CN111682090A - 选择性发射极太阳能电池的制备方法及太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其包括：提供硅片，对硅片进行制绒、扩散；然后采用激光对扩散后的硅片正面进行重掺杂，形成多个主栅掺杂区和多个副栅掺杂区；刻蚀去除磷硅玻璃和边缘PN结；正面形成减反膜，背面形成钝化膜；在镀膜后的硅片主栅掺杂区形成主栅电极，副栅掺杂区形成副栅电极，硅片背面形成背面电极；烧结；得到选择性发射极太阳能电池成品。相应的，本发明还公开了一种选择性发射极太阳能电池。实施本发明，可扩大重掺杂区域，降低扩散层复合，提升太阳能电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备方法领域，尤其涉及一种选择性发射极太阳能电池的制备方法及太阳能电池。
背景技术
选择性发射极(Selective Emitter)太阳能电池，即在金属栅线电极与硅片接触部位进行重掺杂，电极之间的位置进行轻掺杂，这种结构可降低扩散层的复合，减少受光面金属电极与硅片的接触电阻，改善电池的短路电流、开路电压和填充因子，从而提高光电转化效率。工业上常采用激光掺杂制备SE结构，即在磷扩散以后采用激光掺杂，将磷原子推进到PN结中，形成N++层。现有的激光掺杂位置均设置在副栅位置，主栅位置不进行激光掺杂。主要是由于主栅区域增加SE激光，会增加对硅片表面的损伤，对开路电压不利，造成效率损失。
另一方面，在完成激光掺杂后，一般还需要在硅片表面形成激光MARK点，以在后期实现丝网印刷对位。现有的太阳能电池制备过程中，一般在硅片四个角落各设置一个MARK点，共计四个MARK点。且为了提升印刷精确度，激光MARK点往往需要大量的雕刻工作，形成速度较慢，降低了生产效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种选择性发射极太阳能的制备方法，可扩大选择性发射极区域，降低扩散层复合，提升太阳能电池效率。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种选择性发射极太阳能电池。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其包括：
(1)提供一硅片，并对硅片进行制绒、扩散；
(2)采用激光对扩散后的硅片正面进行重掺杂，形成多个主栅掺杂区和多个副栅掺杂区；其中，每个主栅掺杂区内设有1～6条相互平行的第一激光槽，每个副栅掺杂区内设有1条第二激光槽；
(3)对重掺杂后的硅片进行刻蚀，去除磷硅玻璃和边缘PN结；
(4)在刻蚀后硅片正面形成减反膜，背面形成钝化膜；
(5)在步骤(4)得到的硅片正面形成主栅电极和副栅电极，背面形成背面电极；其中，所述主栅电极设于主栅掺杂区，所述副栅电极设于所述第二激光槽内；
(6)将步骤(5)得到的硅片烧结，即得到选择性发射极太阳能电池成品。
作为上述技术方案的改进，所述第一激光槽和所述第二激光槽的宽度为60～120μm；
主栅电极的宽度为0.1～0.7mm，所述副栅电极的宽度为15～25μm。
作为上述技术方案的改进，所述第一激光槽包括多个第一激光槽单元，相邻的第一激光槽单元相互贯通或不贯通；
所述第二激光槽包括多个第二激光槽单元，相邻的第二激光槽单元相互贯通或不贯通。
作为上述技术方案的改进，所述第一激光槽间距均匀或不均匀地分布在所述主栅掺杂区内，相邻所述第一激光槽的间距为0.05～0.3mm。
作为上述技术方案的改进，步骤(2)包括：
(2.1)采用第一激光对扩散后的硅片正面进行重掺杂，形成多个主栅掺杂区和多个副栅掺杂区；其中，每个主栅掺杂区内设有1～6条相互平行的第一激光槽，每个副栅掺杂区内设有1条第二激光槽；所述第一激光槽与所述第二激光槽垂直；
(2.2)采用第二激光在重掺杂后的硅片正面雕刻形成至少三个MARK点。
作为上述技术方案的改进，步骤(2.1)中，所述第一激光的功率为25～35W，第一激光的加工速度为20000～28000mm/s；
