CN111785810A

CN111785810A - 一种n-pert电池的制备方法

Info

Publication number: CN111785810A
Application number: CN202010678605.1A
Authority: CN
Inventors: 张胜军; 吴智涵; 沈梦超; 顾振华; 绪欣; 许佳平; 曹育红; 符黎明
Original assignee: Changzhou Shichuang Energy Co Ltd
Current assignee: Changzhou Shichuang Energy Co Ltd
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2040-07-15
Also published as: CN111785810B

Abstract

本发明公开了一种N‑PERT电池的制备方法，包括对N型硅片依次进行去损伤层与制绒、正面硼扩散、去除背面和侧面PN结、背面磷扩散、两步湿化学边缘刻蚀、去除正面BSG和背面PSG、正背面镀膜和印刷烧结；所述两步湿化学边缘刻蚀包括：链式单面酸洗去除硅片侧面的PSG；碱液刻蚀去除硅片侧面的磷扩散层。本发明制备的N‑PERT电池效率提升了0.05%以上；电池外观良好，正面无刻蚀线；方法简单易行，成本低，无需额外增加设备，与现有的电池产线兼容度高。

Description

一种N-PERT电池的制备方法

技术领域

本发明涉及一种N型晶硅太阳能电池的制备方法，具体涉及一种N-PERT电池的制备方法。

背景技术

随着传统能源的不断消耗与由此导致的环境问题不断加剧，寻找可持续的清洁能源显得极其紧迫。在各种新型清洁能源中，太阳能无疑成为最具发展前景的清洁能源之一，而通过太阳能电池发电是利用太阳能的主要方式，目前已经得到较为广泛的应用。相比传统P型晶硅太阳能电池，N型晶硅电池由于具有少子寿命高、温度系数低以及无B-O复合导致的光热诱导衰减等优点，已成为新一代高效太阳能电池的重点发展方向，也越来越受到业界的关注。

目前较为成熟的N型晶硅电池主要包括N-PERT、N-PERL、N-TOPCon、N-IBC和HIT等结构电池。其中N-PERT(Passivated Emitter，Rear Totally-diffused cell)电池与同为N型电池技术路线的其他类型结构电池相比，其结构简单、制备成本低、工艺流程短，能双面发电，目前已经在行业中获得一定规模的量产。典型的N-PERT电池结构如图1所示，从上到下依次为银铝电极4、P⁺钝化层3、P⁺层2、N型基底1、N⁺层5、N⁺钝化层6以及银电极7。由于该结构电池在制备正面硼结之后，通常需要进行背面和侧边刻蚀以去除背面和侧边的硼绕扩层，然后再进行磷扩散制备N⁺N高低结，而该磷扩散过程不可避免的会使得磷元素进入硅片的侧面，形成磷扩散层，从而导致电池并联电阻降低，形成边缘漏电，严重影响电池的效率。

通常，N-PERT电池的制备方法一般包括以下步骤：制绒、正面硼掺杂制结、背面刻蚀去除边缘及背面PN结、背面磷掺杂制结、去除背面PSG（磷硅玻璃）以及正面BSG（硼硅玻璃）、正面沉积氧化铝、正面PECVD沉积SiNx、背面PECVD沉积SiNx、丝网印刷和烧结、激光边缘隔离或等离子干法刻蚀边缘隔离。由于激光边缘隔离具有热损伤影响，等离子干法刻蚀边缘隔离也有离子轰击边缘导致的损伤影响，这两种在电池印刷之后进行边缘隔离的制备方法都不可避免地对电池性能造成一定损害，影响电池效率。其中，等离子干法刻蚀刻蚀进行边缘隔离的电池制备方法，不仅影响电池效率，同时还会在电池表面产生刻蚀线，影响电池的外观。

发明内容

发明目的：本发明提出一种N-PERT电池的制备方法，能够降低N-PERT电池边缘漏电，而且电池外观良好。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种N-PERT电池的制备方法，包括对N型硅片依次进行去损伤层与制绒、正面硼扩散、去除背面和侧面PN结、背面磷扩散、两步湿化学边缘刻蚀、去除正面BSG和背面PSG、正背面镀膜和印刷烧结；

