CN112420880A - 一种n型单晶硅hbc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N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，包括：一、对N型单晶硅片进行预处理，形成第一本征非晶硅层、减反层、第二本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层和隔离层；二、采用激光来刻蚀隔离层形成第一隔离槽；三、将N型单晶硅裸露出来，形成第二隔离槽；四、除去剩余的隔离层，将第一掺杂非晶硅层裸露出来；五、在第二隔离槽的N型单晶硅片上依次形成第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；六、在第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层上形成透明导电膜层；七、对透明导电膜层进行刻蚀形成第三隔离槽；八、在第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层的透明导电膜层上分别形成金属电极。本发明工艺简单，成本低，良率高。
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N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法。
背景技术
N型HBC电池结合背接触电池全面受光和HJT电池高质量钝化的优势，其实验效率达到26.63％，效率的大幅度提高，一方面电池本身单瓦发电量提高，另一方面有利于降低整个产业链的LCOE。但是HBC电池目前存在电池工艺复杂，设备投入高，质量难控制等问题，限制了HBC电池规模化生产。
现有HBC电池需要采用两步光刻工艺来实现背面结构图型，光刻工艺虽然精度高，但由于工艺步骤中其它化学试剂的使用大大增加了电池的制备成本，同时涂胶、前烘、曝光、显影、刻蚀及去胶等步骤导致其工艺复杂程度增加，生产效率降低；掩膜法是另外一种背面结构图形的制备工艺，因该方法本身的局限性，其精度远低于光刻工艺，导致隔离层宽度较大，一般为50微米以上。隔离层宽度较大导致P型非晶硅层与N型非晶硅层面积的减少，载流子收集效率下降，致使电池的短路电流密度降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，工艺简单，成本低，良率高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，包括：
一、对N型单晶硅片进行预处理，在预处理后的N型单晶硅片的正面依次形成第一本征非晶硅层和减反层，在预处理后的N型单晶硅片的背面依次形成第二本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层和隔离层；
二、采用激光来刻蚀隔离层，刻蚀至第一掺杂非晶硅层的表面形成第一隔离槽，所述第一隔离槽与未被刻蚀的隔离层交替排列；
三、除去第一隔离槽内的第二本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层，将N型单晶硅裸露出来，形成第二隔离槽；
四、除去剩余的隔离层，将第一掺杂非晶硅层裸露出来；
五、在第二隔离槽的N型单晶硅片上依次形成第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；
六、在第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层上形成透明导电膜层；
七、对透明导电膜层进行刻蚀，刻蚀至第一掺杂非晶硅层或第二掺杂非晶硅层，形成第三隔离槽，以将第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层上的透明导电膜层分开；
八、在第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层的透明导电膜层上分别形成金属电极。
作为上述方案的改进，步骤(一)中，所述隔离层的材料选自氮化硅、氧化硅和氮氧化硅中的一种或几种，其厚度为50～100nm；
所述隔离层、第二本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层均采用PECVD沉积法形成。
作为上述方案的改进，步骤(二)中，采用紫外皮秒激光来刻蚀隔离层，其中，激光波长为330～370nm，光斑的重叠度为5％～15％。
作为上述方案的改进，光斑直径为10～20μm。
作为上述方案的改进，所述第一隔离槽的宽度为10～20μm。
作为上述方案的改进，步骤(三)中，采用碱液来刻蚀第一隔离槽内的第二本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层，所述碱液为10％～39％KOH溶液。
作为上述方案的改进，步骤(四)中，采用酸液来除去剩余的隔离层，所述酸液为HF和HCl混合液。
作为上述方案的改进，步骤(五)中，采用掩膜法在第二隔离槽的N型单晶硅片上依次形成第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层，其中，所述掩膜法包括：
(11)在第一掺杂非晶硅层上形成掩膜层；
(12)在掩膜层和第二隔离槽的N型单晶硅片上形成第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；
(13)除去掩膜层及掩膜层上的第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层，将第一掺杂非晶硅层裸露出来。
