CN112885923A - 硅太阳能电池制备方法、硅晶片以及硅太阳能电池片 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例提供一种硅太阳能电池制备方法、硅晶片以及硅太阳能电池片。该一种硅太阳能电池制备方法，包括：准备硅晶片；以及在所述硅晶片上进行太阳能电池片制作工艺以形成太阳能电池片，其中，所述太阳能电池片制作工艺包括在所述硅晶片上进行成膜步骤，所述硅太阳能电池制备方法还包括在所述成膜步骤之前，在所述硅晶片上形成裂片用凹槽，且所述成膜步骤包括在所述硅晶片的形成有所述裂片用凹槽的一侧形成薄膜。该制备方法可以提高将太阳能电池裂片成小片后的光电转换效率。

Description

硅太阳能电池制备方法、硅晶片以及硅太阳能电池片
技术领域
本公开涉及一种硅太阳能电池制备方法、用于制备太阳能电池片的硅晶片以及硅太阳能电池片。
背景技术
硅太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。虽然单晶硅太阳能电池的工艺已经非常成熟，但对于硅太阳能电池或其面板组件的更高的光电转换效率是一直以来所追求的目标。
发明内容
根据本公开的实施例提供一种硅太阳能电池制备方法，包括：准备硅晶片；以及在所述硅晶片上进行太阳能电池片制作工艺以形成太阳能电池片，其中，所述太阳能电池片制作工艺包括在所述硅晶片上进行成膜步骤，所述硅太阳能电池制备方法还包括在所述成膜步骤之前，在所述硅晶片上形成裂片用凹槽，且所述成膜步骤包括在所述硅晶片的形成有所述裂片用凹槽的一侧形成薄膜。
在一些示例中，所述硅晶片为n型或者p型单晶硅晶片。
在一些示例中，所述裂片用凹槽形成在所述硅晶片的彼此相对的两个主表面的至少之一中。
在一些示例中，所述裂片用凹槽的深度为所述硅晶片的厚度的3％-60％。
在一些示例中，所述裂片用凹槽沿平行于所述硅晶片的主表面的直线延伸，所述裂片用凹槽沿所述直线横向贯穿所述硅晶片或包括沿所述直线间隔排列的多个子凹槽。
在一些示例中，所述多个子凹槽的长度之和大于所述直线与所述硅晶片所重叠的直线段的长度的50％。
在一些示例中，在所述硅晶片上形成裂片用凹槽包括形成彼此平行的多条裂片用凹槽。
在一些示例中，所述裂片用凹槽的宽度小于100微米。
在一些示例中，所述成膜步骤包括使用对所述硅晶片具有钝化功能的成膜工艺形成所述薄膜。
在一些示例中，所述薄膜包括钝化膜。
在一些示例中，所述薄膜包括制备氮化硅、氧化硅、氧化铝、非晶硅和多晶硅中的至少一种。
在一些示例中，所述薄膜通过等离子体增强化学气相沉积、热氧化法和原子层沉积中的一种或几种形成。
在一些示例中，所述薄膜的至少一部分形成在所述裂片用凹槽内。
在一些示例中，上述方法还包括：在所述太阳能电池片制作工艺之后，进行裂片步骤以使所述太阳能电池片在所述裂片用凹槽处断开。
在一些示例中，所述太阳能电池片制作工艺包括在所述成膜步骤之前进行的制绒步骤和pn结形成步骤，以及在所述成膜步骤之后进行的电极形成步骤。
在一些示例中，所述成膜步骤包括在带有所述裂片用凹槽的硅晶片上形成多晶硅薄膜，以使得所述多晶硅薄膜与所述硅晶片形成pn结。
在一些示例中，所述裂片用凹槽在所述太阳能电池制作工艺之前形成。
在一些示例中，所述方法还包括将通过所述裂片步骤分割所述太阳能电池片得到的多个太阳能电池小片层叠放置，并且使要进行钝化的侧面对齐以形成待钝化面；以及在所述待钝化面上涂覆钝化处理液以对所述侧面进行钝化。
根据本公开的一些实施例提供一种用于制备太阳能电池片的硅晶片，其中，所述硅晶片的至少一个主表面包括裂片用凹槽。
在一些示例中，所述裂片用凹槽的深度为所述硅晶片的厚度的3％-60％。
在一些示例中，所述裂片用凹槽沿平行于所述硅晶片的主表面的直线延伸，所述裂片用凹槽沿所述直线横向贯穿所述硅晶片或所述裂片用凹槽包括沿所述直线间隔排列的多个子凹槽。
在一些示例中，所述多个子凹槽的长度之和大于所述直线与所述硅晶片所重合的直线段的长度的50％。
在一些示例中，所述裂片用凹槽的宽度小于100微米。
在一些示例中，所述硅晶片为n型或p型单晶硅晶片。
根据本公开的实施例提供一种硅太阳能电池片，包括：硅晶片，所述硅晶片的至少一个主表面包括裂片用凹槽；以及形成于所述硅晶片形成有所述裂片用凹槽的一侧的薄膜，所述薄膜的一部分形成在所述裂片用凹槽中。
在一些示例中，所述薄膜包括钝化膜。
在一些示例中，所述薄膜包括氮化硅、氧化硅、氧化铝、非晶硅和多晶硅中的至少一种薄膜。
根据本公开的实施例提供一种硅太阳能电池片，包括：硅晶片，所述硅晶片包括两个彼此相对的第一主表面和第二主表面以及连接所述第一主表面和所述第二主表面的侧面；以及形成于所述硅晶片的第一主表面上的第一薄膜，所述第一薄膜的一部分延伸至所述侧面，且在垂直于所述第一主表面的方向上与所述第二主表面彼此间隔。
在一些示例中，上述硅太阳能电池片还包括形成于所述硅晶片的第二主表面上的第二薄膜，所述第二薄膜的一部分延伸至所述侧面，且在垂直于所述第一主表面的方向上与所述第一主表面彼此间隔。
在一些示例中，所述第一薄膜位于所述侧面上的所述部分与所述第二薄膜位于所述侧面上的所述部分位于所述硅晶片的同一侧面上，且在垂直于所述第一主表面的方向上彼此间隔；或者，所述第一薄膜位于所述侧面上的所述部分与所述第二薄膜位于所述侧面上的所述部分位于所述硅晶片的不同侧面上，且在垂直于所述第一主表面的方向上彼此间隔或者部分交叠。
在一些示例中，所述硅太阳能电池片的平面形状大致为矩形，所述第一薄膜的延伸至所述侧面且与所述第二主表面彼此间隔的所述部分形成于所述矩形的一个边对应的侧面上或者所述矩形的彼此相对的两个边对应的侧面上。
在一些示例中，所述矩形的所述一个边或所述矩形的彼此相对的两个边为所述矩形的长边。
在一些示例中，所述第一薄膜包括钝化膜。
在一些示例中，所述第一薄膜包括氮化硅、氧化硅、氧化铝、非晶硅和多晶硅中的至少一种。
在一些示例中，所述第二薄膜包括钝化膜。
在一些示例中，所述第二薄膜包括氮化硅、氧化硅、氧化铝、非晶硅和多晶硅中的至少一种薄膜。
根据本公开的一些实施例提供一种硅太阳能电池片的侧面钝化方法，包括：将多个太阳能电池片层叠放置，并且使要进行钝化的侧面对齐以形成待钝化面；以及在所述待钝化面上涂覆钝化处理液以对所述侧面进行钝化。
在一些示例中，在所述待钝化面上涂覆所述钝化处理液时，所述待钝化面面对地面。
在一些示例中，所述钝化处理液包括酸性钝化处理液或碱性钝化处理液。
在一些示例中，所述涂覆钝化处理液包括刷涂所述钝化处理液。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为根据本公开一些实施例的太阳能电池的制造方法的流程图；
图2为根据本公开一些实施例的形成裂片用凹槽的硅晶片的截面结构示意图；
图3为根据本公开一些实施例的形成裂片用凹槽后的硅晶片的平面结构示意图；
图4为根据本公开一些实施例的硅晶片中形成凹槽后的截面结构示意图；
图5为根据本公开一些实施例的硅晶片中形成凹槽后的平面结构示意图；
图6为根据本公开一些实施例的硅晶片中形成凹槽后的平面结构示意图；
图7为根据本公开一些实施例的硅晶片中形成凹槽后的截面结构示意图；
图8为根据本公开一些实施例的硅晶片中形成凹槽后的截面结构示意图；
图9为根据本公开一些实施例的硅晶片中形成凹槽后的平面结构示意图；
图10为根据本公开一些实施例的硅晶片中形成凹槽后的平面结构示意图；
图11为根据本公开一些实施例在硅晶片上进行制绒步骤后的截面结构示意图；
