CN113314626A - 一种太阳能电池片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太阳能电池片的制造方法，包括：(1)对单晶硅片表面进行激光开孔；(2)激光开孔后进行酸洗，去除氧化层；(3)酸洗后进行碱制绒(各向异性)，形成金字塔结构；(4)然后扩散、去除PSG、碱抛、氧化、正面沉积氮化硅、背面钝化、背面激光开孔、丝网印刷烧结，得到太阳能电池片。本发明的太阳能电池片制造方法在原有的工艺基础上增加了制绒前激光开孔，激光开孔形成凹坑，有效增加了制绒表面积，同时凹坑制绒后表面会形成侧面金字塔结构，增加对光的反射次数，从而提升光的利用率，增加光生载流子数量，提升ISC，进而提升电池片转换效率，在不考虑横向迁移电阻的情况下，电流提升5％以上，电池片转换效率提升1％以上。

Description

一种太阳能电池片的制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏领域，具体涉及一种太阳能电池片的制造方法，包括但不限于单晶PERC制绒、HJT制绒、MWT制绒等。
背景技术
晶体硅太阳能光伏电池技术近年来发展迅速，PERC(Passivated EmitterandRear Cell)、HJT(Hereto-junctionwith Intrinsic Thin layer)、MWT(metal wrapthroug)、IBC等高效晶体太阳能电池层出，制绒一直是单晶硅片形成良好衬底的重要制程，如何在形成优良并且高效的硅衬底是必要的。
在单晶电池结构中，PN结界面决定电池的最终特性，硅衬底是PN结界面的一部分，其品质决定电池性能的关键因素之一。因此制绒绒面结构制绒工序，需要优化电池的陷光性能及增加有效陷光面积，有效绒面结构可使入射光在表面进行多次反射和折射，延长光程，增加光生载流子；需要形成洁净表面，减少硅片表面不洁净而引入的缺陷和杂质，从而降低结界处载流子的复合损伤。
制绒清洗为单晶电池片制程首要工序，其主要目的为：
a：利用硅在低浓度碱液中的各向异性腐蚀特性，即硅在(1 1 0)及(1 0 0)晶面的腐蚀速率远大于(1 1 1)晶面的腐蚀速率。经过一定时间腐蚀后，在单晶硅片表面留下四个由(1 1 1)面组成的“金字塔”，即金字塔结构，形成良好的陷光衬底。
b：形成洁净硅片表面，由于制绒后电池片中硅片衬底表面直接为异质结界面的一部分，故需形成洁净硅片表面，从而避免不洁净引进的缺陷和杂质而带来的结界面初载流子的复合
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单的太阳能电池片的制造方法，用以进一步增加硅片有效比表面积，增加硅片陷光能力，提升光生载流子数量，增加短路电流，提升电池片转换效率。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种太阳能电池片的制造方法，包括如下步骤：
(1)对单晶硅片表面进行激光开孔；
(2)激光开孔后进行酸洗，去除氧化层；
(3)酸洗后进行碱制绒(各向异性)，形成金字塔结构；
(4)然后扩散、去除PSG、碱抛、氧化、正面沉积氮化硅、背面钝化、背面激光开孔、丝网印刷烧结，得到太阳能电池片。在太阳能电池片的扩散工艺后，单晶硅片的表面会形成一层PSG，需要去除。具体的扩散原理为：三氯氧磷在高温条件下分解，产生五氧化二磷和五氯化磷；五氧化二磷和单晶硅片反应产生二氧化硅和磷，生成的磷扩散到硅片里面，实现了磷掺杂。在实现磷掺杂的同时，在硅片表面产生的二氧化硅和五氧化二磷，即为PSG，必须要去除。
进一步地，步骤(1)对单晶硅片表面进行激光开孔，且激光开孔位置避开丝网印刷栅线的金属化区域。本发明的太阳能电池片的制造方法其核心是在碱制绒前对单晶硅片进行激光开孔。该步骤(1)具体操作为：将原单晶硅片或清洗后的硅片正面置于激光下，通过激光在硅片表面进行一定深度的激光开孔。
进一步地，步骤(1)中激光开孔的深度为1-50微米。
进一步地，步骤(1)中激光开孔所形成的激光光斑的直径为10-50微米；激光光斑之间的距离为1-1000微米。
进一步地，步骤(1)中所述激光的功率为120-200W，激光波长为500-900nm。
进一步地，步骤(2)激光开孔后对激光面进行酸洗，去除因激光高温而产生的氧化层。
