CN113380922A - 制备方法及选择性发射极太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，包括：对制绒后的硅片绒面一侧进行重掺杂扩散处理，形成PSG层与重掺杂层；在硅片的正面印制掩膜层后烘干，其中，掩膜层与正电极在硅片上的位置对应；将硅片置于腐蚀液中，通过腐蚀液腐蚀未被掩膜层覆盖的PSG层以及位于硅片表层的重掺杂层，使硅片形成轻掺杂层；通过清洗液去除位于未被腐蚀的重掺杂层上的掩膜层以及掩膜层下的PSG层；对硅片退火处理并在其背面镀制钝化膜；在硅片的正面丝网印刷正电极，在背面印刷背电极与背电场，其中，正电极与硅片上未被腐蚀的重掺杂层对应。本发明还提供了一种选择性发射极太阳能电池。本发明可避免采用常见的激光推进PSG中掺杂源方法所带来的不良影响。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种选择性发射极太阳能电池的制备方法与选择性发射极太阳能电池。
背景技术
太阳能电池正面接收太阳光入射，在正面的表层处产生大量的电子空穴对，是太阳能电池光电转换最有效的区域。想要得到高效的太阳能电池结构，电池表层就需有较少的掺杂，减少由此带来的复合中心。而传统的扩散工艺，掺杂源由硅片表面往硅片内部推进，在硅片表面形成高浓度的带电的离子复合中心。
太阳能电池的选择性发射技术，不同于传统扩散方法，其在与Ag电极接触的区域具有较高的掺杂浓度，形成良好的欧姆接触，而非Ag电极的位置则有较低的掺杂浓度，可避免引入较多的复合中心，从而使得太阳能电池具有较低的串联电阻，又能减少少子的复合，有效地提高光电转换效率。
目前，选择性发射技术常见的方法是利用PSG(磷硅玻璃)中的高浓度掺杂源，用激光高温将其进一步往硅片内部推进，形成局部的高掺杂区域。用这种方法，需有较稳定的激光光源，即对激光光源的要求较高，以避免对扩散层的破坏而导致漏电；同时，由于激光高温推进下，硅片的表面形貌趋于一致，导致在硅片表面镀膜后丝网印刷对准较难，容易造成栅线偏移，EL检测不良，导致太阳能电池的光电转换效率较低。
发明内容
本发明实施例提供一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，旨在解决现有技术中采用激光高温推进PSG中掺杂源的方法所带来的对激光光源要求较高、硅片表面镀膜后丝网印刷对准较难、太阳能电池的光电转化效率受影响等技术问题。
本发明实施例是这样实现的，一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、对制绒后的硅片的绒面一侧进行重掺杂扩散处理，使形成绒面后的所述硅片的正面形成PSG层与重掺杂层；
S2、通过掩膜网版在所述硅片的正面印制掩膜层后烘干，其中，所述掩膜层与所述太阳能电池的正电极在所述硅片上的位置对应；
S3、将所述硅片置于腐蚀液中，通过腐蚀液腐蚀未被所述掩膜层覆盖的所述PSG层以及位于所述硅片的正面表层的所述重掺杂层，使所述硅片形成轻掺杂层；
S4、通过清洗液去除位于未被腐蚀的所述重掺杂层上的所述掩膜层以及所述掩膜层下的所述PSG层；
S5、对所述硅片进行退火处理并在其背面镀制钝化膜；
S6、在所述硅片的正面丝网印刷正电极，在背面印刷背电极与背电场，其中，所述正电极与所述硅片上未被腐蚀的所述重掺杂层对应。
更进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11、对制绒后的硅片的绒面一侧进行扩散处理，炉温为700-800℃，并通入O2生成薄氧化层；
S12、通入携源氮气200-500s，流量为100-1000sccm/min，压力为20-150Pa，在形成绒面后的所述硅片的正面薄氧化层上生成富源的PSG层；
S13、在850-930℃的条件下，对所述PSG层高温推进掺杂源，时间为200-500s；
S14、降温到750-820℃再对所述PSG层推进掺杂源10-30min，使形成绒面后的所述硅片的正面形成重掺杂层，其中，所述重掺杂层的方阻为70-100Ω/□。
更进一步地，所述步骤S2中的所述掩膜层为蜡膜。
