CN113363354B - 一种p型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用太阳能电池加工技术领域，提供了一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：P型硅片抛光及生长氧化硅层；硅片背面沉积非晶硅层；硅片背面沉积掩膜；硅片背面局部激光消融；制绒；退火；硅片背面沉积背面钝化膜；激光开槽；正、负电极印刷烧结。本发明提供的P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法通过一步完成硅片抛光和氧化硅层生长，简化了工艺,且通过局部激光消融后再制绒，可以提升电池性能和电池转换效率；而且，无需采用离子注入技术，极大地简化了工艺，利用常规PERC太阳能电池的加工设备即可实现P型背接触式晶硅太阳能电池的制备，无需另外增加其它设备，极大地降低了P型背接触式晶硅太阳能电池的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池加工技术领域，具体涉及一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法。
背景技术
目前，随着化石能源的逐渐耗尽，太阳能电池作为新的能源替代方案，使用越来越广泛。太阳能电池是将太阳的光能转换为电能的装置。太阳能电池利用光生伏特原理产生载流子，然后使用电极将载流子引出，从而利于将电能有效利用。其中，背接触式电池作为太阳能电池的其中一种，由于背接触式电池的正面没有金属电极遮挡的影响，因此具有更高的短路电流，光电转换效率更高。
现有技术中，P型背接触式晶硅太阳能电池通常采用P型硅片作为基底，通过对硅片先进行制绒、在硅片背面制备氧化硅层、在氧化硅层生长本征多晶硅层、在本征多晶硅层注入磷离子并在P型硅片注入硼离子，而后将硅片退火、制备硅片正面钝化减反膜及背面钝化膜、激光开槽，最后印刷烧结正负电极以制得P型背接触式晶硅太阳能电池。由于现有技术的P型背接触式晶硅太阳能电池制备工艺需要采用离子注入技术，工艺复杂，且会增加设备投入成本，增加了电池的生产成本，导致P型背接触式晶硅太阳能电池生产成本高。
发明内容
本发明提供一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，旨在解决现有技术中P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法存在工艺复杂，导致P型背接触式晶硅太阳能电池生产成本高的问题。
本发明是这样实现的，提供一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
P型硅片抛光及生长氧化硅层；
硅片背面沉积非晶硅层：采用LPCVD或PECVD在硅片背面沉积n+非晶硅层；
硅片背面沉积掩膜；
硅片背面局部激光消融：将硅片背面进行局部激光消融以露出硅片背面；
制绒：对硅片正面及背面的激光消融区进行制绒，同时去除硅片背面的掩膜及硅片正面的氧化硅层；
退火：利用退火炉对硅片进行高温晶化，然后降温并通入氧气，以使n+非晶硅层转换为n+多晶硅层，并在n+多晶硅层表面生长氧化硅钝化膜；
硅片正面沉积减反膜、正面钝化膜；
硅片背面沉积背面钝化膜；
激光开槽：在硅片背面的激光消融区进行激光开槽；
正、负电极印刷烧结：在硅片激光消融区的开槽区域使用铝浆料印刷正电极，在硅片背面非激光消融区使用银浆料印刷负电极，并烧结烘干得到太阳能电池成品。
优选的，所述P型硅片抛光及生长氧化硅层步骤具体包括：
使用碱性溶液将硅片进行抛光，抛光完成后将硅片放置在水中或微酸性溶液中，并向水中或微酸性溶液中通入臭氧，以在硅片表面生长氧化硅层。
优选的，所述碱性溶液的浓度为1.5～15％，所述硅片抛光后的表面反射率控制在38％～45％；所述臭氧的处理时间控制在1～40min。
优选的，在所述硅片背面沉积非晶硅层步骤中，所述n+非晶硅层的厚度为50～350nm。
优选的，在所述硅片背面沉积掩膜步骤中，通过PECVD沉积所述掩膜；所述掩膜为氧化硅掩膜，且所述掩膜厚度控制在80-200nm。
优选的，所述硅片背面局部激光消融步骤中，所述激光消融的宽度为200-500nm，且激光能量控制在10-40W。
优选的，所述制绒步骤中，使用碱性溶液对硅片进行制绒，并通过酸性溶液去除硅片背面的掩膜及硅片正面的氧化硅层，以使硅片减重控制在0.2g～0.5g，硅片表面反射率控制在8％-12％。
优选的，所述退火步骤中，所述高温晶化的温度控制在500-1000℃。