作为上述方案的改进，步骤(11)中，所述掩膜层的材料为油墨，其中，将油墨印刷在第一掺杂非晶硅层上，烘干后的油墨形成致密绝缘和耐酸腐蚀的掩膜层。
作为上述方案的改进，步骤(13)中，采用碱液来除去掩膜层、第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层，将第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层保留在第二隔离槽内。
作为上述方案的改进，步骤(13)中，所述碱液为KOH溶液，浓度为1.5％～3％。
作为上述方案的改进，步骤(六)中，所述透明导电膜层的材料选自氧化铟锡、氧化铟、掺钛氧化铟、掺铝氧化锌和掺钨氧化铟中的一种或几种，其厚度为10～150nm。
作为上述方案的改进，步骤(八)中，采用丝网印刷的方法在透明导电膜层上形成金属电极。实施本发明，具有如下有益效果：
本发明采用可通过PECVD沉积法形成的材料来制作隔离层，使得隔离层可以和第二本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层采用相同的设备形成，操作简单。
此外，本发明采用激光来刻蚀隔离层形成第一隔离槽，可获得高精度的第一隔离槽，其中，本发明第一隔离槽的宽度最少可达到10～20μm，精度公差只有±15μm；而且对电池的其他结构(第二本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层)损伤少，大大简化了电池的制作工艺，同时保持电池的性能。
进一步地，本发明通过合理匹配激光能量、扫描速度、频率和光斑重叠度，不仅可以在很短的时间内将隔离层去除，以减少激光热量对电池的热损伤，以及获得高精度的第一隔离槽；更重要的是，通过调整上述参数，可以提高电池的质量和良率。
更进一步地，本发明采用丝网印刷技术代替电镀金属，简化工艺步骤的同时也免去了电镀液高昂的环保成本，且更加有利于电池质量的控制。
最后，与现有的HBC电池需要15-20个工艺步骤相比，本发明的工艺步骤大大减少，有效降低成本和实现大规模生产。
附图说明
图1是本发明步骤(一)完成后的太阳能电池结构示意图；
图2是本发明步骤(二)完成后的太阳能电池结构示意图；
图3是本发明步骤(三)完成后的太阳能电池结构示意图；
图4是本发明步骤(四)完成后的太阳能电池结构示意图；
图5是本发明步骤(五)完成后的太阳能电池结构示意图；
图6是本发明步骤(六)完成后的太阳能电池结构示意图；
图7是本发明步骤(七)完成后的太阳能电池结构示意图；
图8是本发明步骤(八)完成后的太阳能电池结构示意图。
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。
本发明提供的一种N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
一、对N型单晶硅片进行预处理，在预处理后的N型单晶硅片的正面依次形成第一本征非晶硅层和减反层，在预处理后的N型单晶硅片的背面依次形成第二本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层和隔离层；
其中，对N型单晶硅片的预处理包括：对N型单晶硅片进行清洗、去除损伤层、制绒。具体的，包括：
(1)RCA标准清洗，清除硅片表面的颗粒及有机物等；
(2)硅片清洗后再放入20％的NaOH碱溶液中，去除切片工艺中造成的表面损伤层；
(3)浸入NaOH、NaSiO、IPA混合溶液中进行制绒；
(4)使用HCl对制绒后的硅片表面进行酸洗，以中和残留在硅片表面的碱液、去除硅片表面残留的金属杂质；
(5)采用HF溶液清洗硅片，以去除硅片表面的二氧化硅层并与硅片表面的悬挂键形成Si-H钝化键，最后氮气烘干备用。
具体的，参见图1，采用PECVD沉积法或PECVD沉积法在N型单晶硅片10正面沉积形成第一本征非晶硅层20，所述第一本征非晶硅层20由非晶硅制成，其厚度为1～10nm。
采用PECVD法沉积在第一本征非晶硅层20上沉积形成减反层30，所述减反层30的材料选自氮化硅、氧化硅、氮氧化硅和氟化镁中的一种或几种。优选的，所述减反层30的厚度为50～150nm。
优选的，所述第一本征非晶硅层20和减反层30之间还设有N型非晶硅层(图中未示出)。
具体的，采用PECVD沉积法在N型单晶硅片10背面沉积形成第二本征非晶硅层40、第一掺杂非晶硅层50和隔离层60。具体的，所述第二本征非晶硅层40由非晶硅制成，其厚度为1～10nm。所述第一掺杂非晶硅层50为P型掺杂非晶硅层或N型掺杂非晶硅层，其厚度为1～10nm。
所述隔离层60的材料选自氮化硅、氧化硅和氮氧化硅中的一种或几种，其厚度为50～100nm。
本发明隔离层60的材料可以和第二本征非晶硅层40、第一掺杂非晶硅层50通过PECVD沉积法制得，操作简单，且本发明的隔离层60可以用激光消融(刻蚀)的方法去除，以获得高精度的图型。
二、采用激光来刻蚀隔离层，刻蚀至第一掺杂非晶硅层的表面形成第一隔离槽；
具体的，参见图2，本发明的第一隔离槽61与未被刻蚀的隔离层60交替排列。与光刻工艺和掩膜法相比，本发明采用激光刻蚀隔离层60来形成第一隔离槽61，不仅精度高(精度公差只有±15μm)，而且对电池的其他结构(第二本征非晶硅层40和第一掺杂非晶硅层50)损伤少，且大大简化了电池的制作工艺，同时保持电池的性能。其中，本发明第一隔离槽61的宽度最少可达到10～20μm。
优选的，本发明采用紫外皮秒激光来刻蚀隔离层，这样可以在很短的时间内将隔离层去除，以减少激光热量对电池的热损伤。