更进一步地，所述步骤S3中的所述腐蚀液由浓度为10-20％的HF溶液与浓度为10-60ppm的O3混合组成。
更进一步地，所述步骤S3中被腐蚀过后的所述重掺杂层的方阻为120-180Ω/□。
更进一步地，所述步骤S5中的钝化膜为氮化硅膜。
更进一步地，所述氮化硅膜的厚度为73-80nm，折射率为2.0-2.2。
更进一步地，所述清洗液包括由浓度为5-12％的BDG溶液与浓度为1-5％的NOH溶液组成的混合溶液。
更进一步地，所述清洗液还包括浓度为5-15％的HF溶液。
本发明实施例还提供一种选择性发射极太阳能电池，通过如上述任一项所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法制备得到。
本发明实施例的有益效果是，通过在太阳能电池的表面实现轻重不同的掺杂区域，即轻掺杂层与重掺杂层，轻掺杂层为光接收区，能较大程度减免光电子的复合损失，重掺杂层为正电极接触的区域，能较好的形成欧姆接触，减小串联电阻，提高开压，能有效地避免现有技术中采用的激光高温制作选择性发射极而出现的激光损伤。并且，由于腐蚀后重轻掺杂层存在阶梯形貌，容易实现后续丝网印刷电极时的对准，制备方法步骤比较简单，过程可控，重复性好。
附图说明
图1为本发明实施例的选择性发射极太阳能电池的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的选择性发射极太阳能电池的硅片镀制掩膜层后的结构意图；
图3为本发明实施例的选择性发射极太阳能电池的硅片经过腐蚀液腐蚀后的结构示意图；
图4为本发明实施例的选择性发射极太阳能电池的硅片经过清洗液清洗后的结构示意图；
图5为本发明实施例的选择性发射极太阳能电池的结构示意图。
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。
目前，选择性发射技术常见的方法是利用PSG(磷硅玻璃)中的高浓度掺杂源，用激光高温将其进一步往硅片内部推进，形成局部的高掺杂区域。用这种方法，需有较稳定的激光光源，即对激光光源的要求较高，以避免对扩散层的破坏而导致漏电；同时，由于激光高温推进下，硅片的表面形貌趋于一致，导致在硅片表面镀膜后丝网印刷对准较难，容易造成栅线偏移，EL检测不良，导致太阳能电池的光电转换效率较低。
本发明实施例为避免用常见的激光高温推进PSG中掺杂源方法所带来的不良因素，在对硅片进行掺杂扩散处理后，在硅片表面印刷一掩膜层以覆盖正电极接触的区域，而后通过腐蚀液对硅片上无掩膜层覆盖的区域进行腐蚀，去除硅片上高浓度的掺杂表层，并形成低掺杂水平的表面光接收层，从而减少表面复合，制备得到符合标准的选择性发射极太阳能电池。
实施例一
请参阅图1，本发明实施例的选择性发射极太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、对制绒后的硅片的绒面一侧进行重掺杂扩散处理，使形成绒面后的硅片的正面形成PSG层与重掺杂层；
S2、通过掩膜网版在硅片的正面印制掩膜层后烘干，其中，掩膜层与太阳能电池的正电极在硅片上的位置对应；
S3、将硅片置于腐蚀液中，通过腐蚀液腐蚀未被掩膜层覆盖的PSG层以及位于硅片的正面表层的重掺杂层，使硅片形成轻掺杂层；
S4、通过清洗液去除位于未被腐蚀的重掺杂层上的掩膜层以及掩膜层下的PSG层；
S5、对硅片进行退火处理并在其背面镀制钝化膜；
S6、在硅片的正面丝网印刷正电极，在背面印刷背电极与背电场，其中，正电极与硅片上未被腐蚀的重掺杂层对应。
本发明实施例的选择性发射极太阳能电池的制备方法中，在选择性发射极太阳能电池10的表面实现轻重不同的掺杂区域，即轻掺杂层与重掺杂层，轻掺杂层4为光接收区，能较大程度减免光电子的复合损失，重掺杂层2为正电极接触的区域，能较好的形成欧姆接触，减小串联电阻，提高开压，能有效地避免现有技术中采用的激光高温制作选择性发射极而出现的激光损伤。并且由于腐蚀后重轻掺杂层存在阶梯形貌，容易实现后续丝网印刷正、背电极时的对准，制备方法步骤比较简单，过程可控，重复性好。