优选的，所述正面钝化膜的厚度控制在80-150nm；所述背面钝化膜的厚度控制在60-150nm，所述背面钝化膜的折射率控制在2-2.5。
优选的，所述激光开槽的宽度为28-45um；所述烧结温度为300-900℃。
本发明提供的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法通过一步完成硅片抛光及硅片背面氧化硅层生长，简化了工艺步骤，且利用硅片背面氧化硅层可以提升P型背接触式晶硅太阳能电池的钝化效果，从而可以提升电池的转换效率；通过采用局部激光消融后再制绒，在完成硅片绒面制备的同时，可以洗去激光消融时残留在硅片表面的掺杂原子，避免电池漏电，可以提升电池的安全性能；而且制绒过程中可以对激光消融的损伤可以进行一定的修复，从而可以提升电池的转换效率。采用制绒后进行退火，既可以完成非晶硅的晶化，又可以对激光损伤进一步修复，同时还可以生长氧化硅钝化膜，以进一步提升电池钝化能力。
而且，本发明的P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法无需采用离子注入技术，极大地简化了工艺，利用常规PERC太阳能电池的加工设备即可实现P型背接触式晶硅太阳能电池的制备，无需另外增加其它设备，极大地降低了P型背接触式晶硅太阳能电池的生产成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明提供的一种P型背接触式晶硅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，对本发明进行进一步详细说明。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。
本发明提供的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法通过一步完成硅片抛光及硅片背面氧化硅层生长，简化了工艺步骤，并在抛光后生长氧化硅层的硅片沉积n+非晶硅层，可以提升P型背接触式晶硅太阳能电池的钝化效果，从而可以提升电池的转换效率；通过采用局部激光消融后再制绒，可以提升电池的安全性能和电池的转换效率。采用制绒后进行退火，既可以完成非晶硅的晶化，又可以对激光损伤进一步修复，同时还可以生长氧化硅钝化膜，以进一步提升电池钝化能力。而且，本发明的P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法无需采用离子注入技术，极大地简化了工艺，利用常规PERC太阳能电池的加工设备即可实现P型背接触式晶硅太阳能电池的制备，无需另外增加其它设备，极大地降低了P型背接触式晶硅太阳能电池的生产成本。
请参照图1，本发明实施例提供一种P型背接触式晶硅太阳能电池，包括P型硅片1、正电极2和负电极3，硅片1的正面从内到外设置有减反膜4、正面钝化膜5，硅片1的背面从内到外依次设置有氧化硅层6、n+多晶硅层7、背面钝化膜8，正电极3位于硅片1背面的激光开槽区域内并与硅片1的背面形成欧姆接触，正电极3与硅片1之间形成p+AL掺杂区9，p+AL掺杂区9与n+多晶硅层7交替间隔设置；负电极3与n+多晶硅层7形成欧姆接触。
作为本发明的一个实施例，减反膜4为氧化铝膜，正面钝化膜5和背面钝化膜8均为氮化硅膜。
请参照图2，本发明实施例提供一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，用于制备上述实施例的P型背接触式晶硅太阳能电池，包括以下步骤：
S1，P型硅片抛光及生长氧化硅层；
具体的，所述P型硅片1抛光及生长氧化硅层6步骤具体包括：采用P型硅片1作为基底材料，使用碱溶液将硅片1进行抛光，抛光完成后将硅片1放置在水中或微酸性溶液中，并向水中或微酸性溶液中通入臭氧，以在硅片1表面生长氧化硅层6。
本步骤中，利用槽式抛光设备对硅片进行抛光处理，碱溶液可以是KOH或者NaOH碱溶液。硅片在槽式抛光设备完成抛光处理后，硅片表面的反射率为38％～45％。在完成硅片抛光处理后，将硅片1放置在水中或微酸性溶液中，并向水中或微酸性溶液中通入臭氧，并向水中或微酸性溶液通入臭氧，从而利用臭氧将硅片表面氧化生成氧化硅层6，即硅片的正面及背面均生成出氧化硅层，利用氧化硅层可以提升电池的钝化效果，从而提升电池转换效率。其中，微酸性溶液的PH为5-7，微酸性溶液具体可以是盐酸。
