CN112117334A - 选择性发射极的制备方法及太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性发射极的制备方法，包括：S01、对制绒后的N型硅片的正面进行硼扩散；S02、去除硼硅玻璃；S03、在硅片正面丝网印刷纳米硼浆，并烘干；S04、利用皮秒激光进行纳米硼浆推进，在硅片的电极区域形成选择性重掺杂；S05、去除残留的纳米硼浆。本发明采用丝网印刷纳米硼浆，并借助皮秒激光掺杂设备实现硅片的电极区域的纳米硼浆的激光推进，可以选用能量较低的皮秒激光进行推进，减少了激光推进对硅基体的损伤，也方便更好的控制推进程度，使硅片与电极接触区域达到预期的方阻值，提高了电池性能，很好地弥补了选择性发射极与P型PERC电池工艺结合的缺陷。并且，纳米硼浆通过激光熔覆后更容易同基体材料形成良好的冶金结合。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种选择性发射极的制备方法及太阳能电池的制备方法。
背景技术
目前太阳能发电是应用最广、发展最快的一种可再生能源利用方式，产业环境的改变刺激着光伏行业通过不断提高太阳能电池的光电转化效率来提高行业竞争力。
太阳能电池发射极的掺杂浓度对电池转化相率的影响是双重的，掺杂浓度高时，主要表现的优势为硅片与电极间的接触电阻减小，进而导致电池串联电阻的降低，但是较高的掺杂浓度往往伴随着载流子复合变大，少子寿命降低等缺点，使太阳能电池的开路电压和短路电流过低。当掺杂浓度低时，主要表现的优势为表面复合降低以及少子寿命的提高，但发射极低的掺杂浓度会有硅片与电极间接触电阻增大的缺点，进而导致串联电阻变大，影响发电效率。为了解决发射极的掺杂浓度问题，行业内使用最多、效果最好的是制备选择性发射极结构。
选择性发射极结构电池研究是高效电池研发的一个重要课题，该结构是在硅片与电极接触的区域进行重掺杂，而在发射极的其他区域进行轻掺杂。在硅片与金属电极接触的区域进行重掺杂可以使得该区域的方块电阻减小，导致该区域的接触电阻减小，进而使得电池总的串联电阻减小。而在其他区域进行轻掺杂可以形成高的方块电阻，使得入射光在该区域的复合减小，并且高方阻区域和低方阻区域形成高低结，在一定程度上起到了场钝化的作用。
目前选择性发射极工艺应用比较成熟的是用来与P型PERC(PassivatedEmitterand Rear Cell，钝化发射极和背面电池技术)电池结合，此生产工艺是利用磷扩散后形成的磷硅玻璃作为推进源，利用能量较高的纳秒激光进行推进，在发射极与金属电极接触的区域形成重掺杂区。但由于P型硅片本身存在比N型硅片少子寿命低1-2个数量级、对金属污染的容忍度要低于N型硅片等缺点，加之能量较高的纳秒激光会在硅片表面产生较大的热影响区和晶格缺陷，这两种因素在很大程度上制约了电池性能的进一步提升。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种选择性发射极的制备方法及太阳能电池的制备方法，可以避免P型电池本身的缺陷对电池发电效率的制约，实现选择性发射极结构和N型高效电池的完美结合，还可以减少激光推进对硅基体的损伤。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种选择性发射极的制备方法，包括：
S01、对制绒后的N型硅片的正面进行硼扩散；
S02、去除硼硅玻璃；
S03、在硅片正面丝网印刷纳米硼浆，并烘干；
S04、利用皮秒激光进行纳米硼浆推进，在硅片的电极区域形成选择性重掺杂；
S05、去除残留的纳米硼浆。
作为其中一种实施方式，所述步骤S02包括：将硼扩散后的硅片放入体积比为1：5的氢氟酸溶液中去除绕扩的边结和背结，并用体积比为25：10的氢氟酸和盐酸混合溶液去除硼硅玻璃。
作为其中一种实施方式，所述步骤S03包括：利用丝网印刷机按照预设图形在硅片的正面印刷纳米硼浆，并在烘干炉中烘干，烘干温度为230℃，烘干时长为5min。
作为其中一种实施方式，所述步骤S05包括：利用体积比为1：1的电子级酒精和去离子水混合溶液清洗硅片正面残留的纳米硼浆。
作为其中一种实施方式，所述步骤S05中的硅片清洗是在超声装置中进行。
作为其中一种实施方式，所述步骤S01包括：选取电阻率为2.5Ω·cm的N型单晶硅片，采用氢氧化钾、制绒添加剂混合液对硅片进行制绒，氢氧化钾与制绒添加剂的体积比为95：37。
作为其中一种实施方式，所述步骤S04中，推进激光的功率为10W，频率为400KHz，激光推进速度为6.5m/s。