步骤(2.2)中，第二激光的功率为25～35W，第二激光的加工速度为500～2800mm/s；
所述第一激光的功率＜所述第二激光的功率。
作为上述技术方案的改进，步骤(2.2)中，在硅片正面形成三个MARK点；
所述MARK点呈三角形分布。
作为上述技术方案的改进，所述MARK点设于所述主栅掺杂区内。
作为上述技术方案的改进，所述MARK点形状为方形或十字形。
相应的，本发明还公开了一种选择性发射极太阳能电池，其采用上述的选择性发射极太阳能电池的制备方法制备而得。
实施本发明，具有以下优点：
1.本发明对于主栅位置和副栅位置均进行了激光重掺杂，增加了激光重掺杂区域，降低了扩散层复合，降低了金属电极与硅片的接触电阻，提升了短波相应，提升了开路电压、短路电流，提升了太阳能电池的效率。
2.本发明在主栅位置设置1～6条不连续的第一激光槽，通过控制第一激光槽数目、第一激光槽间距，以及第一激光槽形成过程中激光的功率；降低了主栅激光重掺杂对于硅片的损伤，从而减弱了对太阳能电池开路电压和转化效率的不利影响。
3.本发明在硅片表面仅设置了三个MARK点，缩短了MARK点的激光雕刻时间，缓解了增加主栅激光掺杂工序后所带来的产能损失。
4.本发明中的MARK点呈三角形分布，方便后期丝网印刷中相机对准。本发明中的太阳能电池制备工艺，工艺可行性高，硅片良品率高。
附图说明
图1是本发明一种选择性发射极太阳能电池的制备方法流程图；
图2是步骤S21后硅片表面结构示意图；
图3是图2中A处的局部放大图；
图4是实施例MARK点分布结构示意图；
图5是本发明一种选择性发射极太阳能电池正面结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
参见图1，本发明提供了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其包括以下步骤：
S1：提供一硅片，并对硅片进行制绒、扩散；
具体的，S1包括：
S11：提供一硅片；
具体的，硅片可为单晶硅、多晶硅或非晶硅；优选的为单晶硅。
S12：对硅片进行清洗、制绒；
具体的，在制绒前，对硅片表面进行清洗，以去除硅片表面杂质(如油污等)。制绒时，采用碱溶液与硅片反应，以在硅片表面形成金字塔结构的绒面，降低硅片表面的反射率。
S13：对制绒后的硅片进行扩散，形成PN结；
具体的，采用三氯氧磷进行扩散，形成PN结。
S2：采用激光对扩散后的硅片正面进行重掺杂；
具体的，S2包括：
S21：采用第一激光对扩散后的硅片正面进行重掺杂；
具体的，采用第一激光对分别对硅片正面主栅电极位置和副栅电极位置进行重掺杂，形成主栅掺杂区和副栅掺杂区。本发明对主栅位置和副栅位置均进行激光重掺杂，增加了掺杂区域，提升了太阳能电池的转化效率。
其中，第一激光的功率为25～35W，示例性的为25W、27W、30W、32W，但不限于此。第一激光的加工速度为20000～28000mm/s，示例性的为20000mm/s，22000mm/s、25000mm/s，但不限于此。采用上述功率的第一激光和加工速度，可降低硅片隐裂几率，同时保证生产效率。
具体的，在第一激光重掺杂后，在硅片1表面形成了多个主栅掺杂区2和多个副栅掺杂区3。其中，多个主栅掺杂区2相互平行或者相邻两个(或多个)主栅掺杂区2的中心线位于同一条直线上。多个副栅掺杂区3相互平行或者相邻两个(或多个)副栅掺杂区3的中心线位于同一条直线上。优选的，参考图2，在本实施例之中，相邻主栅掺杂区2相互平行；相邻副栅掺杂区3相互平行和/或位于同一条直线上。主栅掺杂区2和副栅掺杂区3垂直。
其中，每个主栅掺杂区2内设置1～6条相互平行的第一激光槽21；当单个主栅掺杂区2内第一激光槽21的数目＜1条时，重掺杂的作用较差，难以有效提升太阳能电池转化效率；当第一激光槽21的数目＞6条时，第一激光槽21之间的间距过窄，容易造成硅片隐裂，降低开路电压、转化效率，也会降低太阳能电池生产良品率。优选的，每个主栅掺杂区2内设置2～6条相互平行的第一激光槽。示例性地为2条、3条、4条、5条或6条。