所述两步湿化学边缘刻蚀包括：

链式单面酸洗去除硅片侧面的PSG；

碱液刻蚀去除硅片侧面的磷扩散层。

优选的，所述链式单面酸洗的溶液为质量分数0.5～2%的HF溶液。进一步优选的，所述链式单面酸洗时硅片正面朝下同HF溶液接触。

优选的，所述链式单面酸洗所用设备的滚轮带速为0.4～2.0m/min。

优选的，所述碱液为质量分数1~5%的KOH或NaOH溶液。

优选的，所述碱液含有体积分数为0.5～5%的添加剂。进一步优选的，所述添加剂由烷基糖苷、吡嗪、聚乙二醇和去离子水组成。

优选的，所述碱液刻蚀时溶液温度50～75℃，刻蚀时间100～400s。

优选的，所述正面硼扩散后正面BSG的厚度为30～60nm。

优选的，所述背面磷扩散后背面PSG和侧面PSG的厚度为2～7nm。

优选的，所述碱液刻蚀后硅片侧面的刻蚀深度为1.5～5um。

进一步的，所述制备方法具体包括以下步骤：

（1）去损伤层与制绒

（2）正面硼扩散

制绒后硅片背靠背叠片置于扩散炉中进行硼扩散，正面方阻80～100ohm/sq，正面BSG厚度30～60nm。

（3）去除背面和侧面PN结

（4）背面磷扩散

将硅片正面对正面叠片置于扩散炉中进行磷扩散，由于绕扩，硅片侧面也沉积有磷扩散层和位于磷扩散层上的PSG；背面方阻为20~60ohm/sq，扩散层深度为0.2～0.5um，背面PSG和侧面PSG厚度2～7nm。

（5）链式单面酸洗去除硅片侧面的PSG

利用链式单面刻蚀机，滚轮带速0.4～2.0m/min，将硅片正面朝下置于滚轮上，背面朝上铺满水膜，正面BSG与侧面PSG通过滚轮旋转带液与质量分数为0.5～2%的HF溶液接触，由于正面BSG层厚度远大于PSG厚度，通过调整HF溶液浓度和滚轮带速，使得完全去除侧面PSG同时保留正面大部分BSG，经过单面酸洗后正面BSG的厚度为15～45nm。

（6）碱液刻蚀去除硅片侧面的磷扩散层

采用质量分数1~5% KOH溶液和体积分数0.5～5%碱抛添加剂的混合溶液，50～75℃下对硅片侧面的磷扩散层刻蚀100～400s，使得侧面刻蚀深度为1.5~5um，彻底去除了侧面的磷扩散层，实现了边缘绝缘。其中，碱抛添加剂由烷基糖苷、吡嗪、聚乙二醇和去离子水组成。

（7）HF去除正面BSG与背面PSG

（8）正背面镀膜

（9）印刷与烧结，制得N-PERT电池。

本发明的核心关键点是对常规N-PERT电池的制备流程进行优化，通过在电池制备的中间环节加入两步湿化学边缘刻蚀，采用简单的方法实现对电池的边缘隔离或绝缘，从而避免N-PERT电池在印刷烧结后由于边缘隔离（激光或等离子体刻蚀）带来的电池性能损害，进而提高N-PERT电池效率。

具体的，第一步湿化学边缘刻蚀采用链式刻蚀机单面酸洗，将硅片正面朝下与HF溶液接触，背面朝上覆盖水膜，通过链式滚轮的旋转带液使溶液与正面BSG及侧边PSG接触，利用正面BSG与侧面及背面PSG之间的厚度及腐蚀时间的差异，完全去除硅片侧面的PSG，而正面朝向液面的大部分BSG得以保留，正面保留的BSG作为第二步湿化学边缘刻蚀时正面硼发射极的阻挡层，阻止碱液对硼发射极的刻蚀。由于硅片背面没有与HF溶液接触，因此完整保留了背面PSG，作为第二步湿化学边缘刻蚀时背面磷扩散面的阻挡层。

具体的，第二步湿化学边缘刻蚀采用碱液和碱抛添加剂的混合溶液对硅片进行刻蚀，可采用槽式或者链式设备，且对硅片正面和背面的朝向不限定，添加剂的作用是阻挡或者减缓碱液与正面BSG以及背面PSG的反应速率，加速碱液与侧面磷扩散层的反应，使得正面PN结和背面N+N高低结分别在BSG和PSG保护下不被碱液刻蚀，从而实现电池的边缘隔离，从而提高N-PERT电池效率。

进一步地，本发明边缘绝缘的方法对电池外观没有影响。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）所制备的N-PERT电池效率提升了0.05%以上；