本发明采用紫外皮秒激光来刻蚀隔离层的技术难点在于：需要合理匹配激光能量、扫描速度、频率和光斑重叠度。只有激光能量、扫描速度、频率和光斑重叠度相互有效配合，才能让激光损伤减少到最低。其中，激光能量是通过激光功率来调节的，激光重合度＝(单个激光光斑直径-扫描速度/频率)/单个激光光斑直径；速度越快，激光光斑间重合度越小，硅片单位面积接收到激光能量越低，反之则相反；频率越高，激光光斑重合度越高，硅片单位面积接收到激光能量越低，反之则相反。因此，光斑的重叠度和光斑的直径对第一隔离槽的形成起着最重要的作用，尤其是对第一隔离槽的大小及精度。若光斑的重叠度过小，则光斑间的隔离层去除不干净，不能刻蚀到第一掺杂非晶硅层的表面，或形成的图案不完整；若光斑的重叠度过大，光斑的重叠区域能量过高，损失增大，影响电池性能。
优选的，激光波长为330～370nm，光斑的重叠度为5％～15％。
更优的，激光波长为340～360nm，光斑的重叠度为6％～10％。
最优的，激光波长为350～360nm，光斑的重叠度为6％～8％。
其中，光斑的直径大小对第一隔离槽的大小及精度也起着重要的影响，在一定范围内，光斑小，激光能量集中，激光扫描速度更快，损伤更小；若光斑的直径过大，则精度会降低；若光斑的直径过小，则能量过度聚集，也会增加热损伤。
优选的，光斑直径为10～20μm。
更优的，光斑直径为12～16μm。
本发明采用激光来刻蚀隔离层，不仅可以形成第一隔离槽，还可以形成标记点，所述标记点设于硅片的四个角，其形状一般为圆形、正方形或十字形，但不限于此三种。其中，印刷电极设备的相机可通过抓取标记点来精确印刷油墨材料。
三、除去第一隔离槽内的第二本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层，将N型单晶硅裸露出来，形成第二隔离槽；
具体的，参见图3，采用碱液来刻蚀第一隔离槽61内的第二本征非晶硅层40和第一掺杂非晶硅层50，形成第二隔离槽62，以将第一隔离槽61内的N型单晶硅片10裸露出来。
优选的，所述碱液为KOH溶液。更优的，所述碱液中KOH的浓度为10％～39％。
四、除去剩余的隔离层，将第一掺杂非晶硅层裸露出来；
具体的，参见图4，采用酸液来除去剩余的隔离层60。优选的，所述酸液为HF和HCl混合液。其中，经过酸液清洗后，标记点可以更加清晰。
五、在第二隔离槽的N型单晶硅片上依次形成第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；
具体的，参见图5，采用掩膜法在第二隔离槽62的N型单晶硅片10上依次形成第三本征非晶硅层70和第二掺杂非晶硅层80。
其中，所述掩膜法包括：
(11)在第一掺杂非晶硅层上形成掩膜层；
(12)在掩膜层和第二隔离槽的N型单晶硅片上形成第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；
(13)除去掩膜层及掩膜层上的第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层，将第一掺杂非晶硅层裸露出来。
其中，步骤(11)中，所述掩膜层的材料为油墨。具体的，将油墨印刷在第一掺杂非晶硅层上，然后对油墨材料进行烘干，油墨材料烘干后形成致密绝缘的掩膜层，耐酸腐蚀，但在碱性溶液下可以剥离。
步骤(12)中，采用PECVD法在掩膜层和第二隔离槽的N型单晶硅片上沉积形成第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；若第一掺杂非晶硅层为P型掺杂非晶硅层，则第二掺杂非晶硅层为N型掺杂非晶硅层；若第一掺杂非晶硅层为N型掺杂非晶硅层，则第二掺杂非晶硅层为P型掺杂非晶硅层。
步骤(13)中，采用碱液来除去掩膜层及掩膜层上的第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层，而第二隔离槽内的第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层保留下来。由于碱液可以溶解掩膜层，因此掩膜层脱落后，沉积在其上的第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层也随之脱落。
为了溶解掩膜层，同时不损伤第二隔离槽内的第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层，优选的，所述碱液为KOH溶液，浓度为1.5％～3％，反应时间为30～100秒。
六、在第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层上形成透明导电膜层；
具体的，参见图6，采用PVD法或RPD法在第一掺杂非晶硅层50和第二掺杂非晶硅层80上沉积透明导电膜层90。所述透明导电膜层90用于收集其下层载流子，通过膜层导出到电极。若所述透明导电膜层的厚度太小，则膜层太薄，电导率降低，从而影响电池效率；若透明导电膜层的厚度太大，则成本增加。优选的，所述透明导电膜层的厚度为10～150nm。更优的，所述透明导电膜层的厚度为80～120nm。
其中，所述透明导电膜层的材料选自氧化铟锡、氧化铟、掺钛氧化铟、掺铝氧化锌和掺钨氧化铟中的一种或几种。
七、对透明导电膜层进行刻蚀，刻蚀至第一掺杂非晶硅层或第二掺杂非晶硅层，形成第三隔离槽，以将第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层上的透明导电膜层分开；
具体的，参见图7，采用激光来刻蚀透明导电膜层90，刻蚀至第一掺杂非晶硅层50或第二掺杂非晶硅层80，形成第三隔离槽91，以将第一掺杂非晶硅层50和第二掺杂非晶硅层80上的透明导电膜层分开，在界面处精确隔离。
八、在第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层的透明导电膜层上分别形成金属电极；
参见图8，在第一掺杂非晶硅层50和第二掺杂非晶硅层80的透明导电膜层90上分别形成金属电极100。其中，形成金属电极的材料为银浆或银铝浆料。具体的，本发明的金属电极包括正电极和负电极。