具体的，第一激光槽21的宽度为60～120μm，示例性地为60μm、75μm、80μm、90μm、100μm、105μm，但不限于此。相邻第一激光槽21之间的间距为0.05～0.3mm，示例性的为0.05mm、0.07mm、0.1mm、0.18mm、0.26mm，但不限于此。
具体的，参考图3，第一激光槽21包括多个第一激光槽单元22，相邻的第一激光槽单元22贯通或不贯通。优选的，多个第一激光槽单元22不贯通，即第一激光槽呈间断结构，这种不连续的第一激光槽21可有效防止硅片隐裂，提升开路电压和转化效率。
具体的，在本实施例之中，每个副栅掺杂区3内设有1条第二激光槽31。第二激光槽31的宽度为60～120μm，示例性地为80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、116μm，但不限于此。
第二激光槽31包括多个第二激光槽单元32，相邻的第二激光槽单元32贯通或不贯通。优选的，相邻第二激光槽单元32不贯通，即第二激光槽单元为不连续的槽。
S22：采用第二激光在重掺杂后的硅片正面雕刻，形成MARK点；
具体的，第二激光的功率为25～35W，示例性地为28W、30W、33W、34W，但不限于此。第二激光的加工速度为500～2800mm/s，示例性地为600mm/s，700mm/s，1000mm/s，1200mm/s，1800mm/s，但不限于此。采用上述功率的第二激光和上述的加工速度，可有效提升MARK点的雕刻清晰度，便于后期丝网印刷相机的识别。
其中，在硅片正面雕刻形成至少三个MARK点；示例性的可为3个、4个、5个或6个，但不限于此。优选的，在本实施例之中，在硅片正面雕刻形成三个MARK点。本发明通过减少MARK点的数目，缩短了形成MARK点所需的时间，缓解了增加主栅激光掺杂工序后所带来的产能损失。
具体的，在本发明中，三个MARK点呈三角形分布，这种分布形式可有效确定硅片与预定印刷位置的偏移，为调整硅片放置角度提供数据基础。优选的，三个MARK点呈直角三角形分布；进一步优选的，三个MARK点呈直角三角形分布，且其直角边与硅片的边缘平行，这种分布方式可大幅度简化印刷位置偏移的计算，同时保证印刷对位精度。
具体的，参考图4，在本发明的一实施例之中，设置有三个MARK点A0(x0，y0)，A1(x1，y1)，A2(x2，y2)；三个MARK点呈直角三角形排布，直角三角形的两个直角边与硅片边缘平行。当采用这种布置的MARK点后，硅片与预定印刷位置的偏移角度θ＝arctan[(y2-y1)/(x1-x2)]。在丝网印刷时时，可根据此偏移角度对硅片放置位置进行调整，确保丝网印刷效果。
具体的，在本发明中，MARK点设置在主栅掺杂区2内，这种MARK点雕刻更为清晰，后期更易于识别。
具体的，在本发明中，MARK点的形状为方形、三角形、五角星形、正六边形或十字形，但不限于此。优选的为镂空十字形或方形。进一步优选为镂空十字行，其易于识别，且雕刻工作量小，形成速度快。
需要说明的是，为了便于丝网印刷识别，传统的太阳能电池，一般在硅片上设置四个或四个以上的MARK点。本发明将MARK点减少为三个，缩短了MARK点的形成时间，弥补了主栅掺杂造成的产能损失。此外，本发明通过对MARK点分布位置的控制，实现了丝网印刷过程中的对位操作，不影响丝网印刷精度。
S3：对重掺杂后的硅片进行刻蚀，去除磷硅玻璃和边缘PN结；
具体的，采用湿法刻蚀或干法刻蚀，去除硅片正面的磷硅玻璃和硅片四周的PN结4(图2)；优选的，在此步骤中，还包括对硅片背面进行抛光。
S4：在刻蚀后硅片正面形成减反膜，背面形成钝化膜；
本发明对于硅片正面和背面的钝化工艺(减反膜、钝化膜)没有特殊要求，本领域技术人员可根据实际情况选用。相应的，根据具体钝化层的成分进行生产工艺的设定。