（2）所制备的N-PERT电池外观良好，正面没有刻蚀线；

（3）方法简单易行，成本低，无需额外增加设备，与现有的电池产线兼容度高。

附图说明

图1是现有技术中N-PERT电池的结构示意图；

图2是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所采用的硅片为厚度150～200um，电阻率1～10ohm·cm的N型硅片，以下实施例所采用N型硅片的厚度和电阻率均在此范围内。

本发明制备N-PERT电池的流程图如图2所示。

实施例1

（1）去损伤层与制绒：采用现有的制绒工艺。

（2）正面硼扩散：制绒后硅片背靠背叠片置于扩散炉中进行硼扩散，正面平均方阻85ohm/sq，正面BSG的平均厚度45nm。

（3）去除背面和侧面PN结：将硅片背面朝下置于链式单面刻蚀机滚轮上同HF溶液接触，正面朝上铺满水膜，去除硅片背面和侧面的BSG；再利用碱液对硅片背面和侧面进行刻蚀抛光，去除背面和侧面的PN结，保留正面BSG，此时正面BSG的厚度不变仍为45nm。

（4）背面磷扩散：磷扩后硅片背面平均方阻为40ohm/sq，背面和侧面PSG的平均厚度5nm。

（5）链式单面酸洗去除硅片侧面的PSG：将硅片翻转正面朝下置于链式刻蚀机的滚轮上，使得正面与质量分数为1%的HF溶液接触，背面朝上铺满去离子水膜，调整滚轮带速1.5m/min，去除侧面PSG同时保留正面大部分BSG层，经过单面酸洗后正面BSG的平均厚度为35nm。

（6）碱液刻蚀去除硅片侧面的磷扩散层：将硅片正面朝上置于链式刻蚀机的滚轮上，经过质量分数3% KOH溶液和体积分数2%碱抛添加剂的混合溶液，50℃刻蚀400s，此时侧面磷扩散层的刻蚀深度为5um。

（7）去除正面BSG与背面PSG：硅片去离子水洗后经过HF溶液，去除硅片正面的BSG和背面的PSG，水洗烘干。

（8）正背面镀膜：正面依次沉积Al₂O₃膜和氮化硅膜，背面沉积氮化硅膜。

（9）印刷与烧结：丝网印刷在正面和背面印刷电极，烧结制得N-PERT电池。

实施例2

同实施例1，不同的是：

步骤（2），正面硼扩散：硼扩后正面平均方阻100ohm/sq，正面BSG平均厚度30nm。

步骤（4），背面磷扩散：磷扩后硅片背面平均方阻为60ohm/sq，PSG平均厚度2nm。

步骤（5），链式单面酸洗去除硅片侧面的PSG：将硅片翻转正面朝下置于链式刻蚀机的滚轮上与质量分数为0.5%的HF溶液接触，背面朝上铺满去离子水膜，调整滚轮带速0.4m/min，去除侧面PSG同时保留正面大部分BSG层，酸洗后正面BSG的平均厚度为15nm。

步骤（6），碱液刻蚀去除硅片侧面的磷扩散层：将硅片背面朝上置于链式刻蚀机的滚轮上，经过质量分数5% KOH溶液和体积分数5%碱抛添加剂的混合溶液，75℃刻蚀100s，此时侧面磷扩散层的刻蚀深度为1.5um。

实施例3

同实施例1，不同的是：

步骤（2），正面硼扩散：硼扩后正面平均方阻80ohm/sq，正面BSG平均厚度60nm。

步骤（4），背面磷扩散：磷扩后硅片背面平均方阻为20ohm/sq，PSG平均厚度7nm。

步骤（5），链式单面酸洗去除硅片侧面的PSG：将硅片翻转正面朝下置于链式刻蚀机的滚轮上与质量分数为2%的HF溶液接触，背面朝上铺满去离子水膜，调整滚轮带速2m/min，去除侧面PSG同时保留正面BSG层，酸洗后正面BSG的平均厚度为45nm。

步骤（6），碱液刻蚀去除硅片侧面的磷扩散层：将硅片投入放置有质量分数1%NaOH溶液和体积分数0.5%碱抛添加剂的混合溶液的槽体中，65℃刻蚀300s，此时侧面磷扩散层的刻蚀深度为3um。

对比例1

采用现有N-PERT电池的制备工艺，分别通过制绒、正面硼扩散、去除背面和侧面PN结、背面磷扩散、去除正面BSG与背面PSG、正面沉积Al₂O₃膜、正面PECVD沉积SiNx、背面PECVD沉积SiNx、丝网印刷与烧结、激光边缘隔离，制得N-PERT电池。