作为其中一种实施方式，所述步骤S01中，硼扩散后的硅片的方阻为
所述步骤S04中，硅片的电极区域选择性重掺杂后的方阻为
本发明的另一目的在于提供一种太阳能电池的制备方法，包括：
对N型硅片进行双面制绒；
采用一种上述的选择性发射极的制备方法在硅片的正面制备选择性发射极；
在硅片的背面进行磷掺杂；
在硅片的正面和背面分别镀附氮化硅薄膜；
在硅片的正面和背面分别制作电极。
作为其中一种实施方式，所述在硅片的背面进行磷掺杂的步骤包括：
在硅片的背面采用离子注入的方式注入磷，形成高低结；
将硅片放入体积比为1：5的氢氟酸混合溶液中清洗15min，然后在体积比为4：1的H2O2和KOH溶液中清洗150s；
将清洗完成的硅片在850℃温度下氧化退火30min。
本发明采用丝网印刷纳米硼浆，并借助皮秒激光掺杂设备实现硅片的电极区域的纳米硼浆的激光推进，与现有的体材料的推进源相比，纳米颗粒具有熔点显著降低的优点，因此可以选用能量较低的皮秒激光进行推进，减少了激光推进对硅基体的损伤，也方便更好的控制推进程度，使硅片与电极接触区域达到预期的方阻值，提高了电池性能，很好地弥补了选择性发射极与P型PERC电池工艺结合的缺陷。并且，由于纳米硼浆中的硼元素具有自融和强烈脱氧等优点，且其中含有的硅元素润湿性良好且与基体材料相同，纳米硼浆通过激光熔覆后更容易同基体材料形成良好的冶金结合。
附图说明
图1为本发明实施例的一种选择性发射极的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例的一种太阳能电池的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参阅图1，本发明实施例提供了一种选择性发射极的制备方法，主要包括：
S01、对制绒后的N型硅片的正面进行硼扩散。
进行硼扩散的方式具体可以是：选取电阻率为2.5Ω·cm的N型单晶硅片，采用氢氧化钾、制绒添加剂混合液对硅片进行制绒，其中，制绒添加剂选择TB186，氢氧化钾与制绒添加剂TB186的体积比优选为95：37。硼扩散完成后，硅片的方阻为
最好是
制绒的目的在于，通过在硅片表面制备出具有大小均匀的金字塔形状的陷光结构，可以提高电池的陷光性，增加太阳光的利用率。
S02、去除硼硅玻璃。
去除硼硅玻璃的方式具体可以包括：将硼扩散后的硅片放入体积比为1：5的氢氟酸溶液(即，氢氟酸与水的体积比为1：5)中去除绕扩的边结和背结，并用体积比为25：10的氢氟酸和盐酸混合溶液去除硼硅玻璃。
S03、在硅片正面丝网印刷纳米硼浆，并烘干。
在该过程中，可以利用丝网印刷机按照预设图形在硅片的正面印刷纳米硼浆，并在烘干炉中烘干，烘干温度为230℃，烘干时长为5min。
S04、利用皮秒激光进行纳米硼浆推进，在硅片的电极区域形成选择性重掺杂。
优选地，推进激光的功率为10W，频率为400KHz，激光推进速度为6.5m/s，推进后发射极上对应与金属栅线接触的区域(即硅片的电极区域)选择性重掺杂后的方阻为
而硅片的非电极区域为轻掺杂区域，方阻为
S05、去除残留的纳米硼浆。
去除纳米硼浆时，可以采用体积比为1：1的电子级酒精和去离子水混合溶液清洗硅片正面残留的纳米硼浆，该清洗过程可以在超声装置中进行。
本实施例中，通过在硅片上用于与电极接触的区域(电极区域)印刷纳米硼浆的方法制备选择性发射极，并采用皮秒激光实现纳米硼浆的推进，从而实现发射极的电极区域重掺杂，而在发射极的其他区域实现轻掺杂，有效解决了发射极掺杂浓度过高或过低对太阳能电池发电效率造成的负面影响。另外，相比传统的高温热扩散等推进方法，利用皮秒激光进行纳米硼浆推进可以更好的控制推进程度，使硅片与电极接触的区域达到预期的方阻值，提高了电池性能。与现有的体材料的推进源相比，纳米颗粒具有熔点显著降低的优点，因此本实施例可以选用能量较低的皮秒激光进行推进，减少了激光推进对硅基体的损伤，也方便更好的控制推进程度。另外，由于纳米硼浆中的硼元素具有自融和强烈脱氧等优点，且其中含有的硅元素润湿性良好且与基体材料相同，纳米硼浆通过激光熔覆后更容易同基体材料形成良好的冶金结合。
如图2所示，本发明同时还提供一种太阳能电池的制备方法，包括：
S10、对N型硅片进行双面制绒。
该步骤中，对N型硅片的双面均进行制绒，提高电池的陷光性。
S20、在硅片的正面制备选择性发射极。
该步骤利用上述的选择性发射极的制备方法实现，这里不再赘述。
S30、在硅片的背面进行磷掺杂。
此步骤主要包含如下三步：