图12为根据本公开一些实施例在硅晶片上进行扩散步骤后的截面结构示意图；
图13为根据本公开一些实施例在硅晶片上进行成膜步骤后的截面示意图；
图14为根据本公开一些实施例在硅晶片上形成正面和背面的电极结构后的截面示意图；
图15A和图15B为将太阳能电池片沿裂片用凹槽分割之后的截面结构示意图；
图16为本公开一些实施例形成的PERC电池的局部截面示意图；
图17为本公开一些实施例形成的TopCon电池的局部截面示意图；
图18为本公开一实施例形成的异质结电池的局部截面示意图；
图19A-19C为根据本公开一些实施例形成的太阳能电池的截面结构示意图；
图20为示出根据本公开一些实施例的硅太阳能电池侧面钝化方法的示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
单晶硅太阳能电池是以单晶硅晶片(衬底)上形成pn结而形成。例如，在硅晶片的表面形成与衬底导电类型相反的掺杂半导体层，从而形成pn结。另外，在形成pn结的衬底的正面和背面都形成有金属，比如银、铝等，作为导电材料，用于电连接(电流输出)，从而形成太阳能电池片。
例如，在通常情况下，用于太阳能电池片生产的硅晶片具有一定的面积(通常为158.75mm×158.75mm)。因此，所生产出的太阳能电池片也具有大致相同的面积。
为了满足能够达到预定输出电压和输出电流的目的，通常将生产的多个太阳能电池片串联连接以形成太阳能电池板组件。由于多个太阳能电池片串联连接，整个太阳能电池板组件与每个太阳能电池片的输出电流相同，但输出电压是所串接的太阳能电池片之和。每个太阳能电池片的输出电流与太阳能电池片的面积成正比。而对于整个太阳能电池板组件来说，由于传输损耗与电流成正比，因此，如果输出电流越大，则损耗越大。
为了减少上述传输损耗，一种太阳能电池板组件将原来的每块太阳能电池片切割为两半以形成太阳能电池小片，然后将切割后的太阳能电池小片串接为两个部分，也就是，每个部分中的太阳能电池小片串联连接。串接形成的两个部分再并联，从而输出电压可以与之前的串接组件大致相同。然而，对于两个部分中的每个部分，其输出电流等于每个太阳能电池小片的输出电流。由于输出电流与太阳能电池小片的面积成正比，所以每个部分的输出电流约等于整片太阳能电池片的一半。因此，通过太阳能电池小片串联而形成的太阳能电池板组件减小了每个部分的输出电流。由于输出电流的减小，减少了传输损耗。
然而，一般的切割工艺是先用激光工艺在太阳能电池片的拟切割位置刻槽，然后再通过机械方式将太阳能电池片在拟切割位置断开。由于切割过程中会导致太阳能电池片的切割位置产生缺陷，所产生的缺陷会影响太阳能电池片的光电转换效率的提高，从而影响了上述因传输电流较小而减小传输损耗带来的效率提升。
根据本公开的至少一个实施例提供了一种硅太阳能电池的制作方法，该制作方法包括：准备硅晶片；以及在所述硅晶片上进行太阳能电池片制作工艺以形成太阳能电池片，其中，所述太阳能电池片制作工艺包括在所述硅晶片上进行成膜步骤，所述硅太阳能电池制备方法还包括在所述成膜步骤之前，在所述硅晶片上形成裂片用凹槽，且所述成膜步骤包括在所述硅晶片的形成有所述裂片用凹槽的一侧形成薄膜。根据本公开实施例的太阳能电池的制作方法，由于在太阳能电池片制作工艺中的成膜步骤之前进行裂片用凹槽的形成，因此，成膜步骤中硅晶片上形成薄膜的过程中可以将凹槽产生的切面进行钝化，从而减少了将太阳能电池片分割后所形成的太阳能电池小片的侧面因形成凹槽过程中带来的缺陷，从而提高了太阳能电池小片的光电转换效率，进一步提高了使用太阳能电池小片所形成的太阳能电池板组件的光电转换效率。例如，这里的“裂片用凹槽”是指为了将太阳能电池片在预定位置进行裂片(分割)而预先在硅晶片中设置的凹槽。此外，由于本公开实施例的硅太阳能电池的制作方法中，太阳能电池片制作工艺的至少部分步骤是在带有裂片用凹槽的硅晶片上进行，也就是说，在整个硅晶片上进行太阳能电池片制作工艺的至少部分步骤，因此，根据本公开实施例的太阳能电池的制作方法并不会影响太阳能电池的生产效率，并且可以兼容于现有的太阳能电池制作工艺以及设备。
下面针对本公开的硅太阳能电池的制作方法的一些具体实施例进行描述，以使得本公开实施例的硅太阳能电池的制作方法的技术效果或者优势更加容易理解。
硅太阳能电池的制作方法主要分为两个阶段：第一个阶段是硅晶片的准备；第二个阶段是太阳能电池片制作工艺。对于本公开的实施例，准备硅晶片可以是从原材料制作硅晶片，也可以是购买或者通过其他方式获得生产太阳能电池的硅晶片，本公开的实施例对此没有特别限制。例如，准备的硅晶片可以是158.75mm×158.75mm正方形或圆角正方形硅晶片。然而，根据本公开的实施例对此没有特别限制，例如，其可以为能够生产的最大尺寸的硅晶片(例如，用于制作太阳能电池的硅晶片)，也可以为其他尺寸的硅晶片。
根据本公开的一些示例，在从原材料制作硅晶片的情况下，多晶硅棒直接用浇注法形成，单晶硅棒可以采用直拉法和区域熔化提纯法。在形成硅棒之后，利用切割工艺将硅棒切割成硅晶片。例如，可以采用线切割，但根据本公开的实施例对此没有特别限制。
对于本公开的实施例来讲，硅晶片即可以是单晶硅晶片也可以是多晶硅晶片，但本公开的方式尤其适用于提高单晶硅太阳能电池的光电转换效率。例如，这里使用的单晶硅晶片可以是p型或n型的。
在准备好硅晶片之后，在硅晶片上进行太阳能电池片制作工艺。太阳能电池片制作工艺例如可以包括制绒步骤、扩散步骤、成膜步骤、电极制作步骤(例如可以包括烧结步骤)。下面将对这些步骤进行简单的介绍。然而，需要注意的是，这些太阳能电池片制作工艺中所包括的步骤是示例性的，可以增加、减少或替代某些步骤。对于本公开实施例的太阳能电池的制作方法，裂片用凹槽的形成在成膜步骤之前进行是指可以在成膜步骤之前的任何步骤之前进行，也可以在整个太阳能电池片制作工艺之前进行。
制绒步骤
制绒步骤是在硅晶片表面形成起伏结构，从而能够使得从不同方向射入的太阳光都能够被有效吸收，减少镜面反射，提到太阳能电池的光吸收效率。制绒步骤可以包括酸碱腐蚀制绒步骤。酸碱腐蚀制绒步骤是利用酸性或碱性腐蚀液对硅晶片的表面进行腐蚀，从而形成微观的起伏结构。例如，对于单晶硅晶片，通过酸碱腐蚀制绒步骤可以在表面获得金字塔形状的凸起。另外，制绒步骤可以包括机械刻槽或者反应离子刻蚀技术。机械刻槽例如是通过V形刀在硅晶片的表面摩擦以形成规则的V形槽。反应离子刻蚀技术例如是在硅晶片的表面沉积一层镍铬层，然后利用光刻技术在镍铬层上印出织构模型，接着利用反应离子刻蚀方法制备出表面织构，在硅晶片表面制备出圆柱状和/或锥状织构。然而，反应离子刻蚀方法的工艺较为繁琐且费用较高。对于本公开实施例的太阳能电池制备工艺，对于制绒步骤的具体选择没有特殊规定，因此，可以使用任何合适的制绒步骤。
在制绒步骤中，根据单晶硅的各向异性的特性，利用碱(KOH)与醇(IPA)的混合溶液在单晶硅表面形成类似“金字塔”状的绒面，这个步骤可以去除单晶硅硅片表面的机械损伤层和氧化层。因此，也可以提高单晶硅太阳能电池的光电转换效率，有效增强电池片对入射太阳光的吸收，从而提高光生电流密度。
扩散步骤