本发明实施例中，通过在硅片抛光后，通过将硅片1放置在水中或微酸性溶液中，并向水中或微酸性溶液中直接通入臭氧，以在硅片背面生长氧化硅层，一步即可完成硅片抛光和氧化硅层生长，大大简化了该P型背接触式晶硅太阳能电池的工艺步骤，有利于降低该P型背接触式晶硅太阳能电池的加工成本。
优选的，硅片1抛光完成后，将硅片1放置在微酸性溶液中，并向微酸性溶液中通入臭氧，利用微酸性溶液，可以增加臭氧在微酸性溶液里的溶解度，可以使硅片1更好地生长出氧化硅层6。
作为本发明的一种优选实施方式，碱溶液的浓度为1.5～15％，硅片表面的反射率控制在38％～45％，臭氧的处理时间控制在1～40min。
S2，硅片背面沉积非晶硅层：采用LPCVD或PECVD在硅片1背面沉积n+非晶硅层；
本步骤中，通过LPCVD或PECVD形成n+非晶硅层，其工艺简单，实现成本低。而且，在硅片抛光并形成氧化硅层后再沉积n+非晶硅层，可以提升P型背接触式晶硅太阳能电池的钝化效果。
作为本发明的一种优选实施方式，n+非晶硅层的厚度为50～350nm。
S3，在硅片背面沉积掩膜；
本步骤中，通过PECVD沉积所述掩膜；掩膜为氧化硅掩膜，且掩膜厚度控制在80-200nm，以使掩膜在后续制绒过程可以很好地对n+非晶硅层进行保护。
S4，硅片背面局部激光消融：将硅片背面进行局部激光消融以露出硅片背面；
本步骤中，激光消融宽度为200-500nm，激光能量控制在10-40W。
S5，对硅片正面及背面的激光消融区进行制绒，同时去除硅片背面的掩膜及硅片正面的氧化硅层；
本步骤中，采用湿法刻蚀技术进行制绒，具体使用碱性溶液对硅片1进行硅片表面制绒，以使硅片背面和正面形成绒面，以减少光的反射，有利于提高光电转换效率；同时，利用酸性溶液去除硅片背面的掩膜及硅片正面的氧化硅层。其中，制绒使用的碱溶液可以是KOH溶液或者NaOH溶液。该酸性溶液具体可以为HF或HNO3。
本步骤中，使用碱性溶液对硅片1进行硅片表面制绒并利用酸性溶液去除硅片背面的掩膜及硅片正面的氧化硅层后，使硅片减重控制在0.2g～0.5g，表面反射率控制在8％-12％，既可以确保硅片的厚度，且确保电池保持较高的光电转换效率。
本发明实施例中，由于先采用局部激光消融后再制绒，制绒过程中一方面可以实现电池绒面制备，而且可以利用制绒使用的碱性溶液去除激光消融时残留在硅片表面的掺杂原子，避免电池漏电，从而提升电池的性能；另一方面，制绒过程可以对激光消融的损伤可以进行一定的修复，从而可以提升电池的转换效率。
S6，退火：利用退火炉对硅片进行高温晶化，然后降温并通入氧气，以使n+非晶硅层转换为n+多晶硅层7，并在n+多晶硅层7表面生长氧化硅钝化膜；
本步骤中，首先利用退火炉高温晶化，使n+非晶硅层转换为n+多晶硅层，然后将退火炉降温并入氧气，并在n+多晶硅层表面生长一层氧化硅钝化膜，以进一步提升电池钝化效果。
作为本发明的一个优选实施例，高温晶化的温度控制在500～1000℃，使n+非晶硅层可以晶化成n+多晶硅层，可以提升光电转换效率。
本发明实施例中，通过在制绒后进行退火，既可以完成了n+非晶硅层的晶化，又可以对激光消融的损伤进一步修复，同时还可以生长氧化硅钝化膜，提高电池钝化能力。
S7，在硅片正面沉积减反膜4、正面钝化膜5；
具体的，通过PECVD依次在硅片正面沉积减反膜4、正面钝化膜5。优选的，正面钝化膜5的厚度控制在80-150nm，以降低硅片表面复合。其中，减反膜4、正面钝化膜5分别对应为氧化铝膜、氮化硅膜。
S8，在硅片背面沉积背面钝化膜8；
具体的，采用PECVD沉积背面钝化膜8。其中，背面钝化膜8为氮化硅膜。
作为本发明的一个优选实施例，背面钝化膜8的厚度控制在60-150nm，且背面钝化膜8的折射率控制在2-2.5，以减少光反射回入射界面，从而增加硅片对光的吸收和利用。
S9，激光开槽，在硅片背面的激光消融区进行激光开槽；
本步骤中，通过在硅片1背面的激光消融区进行激光开槽，以便印刷的P型背接触式晶硅太阳能电池的正电极2与硅片1形成欧姆接触。优选的，激光开槽的宽度为28-45um。
S10，正、负电极印刷烧结，在硅片激光消融区的开槽区域使用铝浆料印刷正电极2，在硅片背面非激光消融区使用银浆料印刷负电极3，并烧结烘干得到太阳能电池成品。
具体的，正电极2和负电极3的烧结温度为300-900℃，可以大幅降低浆料烧结过程中对n+多晶硅层7及氧化硅层6的破坏，提高电池效率。烧结完成后，正电极2与硅片1的背面形成欧姆接触，负电极3与n+多晶硅层7形成欧姆接触。其中，印刷正电极2的铝浆中铝原子可以按照一定比例融入P型硅片1进行掺杂，使掺杂有AL原子的P型硅片1部分形成p+AL掺杂区9，以降低电池背面载流子复合，可以增大开路电压，从而提高该P型背接触式晶硅太阳能电池的光电转换效率。
