CN113380923A - 降低金属杂质的单晶perc电池的制作方法和电池 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于太阳能电池技术领域，提供了一种降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法和电池。降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法包括：对硅片进行磷吸杂，以吸收硅片内部的金属杂质；利用酸溶液对磷扩散后的硅片进行清洗；对酸洗后的硅片进行制绒；对制绒后的硅片进行制绒后处理，以制成单晶PERC电池。如此，在制绒前对硅片进行磷吸杂和酸洗，可以吸收硅片内部的金属杂质，防止金属杂质进入硅片内部发生复合反应造成效率衰减，有利于提高单晶PERC电池的转换效率。
Description
技术领域
本申请属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法和电池。
背景技术
相关技术中，太阳能电池所用的硅材料的纯度极高，但是在单晶硅中仍存在很多金属杂质和缺陷。这些杂质在带隙中形成复合中心，导致少数载流子的寿命降低，从而导致太阳能电池的光电转换效率较低。基于此，如何降低太阳能电池中的金属杂质，成为了亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供一种降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法和电池，旨在解决如何降低太阳能电池中的金属杂质的问题。
第一方面，本申请提供的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，包括：
对硅片进行磷吸杂，以吸收所述硅片内部的金属杂质；
利用酸溶液对磷扩散后的所述硅片进行清洗；
对酸洗后的所述硅片进行制绒；
对制绒后的所述硅片进行制绒后处理，以制成单晶PERC电池。
可选地，在所述对硅片进行磷吸杂以吸收所述硅片内部的金属杂质的步骤中，扩散温度的范围为850℃-950℃。
可选地，在所述对硅片进行磷吸杂以吸收所述硅片内部的金属杂质的步骤中，扩散时间的范围为60min-180min。
可选地，在所述对硅片进行磷吸杂以吸收所述硅片内部的金属杂质的步骤中，掺杂方阻的范围为40Ω/□-60Ω/□。
可选地，所述利用酸溶液对磷扩散后的所述硅片进行清洗的步骤，包括：
利用HF溶液和/或HCL溶液对磷扩散后的所述硅片进行清洗。
可选地，在所述利用酸溶液对磷扩散后的所述硅片进行清洗的步骤中，所述硅片的反射率的范围为36.5％-41.5％。
可选地，在所述对硅片进行磷吸杂以吸收所述硅片内部的金属杂质的步骤前，所述制作方法包括：
对所述硅片进行粗抛清洗。
可选地，所述对所述硅片进行粗抛清洗的步骤，包括：
利用碱溶液对所述硅片进行粗抛清洗。
可选地，在所述对酸洗后的所述硅片进行制绒的步骤中，所述硅片的绒面呈金字塔状，所述绒面的高度的范围为0.9μm-1.1μm。
第二方面，本申请提供的单晶PERC电池采用上述任一项的方法制作得到。
本申请实施例的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法和电池中，在制绒前对硅片进行磷吸杂和酸洗，可以吸收硅片内部的金属杂质，防止金属杂质进入硅片内部发生复合反应造成效率衰减，有利于提高单晶PERC电池的转换效率。
附图说明
图1是本申请实施例的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法的流程示意图；
图2是本申请实施例的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法的流程示意图；
图3是本申请实施例的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法的流程示意图；
图4是本申请实施例的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法的流程示意图；
图5是本申请实施例的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
现有的单晶硅中仍存在很多金属杂质。本申请实施例的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，在制绒前对硅片进行磷吸杂和酸洗，可以吸收硅片内部的金属杂质，有利于提高单晶PERC电池的转换效率。
请参阅图1，本申请实施例提供的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，包括：
步骤S12：对硅片进行磷吸杂，以吸收硅片内部的金属杂质；