扩散步骤是指在硅晶片的表面植入掺杂离子，从而形成具有特定导电类型的半导体层。通过形成特定导电类型的半导体层，在硅晶片上形成pn结。硅太阳能电池主要是利用硅半导体pn结产生光生电流，即，当太阳能光照射pn结时，便产生了电子空穴对，并在内建电场的作用下，电子驱向n型区，空穴驱向p型区，从而使得n型区有过剩的电子，p型区有过剩的空穴，于是在pn结的附近形成了与内建电场方向相反的光生电场。在n型区与p型区间产生了电动势。当接通外电路时便有了电流输出。因此，pn结是太阳能电池进行光电转换的核心部分。在硅晶片的表面进行扩散步骤。例如，可以是高温扩散步骤。对于p型硅晶片来说，需要进行n型掺杂。例如，扩散设备可以利用横向石英管或链式扩散炉，进行磷扩散形成pn结，扩散的最高温度可以达到850-900摄氏度。例如，对于p型硅晶片，则需要掺入n型杂质以形成pn结，对于n型硅晶片，则要掺入p型杂质以形成pn结。例如，常见的n型掺杂元素可以包括磷和砷，常见的p型杂质可以包括硼和镓。但考虑到经济性和安全性因素，较为常用的则是磷和硼。掺杂工艺可以以磷和硼的化合物为原料，在扩散掺杂的过程中发生化学反应而分别将磷和硼掺入硅晶片中以形成掺杂半导体层。本公开实施例对于掺杂所选用的材料以及具体的掺杂工艺没有特别限定，这里不再详细描述。
成膜步骤
成膜步骤包括在形成pn结之后的硅晶片上形成钝化层或其他层的工艺。然而，根据本公开的实施例不限于此，在后面所描述的实施例中关于其他类型的太阳能电池部分将更加详细的描述。例如，可以利用等离子体增强气相化学沉积(PECVD)方法在硅晶片的表面形成膜层。例如，可以是二氧化硅膜层或者氮化硅膜层，或者二者的复合膜层。该膜层可以对硅晶片的表面进行保护，并对太阳能电池片的制作工艺中所形成的表面缺陷进行钝化。
例如，成膜步骤可以包括形成减反射膜。沉积减反射膜的同时也可以对电池进行钝化。钝化过程可以去掉硅电池表面的悬空键和降低表面态，从而降低表面复合损失，提高太阳电池的光电转换效率。钝化作用能使硅电池表面具有很小的反射系数，减少光反射损失，提高太阳电池的光电转换效率。
例如，减反射膜可以包括氮化硅(SiNx)减反射膜。氮化硅减反射膜不仅可以减少光的反射，而且由于制备氮化硅的过程中有大量的氢原子进入，因此，也起到了很好的表面钝化和体钝化的效果。一些晶界或缺陷的悬挂键被饱和，降低了复合中心。由于表面钝化和体钝化作用明显，就可以降低对制作太阳能电池材料的要求。由于增加了对光的吸收，氢原子对太阳能电池起到很好的表面和体内钝化作用，从而提高了电池的短路电流和开路电压。
例如，成膜步骤可以利用等离子体增强化学气相沉积进行。例如，利用辉光放电使样品升温到预定温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3，气体经过一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。使用这种等离子体增强化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在70nm左右。这样厚度的薄膜具有光学功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，电池的短路电流和输出就有很大增加，效率也相应提高。
电极制作步骤
电极制作步骤是指在电池的正反两面制作金属电极以将电池受光产生的光电流输出。例如，可以在正面(pn结所述在一面，主要接受太阳光的一面)利用丝网印刷形成正面电极，而在背面形成背场。例如，正面的电极可以使用银浆形成；背面的电极可以使用银铝浆形成；背面的背电场可以使用铝浆形成。上述的正面电极、背面电极和背电场可以起到收集载流子的作用。背电场的作用是可以提高电子的收集速度，从而提高电池的短路电流和开路电压，进而提高电池的光电转换效率。
制作电极的过程可以使用丝网印刷。丝网印刷是采用压印的方式，将预定的图形印刷在基板上，可以包括电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。例如，利用丝网图形部分网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。浆料在移动过程中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始终与丝网印刷版和基板呈线性接触，接触线随刮刀而移动，从而完成印刷工艺。
在印刷电极材料之后，可以进行烧结工艺。例如，烧结过程可以去除浆料中的有机组分，使浆料和硅晶片形成良好的欧姆接触，从而提高开路电压和短路电流并使其具有牢固的附着力与良好的可焊性。当银电浆和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成上下电极的欧姆接触。
背电场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为p型掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和短路电流，改善对红外线的响应。
另外，在形成了氮化硅和/或氧化硅薄膜的情况下，上电极的银、氮化硅、二氧化硅以及硅经烧结后形成共晶，从而使电极与硅形成良好的欧姆接触，从而提高开路电压和短路电流。
对于根据本公开实施例的太阳能电池的制作方法，裂片用凹槽在太阳能电池片制作工艺中的成膜步骤之前进行。图1为根据本公开一些实施例的硅太阳能电池的制造方法的示意性流程图。如图1所示，在准备了硅太阳能电池晶片之后，在电池制作工艺中的成膜步骤之前进行硅晶片开槽，也就是，在硅晶片上形成用于后续电池裂片所需的凹槽。然后，在电池制作工艺完成之后，再将制备的太阳能电池片在凹槽处断开以形成电池小片。从图1可以看到，在硅晶片上形成裂片用凹槽的步骤可以穿插于电池制作工艺的成膜步骤之前的任何步骤之间，也可以在整个电池制作工艺之前进行。
需要说明的是，考虑到电池制作工艺中的成膜步骤可以对硅晶片中的缺陷等进行钝化，因此，只要在电池制作工艺之前进行裂片用凹槽的形成，均可以对因开槽形成的缺陷进行钝化。然而，考虑到制作工艺的简便，与现有电池工艺的兼容性，在整个太阳能电池制作工艺之前进行裂片用凹槽的形成更加有利。另外，不仅仅太阳能电池制作工艺可以对缺陷进行钝化，太阳能电池制作工艺的某些其他步骤也可以具有或多或少的钝化作用。例如，在制绒步骤中，利用酸碱腐蚀液对硅晶片进行蚀刻，也可以对裂片用凹槽的切面具有钝化作用；在形成pn结时的高温扩散工艺，由于高温的作用也可以钝化部分缺陷，因此，在整个电池制作工艺之前进行裂片用凹槽的形成，更有利于凹槽断面处的缺陷钝化。
下面，结合附图描述根据本公开的一个实施例的太阳能电池的制作方法。
首先，准备用于制作太阳能电池的硅晶片。在硅晶片中制作用于后续裂片工艺的凹槽，即，裂片用凹槽。图2为形成裂片用凹槽后的硅晶片的截面结构示意图。如图2所示，硅晶片100包括彼此相对的两个主表面01和02。主表面即硅晶片具有最大面积的表面，除了两个主表面之外，硅晶片还包括连接两个主表面的侧面03。例如，太阳能电池片制作工艺主要在硅晶片的主表面上进行。太阳能电池片制作工艺可以包括单面太阳能电池片制作工艺，即，在硅晶片的一个主表面侧制作pn结；还可以为双面太阳能电池片制作工艺，即，在硅晶片的一个主表面侧制作pn结，在硅晶片的另一个主表面侧制作同种导电类型的高低结(例如，n-n+结，p-p+结)。为了描述的方便，这里以单面太阳能电池片制作工艺为例进行介绍。然而，需要注意的是，本公开的实施例既适用于单面太阳能电池片制作工艺，也适用于双面太阳能电池片制作工艺，本公开的实施例对此没有特别限制。