具体地，请参阅图2，在发明实施例中，可以采用湿法刻蚀技术在硅片1的表面制成绒面，提升硅片1对光的吸收能力。此时，绒面所处的硅片1的表面为正面，制成绒面后，对硅片1的正面进行扩散处理，以使硅片1的正面形成PSG(磷硅玻璃，Phospho-Silicate Glass)层，再对PSG层进行重掺杂处理得到重掺杂层2(或称为扩散层)，以使硅片的正面具备较高的掺杂浓度。
上述步骤S1为硅片的重掺杂扩散处理过程，更进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：
S11、对制绒后的硅片的绒面一侧进行扩散处理，炉温为700-800℃，并通入O2生成薄氧化层；
S12、通入携源氮气200-500s，流量为100-1000sccm/min，压力为20-150Pa，在形成绒面后的硅片的正面薄氧化层上生成富源的PSG层；
S13、在850-930℃的条件下，对PSG层高温推进掺杂源，时间为200-500s；
S14、降温到750-820℃再对PSG层推进掺杂源10-30min，使形成绒面后的硅片的正面形成重掺杂层，其中，重掺杂层的方阻为70-100Ω/□。
通过以上步骤S11-S14，初步实现对选择性发射极太阳能电池10的重掺杂层2的生成。以上对硅片1的重掺杂扩散处理过程的描述仅为示例性地，不应理解为对本发明的限制。
请继续参阅图2，图2为本发明实施例在硅片1正面印制掩膜层2的示意图，其中，硅片1为选择性发射极太阳能电池10的基底，在该硅片1上制绒后对其进行重掺杂扩散处理，以在硅片1正面形成重掺杂层2，图2所示的硅片1的上表面为正面，下表面则为背面，而后通过步骤S2在硅片1正面印制掩膜层3，掩膜层3覆盖于与正电极对应的重掺杂层2上。
更进一步地，在本发明实施例中，步骤S2具体包括以下内容：
预制得到可印刷预制图案的掩膜层3的掩膜网版，通过掩膜网版可在扩散后的硅片1正面印制呈预制图案的掩膜层3，掩膜网版所印制的掩膜层3的图案与需要印刷至硅片1上的正电极的图案相同。然后，对掩膜层3进行烘干处理，保证掩膜层3稳固地附着于硅片1正面，以有效地保护需要保护的重掺杂层2。而掩膜层3与正电极在硅片1上的预设位置对应，如此，正电极可与掩膜层3下的重掺杂层2准确地对应并实现后续良好的欧姆接触。
在一个实施例中，掩膜层3呈线状阵列，等距间隔分布于硅片1正面。如此，当在硅片1设置与掩膜层3以及掩膜层3下的重掺杂层2对应的正电极时，正电极的形状以及分布位置可满足选择性发射极太阳能电池10所需的良好的欧姆接触，并且使得选择性发射极太阳能电池10的外观更为美观规则。
更进一步地，在本发明实施例中，步骤S2中的掩膜层3为蜡膜。
也即是说，本发明实施例所采用的掩膜层3的材料为蜡，通过掩膜网版将蜡印刷至硅片1表面，并在设定的温度下烘干以形成掩膜层3。蜡形成的掩膜层3能够抗酸性溶液腐蚀而不自硅片1表面脱落，以有效地保护其下方的重掺杂层2，而在使用碱性溶液时可有效被去除，以实现后续对重掺杂层2露出，使得重掺杂层2可与正电极形成良好的欧姆接触。
当然，在其他的实施例中，掩膜层3的材料还可以为其他，并不限于蜡，在具体的实施例中具体选择即可。
在一个实施例中，掩膜层3的厚度大致为15mm。在此厚度范围内的掩膜层3厚度适中，具备较佳的抗腐蚀能力，可有效地保护重掺杂层2。当然，在其他实施例中，掩膜层3的厚度还可以为其他，在保证掩膜层3有效保护重掺杂层2的前提下具体设置即可，在此不做具体限制。
请结合图3，图3为本发明实施例的硅片1经过步骤S3处理后的示意图，即经腐蚀液腐蚀后的示意图，其中，轻掺杂层4由重掺杂层2经过腐蚀液腐蚀后得到，因此重掺杂层2的厚度大于轻掺杂层4，PSG层未示出。
更进一步地，步骤S3具体包括以下内容：
将敷设有掩膜层3的硅片1浸入腐蚀性溶液中并同步喷淋，通过腐蚀液腐蚀未被掩膜层覆盖的PSG层与重掺杂层2，以降低硅片1正面的掺杂浓度并形成轻掺杂层4，而被掩膜层3覆盖的区域(对应正电极的部分重掺杂层)仍保持为高掺杂浓度，以此在选择性发射极太阳能电池10表面实现轻重不同的掺杂区域。
更进一步地，在本发明实施例中，步骤S3中的腐蚀液由浓度为10-20％的HF溶液与浓度为10-60ppm的O3混合组成，腐蚀液的温度为10-30℃，对硅片1的腐蚀时间为100-300s。