对比例2

同对比例1，不同的是烧结后电池通过等离子干法刻蚀进行边缘隔离，制得N-PERT电池。

将实施例1～3与对比例1制备得到的N-PERT电池进行性能测试和外观检测，具体结果见表1。

表1实施例1~3与对比例1所制备的N-PERT电池的电性能差异和外观

[0001]Comment

[0002]△Voc/V

[0003]△I<sub>SC</sub>/A

[0004]△FF/%

[0005]△IRev/A

[0006]△Eta/%

[0007]电池外观

[0008]对比例1

[0009] 0

[0010]0

[0011]0

[0012] 0

[0013] 0

[0014]良好

[0015]实施例1

[0016]0.0007

[0017]0.004

[0018]0.080

[0019] -0.035

[0020]0.060

[0021]良好

[0022]实施例2

[0023]0.0005

[0024]0.003

[0025]0.075

[0026] -0.020

[0027]0.050

[0028]良好

[0029]实施例3

[0030]0.0007

[0031]0.003

[0032]0.0078

[0033] -0.0026

[0034]0.056

[0035]良好

将实施例1～3与对比例2制备得到的N-PERT电池进行性能测试和外观检测，具体结果见表2。

表2实施例1~3与对比例2所制备的N-PERT电池的电性能差异和外观

[0036]Comment

[0037]△Voc/V

[0038]△I<sub>SC</sub>/A

[0039]△FF/%

[0040]△IRev/A

[0041]△Eta/%

[0042]电池外观

[0043]对比例2

[0044] 0

[0045]0

[0046]0

[0047] 0

[0048] 0

[0049]有刻蚀线

[0050]实施例1

[0051]0.0006

[0052]0.005

[0053]0.073

[0054] -0.030

[0055]0.058

[0056]良好

[0057]实施例2

[0058]0.0004

[0059]0.004

[0060]0.071

[0061] -0.022

[0062]0.051

[0063]良好

[0064]实施例3

[0065]0.0005

[0066]0.004

[0067]0.074

[0068] -0.027

[0069]0.056

[0070]良好

从表1和表2可以看出，本发明制备的N-PERT电池效率比现有的制备方法提升了0.05%～0.06%，电池整体外观良好，而且本发明的制备方法利用现有的设备便可以实施，不需要额外增加设备，与现有的电池产线兼容性高。

Claims

1.一种N-PERT电池的制备方法，其特征在于：包括对N型硅片依次进行去损伤层与制绒、正面硼扩散、去除背面和侧面PN结、背面磷扩散、两步湿化学边缘刻蚀、去除正面BSG和背面PSG、正背面镀膜和印刷烧结；

所述两步湿化学边缘刻蚀包括：

链式单面酸洗去除硅片侧面的PSG；

碱液刻蚀去除硅片侧面的磷扩散层。

2.根据权利要求1所述的一种N-PERT电池的制备方法，其特征在于：所述链式单面酸洗的溶液为质量分数0.5～2%的HF溶液。

3.根据权利要求2所述的一种N-PERT电池的制备方法，其特征在于：所述链式单面酸洗时硅片正面朝下同HF溶液接触。

4.根据权利要求1所述的一种N-PERT电池的制备方法，其特征在于：所述链式单面酸洗所用设备的滚轮带速为0.4～2.0m/min。

5.根据权利要求1所述的一种N-PERT电池的制备方法，其特征在于：所述碱液为质量分数1~5%的KOH或NaOH溶液。

6.根据权利要求1所述的一种N-PERT电池的制备方法，其特征在于：所述碱液含有体积分数为0.5～5%的添加剂。

7.根据权利要求1所述的一种N-PERT电池的制备方法，其特征在于：所述碱液刻蚀的温度为50～75℃，时间为100～400s。

8.根据权利要求1所述的一种N-PERT电池的制备方法，其特征在于：所述正面硼扩散后正面BSG的厚度为30～60nm。

9.根据权利要求1所述的一种N-PERT电池的制备方法，其特征在于：所述背面磷扩散后背面PSG和侧面PSG的厚度为2～7nm。

10.根据权利要求1所述的一种N-PERT电池的制备方法，其特征在于：所述碱液刻蚀后硅片侧面的刻蚀深度为1.5～5um。