图3为形成裂片用凹槽后的硅晶片的平面结构示意图。如图2和图3所示，在硅晶片的主表面01上开设沿平行于该主表面01的一直线横向贯穿硅晶片的凹槽101。这里沿平行于与该主表面01的直线横向贯穿硅晶片的凹槽是指该凹槽从该主表面01的一个边缘连续延伸至该主表面的另一个边缘，而不是指该凹槽在该硅晶片的厚度方向上贯穿该硅晶片。相反，为了保持硅晶片的一体结构而方便后续太阳能制作工艺的进行，该凹槽的深度是小于该硅晶片的厚度的。形成凹槽所露出的凹槽侧壁可以在太阳能电池片制作工艺中被钝化，从而减少形成的电池小片的侧面缺陷；而凹槽底部的硅晶片的连接部分则保证硅晶片的一体性，从而保证可以在整个硅晶片上进行太阳能制备工艺。综合考虑两方面的因素，例如，凹槽的深度(凹槽在垂直于硅晶片主表面的方向上的尺寸)可以为硅晶片的厚度的3％-60％。在一些实施例中，该比例可以为5-50％。在另外一些实施例中，该比例为10-40％。例如，对于厚度为180微米的硅晶片，凹槽的深度可以为6-100微米。
对于凹槽的宽度(在硅晶片的主表面中垂直于凹槽延伸方向上的尺寸，例如，如图3所示，凹槽101沿纸面中的纵向延伸，则凹槽的宽度为纸面中的横向方向的尺寸)，本公开的实施例对此没有特别限定。例如，可以在工艺允许的范围内，可以使得开槽的宽度尽量小，以避免影响硅晶片的有效使用面积。
例如，形成凹槽的工艺可以使用激光热熔方式，也可以使用机械切割的方式，例如，可以利用金刚石轮片进行开槽。然而，根据本公开实施例对于开槽的具体方式没有特别限制，可以用任意合适的开槽方式。
例如，凹槽的数量和位置可以根据最终要将整个太阳能电池片断开为多少电池小片以及电池小片的面积而确定，本公开的实施例对此没有特别限制。例如，根据图2和图3的示例中，仅仅示出了一条开槽。因此，在制备完太阳能电池片之后，可以将该太阳能电池片断开为两个太阳能电池小片。然而，根据本公开的实施例不限于此。图4为根据本公开一实施例的硅晶片中形成凹槽后的截面结构示意图；图5为根据本公开一实施例的硅晶片中形成凹槽后的平面结构示意图。如图4和图5所示，在硅晶片100的表面形成了两条平行的裂片用凹槽101，因此，在最终形成太阳能电池片之后，可以将其分割成三片太阳能电池小片。
图6为根据本公开一实施例的硅晶片中形成凹槽后的平面结构示意图。例如，图6所示，形成三条彼此平行的凹槽101。在这种情况下，在最终形成太阳能电池片之后，可以将其分割成四片太阳能电池小片。根据本公开的实施例所形成的凹槽的数量例如可以为一条、两条、三条、四条或五条，或者更多条。在一些示例中，凹槽的数量可以为2-10条。例如，各个凹槽可以是彼此平行地延伸。
另外，凹槽也不局限于在硅晶片的一个主表面上进行，也可以同时在两个主表面上进行开槽。图7为根据本公开一实施例的硅晶片中形成凹槽后的截面结构示意图。例如，如图7所示，凹槽101和凹槽102分别设置在硅晶片100的两个主表面01和02上。凹槽101和102在垂直于硅晶片100的方向上彼此重叠，因此，这两个凹槽可以贡献于后续裂片时同一位置处的分割。需要注意的是，这种两个凹槽彼此重叠的情况，凹槽的深度是指两个凹槽的深度之和。
例如，在凹槽分别设置在硅晶片的两个主表面的情况下，也不限制为两个表面的开槽彼此重叠，也可以在平行于硅晶片的平面方向上彼此错开。如图8所示，两个凹槽101和102分别开设在硅晶片100的主表面01和02上，且位于不同的平面位置上，因此，可以分别贡献于不同的分割位置。例如，这种两个凹槽分别形成在两个主表面上且位于不同的平面位置以贡献于不同的分割位置，该情况下的凹槽深度是指单个凹槽的深度。
上述以凹槽连续延伸的方式为例进行了描述，然而根据本公开的实施例不限于此，开槽也可以断续延伸的方式进行。如图9所示，凹槽101可以包括彼此分隔且沿直线方向排列的多个子凹槽1011。子凹槽1011的平面形状也不限于是图9所示的矩形形状。例如，如图10所示，多个沿一直线方向排列的凹坑(子凹槽)1011也可以形成一列凹槽。这些凹槽形式均可以用于后续太阳能电池片的裂片操作。在这种每个凹槽包括多个不连续的子凹槽的情况下，每个凹槽也大致沿其延伸的方向跨越整个硅晶片的整个表面。这里跨越整个表面是指沿凹槽的延伸方向，大致从表面的一侧延伸到另一侧。只要能够使得开设凹槽的程度能够满足后续裂片时使得太阳能电池片断开为太阳能电池小片，凹槽的具体形式没有特别限制。
例如，在非连续凹槽的情况下，每个凹槽中的子凹槽的延伸方向的长度之和可以为硅晶片在该延伸方向的尺寸的50％以上，从而能够保证足够长度的凹槽侧面被钝化，以进一步减少最终形成的太阳能电池小片侧面的缺陷。也就是说，沿凹槽的延伸的直线方向，各个子凹槽1011的长度之和不小于该直线与硅晶片所重叠的直线段的长度(也就是说图9中所示的长度L)的50％。在一些示例中，该尺寸比例可以为60％以上、70％以上、80％以上或90％以上。凹槽长度所占的比例越大，则最终形成的太阳能电池小片的侧面被钝化的程度越大，缺陷越少。
另外，相邻的子凹槽1011之间或者子凹槽与硅晶片的边缘之间，在沿着凹槽的延伸方向具有一个或多个间隔G，每条凹槽中的间隔G的总长度例如小于上述直线段的长度的50％。在一些示例中，每个间隔的长度例如小于上述直线段的长度的30％、20％或10％。
上述对于凹槽的数量、排布方式、具体形状进行了示例性说明，然而，根据本公开的实施例并不限制于此，只要所述的凹槽可以用于太阳能电池片的裂片操作，均可以满足本公开实施例的要求。此外，上述各种示例性开槽方式也可以彼此结合，例如，断续的凹槽形式也可以布置为多条断续的凹槽，也可以分别设置在硅晶片的两个主表面等。
此外，需要说明的是，凹槽需要具有一定的深度以满足后续的裂片操作要求并且保证较大面积的侧面被钝化，但是凹槽的深度也不宜过大。如下文所述，在硅晶片形成凹槽之后，并不会立即将硅晶片进行裂片，而是在整个硅晶片上进行太阳能电池制作工艺以形成整片太阳能电池片之后才进行裂片。因此，形成凹槽后的硅晶片需要具有一定的机械强度以满足太阳能电池的制作工艺的要求。因此，凹槽的深度可以为硅晶片的厚度的3％-60％。而该比例在5-50％的情况下，则会取得裂片和机械强度更好的综合效果；在另外一些实施例中，该比例可以调整为10-40％，则相对于上述比例，则会取得裂片和机械强度更进一步的综合效果。
在硅晶片上形成凹槽之后，进行后续的太阳能电池制作工艺。如图11所示，可以在清洗硅晶片后在硅晶片要制作pn结的表面进行制绒步骤。如上所述，制绒步骤是为了在硅表面形成起伏结构，以增强太阳光的吸收效率。例如，可以通过酸碱腐蚀方法进行。如图11所示，在硅晶片100的主表面01上进行制绒步骤。例如，在硅晶片为在单晶硅晶片的情况下，经过酸碱腐蚀后可以形成金字塔形状的凸起103。为了图示的方便以及清楚，制绒步骤所形成的凹凸表面(凸起103)仅仅在图11中示意性地示出，而在后续的制备工艺的图示中将忽略起伏结构的示出。
如图12所示，在制绒步骤之后，在要形成pn结的表面进行扩散步骤，将掺杂离子掺入硅晶片的表层半导体层中，从而与硅晶片的其他部分形成pn结。例如，硅晶片100可以为p型半导体衬底，掺杂的元素可以为磷。例如，可以使用高温扩散掺杂工艺。在掺杂之后形成了n型的掺杂半导体层201。n型掺杂半导体层201与硅晶片100的其他部分(p型)形成了pn结。然而，根据本公开的实施例不限于此，硅晶片100可以为n型的，而掺杂半导体层201可以为p型的，从而也能够形成为pn结。形成pn结的具体方式和工艺可以采用任何合适的方式和工艺，本公开实施例对此没有特别限制，也不再更详细的描述。
