水上漂条件：氢氟酸溶液浓度为10%，工艺时间为360s。
5.将硼掺杂面的背面作为磷掺杂面，使用碱制绒的方法在磷掺杂面制备随机金字塔状绒面结构，同时去除绕扩硼掺杂层，保留硼掺杂面上的硼氧化层。在碱制绒完成后，硼氧化层厚度减少约15nm。
6.使用管式磷扩散的方法在磷掺杂面上进行整面的均匀磷掺杂，制作电池磷掺杂层，并在磷掺杂面表面生长一层磷氧化层。磷掺杂后硅片边沿会因绕扩现象形成绕扩磷掺杂层和绕扩磷氧化层，硼掺杂面的硼氧化层表面会因绕扩现象附着一层磷元素。磷掺杂层方块电阻约为120Ω/□，磷掺杂面上的磷氧化层厚度约为15nm。
7.使用氢氟酸水上漂的方法去除绕扩磷氧化层。氢氟酸水上漂条件：氢氟酸溶液浓度为3%，工艺时间为80s。在氢氟酸水上漂之后，硼氧化层厚度剩余约110 nm。
8.使用碱抛光的方法去除绕扩磷掺杂层，对硅片进行边沿隔离。碱抛光具体选用氢氧化钾的水溶液。碱抛光条件：碱溶液浓度为20%，抛光添加剂浓度为5%，溶液温度为45℃，抛光时间为20s。碱抛光之后，硼氧化层和磷氧化层厚度减少约10nm。
9.去除硼氧化层和磷氧化层。使用氢氟酸清洗的方法去除硼氧化层和磷氧化层。氢氟酸清洗条件：氢氟酸浓度为30%，清洗时间为20min。
10.对硅片进行表面钝化。硼掺杂面钝化层使用氧化铝和氮化硅组成的叠层钝化层，其中氧化铝厚度约为15nm，氮化硅厚度约为70nm，氮化硅折射率为2.0。磷掺杂面使用氧化硅和氮化硅组成的叠层钝化层，其中氧化硅厚度约为2nm，氮化硅厚度约为80nm。
11.使用丝网印刷的方法制备电池所需金属电极，硼掺杂面和磷掺杂面金属电极均为等间距分布的栅线状金属电极。至此，得到图3所示的p型PERT电池。
最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种双面晶体硅太阳电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一种硅片，选取硅片的一面作为硼掺杂面，另一面作为磷掺杂面；
在硅片表面制备硼掺杂面所需表面形貌；
在硼掺杂面上进行硼掺杂，制作硼掺杂层，并在硼掺杂层表面生长一层硼氧化层；通过氢氟酸水上漂的方法去除硼掺杂层制作过程中在磷掺杂面和边沿形成的绕扩硼氧化层；
在磷掺杂面制备磷掺杂面所需表面形貌，同时去除硼掺杂层制作过程中在磷掺杂面和边沿形成的绕扩硼掺杂层，所述硼氧化层被部分刻蚀或厚度保持不变；
在磷掺杂面上制作电池磷掺杂层，并在磷掺杂面表面生长一层磷氧化层；
通过氢氟酸水上漂的方式去除磷掺杂层制作过程中在磷掺杂面的边沿形成的绕扩磷氧化层；
使用碱抛光的方式去除磷掺杂层制作过程中在磷掺杂面的边沿形成的绕扩磷掺杂层对硅片进行边沿隔离，并同时去除磷掺杂制作过程中在硼氧化层表面附着的磷元素，碱抛光后，硼氧化层和磷氧化层未被完全刻蚀；
通过氢氟酸清洗的方式去除硼掺杂面剩余的硼氧化层和磷掺杂面剩余的磷氧化层；
对硼掺杂面和磷掺杂面进行表面钝化；
在硼掺杂面和磷掺杂面制备金属电极；
在硼掺杂层表面生长的硼氧化层的厚度为30-300nm；
在磷掺杂层表面生长的磷氧化层的厚度为3-20nm；
去除绕扩硼氧化层的氢氟酸水上漂的条件为：氢氟酸溶液浓度为0.5-40％，工艺时间为10-1200s；
去除绕扩磷氧化层的氢氟酸水上漂的条件为：氢氟酸溶液浓度为0.5-10％，工艺时间为5-300s；
所述碱抛光的条件是：选用氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液，碱溶液浓度为0.5-20％，抛光添加剂浓度为0.02-5％，溶液温度为45-85℃，抛光时间为10-300s；所述抛光添加剂用于降低氧化层在碱溶液中的反应速率。
2.如权利要求1所述的双面晶体硅太阳电池制备方法，其特征在于，在磷掺杂层表面生长的磷氧化层的厚度较制备完磷掺杂面所需表面形貌后的硼氧化层的厚度薄至少5nm。
3.如权利要求1所述的双面晶体硅太阳电池制备方法，其特征在于，硼掺杂层方块电阻约为20-500Ω/□，磷掺杂层的方块电阻为20-500Ω/□。
4.如权利要求1所述的双面晶体硅太阳电池制备方法，其特征在于，氢氟酸清洗硼氧化层和磷氧化层的条件为：氢氟酸浓度为0.5-30％，清洗时间为2-120min。
5.一种双面晶体硅太阳能电池，其特征在于，采用权利要求1至4任意一项方法制备，包括硅片基底；依次形成于硅片基底一面的硼掺杂层、硼掺杂面钝化层、硼掺杂面金属电极；依次形成于硅片基底另一面的磷掺杂层、磷掺杂面钝化层、磷掺杂面金属电极。
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