(1)在硅片的背面采用离子注入的方式注入磷，形成高低结，起到场钝化的作用；
(2)清洗，以去除激光及离子注入造成的损伤。具体步骤为：首先将硅片放入体积比为1：5的氢氟酸混合溶液(即，氢氟酸与水的体积比为1：5)中清洗15min，然后在体积比为4：1的H2O2和KOH溶液中清洗150s；
(3)将清洗完成的硅片在850℃温度下氧化退火30min。
S40、在硅片的正面和背面分别镀附氮化硅薄膜。
硅片的背面和正面可以采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，等离子体增强化学气相淀积)设备分别镀80nm厚的氮化硅薄膜，作为钝化膜及减反膜。
S50、在硅片的正面和背面分别制作电极。
用预制好的网版在硅片的背面和正面分别印刷金属电极。其中的正面采用分步印刷，主栅为非腐蚀性浆料，细栅为腐蚀性浆料。
S60、在烧结炉中进行烘干并烧结。
S70、进行光学性能和电学性能检测。
由于本发明采用激光推进纳米硼浆的方式来制备N型选择性发射极电池，因此可以避免因P型硅片本身的缺陷造成的电池效率损耗，可以实现选择性发射极结构和N型高效电池结合。纳米硼浆中纳米颗粒的低温融化特性，还使得本发明的工艺在进行激光推进时可以选择能量相对较小的皮秒激光，减少了激光推进对硅基体的损伤。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种选择性发射极的制备方法，其特征在于，包括：
S01、对制绒后的N型硅片的正面进行硼扩散；
S02、去除硼硅玻璃；
S03、在硅片正面丝网印刷纳米硼浆，并烘干；
S04、利用皮秒激光进行纳米硼浆推进，在硅片的电极区域形成选择性重掺杂；
S05、去除残留的纳米硼浆。
2.根据权利要求1所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S02包括：将硼扩散后的硅片放入体积比为1：5的氢氟酸溶液中去除绕扩的边结和背结，并用体积比为25：10的氢氟酸和盐酸混合溶液去除硼硅玻璃。
3.根据权利要求1所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S03包括：利用丝网印刷机按照预设图形在硅片的正面印刷纳米硼浆，并在烘干炉中烘干，烘干温度为230℃，烘干时长为5min。
4.根据权利要求1所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S05包括：利用体积比为1：1的电子级酒精和去离子水混合溶液清洗硅片正面残留的纳米硼浆。
5.根据权利要求4所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S05中的硅片清洗是在超声装置中进行。
6.根据权利要求1所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S01包括：选取电阻率为2.5Ω·cm的N型单晶硅片，采用氢氧化钾、制绒添加剂混合液对硅片进行制绒，氢氧化钾与制绒添加剂的体积比为95：37。
7.根据权利要求1-6任一所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S04中，推进激光的功率为10W，频率为400KHz，激光推进速度为6.5m/s。
8.根据权利要求7所述的选择性发射极的制备方法，其特征在于，所述步骤S01中，硼扩散后的硅片的方阻为80～100Ω/□，所述步骤S04中，硅片的电极区域选择性重掺杂后的方阻为50Ω/□。
9.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
对N型硅片进行双面制绒；
采用权利要求1-8任一所述的选择性发射极的制备方法在硅片的正面制备选择性发射极；
在硅片的背面进行磷掺杂；
在硅片的正面和背面分别镀附氮化硅薄膜；
在硅片的正面和背面分别制作电极。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述在硅片的背面进行磷掺杂的步骤包括：
在硅片的背面采用离子注入的方式注入磷，形成高低结；
将硅片放入体积比为1：5的氢氟酸混合溶液中清洗15min，然后在体积比为4：1的H2O2和KOH溶液中清洗150s；
将清洗完成的硅片在850℃温度下氧化退火30min。
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