从图12可以看到，掺杂半导体层201形成在了主表面01和侧表面03。然而，这仅仅是示例性的。例如，这种结构可以由两个硅晶片背对背进行扩散步骤而得到的。但即使是背对背扩散方式，也可能会在硅晶片的背面(主表面02)有少量杂质掺入。例如，形成在背面的少量掺杂层，可以通过蚀刻等任意合适的步骤去除，这里不再赘述。
图13为根据本公开一实施例在硅晶片上进行成膜步骤后的截面示意图。在进行扩散掺杂工艺已形成pn结之后，可以在形成pn结的表面形成抗反射层和/或钝化层。例如，常见的抗反射层可以包括氮化硅，例如，也可以先在表面通过热氧化方法形成氧化硅，再在表面形成氮化硅。如图13所示，在成膜步骤中，形成在硅晶片100的主表面01上的膜层202也会至少部分形成在凹槽101的表面，即凹槽101的侧面和底面。
在一些示例中，通过热氧化法形成二氧化硅。在进行二氧化硅的热氧化法形成的过程，也会具有钝化作用。例如，将已形成pn结的硅晶片放入高温炉中，在高温下与氧化剂进行反应可以生长出一层二氧化硅薄膜，对太阳能电池表面起到钝化作用。由于热氧化二氧化硅中存在大量固定正电荷，这些固定正电荷将产生场效应钝化作用，降低硅片表面的缺陷密度，可以获得较低的表面复合速率。例如，这种钝化属于表面钝化。
在一些示例中，可以利用等离子体增强化学气相沉积氮化硅。例如，采用原料气体可以包括硅烷(SiH4)和氨气(NH3)，在反应过程中可以形成氮化硅和氢气。生成的氢可以与硅晶片的悬挂键结合，从而消除相应的缺陷，减少载流子陷阱。因此，这种膜层的形成过程中不仅可以对硅晶片的表面缺陷具有一定的钝化作用，对于硅晶片的内部也具有一定的钝化作用。
另外，成膜步骤也可以采用上述两种成膜方式，即，形成二氧化硅和氮化硅的叠层，从而起到相应方面的钝化效果。此外，上述氮化硅薄膜的沉积，可以起到光学功能作用，减少反射，因此，也可以用作减反射膜。
通过图13可以看到，在进行成膜步骤中，前面在硅晶片中所形成的凹槽暴露在表面，因此，成膜步骤可以对凹槽的裸露表面起到钝化作用，减少了因开设凹槽带来的缺陷。进而，降低了后续分割成的电池小片的侧面的缺陷，从而能够提高所形成的电池小片的光转换效率。同时，由于本公开实施例中是将开设凹槽的步骤和将电池片分割为电池小片的步骤进行了调整。在形成凹槽之后还可以对整片硅晶片统一实施太阳能电池片制作工艺，因此，不会影响生产效率，且不需要对现有设备进行改造。
图14为根据本公开一实施例在硅晶片上形成正面和背面的电极结构后的截面示意图。如图14所示，在进行上述成膜(减反射膜和/或钝化膜)步骤之后，可以在硅晶片100制作了pn结的一面(正面)和背面(与正面相反的一面)进行电极的制备。电极的制备可以参照上述相关描述，这里不再赘述，并且在制备电极之后，可以进行烧结，以将电极与硅晶片形成欧姆接触。形成在正面(主表面01)的电极203可以为栅格电极，形成在背面(主表面02)的电极204可以包括背面电极和背场金属层，然而，为了图示方便，仅仅在正面和背面各示出一层电极。关于电极的形成，可以根据不同类型的太阳能电池而相应变化，也可以采用任何合适的电极形成方式和结构，这里不再赘述。
在完成太阳能电池制作工艺之后，将太阳能电池片在裂片用凹槽处进行断开或分割。图15A和图15B为将太阳能电池片沿裂片用凹槽分割之后的截面结构示意图。图15A为位于硅晶片的一个侧边附近形成的电池小片；图15B为位于两个裂片用凹槽之间的部分形成的电池小片。需要说明的是，由于电池小片为由整片电池分割出来的一部分，因此，电池小片的硅晶片的主表面为切割前硅晶片的主表面的一部分，为了方便理解，将硅晶片的两个主表面和侧面分别标记为01’、02’和03’，以方便与前述实施例对应。下面的附图也是以相同方式标注。如图15A所示，电池小片的一个边缘为分割前太阳能电池片的边缘(图中的左侧边缘)，另一个边缘为沿裂片用凹槽分割之后形成的边缘(图中的右侧边缘)。在左侧边缘上，掺杂层201还延伸到电池下片的侧面，为了防止硅晶片100的侧面的掺杂层的影响，对太阳能电池片的边缘部分可以进行隔离，隔离步骤可以采用任意合适的方法，这里不再赘述。在右侧边缘，凹槽101的部分侧面1012上具有成膜步骤中所形成的膜层202的一部分，以形成为电池小片的部分侧面。另外，需要注意的是，虽然部分掺杂层201也位于电池小片的侧面附近，但由于其并不能到达硅晶片的背面，从而其不会与背面的金属电极接触，从而不会影响电池小片的正常工作。如图15A所示，在右侧边缘由分割形成的侧面中，由于裂片用凹槽也具有一定的宽度，之前凹槽的侧面与裂片步骤新产生的侧面之间可能会形成一个微小的台阶，例如，新产生的侧面相对于之前凹槽的侧面1012或者相对于形成于凹槽侧面上的薄膜的侧面向外凸出。然而，根据本公开的实施例不限于此。为了图示的方便，这种微小的台阶仅仅在图15A和图15B中示出，而在后续的相关截面图中未示出。如图15B所示，由于该电池小片由位于两个凹槽之间的部分形成，因此，在该电池小片的左右两侧均包括由凹槽的侧面形成的侧面和分割新产生的侧面。
上述仅仅对根据本公开的一种实施例进行的描述，上述实施例仅仅描述了单面太阳能电池，但根据本公开的实施例可以适用于不同类型的太阳能电池制备工艺。
钝化发射极和背面接触太阳能电池
钝化发射极和背面接触电池(Passivated Emitter and Rear Cell，PERC)在普通的太阳能电池制作工艺上，还包括背面镀膜和背面激光开槽。例如，在电池片的背侧形成电介质钝化层来提高转换效率。例如，可以在电池的背面(形成pn结的一侧的相反侧)进行氮化硅和氧化铝膜的制备，并且为了背面的电极与硅晶片进行接触，需要在背面镀膜之后进行电极接触用的开槽。
在钝化膜材料的选择上。氧化铝(Al2O3)由于具备较高的电荷密度，可以对p型表面提供良好的钝化，目前被广泛应用于PERC电池量产的背面钝化材料。除氧化铝外，氧化硅(SiO2)、氮氧化硅等也可作为背面钝化材料。
此外，为了完全满足背面钝化条件，还需要在氧化铝表面覆一层氮化硅(SiNx)，以保护背部钝化膜，并保证电池背面的光学性能。故PERC电池背面钝化多采用Al2O3/SiNx双层结构。
例如，背面介质膜(钝化膜)可以通过等离子体增强化学气相沉积法、氧化法、原子层沉积法中的一种或几种形成。
等离子体增强化学气相沉积法是利用辉光放电的物理作用来激活粒子的一种化学气相沉积反应，是集等离子体辉光放电与化学气相沉积于一体的薄膜沉积技术。在辉光放电所形成的等离子体场当中，由于电子和离子的质量相差悬殊，二者通过碰撞交换能量的过程比较缓慢，因此在等离子体内部没有统一的温度，只有所谓的电子气温度和离子温度。从宏观上看来，这种等离子体温度不高，但其内部却处于受激发的状态，其电子能量足以使分子键断裂，并导致具有化学活性的物质(活化分子、原子、离子、原子团等)产生，使本来需要在高温下才能进行的化学反应。当处于等离子体场中时，由于反应气体的电激活作用而降低了反应温度，从而在较低的温度下甚至在常温下就能在基片上形成固态薄膜。
在太阳能电池制造工艺中，将已经形成pn结的硅晶片放入高温炉中，在高温下与氧化剂进行反应就可以长出一层SiO2薄膜，对太阳电池表面起到钝化作用。热氧化法制备的SiO2薄膜，由于热氧化二氧化硅中存在大量固定正电荷，这些固定正电荷将产生场效应钝化作用，降低了硅片表面的缺陷密度，可以获得低的表面复合速率。
原子层沉积是将不同气相前驱反应物交替地通入反应器，在沉积基底上化学吸附并反应形成薄膜的过程，以限制表面反应物的方式，将沉积过程控制在原子水平。以前驱体三甲基铝和水为反应物，经过一系列反应构成了一次ALD循环，在n型晶体硅表面沉积形成Al2O3薄膜，通过控制循环次数即可得到所需的薄膜厚度。原子层沉积的最大优点在于其自限制性，因而可以精确控制薄膜的厚度和质量，从而具有很好的台阶覆盖性和大面积厚度均匀性。