本发明实施例提供的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法通过一步即可完成硅片抛光及硅片背面氧化硅层生长，简化了工艺步骤，并在抛光后生长氧化硅层的硅片沉积n+非晶硅层，可以提升P型背接触式晶硅太阳能电池的钝化效果，从而可以提升电池的转换效率；通过采用局部激光消融后再制绒，可以提升电池的安全性能和电池的转换效率。采用制绒后进行退火，既可以完成非晶硅的晶化，又可以对激光损伤进一步修复，同时还可以生长氧化硅钝化膜，以进一步提升电池钝化能力。而且，本发明的P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法无需采用离子注入技术，利用沉积工艺直接形成n+非晶硅层，极大地简化了工艺，利用常规PERC太阳能电池的加工设备即可实现P型背接触式晶硅太阳能电池的制备，无需另外增加其它设备，极大地降低了P型背接触式晶硅太阳能电池的生产成本。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
P型硅片抛光及生长氧化硅层；
硅片背面沉积非晶硅层：采用LPCVD或PECVD在硅片背面沉积n+非晶硅层；
硅片背面沉积掩膜；
硅片背面局部激光消融：将硅片背面进行局部激光消融以露出硅片背面；
制绒：对硅片正面及背面的激光消融区进行制绒，同时去除硅片背面的掩膜及硅片正面的氧化硅层；
退火：利用退火炉对硅片进行高温晶化，然后降温并通入氧气，以使n+非晶硅层转换为n+多晶硅层，并在n+多晶硅层表面生长氧化硅钝化膜；
硅片正面沉积减反膜、正面钝化膜；
硅片背面沉积背面钝化膜；
激光开槽：在硅片背面的激光消融区进行激光开槽；
正、负电极印刷烧结：在硅片激光消融区的开槽区域使用铝浆料印刷正电极，在硅片背面非激光消融区使用银浆料印刷负电极，并烧结烘干得到太阳能电池成品。
2.根据权利要求1所述的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述P型硅片抛光及生长氧化硅层步骤具体包括：
使用碱性溶液将硅片进行抛光，抛光完成后将硅片放置在水中或微酸性溶液中，并向水中或微酸性溶液中通入臭氧，以在硅片表面生长氧化硅层。
3.根据权利要求2所述的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液的浓度为1.5～15％，所述硅片抛光后的表面反射率控制在38％～45％；所述臭氧的处理时间控制在1～40min。
4.根据权利要求1所述的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述硅片背面沉积非晶硅层步骤中，所述n+非晶硅层的厚度为50～350nm。
5.根据权利要求1所述的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述硅片背面沉积掩膜步骤中，通过PECVD沉积所述掩膜；所述掩膜为氧化硅掩膜，且所述掩膜厚度控制在80-200nm。
6.根据权利要求1所述的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述硅片背面局部激光消融步骤中，所述激光消融的宽度为200-500nm，且激光能量控制在10-40W。
7.根据权利要求1所述的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制绒步骤中，使用碱性溶液对硅片进行制绒，并通过酸性溶液去除硅片背面的掩膜及硅片正面的氧化硅层，以使硅片减重控制在0.2g～0.5g，硅片表面反射率控制在8％-12％。
8.根据权利要求1所述的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述退火步骤中，所述高温晶化的温度控制在500-1000℃。
9.根据权利要求1所述的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述正面钝化膜的厚度控制在80-150nm；所述背面钝化膜的厚度控制在60-150nm，所述背面钝化膜的折射率控制在2-2.5。
10.根据权利要求1所述的一种P型背接触式晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述激光开槽的宽度为28-45um；所述烧结温度为300-900℃。
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