在本发明的一个实施例之中，硅片正面的钝化层可包括SiOx和/或SiNx膜层；其中，SiOx膜层通过本领域公知的热氧工艺形成；SiNx采用PECVD法沉积。硅片背面的钝化层可包括AlOx和/或SiNx膜层，AlOx和SiNx膜层均通过PECVD法沉积；相应的，在背面采用上述钝化层时，还需要在印刷背面电极前对背面钝化层进行激光开槽。
在本发明的另一个实施例之中，硅片背面的钝化层为铝背场，其采用丝网印刷工艺形成。
S5：在步骤S4得到的硅片正面形成主栅电极、副栅电极，背面形成背面电极；
具体的，采用丝网印刷工艺在主栅掺杂区形成主栅电极5，在副栅掺杂区形成副栅电极6(图5)；在硅片背面形成背面电极。更具体的，主栅电极覆盖主栅掺杂区内的第一激光槽；副栅电极印刷在第二激光槽内。
其中，主栅电极的宽度为0.1～0.7mm，示例性的为0.2mm、0.35mm、0.55mm、0.6mm，但不限于此。副栅电极的宽度为15～25μm；示例性的为18μm、19μm、22μm、24.5μm，但不限于此。
S6：将步骤S5得到的硅片烧结，得到选择性发射极太阳能电池成品。
相应的，本发明还公开了一种选择性发射极太阳能电池，其采用上述制备方法制备而得。
本发明中的选择性发射极太阳能电池可为单面电池，也可为双面电池。具体的，当为单面电池时，采用本发明中的掺杂工艺制备正面电极。当为双面电池时，亦可将本发明正面的掺杂工艺应用于背面电极结构的制备。
本发明中的选择性发射极太阳能电池硅片背面可采用全铝背场钝化结构，也可采用复合钝化层钝化(PERC电池)。
下面以具体实施例对本发明进行说明：
实施例1
本实施例提供一种选择性发射极太阳能电池，更具体的，其为SE-PERC电池；即其正面设有SiNx减反膜；背面为AlOx和SiNx膜层；其制备方法如下：
(1)提供一硅片，并对硅片进行制绒、扩散；
具体的，硅片为P型硅，其初始方阻为75Ω/sq；
(2)采用第一激光对扩散后的硅片正面进行重掺杂；
具体的，第一激光的功率为27W，加工速度为24000mm/s；
其中，每个主栅掺杂区设有3条第一激光槽，第一激光槽的宽度为65μm；第一激光槽间断性结构；
每个副栅掺杂区设有1条第二激光槽，第二激光槽的宽度为80μm；
(3)采用第二激光形成三个MARK点；
具体的，第二激光的功率为32W，加工速度为1100mm/s；
MARK点形状为镂空十字形，其设置在主栅掺杂区；三个MARK点呈直角三角形排列，且两个直角边分别与硅片边缘平行；
(4)刻蚀去除磷硅玻璃和边缘PN结，并对硅片背面进行抛光；
(5)采用PECVD在硅片正面形成SiNx减反膜，背面形成AlOx和SiNx膜层；
(6)印刷电极：在主栅掺杂区丝网印刷主栅电极，副栅掺杂区丝网印刷副栅电极，电池背面印刷背银电极；
其中，主栅电极的宽度为0.4mm；副栅电极的宽度为20μm。
(7)烧结测试，即得成品。
对比例1
本对比例提供一种选择性发射极太阳能电池，更具体的，其为SE-PERC电池；即其正面设有SiNx减反膜，背面为AlOx和SiNx膜层。其制备方法与实施例1不同之处在于，步骤(3)中，不对主栅区域进行重掺杂，仅对副栅区域进行重掺杂。
对比例2
本对比例提供一种太阳能电池，更具体的，其为SE-PERC电池；即其正面设有SiNx减反膜，背面为AlOx和SiNx膜层。其制备方法与实施例1不同之处在于，没有步骤(3)，即不进行激光重掺杂。
按照实施例和对比例的制备方法各生产500片，并对其性能进行测试，结果如下表：
| U<sub>OC</sub>(V) | I<sub>SC</sub>(A) | Eff(％) | FF | |
| 实施例1 | 0.6769 | 10.198 | 22.27 | 81.28 |
| 对比例1 | 0.6774 | 10.057 | 22.206 | 80.67 |
| 对比例2 | 0.6796 | 9.897 | 22.054 | 80.11 |
相应的，对于硅片不良率进行统计，其结果如下：
| 不良率 | 外观不良率 | EL不良率 | 隐裂率 | |