热生长的SiO2由于其良好的致密性，具有很好的表面钝化作用，而等离子体增强化学气相沉积法沉积的SiNx薄膜对硅片的表面和体内都有一定的钝化作用。由于波长较短的光在电池表面很小的薄层内吸收较为充分，因此为了更好地降低电池表面的复合速率，提高电池的短波响应，同时结合热生长SiO2的表面钝化特性、等离子体增强化学气相沉积法沉积SiNx有良好的减反射以及体钝化特点。
图16示出本公开一实施例形成的PERC电池的局部截面示意图。如图16所示，与图15A或15B所示的电池不同的是，在硅晶片100’的背面形成了背面钝化层205，并且背面金属电极204通过背面钝化层205中的开槽或过孔2051连接到硅晶片。对于PERC电池的其他工艺可以参照上述的实施例，这里不再赘述。需要注意的是，这里用于背面金属电极204与硅晶片电连接的开槽工艺与本申请中的裂片用凹槽的形成不同。背面金属电极204的开槽主要在背面钝化层205中进行，而仅仅可能延伸到硅晶片中的很浅的范围内。例如，背面开槽可能会恰好接触硅晶片的背面或者仅仅延伸至硅晶片小于5nm甚至小于3nm的厚度范围内。
TopCon电池
TopCon电池也是一种背面钝化技术。在上述太阳能电池制作工艺的基础上，在电池的背面形成一层薄氧化硅层(隧穿层，例如，1.4nm左右)，然后利用PECVD在氧化层表面沉积一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜，后续通过退火过程激活钝化性能，Si薄膜在退火过程中结晶而转变为多晶，从而使得钝化接触结构具有优异的钝化性能。例如，TopCon电池一般为n型太阳能电池。
图17示出本公开一实施例形成的TopCon电池的局部截面示意图。例如，如图17所示，与图15A和图15B所示的电池不同的是，在硅晶片100的背面形成了隧穿层206和多晶硅层207(经非晶硅或微晶硅转化而成)。对于TopCon电池的其他工艺可以参照上述的实施例，这里不再赘述。
异质结电池
异质结电池与上述太阳能电池制作工艺中形成pn结的过程不同，例如，其包括在硅晶片的表面形成多晶硅膜层，以及透明导电氧化物薄膜的制备。
图18示出本公开一实施例形成的异质结电池的局部截面示意图。例如，如图18所示，在硅晶片100的表面(例如，已经形成了裂片用凹槽)形成非晶硅层。例如，硅晶片100为n型硅晶片。在正面形成p型非晶硅层208，在背面形成n型非晶硅层210，从而在正面p型非晶硅层208与n型衬底形成了pn结。此外，还可以在p型非晶硅层208与硅晶片之间还可以形成i型非晶硅层，从而形成pin结。也可以在n型非晶硅层210与衬底之间形成i型非晶硅层。为了图示的简便，这里省去了i型非晶硅层的示出。然后在硅晶片的两个主表面形成透明导电层209和211(例如，透明导电氧化物层)，并在透明导电层上形成电极203和212。相比于上文介绍的太阳能电池片制作工艺通过扩散步骤形成pn结，异质结电池通过形成掺杂的多晶硅层以与硅晶片形成pn结。因此，在这种太阳能电池制作工艺中，在带有裂片用凹槽的硅晶片上形成多晶硅膜，以使得多晶硅膜与硅晶片形成pn结。对于异质结电池的其他工艺可以参照上述的实施例，这里不再赘述。
需要说明的是，无论是TopCon电池还是异质结电池中，形成非晶硅层均可以对硅晶片具有钝化作用。例如，多晶硅膜的钝化作用在于具有半绝缘和电中性以及富含氢的特点。
从以上可以参照图13-18的各个实施例可以看到，在太阳能电池制作工艺中成膜步骤可以包括介质膜的形成，也可以包括半导体膜的形成。介质膜可以包括二氧化硅层、氮化硅层、氧化铝层等，半导体膜包括非晶硅薄膜和多晶硅薄膜。另外，这些成膜的工艺可以通过等离子体增强化学气相沉积方法、热氧化法、原子层沉积法或者采用这些方法的组合来形成叠层膜。上述膜层既可以形成在硅晶片的两个主表面之一或者二者。上述成膜步骤均可以对硅晶片中预先形成的裂片用凹槽的表面进行钝化，从而使得形成凹槽时带来的缺陷减少，进而减少电池小片的缺陷。另外，在形成有裂片用凹槽的硅晶片的表面形成上述至少一种薄膜，则可以对凹槽的侧面和底面进行钝化。此外，对于上述等离子体增强化学气相沉积方法、热氧化法和原子层沉积法所形成薄膜层也不仅仅限于上述材料的薄膜，由于这些成膜制备工艺本身的特性，其薄膜形成的过程中对于硅晶片的表面能够起到钝化作用从而减少缺陷。
需要说明的是，上述成膜步骤描述的各种膜层材料和形成方法均是示意性的。在太阳能电池片制作工艺中，在硅晶片上形成各种膜层的过程均对硅晶片的表面起到钝化作用。因此，根据本公开实施例的成膜步骤不限于上述具体的膜层材料、形成方法以及厚度等。
从以上说明可以看到，只要成膜步骤包括使用对硅晶片具有钝化功能的成膜工艺，则就可以对裂片用凹槽的所产生的切面进行钝化。
上述对硅晶片具有钝化功能的成膜工艺为制备钝化膜的步骤。在成膜步骤包括制备钝化膜的情况下，就可以对裂片用凹槽的所产生的切面进行钝化。需要说明的是，所制备的钝化膜可以是钝化膜本身对硅晶片具有钝化作用，也可以是制备该钝化膜的工艺过程中对硅晶片具有钝化作用。此外，所制备的钝化膜也可以兼用于其他功能，例如，等离子体增强气相化学沉积形成的氮化硅膜也可以用于减反射膜，所形成的多晶硅薄膜也可以用作pn结的一部分。例如，制备的钝化膜包括但不限于：氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、非晶硅(a-Si)和氧化铝(Al2O3)中任意一种的单层膜或者任意两种个以上的叠层膜。制备钝化膜包括但不限于：热氧化法形成氧化硅、等离子体增强气相化学沉积形成氮化硅、等离子体增强气相化学沉积形成非晶硅和原子层沉积形成氧化铝中的任意一种或多种的组合。
例如，根据本公开实施例的硅太阳能电池制备方法中，裂片用凹槽可以上述薄膜任意之一形成之前形成，也可以在全部上述薄膜形成之前形成。另外，考虑到制绒步骤和扩散步骤均可以对因凹槽产生的断面产生钝化作用，因此，裂片用凹槽也可以在制绒步骤和/或扩散步骤之前形成，以进一步改善钝化效果。
硅太阳能电池片
本公开的实施例还提供了硅太阳能电池片，其即包括如图14所示的未分割的整片太阳能电池片，也包括如图15A至图18所示的分割后的电池小片。在未明确区分的情况下，这里的太阳能电池片即包括整片太阳能电池片，也包括电池小片。
根据本公开的一实施例提供了一种硅太阳能电池片，包括：硅晶片，所述硅晶片的至少一个主表面包括裂片用凹槽；以及形成于所述硅晶片的至少一个主表面上的薄膜，所述薄膜的一部分形成在所述裂片用凹槽中。如图14所示，硅晶片100的至少一个主表面01包括裂片用凹槽101；薄膜202形成于硅晶片100的至少一个主表面01上，且薄膜202的一部分形成在裂片用凹槽101中。
需要说明的是，结合图2至图10所描述的形成凹槽的形式，相应的硅太阳能电池片也可以具有相应的凹槽形式，并且薄膜202形成在相应的凹槽中。此外，结合图16至图18所述的其他类型的硅太阳能电池，这里的太阳能电池片也可以包括形成在硅太阳能电池片的正面和背面的各种薄膜。因此，硅太阳能电池片可以包括形成于正面和背面(对应于硅晶片的两个主表面)的凹槽以及部分形成于凹槽中的薄膜。此外，这里的薄膜也包括上述硅太阳能电池制备方法中所描述的各种类型的薄膜。也就是说，所述薄膜包括氮化硅、氧化硅、氧化铝、非晶硅和多晶硅中的至少一种薄膜。需要注意的是，这里的太阳能电池可以具有上述硅太阳能电池的制造方法中所描述的各种结构特征，这里不再一一赘述。