优选的，采用丝网印刷的方法在P型掺杂非晶硅层的透明导电层上形成正电极，在N型掺杂非晶硅层的透明导电层上形成负电极。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (12)
1.一种N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
一、对N型单晶硅片进行预处理，在预处理后的N型单晶硅片的正面依次形成第一本征非晶硅层和减反层，在预处理后的N型单晶硅片的背面依次形成第二本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层和隔离层；
二、采用激光来刻蚀隔离层，刻蚀至第一掺杂非晶硅层的表面形成第一隔离槽，所述第一隔离槽与未被刻蚀的隔离层交替排列；
三、除去第一隔离槽内的第二本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层，将N型单晶硅裸露出来，形成第二隔离槽；
四、除去剩余的隔离层，将第一掺杂非晶硅层裸露出来；
五、在第二隔离槽的N型单晶硅片上依次形成第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；
六、在第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层上形成透明导电膜层；
七、对透明导电膜层进行刻蚀，刻蚀至第一掺杂非晶硅层或第二掺杂非晶硅层，形成第三隔离槽，以将第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层上的透明导电膜层分开；
八、在第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层的透明导电膜层上分别形成金属电极。
2.如权利要求1所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(一)中，所述隔离层的材料选自氮化硅、氧化硅和氮氧化硅中的一种或几种，其厚度为50～100nm；
所述隔离层、第二本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层均采用PECVD沉积法形成。
3.如权利要求2所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(二)中，采用紫外皮秒激光来刻蚀隔离层，其中，激光波长为330～370nm，光斑的重叠度为5％～15％。
4.如权利要求3所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，光斑直径为10～20μm。
5.如权利要求4所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一隔离槽的宽度为10～20μm。
6.如权利要求1所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(三)中，采用碱液来刻蚀第一隔离槽内的第二本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层，所述碱液为10％～39％KOH溶液。
7.如权利要求1所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(四)中，采用酸液来除去剩余的隔离层，所述酸液为HF和HCl混合液。
8.如权利要求1所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(五)中，采用掩膜法在第二隔离槽的N型单晶硅片上依次形成第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层，其中，所述掩膜法包括：
(11)在第一掺杂非晶硅层上形成掩膜层；
(12)在掩膜层和第二隔离槽的N型单晶硅片上形成第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；
(13)除去掩膜层及掩膜层上的第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层，将第一掺杂非晶硅层裸露出来。
9.如权利要求8所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(11)中，所述掩膜层的材料为油墨，其中，将油墨印刷在第一掺杂非晶硅层上，烘干后的油墨形成致密绝缘和耐酸腐蚀的掩膜层。
10.如权利要求8所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(13)中，采用碱液来除去掩膜层、第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层，将第三本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层保留在第二隔离槽内；
所述碱液为KOH溶液，浓度为1.5％～3％。
11.如权利要求1所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(六)中，所述透明导电膜层的材料选自氧化铟锡、氧化铟、掺钛氧化铟、掺铝氧化锌和掺钨氧化铟中的一种或几种，其厚度为10～150nm。
12.如权利要求1所述的N型单晶硅HBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(八)中，采用丝网印刷的方法在透明导电膜层上形成金属电极。
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