具体地，HF溶液与O3易于获得，成本不高，并且通过上述浓度范围的HF溶液与O3混合组成的腐蚀液，在上述温度范围与腐蚀时间下具备较强的腐蚀能力，能够较强地腐蚀未被掩膜层3覆盖的重掺杂层2又不过度地伤害硅片1，同时降低未被掩膜层3覆盖的重掺杂层2的掺杂浓度以变为轻掺杂层4。当然，在其他实施例中，腐蚀液的组成物以及组成物的浓度还可为其他，在此不做具体限制。
更进一步地，在本发明实施例中，步骤S3中被腐蚀过后的重掺杂层2的方阻为120-180Ω/□。也即是说，轻掺杂层4的方阻为120-180Ω/□，以有效减少发射极电流复合密度，从而提升选择性发射极太阳能电池10的开路电压Voc及短路电流Isc。
请结合图4，图4为本发明实施例的硅片1经过步骤S4处理后的示意图，即硅片1经过清洗液清洗后的示意图。具体地，将硅片1置于清洗液中，掩膜层3以及被掩膜层3覆盖的PSG层可被清洗液有效地清洗去除，以露出被覆盖保护的用于与正电极对应的重掺杂层2，实现后续要求的良好的欧姆接触。
更进一步地，在本发明实施例中，清洗液包括由浓度为5-12％的BDG溶液与浓度为1-5％的NOH溶液组成的碱性混合溶液，该碱性混合溶液用于去除掩膜层3。
可以理解，BDG溶液与NOH溶液均为碱性溶液，可有效地去除硅片1正面覆盖的掩膜层3，使被掩膜层3覆盖的重掺杂层2露出。当然，在其他实施例中，清洗液的组成物以及组成物的浓度还可为其他，在此不做具体限制。
更进一步地，在本发明实施例中，清洗液还包括浓度为5-15％的HF溶液，HF溶液用于去除掩膜层3下的PSG层。
具体地，HF溶液与O3易于获得，成本不高，并且通过上述浓度范围的HF溶液与O3混合组成的腐蚀液，具备较强的腐蚀能力，能够较强地腐蚀掩膜层3下的PSG层，以露出重掺杂层2。
更进一步地，在本发明实施例中，将经步骤S4处理过后的硅片1，在600-750℃的温度下退火处理约1h。具体地，如可采用热氧对硅片1进行退火处理，热氧退火处理技术成熟，效果较佳。
而后，将经退火处理的硅片1，在温度为400-500℃，射频电源功率为5k-10kW，SiH4流量为800-1500sccm/min，NH3流量为6000-10000sccm/min的条件下，在背面镀制镀膜材料10分钟形成钝化膜5，钝化膜5覆盖轻掺杂层4，以降低硅片1背面的电流复合密度。
示例性地，镀膜材料包括但不限于氧化铝、氮化硅等，即可以在硅片1的背面沉积氧化铝或氮化硅，得到氧化铝钝化膜或氮化硅钝化膜。可以理解的是，钝化膜5可以为单层膜，也可以为复合膜，在具体的实施例中选择即可。
更进一步地，在本发明实施例中，步骤S5中的钝化膜5为氮化硅膜。
更进一步地，在本发明实施例中，钝化膜5的厚度为73-80nm，折射率为2.0-2.2。在此厚度范围以及折射率范围内的钝化膜5，能够较佳地降低硅片1背面的电流复合密度，提升选择性发射极太阳能电池10的光电性能。
更进一步地，通过步骤S6在硅片1背面镀制钝化膜5后，通过步骤S7得到图5所示的选择性发射极太阳能电池10成品。其中，正电极6设置于硅片1的正面并与重掺杂层2对应，钝化膜5覆盖于轻掺杂层4表面，背电场7与背电极8均设置于硅片1的背面。
更进一步地，在本发明实施例中，步骤S7具体包括以下内容：
通过丝网印刷工艺，使用银浆料在硅片1的正面印刷正电极6，并且，正电极6需对准硅片1上未被腐蚀的重掺杂层2，以在硅片1(选择性发射极太阳能电池10)的正面形成良好的欧姆接触。并且，还需要对正电极6进行烧结，以保证正电极6的稳固与选择性发射极太阳能电池10的产品良率。
之后，可使用激光对钝化膜5进行开孔或开槽，并在硅片1的背面形成背电场7与背电极8，使得铝与硅形成欧姆接触。示例性地，可通过丝网印刷工艺，使用背银浆料、铝浆料在硅片的背面形成铝背电场7和银背电极8，银背电极8设置于铝背电场7上，并且进行烧结以保证银背电极8与铝背电场7的稳固与选择性发射极太阳能电池10的产品良率。
实施例二
请结合图2至图5，本发明还提供一种选择性发射极太阳能电池10，通过如上述任一项的选择性发射极太阳能电池10的制备方法制备得到。