根据本公开的实施例还提供一种太阳能电池片，包括：硅晶片，所述硅晶片包括两个彼此相对的第一主表面和第二主表面以及连接所述第一主表面和所述第二主表面的侧面；以及形成于所述硅晶片的第一主表面上的第一薄膜，所述第一薄膜的一部分延伸至所述侧面，且在垂直于所述第一主表面的方向上与所述第二主表面彼此间隔。如图15A至图18所示，硅晶片100’(硅晶片100分割后的一部分)包括两个主表面01’和02’以及连接两个主表面的侧面03’。第一薄膜(例如，图15A至图17中的薄膜202或者图18中的薄膜208和209)形成在第一主表面01’上，其延伸至硅晶片的侧面(凹槽的侧面1012对应的部分)。在垂直于第一主表面01’的方向上(硅晶片的厚度方向)，延伸到第一薄膜的该部分与第二主表面02’彼此间隔。也就是说，在相应的侧面上，延伸到侧面的第一薄膜的部分未到达相对的主表面上，因此，侧面的一部分未被第一薄膜覆盖。
从以上实施例的描述可知，裂片用凹槽也可以形成在两个主表面上，且在两个主表面上也可以形成薄膜，因此，根据本公开实施例的太阳能电池可以有不同的形态。下面结合图19A至图19C描述几种结构示例。图19A至图19C为简化的截面结构示意图。为了清楚起见，仅仅示出了硅晶片和形成在硅晶片上的薄膜。如图19A所示，在硅晶片100’的主表面01’上形成第一薄膜400，该第一薄膜400的一部分延伸到侧面03’上，且延伸到侧面03’的一部分与主表面02’在垂直于主表面的方向上彼此间隔。在硅晶片100’的主表面02’上形成第二薄膜500，该第二薄膜500的一部分延伸到侧面03’上，且延伸到侧面03’的一部分与主表面01’在垂直于主表面的方向上彼此间隔。此外，由于第一薄膜400和第二薄膜500延伸到同一侧面上，因此，第一薄膜400和第二薄膜500延伸到侧面03’的部分在垂直于主表面的方向上也是彼此间隔的。该结构对应于硅晶片的两个主表面形成彼此重叠的裂片用凹槽的情况。
在太阳能电池制作方法中在两个主表面的不同平面位置分别形成裂片用凹槽的情况下，可以形成如图19B和图19C所示的电池下片结构。如图19B和图19C所示，第一薄膜400和第二薄膜500分别延伸到电池小片的不同侧面03’上。虽然第一薄膜400延伸到侧面03’的部分与主表面02’彼此间隔且第二薄膜500延伸到侧面03’的部分与主表面01’彼此间隔，但第一薄膜400延伸到侧面03’的部分和第二薄膜500延伸到侧面03’的部分在垂直于主表面的方向上既可以彼此间隔(如图19B所示)，也可以部分交叠(如图19C所示)。
需要说明的是这里所示的第一薄膜400和第二薄膜500可以为参照图15A至图18等所描述的实施例中形成于不同主表面上的各种薄膜，在这里不再赘述。因此，这里的第一薄膜和第二薄膜均可以包括氮化硅、氧化硅、氧化铝、非晶硅和多晶硅中的至少一种薄膜。例如，第一薄膜和第二薄膜的材料可以相同，也可以不同。另外，这里的太阳能电池也可以包括上述太阳能电池制作方法的各个实施例中所描述的各种结构特征，也不再一一赘述。
另外，需要说明的是，这里的太阳能电池中主表面上的薄膜延伸到侧面并与另一主表面具有间隔的部分对应于成膜步骤中形成在凹槽中的薄膜部分，而并非形成于整个硅晶片的侧面的部分，形成于整个硅晶片的侧面的薄膜可能会达到相对的主表面上，如图15A的左侧所示的部分。
结合图3-5以及图15A和15B可以知道，在整个的太阳能电池片进行裂片之后，所形成的电池小片的平面形状大致为矩形形状。例如，可以为一个角或多个角被倒圆的圆角矩形。对于上述的第一薄膜或第二薄膜的延伸至侧面且与所述第二主表面彼此间隔的部分形成于所述矩形的一个边对应的侧面上或者所述矩形的彼此相对的两个边对应的侧面上，这与电池小片的位置以及裂片用凹槽的数量有关系。此外，结合上述附图可知，在一些实施例中个，矩形的所述一个边或矩形的彼此相对的所述两个边可以为矩形的长边。
需要说明的是，根据本公开实施例的硅太阳能电池片为上述任一实施例所述的硅太阳能电池制备方法所制备的太阳能电池片，因此，上述根据硅太阳能制备方法所描述的各种特征均适用于这里的硅太阳能电池片。
用于制作太阳能电池的硅晶片
在以上关于图2至图10描述的制作方法的基础上，本公开的一些实施例也提供一种用于制作太阳能电池的硅晶片，其中，所述硅晶片的至少一个主表面包括裂片用凹槽。硅晶片的结构特征均可以参考上述对于制作方法的描述，这里不再详细描述。例如，所述裂片用凹槽的深度为所述硅晶片的厚度的3％-60％。例如，所述裂片用凹槽沿平行于所述硅晶片的主表面的直线延伸，所述裂片用凹槽沿所述直线横向贯穿所述硅晶片。例如，所述裂片用凹槽沿平行于所述硅晶片的主表面的直线延伸，所述裂片用凹槽包括沿所述直线间隔排列的多个子凹槽。例如，所述裂片用凹槽的宽度小于100微米。例如，所述硅晶片为单晶硅晶片。此外，上述硅太阳能电池制备方法中关于硅晶片以及裂片用凹槽的各种结构特征均适用于这里的硅晶片，重复的部分不再一一赘述。
电池侧面钝化工艺
从以上描述可以知道，由于预先形成的凹槽被成膜步骤钝化，因此，形成的电池小片的侧面被部分钝化。为了能够进一步钝化机械裂片过程中新产生的断面，还可以对电池小片的侧面进一步进行钝化。
本公开的实施例还提供了一种太阳能电池侧面钝化工艺，该工艺包括将多个太阳能电池片层叠放置，并且使要进行的钝化的侧面对齐以形成一待钝化面(例如，可以大致为平面)。在该待钝化面上涂覆钝化处理液也以对太阳能电池的侧面进行钝化。
如图20所述，将多个太阳能电池片200层叠设置，并将待钝化的侧面对齐以形成一待钝化面300(例如，可以大致为平面)。在待钝化面300上涂覆钝化处理液以对太阳能电池片的侧面进行钝化。需要注意的是图20中层叠的太阳能电池片200的数量仅仅是示意性的。在具体应用时，可以层叠更少或更多片甚至上千片太阳能电池。另外，这里的太阳能电池片可以为根据上述任一实施例的太阳能电池片(包括整片的太阳能电池片以及分割后形成的电池小片)。此外，根据本公开的实施例的太阳能电池的侧面钝化方法，还适合于其他任何类型的需要进行侧面钝化的太阳能电池片。本公开实施例的侧面钝化方法对于太阳能电池片的类型没有特别限制。
如图20所示，例如，为了防止钝化处理液渗入相邻电池片之间以破坏电池的有效表面，在涂覆钝化处理液时可以将所形成的待钝化面300朝向地面(面对地面)放置。这里的朝向地面(面对地面)设置并不限制于待钝化面300正对地面，也可以相对于水平面倾斜地朝向地面，只要防止钝化处理液渗入相邻电池片之间即可。例如，图20中如箭头方向所示，在待钝化面300的下方施加钝化处理液。
例如，钝化处理液的选择没有特别限制，例如，可以为酸性钝化处理液，也可以为碱性钝化处理液，或者其他任意合适的适用于硅晶片的钝化处理液。例如，可以选用制绒步骤所使用的处理液。例如，钝化处理液可以为0.01mol/L的氢氟酸溶液或者硝酸溶液，也可以为碘酒，或者0.01mol/L的碘酒/乙醇溶液等。
利用钝化处理液来进行化学钝化的方法是使得溶液与电池表面发生化学反应，饱和硅晶片表面悬挂键从而降低表面态密度降低表面复合速率。对于通常的溶液类钝化，是将要被钝化的物体浸泡到钝化处理液中。然而，对于制备完成的太阳能电池而言，钝化处理液会对电池本身产生破坏。此外，由于溶液法的极不稳定性，使得其并未应用于太阳能电池的生产。对于本公开的太阳能电池侧面钝化工艺，将多个太阳能电池片层叠以用涂覆的形式将钝化液涂覆在由侧面堆叠形成的待钝化面上，从而极大避免了钝化处理液对太阳能电池的破坏，同时，还能有效、简便、低成本地对电池的侧面进行钝化。此外，如果在钝化处理的过程中涂覆钝化液的待钝化面朝下(朝向地面)，则更进一步避免了钝化处理液对太阳能电池的破坏，从而能够提高太阳能电池的光电转换效率。