进一步地，步骤(2)中酸洗所采用的酸为浓度10-15wt％的氢氟酸。激光后形成的激光光斑缺陷，可以进行酸洗去除激光光斑处二氧化硅后进行单晶制绒，形成有效制绒绒面。
进一步地，步骤(3)酸洗后用浓度2-5wt％的碱性溶液进行碱制绒，形成金字塔结构。
进一步地，所述的碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液中的一种。
进一步地，步骤(3)酸洗后用浓度2-5wt％的碱性溶液在75-80℃下进行碱制绒，形成金字塔结构。
本发明的太阳能电池片的制造方法核心是在碱制绒前对单晶硅片进行激光开孔(激光开孔即相当于激光预制绒)，激光预制绒在制绒之前，主要目的是在硅片表面进行激光开孔，避开金属化区域，形成更大的比表面积，增加单位面积内光生载流子数量，提升短路电流，从而提升最终光电转换效率。其步骤为：激光预制绒——制绒——扩散——去PSG——碱抛——氧化——正面沉积氮化硅——背面钝化——背面激光开孔——丝网印刷烧结。其中激光预制绒的关键步骤，采用激光激光光斑大小控制在10-50微米、深度控制1-50微米。激光预制绒后，进行单晶制绒工艺，经过此步骤后，硅片表面金字塔及激光凹坑处会形成金字塔结构，形成良好的陷光结构。
本发明的太阳能电池片的制造方法，其有益效果为：
(1)本发明提供的一种太阳能电池片的制造方法，包括：对单晶硅片进行激光开孔，表面形成一定深度的凹坑，且激光开孔位置应避开丝网印刷栅线的金属化区域；然后进行碱制绒，形成金字塔结构；接着进行扩散、去PSG、碱抛、氧化、正面沉积氮化硅、背面钝化、背面激光开槽、丝网印刷烧结；本发明的太阳能电池片制造方法在原有的工艺基础上增加了制绒前激光开孔，激光开孔在硅片表面先形成凹坑，有效增加了制绒表面积，同时凹坑制绒后表面会形成侧面金字塔结构，增加对光的反射次数，从而提升光的利用率，增加光生载流子数量，提升ISC，进而提升电池片转换效率，在不考虑横向迁移电阻的情况下，电流提升5％以上，电池片转换效率提升1％以上。
(2)本发明的太阳能电池片的制造方法可以进一步增加硅片有效比表面积，增加硅片陷光能力，提升光生载流子数量，增加短路电流，提升电池片转换效率。
(3)本发明的太阳能电池片的制造方法，用以解决单晶电池制绒过程中，整体陷光能力低，该方法既可以提升有效制绒面积，又能避免丝网印刷不良影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明太阳能电池片制造方法的激光开孔的侧面示意图；
图2为本发明太阳能电池片制造方法激光开孔后绒面的微观效果图；
图3为本发明制造的太阳能电池片的效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种太阳能电池片的制造方法，包括如下具体步骤：
(1)将原单晶硅片或清洗后的硅片正面置于激光下，通过激光在硅片表面进行一定深度的激光开孔；且激光开孔位置避开丝网印刷栅线的金属化区域，激光开孔的深度为20微米，激光开孔所形成的激光光斑的直径为10微米，激光光斑之间的距离为100微米；激光的功率为150W，激光波长为500nm；如图3所示，激光开孔时避开丝网印刷栅线的金属化区域；
(2)激光开孔后对激光面采用浓度10wt％的氢氟酸进行酸洗，去除因激光高温而产生的氧化层；
(3)酸洗后用浓度2wt％的氢氧化钠溶液在75℃下各项异性腐蚀进行碱制绒，形成金字塔结构；
(4)然后扩散、去除PSG、碱抛、氧化、正面沉积氮化硅、背面钝化、背面激光开孔、丝网印刷烧结，得到太阳能电池片。
本发明的实施例1通过激光在硅片在单晶硅片表面挖出一定深度的孔洞，可以包括多种实施方案；参照图1和图2所示，本实例将原硅片或清洗后硅片正面置于激光下。将激光覆盖但不包括丝网印刷栅线的非金属化区域(如图3所示)，最多共需打激光[L/(D+R)]2个光斑，其中L为硅片尺寸,R为光斑直径，D为相邻光斑的距离。本实例中，激光光斑大小可调，光斑间距可调，光斑深度可调。本实例中，激光结束后对进行酸洗，去除氧化层，酸洗后对硅片进行碱制绒及后续处理，得到太阳能电池片。
上述实施例1提供的一种太阳能电池片的制造方法，包括：对单晶硅片进行激光开孔，在硅片表面形成一定深度的凹坑，且激光开孔位置应避开丝网印刷栅线的金属化区域；然后进行碱制绒，形成金字塔结构；接着进行扩散、去PSG、碱抛、氧化、正面沉积氮化硅、背面钝化、背面激光开槽、丝网印刷烧结；本发明的太阳能电池片制造方法在原有的工艺基础上增加了制绒前激光开孔，即激光开孔形成凹坑，有效增加了制绒表面积，同时凹坑制绒后表面会形成侧面金字塔结构，增加对光的反射次数，从而提升光的利用率，增加光生载流子数量，提升ISC，进而提升电池片转换效率，在不考虑横向迁移电阻的情况下，电流提升5％以上，电池片转换效率提升1％以上。
