CN111900230A - 一种链式氧化碱抛光se—perc太阳能电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池生产领域。一种链式氧化碱抛光SE—PERC太阳能电池制备方法，包括制绒、扩散、正面重掺杂、链式氧化、背面去PSG、碱抛光、正面氧化、正面沉积氮化硅膜、背面沉积钝化膜、背面激光开孔、电极印刷、高温烧结、电注入的工艺步骤。本发明的有益效果是：本发明通过使用背面碱抛光有效提升了太阳能电池背面反射率，使得长波段透射率明显降低，从而减少了光的透射损失，增加了电流密度Jsc，进而提高了SE‑PERC太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产领域。
背景技术
SE-PERC太阳能电池是目前市场上最流行的高效电池之一，其将正面激光重掺杂技术(SE)与局部接触背钝化技术(PERC)相结合，大大提升了太阳能电池的效率。SE-PERC太阳能电池从下往上依次包括背电极、背电场、SiNx/SiNxOx叠层、P型硅、N++层、N+层、氧化硅、氮化硅和正电极，N++层通过正面激光推进磷硅玻璃(PSG)中的磷实现。现有的SE-PERC电池的制备方法主要为酸刻蚀制备法，其制备流程为：制绒-扩散-正面激光-酸法刻蚀抛光+去PSG-退火-背面沉积钝化膜-沉积减反膜-背面激光开孔-背电极、背电场和正电极印刷-高温烧结。在SE-PERC电池的制备过程中，酸法抛光虽然流程简单，但其被反射率低，光投射损失大，转化效率低，因此有必要对SE-PERC电池的制备方法进行改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何提升SE-PERC太阳能电池转化效率。
本发明所采用的技术方案是：一种链式氧化碱抛光SE—PERC太阳能电池制备方法，包括制绒、扩散、正面重掺杂、链式氧化、背面去PSG、碱抛光、正面氧化、正面沉积氮化硅膜、背面沉积钝化膜、背面激光开孔、电极印刷、高温烧结、电注入的工艺步骤；
制绒：在硅片双面形成绒面，采用湿法刻蚀技术，在硅片双面形成绒面；采用湿法刻蚀技术进行刻蚀，形成具有倒金字塔结构的绒面。优选的，制绒后，硅片减重0.2-0.8g，优选的为0.5-0.6g；制绒后，硅片反射率为8-14％；优选的为10-13％，进一步优选为11-12％；控制制绒后硅片的反射率有利于后期控制太阳能电池对于太阳光的反射率，有效增加太阳能电池对太阳光的吸收率，提升太阳能电池转换效率。
扩散：在硅片表面进行磷扩散；通过低压扩散技术，在硅片表面进行磷扩散；优选的，扩散后硅片的方阻为100-170 Ω/sq，进一步优选的为120-140Ω/sq；提升硅片的表面方阻，可降低表面掺杂浓度，不仅可以提高电池的短波效应，提高短路电流；而且可以使表面复合导致的暗饱和电流减小，开路电压增大；优化电池性能。
正面重掺杂：在硅片正面进行激光重掺杂；使用迈为激光进行正面掺杂；激光掺杂提升了电极区掺杂浓度；降低了银浆与硅片之间的欧姆接触，进而提高了填充因子；提升了太阳能电池的性能。优选的，重掺杂后，硅片重掺杂区域方阻与为掺杂区域方阻差值为30-70Ω/sq，优选的为45-55Ω/sq；重掺杂电极区方阻在此范围内可提升太阳能电池转化效率。
链式氧化：在硅片正面重掺杂区形成链式氧化二氧化硅保护层，通过高温链式氧化技术，在硅片正面重掺杂区形成链式氧化二氧化硅保护层，有效防止了在传统碱抛光过程中表面磷松落导致的方阻上升问题，防止了电极印刷后银硅接触差，降低电池转化效率的问题。优选的，形成链式氧化二氧化硅保护层厚度1.0-4.0nm，进一步优选的为2.5-3.5nm。
需要说明的是，一般认为，激光重掺杂是利用磷扩散过程中产生的磷硅玻璃为掺杂源，通过激光照射将磷硅玻璃层中的磷推进到硅片深处，进而形成重掺杂区；即在磷掺杂后直接进行激光重掺杂，能保障具有较高浓度的掺杂源，从而能够最大程度上降低重掺杂区的方阻，提升电极与底片的欧姆接触，提升太阳能电池转化效率。本发明在进行正面激光重掺杂后，增加链式氧化二氧化硅保护层工艺；按照传统思路，去除背面磷硅玻璃的过程中会去除部分正面磷硅玻璃，减少激光重掺杂过程中的磷源，对提升太阳能电池转化效率不利。然而，本发明通过增加链式氧化二氧化硅保护层工艺，通过大量的研究证明，不仅没有降低重掺杂区的方阻(掺杂区方阻与为掺杂区方阻差值为40-60Ω/sq)；同时还有效克服了传统碱刻蚀过程中碱抛光使得重掺杂区磷丧失，提升方阻的问题；将SE-PERC太阳能电池效率提升了将近1％，取得了意想不到的技术效果。