本发明实施例的选择性发射极太阳能电池10中，在选择性发射极太阳能电池10的表面实现轻重不同的掺杂区域，即轻掺杂层4与重掺杂层2，轻掺杂层4为光接收区，能较大程度减免光电子的复合损失，重掺杂层2为正电极接触的区域，能较好的形成欧姆接触，减小串联电阻，提高开压，能有效地避免现有技术中采用的激光高温制作选择性发射极而出现的激光损伤。并且由于腐蚀后重轻掺杂层存在阶梯形貌，容易实现后续丝网印刷正、背电极时的对准，制备方法步骤比较简单，过程可控，重复性好。
在一个实施例中，硅片可以为P型硅，选择性发射极太阳能电池10可以为PERC电池。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
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)
1.一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对制绒后的硅片的绒面一侧进行重掺杂扩散处理，使形成绒面后的所述硅片的正面形成PSG层与重掺杂层；
S2、通过掩膜网版在所述硅片的正面印制掩膜层后烘干，其中，所述掩膜层与所述太阳能电池的正电极在所述硅片上的位置对应；
S3、将所述硅片置于腐蚀液中，通过腐蚀液腐蚀未被所述掩膜层覆盖的所述PSG层以及位于所述硅片的正面表层的所述重掺杂层，使所述硅片形成轻掺杂层；
S4、通过清洗液去除位于未被腐蚀的所述重掺杂层上的所述掩膜层以及所述掩膜层下的所述PSG层；
S5、对所述硅片进行退火处理并在其背面镀制钝化膜；
S6、在所述硅片的正面丝网印刷正电极，在背面印刷背电极与背电场，其中，所述正电极与所述硅片上未被腐蚀的所述重掺杂层对应。
2.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括步骤：
S11、对制绒后的硅片的绒面一侧进行扩散处理，炉温为700-800℃，并通入O2生成薄氧化层；
S12、通入携源氮气200-500s，流量为100-1000sccm/min，压力为20-150Pa，在形成绒面后的所述硅片的正面薄氧化层上生成富源的PSG层；
S13、在850-930℃的条件下，对所述PSG层高温推进掺杂源，时间为200-500s；
S14、降温到750-820℃再对所述PSG层推进掺杂源10-30min，使形成绒面后的所述硅片的正面形成重掺杂层，其中，所述重掺杂层的方阻为70-100Ω/□。
3.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述掩膜层为蜡膜。
4.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的所述腐蚀液由浓度为10-20％的HF溶液与浓度为10-60ppm的O3混合组成。
5.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中被腐蚀过后的所述重掺杂层的方阻为120-180Ω/□。
6.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的钝化膜为氮化硅膜。
7.如权利要求6所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述氮化硅膜的厚度为73-80nm，折射率为2.0-2.2。
8.如权利要求1所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述清洗液包括由浓度为5-12％的BDG溶液与浓度为1-5％的NOH溶液组成的混合溶液。
9.如权利要求8所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述清洗液还包括浓度为5-15％的HF溶液。
10.一种选择性发射极太阳能电池，其特征在于，通过如权利要求1-9任一项所述的选择性发射极太阳能电池的制备方法制备得到。
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