实施例2
一种太阳能电池片的制造方法，包括如下具体步骤：
(1)将原单晶硅片或清洗后的硅片正面置于激光下，通过激光在硅片表面进行一定深度的激光开孔；且激光开孔位置避开丝网印刷栅线的金属化区域，激光开孔的深度为50微米，激光开孔所形成的激光光斑的直径为50微米，激光光斑之间的距离为1000微米；激光的功率为200W，激光波长为700nm；如图3所示，激光开孔时避开丝网印刷栅线的金属化区域；
(2)激光开孔后对激光面采用浓度15wt％的氢氟酸进行酸洗，去除因激光高温而产生的氧化层；
(3)酸洗后用浓度5wt％的氢氧化钠溶液在80℃下各项异性腐蚀进行碱制绒，形成金字塔结构；
(4)然后扩散、去除PSG、碱抛、氧化、正面沉积氮化硅、背面钝化、背面激光开孔、丝网印刷烧结，得到太阳能电池片。
实施例3
一种太阳能电池片的制造方法，包括如下具体步骤：
(1)将原单晶硅片或清洗后的硅片正面置于激光下，通过激光在硅片表面进行一定深度的激光开孔；且激光开孔位置避开丝网印刷栅线的金属化区域，激光开孔的深度为5微米，激光开孔所形成的激光光斑的直径为20微米，激光光斑之间的距离为50微米；激光的功率为120W，激光波长为900nm；如图3所示，激光开孔时避开丝网印刷栅线的金属化区域；
(2)激光开孔后对激光面采用浓度12wt％的氢氟酸进行酸洗，去除因激光高温而产生的氧化层；
(3)酸洗后用浓度3wt％的氢氧化钠溶液在80℃下各项异性腐蚀进行碱制绒，形成金字塔结构；
(4)然后扩散、去除PSG、碱抛、氧化、正面沉积氮化硅、背面钝化、背面激光开孔、丝网印刷烧结，得到太阳能电池片。
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种太阳能电池片的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)对单晶硅片表面进行激光开孔；
(2)激光开孔后进行酸洗，去除氧化层；
(3)酸洗后进行碱制绒，形成金字塔结构；
(4)然后扩散、去除PSG、碱抛、氧化、正面沉积氮化硅、背面钝化、背面激光开孔、丝网印刷烧结，得到太阳能电池片。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池片的制造方法，其特征在于，步骤(1)对单晶硅片表面进行激光开孔，且激光开孔位置避开丝网印刷栅线的金属化区域。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能电池片的制造方法，其特征在于，步骤(1)中激光开孔的深度为1-50微米。
4.根据权利要求1或2所述的一种太阳能电池片的制造方法，其特征在于，步骤(1)中激光开孔所形成的激光光斑的直径为10-50微米；激光光斑之间的距离为1-1000微米。
5.根据权利要求1或2所述的一种太阳能电池片的制造方法，其特征在于，步骤(1)中所述激光的功率为120-200W，激光波长为500-900nm。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池片的制造方法，其特征在于，步骤(2)激光开孔后对激光面进行酸洗，去除因激光高温而产生的氧化层。
7.根据权利要求1或6所述的一种太阳能电池片的制造方法，其特征在于，步骤(2)中酸洗所采用的酸为浓度10-15wt％的氢氟酸。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能电池片的制造方法，其特征在于，步骤(3)酸洗后用浓度2-5wt％的碱性溶液进行碱制绒，形成金字塔结构。
9.根据权利要求8所述的一种太阳能电池片的制造方法，其特征在于，所述的碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液中的一种。
10.根据权利要求8所述的一种太阳能电池片的制造方法，其特征在于，步骤(3)酸洗后用浓度2-5wt％的碱性溶液在75-80℃下进行碱制绒，形成金字塔结构。
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