优选的，在经过本发明增加链式氧化二氧化硅保护层后，硅片正面激光重掺杂区方阻为60-80Ω/sq；本发明在碱抛光前增加链式氧化二氧化硅保护层，有效防止了传统碱抛光过程中将激光重掺杂区表面松散磷洗掉的问题；保证了重掺杂区低方阻；从而提升了欧姆接触；提升了太阳能电池的转化效率。
背面去PSG：采用HF溶液去除硅片背面磷硅玻璃；优选的，采用HF溶液去除硅片背面磷硅玻璃；HF溶液体积浓度为3％-9％。HF溶液能够快速地除去硅片背面的磷硅玻璃；防止反应时间过长而造成硅片损伤。
碱抛光：对硅片背面进行碱抛光；其中采用含有添加剂（现有普通碱抛添加剂即可）的KOH溶液对硅片背面进行抛光；优选的，在盛有KOH(含有添加剂)溶液的抛光槽中对硅片背面进行抛光；进一步优选的，KOH溶液的体积浓度为5％-10％，进一步优选为6-8％。KOH溶液碱性强，抛光作用更加明显。
优选的，抛光过程中硅片减重为0.1-0.3g，进一步优选为0.12-0.20g；抛光后硅片背面反射率为35-45％，进一步优选为40-55％。碱抛光可有效地提升硅片背面的反射率，使得长波段透射率明显降低，从而减少了光的透射损失，增加了电流密度Jsc，进而提高了SE-PERC太阳能电池的转换效率。
需要说明的是，在传统的酸刻蚀法制备SE-PERC太阳能的电池过程中，采用HF与HNO3的混合溶液进行硅片背面抛光；然而其抛光后的背反射率低，一般低于30％；减少了太阳光的吸收，降低了电流密度，降低了太阳能电池的转换效率。本发明采用含有添加剂的KOH溶液进行抛光，可有效提升太阳能电池背面反射率。
正面氧化：使用热氧进行氧化处理；优选的，氧化后温度控制在500-800℃；进一步优选为650-750℃。高温通氧过程可有效地对硅片进行氧化，起到钝化的作用，从而可以降低结区复合，提高开路电压，提高产品良率。
正面沉积氮化硅膜：在硅片正面沉积氮化硅膜；其中，所述减反膜为氮化硅膜；可采用PECAD法沉积所述减反膜；优选的，沉积厚度为60-90nm；沉积减反膜后硅片正面折射率为1.5-3.0；正面减反膜可有效提升太阳能的吸收率，提升太阳能电池的转化效率。
背面沉积钝化膜：在硅片背面沉积钝化膜；其中，所述钝化膜为SiNxOx/SiNx膜；可采用PECAD沉积所述钝化膜；优选的，沉积厚度为80-160nm。钝化膜可有效降低硅片背面复合，提高开路电压，提升太阳能电池转化效率。
背面激光开孔：对硅片背面进行激光开膜；其中，采用帝尔激光对背面钝化膜进行开孔，使铝硅形成欧姆接触，激光功率20-40W，开孔光斑直径20-40µm。
电极印刷：在硅片背面印刷背电极银浆、背电场铝浆，正面印刷正电极银浆。
高温烧结：进行高温烧结，形成硅基电池；其中，烧成温度为300-900℃，优选为400-900℃，优选为400-850℃。
电注入：烧结完成后的硅基电池进行电注入。
本发明的有益效果是：本发明通过使用背面碱抛光有效提升了太阳能电池背面反射率，使得长波段透射率明显降低，从而减少了光的透射损失，增加了电流密度Jsc，进而提高了SE-PERC太阳能电池的转换效率。本发明通过增加链式氧化工艺，在硅片正面重掺杂区形成链式氧化二氧化硅保护层，有效防止了在传统碱抛光过程中表面磷松落导致的方阻上升问题，防止了电极印刷后银硅接触差，降低电池转化效率的问题。通过本发明的制备流程，可将太阳能电池转化效率提升至≥22.40％。
具体实施方式
实施例1
制绒：选用1200pcs的P型硅片为基底材料，使用湿法刻蚀技术，在硅片表面形成绒面，减重控制为0.49g，反射率为12.5％；
扩散：使用低压扩散技术，形成PN结，扩散后硅片的方块电阻为124Ω/sq；
在硅片正面进行激光重掺杂，硅片方阻下降控为57Ω/sq；
在硅片正面重掺杂区形成链式氧化二氧化硅保护层，厚度为1.3nm；
去除硅片背面磷硅玻璃，体积浓度为6%的HF溶液去除背面PSG层；
对硅片背面进行碱抛光，使用体积浓度6.1%的KOH/添加剂溶液进行背面抛光，减重为0.15g，反射率控制在38%；