例如，在待钝化面300上涂覆钝化处理液包括刷涂钝化处理液。刷涂是利用各种刷子等将钝化处理液刷涂在待钝化面300上。从而，钝化处理液与形成待钝化面300的各个太阳能电池的侧面形成反应而消除缺陷。通过刷涂方式涂覆钝化处理液，可以避免大量钝化处理液施加到太阳能电池上，避免过量钝化液对太阳能电池的破坏。
需要说明的是，这里描述的太阳能电池侧面钝化工艺可以作为上述硅太阳能电池制备方法中的一个步骤，例如，在进行上述太阳能电池片制作工艺以形成太阳能电池片后，将太阳能电池片进行该侧面钝化工艺；或者，在将太阳能电池片裂片之后，将形成的太阳能电池小片进行该侧面钝化工艺。
有以下几点需要说明：
(1)本公开的实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开的同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (31)

1.一种硅太阳能电池制备方法，包括：
准备硅晶片；以及
在所述硅晶片上进行太阳能电池片制作工艺以形成太阳能电池片，
其中，所述太阳能电池片制作工艺包括在所述硅晶片上进行成膜步骤，所述硅太阳能电池制备方法还包括在所述成膜步骤之前，在所述硅晶片上形成裂片用凹槽，且所述成膜步骤包括在所述硅晶片的形成有所述裂片用凹槽的一侧形成薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硅晶片为n型或者p型单晶硅晶片。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述裂片用凹槽形成在所述硅晶片的彼此相对的两个主表面的至少之一中。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，所述裂片用凹槽的深度为所述硅晶片的厚度的3％-60％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，所述裂片用凹槽沿平行于所述硅晶片的主表面的直线延伸，所述裂片用凹槽沿所述直线横向贯穿所述硅晶片或包括沿所述直线间隔排列的多个子凹槽。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多个子凹槽的长度之和大于所述直线与所述硅晶片所重叠的直线段的长度的50％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其中，在所述硅晶片上形成裂片用凹槽包括形成彼此平行的多条裂片用凹槽。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中，所述裂片用凹槽的宽度小于100微米。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中，所述成膜步骤包括使用对所述硅晶片具有钝化功能的成膜工艺形成所述薄膜。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其中，所述薄膜包括钝化膜。
11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其中，所述薄膜包括制备氮化硅、氧化硅、氧化铝、非晶硅和多晶硅中的至少一种。
12.根据权利要求1-11任一项所述的方法，其中，所述薄膜通过等离子体增强化学气相沉积、热氧化法和原子层沉积中的一种或几种形成。
13.根据权利要求1-12任一项所述的方法，其中，所述薄膜的至少一部分形成在所述裂片用凹槽内。
14.根据权利要求1-13任一项所述的方法，还包括：在所述太阳能电池片制作工艺之后，进行裂片步骤以使所述太阳能电池片在所述裂片用凹槽处断开。
15.根据权利要求1-14任一项所述的方法，其中，所述太阳能电池片制作工艺包括在所述成膜步骤之前进行的制绒步骤和pn结形成步骤，以及在所述成膜步骤之后进行的电极形成步骤。
16.根据权利要求1-14任一项所述的方法，其中，所述成膜步骤包括在带有所述裂片用凹槽的硅晶片上形成多晶硅薄膜，以使得所述多晶硅薄膜与所述硅晶片形成pn结。
17.根据权利要求1-16任一项所述的方法，其中，所述裂片用凹槽在所述太阳能电池制作工艺之前形成。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括：将通过所述裂片步骤分割所述太阳能电池片得到的多个太阳能电池小片层叠放置，并且使要进行钝化的侧面对齐以形成待钝化面；以及在所述待钝化面上涂覆钝化处理液以对所述侧面进行钝化。
19.一种用于制备太阳能电池片的硅晶片，其中，所述硅晶片的至少一个主表面包括裂片用凹槽。
20.根据权利要求19所述的硅晶片，其中，所述裂片用凹槽的深度为所述硅晶片的厚度的3％-60％。
21.一种硅太阳能电池片，包括：
硅晶片，所述硅晶片的至少一个主表面包括裂片用凹槽；以及
形成于所述硅晶片形成有所述裂片用凹槽的一侧的薄膜，所述薄膜的一部分形成在所述裂片用凹槽中。
22.根据权利要求21所述的硅太阳能电池片，其中，所述薄膜包括钝化膜。
23.根据权利要求21或22所述的硅太阳能电池片，其中，所述薄膜包括氮化硅、氧化硅、氧化铝、非晶硅和多晶硅中的至少一种。
24.一种硅太阳能电池片，包括：
硅晶片，所述硅晶片包括两个彼此相对的第一主表面和第二主表面以及连接所述第一主表面和所述第二主表面的侧面；以及
形成于所述硅晶片的第一主表面上的第一薄膜，所述第一薄膜的一部分延伸至所述侧面，且在垂直于所述第一主表面的方向上与所述第二主表面彼此间隔。
25.根据权利要求24所述的硅太阳能电池片，还包括形成于所述硅晶片的第二主表面上的第二薄膜，所述第二薄膜的一部分延伸至所述侧面，且在垂直于所述第一主表面的方向上与所述第一主表面彼此间隔。
26.根据权利要求25所述的硅太阳能电池片，其中，所述第一薄膜位于所述侧面上的所述部分与所述第二薄膜位于所述侧面上的所述部分位于所述硅晶片的同一侧面上，且在垂直于所述第一主表面的方向上彼此间隔；或者
所述第一薄膜位于所述侧面上的所述部分与所述第二薄膜位于所述侧面上的所述部分位于所述硅晶片的不同侧面上，且在垂直于所述第一主表面的方向上彼此间隔或者部分交叠。
27.根据权利要求24-26任一项所述的硅太阳能电池片，其中，所述硅太阳能电池片的平面形状大致为矩形，所述第一薄膜的延伸至所述侧面且与所述第二主表面彼此间隔的所述部分形成于所述矩形的一个边对应的侧面上或者所述矩形的彼此相对的两个边对应的侧面上。
28.根据权利要求27所述的硅太阳能电池片，其中，所述矩形的所述一个边或所述矩形的彼此相对的两个边为所述矩形的长边。
29.根据权利要求24-28任一项所述的硅太阳能电池片，其中，所述第一薄膜包括钝化膜。
30.根据权利要求24-29任一项所述的硅太阳能电池片，其中，所述第一薄膜包括氮化硅、氧化硅、氧化铝、非晶硅和多晶硅中的至少一种。
31.根据权利要求25所述的硅太阳能电池片，其中，所述第二薄膜包括钝化膜。
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