| 实施例1 | 1.03％ | 0.43％ | 0.6％ | 0.13％ |
| 对比例1 | 0.96％ | 0.45％ | 0.51％ | 0.15％ |
| 对比例2 | 0.80％ | 0.37％ | 0.43％ | 0.11％ |
由表中可以看出：本发明中选择性发射极太阳能电池，其转化效率较普通太阳能电池提升了0.97％，较常规SE电池提升了0.29％。且本发明的制备方法工艺性良好，生产过程中硅片不良率可控制在合理范围内。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
(1)提供一硅片，并对硅片进行制绒、扩散；
(2)采用激光对扩散后的硅片正面进行重掺杂，形成多个主栅掺杂区和多个副栅掺杂区；其中，每个主栅掺杂区内设有1～6条相互平行的第一激光槽，每个副栅掺杂区内设有1条第二激光槽；
(3)对重掺杂后的硅片进行刻蚀，去除磷硅玻璃和边缘PN结；
(4)在刻蚀后硅片正面形成减反膜，背面形成钝化膜；
(5)在步骤(4)得到的硅片正面形成主栅电极和副栅电极，背面形成背面电极；其中，所述主栅电极设于主栅掺杂区，所述副栅电极设于所述第二激光槽内；
(6)将步骤(5)得到的硅片烧结，即得到选择性发射极太阳能电池成品。
2.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一激光槽和所述第二激光槽的宽度为60～120μm；
所述主栅电极的宽度为0.1～0.7mm，所述副栅电极的宽度为15～25μm。
3.如权利要求1或2所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一激光槽包括多个第一激光槽单元，相邻的第一激光槽单元相互贯通或不贯通；
所述第二激光槽包括多个第二激光槽单元，相邻的第二激光槽单元相互贯通或不贯通。
4.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一激光槽间距均匀或不均匀地分布在所述主栅掺杂区内，相邻所述第一激光槽的间距为0.05～0.3mm。
5.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)包括：
(2.1)采用第一激光对扩散后的硅片正面进行重掺杂，形成多个主栅掺杂区和多个副栅掺杂区；其中，每个主栅掺杂区内设有1～6条相互平行的第一激光槽，每个副栅掺杂区内设有1条第二激光槽；所述第一激光槽与所述第二激光槽垂直；
(2.2)采用第二激光在重掺杂后的硅片正面雕刻形成至少三个MARK点。
6.如权利要求5所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2.1)中，所述第一激光的功率为25～35W，第一激光的加工速度为20000～28000mm/s；
步骤(2.2)中，第二激光的功率为25～35W，第二激光的加工速度为500～2800mm/s；
所述第一激光的功率＜所述第二激光的功率。
7.如权利要求5所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2.2)中，在硅片正面形成三个MARK点；
所述MARK点呈三角形分布。
8.如权利要求5所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述MARK点设于所述主栅掺杂区内。
9.如权利要求5所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述MARK点形状为方形或十字形。
10.一种选择性发射极太阳能电池，其特征在于，其采用如权利要求1～9任一项所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法制备而得。
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