对硅片进行氧化处理，温度控制在700℃；
在硅片正面沉积氮化硅膜，膜厚控制在72nm，折射率为2.11；
在硅片背面沉积钝化膜，钝化膜为SiNxOx/SiNx膜，厚度为126nm；
使用帝尔激光对硅片背面进行激光开膜，激光功率为30W，开孔光斑直径为29µm；
在硅片背面印刷背电极银浆、背电场铝浆，正面印刷正电极银浆；
进行高温烧结，形成硅基电池，烧结温度为820℃；
烧结完成后的硅基电池进行电注入。
实施例2
制绒：选用1200pcs的P型硅片为基底材料，使用湿法刻蚀技术，在硅片表面形成绒面，减重控制为0.51g，反射率为12.6％；
扩散：使用低压扩散技术，形成PN结，扩散后硅片的方块电阻为140Ω/sq；
在硅片正面进行激光重掺杂，硅片方阻下降控为53Ω/sq；
在硅片正面重掺杂区形成链式氧化二氧化硅保护层，厚度为2.9nm；
去除硅片背面磷硅玻璃，体积浓度为6%的HF溶液去除背面PSG层；
对硅片背面进行碱抛光，使用体积浓度6.1%的KOH/添加剂溶液进行背面抛光，减重为0.16，反射率控制在42%；
对硅片进行氧化处理，温度控制在700℃；
在硅片正面沉积氮化硅膜，膜厚控制在75nm，折射率为2.13；
在硅片背面沉积钝化膜，钝化膜为SiNxOx/SiNx膜，厚度为124nm；
使用帝尔激光对硅片背面进行激光开膜，激光功率为30W，开孔光斑直径为29µm；
在硅片背面印刷背电极银浆、背电场铝浆，正面印刷正电极银浆；
进行高温烧结，形成硅基电池，烧结温度为820℃；
烧结完成后的硅基电池进行电注入。
实施例3
制绒：选用1200pcs的P型硅片为基底材料，使用湿法刻蚀技术，在硅片表面形成绒面，减重控制为0.55g，反射率为12.9％；
扩散：使用低压扩散技术，形成PN结，扩散后硅片的方块电阻为162Ω/sq；
在硅片正面进行激光重掺杂，硅片方阻下降控为56Ω/sq；
在硅片正面重掺杂区形成链式氧化二氧化硅保护层，厚度为3.9nm；
去除硅片背面磷硅玻璃，体积浓度为6%的HF溶液去除背面PSG层；
对硅片背面进行碱抛光，使用体积浓度6.1%的KOH/添加剂溶液进行背面抛光，减重为0.2g，反射率控制在44%；
对硅片进行氧化处理，温度控制在700℃；
在硅片正面沉积氮化硅膜，膜厚控制在76nm，折射率为2.13；
在硅片背面沉积钝化膜，钝化膜为SiNxOx/SiNx膜，厚度为128nm；
使用帝尔激光对硅片背面进行激光开膜，激光功率为31W，开孔光斑直径为29µm；
在硅片背面印刷背电极银浆、背电场铝浆，正面印刷正电极银浆；
进行高温烧结，形成硅基电池，烧结温度为820℃；
烧结完成后的硅基电池进行电注入。
将实施例1-3中的SE-PERC太阳能电池进行性能测定，其结果如表1。
表1
由表中可以看出，本发明中的SE-PERC太阳能电池效率在22.30％以上。相比传统SE-PERC太阳能电池，效率有了显著提升。
Claims (4)
1.一种链式氧化碱抛光SE—PERC太阳能电池制备方法，其特征在于：包括制绒、扩散、正面重掺杂、链式氧化、背面去PSG、碱抛光、正面氧化、正面沉积氮化硅膜、背面沉积钝化膜、背面激光开孔、电极印刷、高温烧结、电注入的工艺步骤；正面重掺杂步骤中使用激光进行正面掺杂，正面重掺杂后，硅片重掺杂区域方阻与为其它掺杂区域方阻差值为30-70Ω/sq；链式氧化，通过高温链式氧化技术，在硅片正面重掺杂区形成链式氧化二氧化硅保护层，链式氧化二氧化硅保护层厚度1.0-4.0nm。
2.根据权利要求1所述的一种链式氧化碱抛光SE—PERC太阳能电池制备方法，其特征在于：正面重掺杂后，硅片重掺杂区域方阻与为其它掺杂区域方阻差值为45-55Ω/sq。
3.根据权利要求1所述的一种链式氧化碱抛光SE—PERC太阳能电池制备方法，其特征在于：链式氧化二氧化硅保护层厚度2.5-3.5nm。
4.根据权利要求1所述的一种链式氧化碱抛光SE—PERC太阳能电池制备方法，其特征在于：碱抛光中，采用KOH溶液对硅片背面进行抛光，KOH溶液的体积浓度为5％-10％，抛光后硅片背面反射率为35-45％。
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