步骤S13：利用酸溶液对磷扩散后的硅片进行清洗；
步骤S14：对酸洗后的硅片进行制绒；
步骤S15：对制绒后的硅片进行制绒后处理，以制成单晶PERC电池。
本申请实施例的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，在制绒前对硅片进行磷吸杂和酸洗，可以吸收硅片内部的金属杂质，防止金属杂质进入硅片内部发生复合反应造成效率衰减，有利于提高单晶PERC电池的转换效率。
可选地，在步骤S12前，可先进行制绒工序。具体地，可将硅片依次通过SDR粗抛槽、清洗槽、制绒槽和酸洗槽，以实现制绒。
可以理解，可仅在步骤S12前进行一次制绒；可仅在步骤S14进行一次制绒；也可在步骤S12前和步骤S14进行两次制绒。在本实施例中，在步骤S12前和步骤S14进行两次制绒，使得绒面减反射的效果更好。
请参阅图2，可选地，制作方法包括：
步骤S11：对硅片进行粗抛清洗。
如此，可以去除硅片的表面损伤，使得硅片的表面较为平整，这样便于后续对硅片进行制作。请注意，对硅片进行粗抛清洗，也即是对硅片进行SDR清洗。
请参阅图3，可选地，步骤S11包括：
步骤S111：利用碱溶液对硅片进行粗抛清洗。
如此，通过碱溶液清洗硅片，使得对硅片的粗抛效果较好。
具体地，在本实施例中，碱溶液为KOH溶液。可以理解，在其他的实施例中，碱溶液可为NaOH溶液。
进一步地，KOH溶液的温度范围为73℃-80℃。例如为73℃、74℃、76.5℃、78℃、79℃、80℃。如此，使得粗抛硅片的效果更好，有利于提高单晶PERC电池的品质。
进一步地，KOH溶液的清洗时长的范围为1.2min-1.6min。例如为1.2min、1.3min、1.4min、1.5min、1.6min。如此，使得对硅片的粗抛较为充分，有利于提高单晶PERC电池的品质。
进一步地，控制硅片的腐蚀重量为0.15g-0.3g。例如为0.15g、0.16g、0.17g、0.18g、0.19g、0.2g、0.25g、0.28g、0.3g。
进一步地，控制反射率为32％-38％。例如为32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％。
可选地，在步骤S12中，扩散源包括三氯氧磷POCl3。如此，POCl3应用广泛且容易获取，能够提高生产效率并降低成本。
可选地，在步骤S12中，扩散温度的范围为850℃-950℃。例如为850℃、852℃、865℃、870℃、885℃、890℃、900℃、912℃、920℃、935℃、948℃、950℃。如此，通过在高温下进行磷扩散，实现对硅片的高温磷吸杂，使得吸杂效果较好，有利于提高单晶PERC电池的转换效率。
可选地，在步骤S12中，扩散时间的范围为60min-180min。例如为60min、62min、70min、85min、90min、100min、120min、130min、145min、160min、170min、180min。如此，通过限制扩散的时间，使得高温磷吸杂的效果更好，有利于提高单晶PERC电池的转换效率。
可选地，在步骤S12中，控制掺杂方阻的范围为40Ω/□-60Ω/□。例如为40Ω/□、50Ω/□、55Ω/□、58Ω/□、60Ω/□。
请参阅图4，可选地，步骤S13包括：
步骤S131：利用HF溶液和/或HCL溶液对磷扩散后的硅片进行清洗。
如此，实现利用酸溶液对磷扩散后的硅片进行清洗，清洗效果较好。具体地，可利用HF溶液对磷扩散后的硅片进行清洗；也可利用HCL溶液对磷扩散后的硅片进行清洗；还可利用HF溶液和HCL溶液对磷扩散后的硅片进行清洗。
具体地，在步骤S131中，HF溶液和/或HCL溶液对磷扩散后的硅片进行清洗的时长的范围为1.1min-1.5min。例如为1.1min、1.2min、1.3min、1.4min、1.5min。
具体地，在步骤S13中，硅片的腐蚀重量为0.002g-0.005g。例如为0.002g、0.0021g、0.0028g、0.003g、0.0033g、0.0037g、0.004g、0.0048g、0.005g。
具体地，在步骤S13中，控制硅片的反射率的范围为36.5％-41.5％。例如为36.5％、36.6％、36.8％、37％、37.5％、38％、38.5％、39％、40％、40.5％、41％、41.5％。
可选地，在步骤S14中，硅片的绒面呈金字塔状，绒面的高度的范围为0.9μm-1.1μm。例如为0.9μm、0.92μm、0.95μm、0.96μm、0.98μm、1.0μm、1.1μm。
具体地，在步骤S14中，控制硅片制绒时长的范围为1.2min-1.min。例如为1.2min、1.3min、1.4min、1.5min、1.6min、1.7min。
具体地，在步骤S14中，控制硅片的腐蚀重量为0.36g-0.48g。例如为0.36g、0.37g、0.38g、0.39g、0.40g、0.41g、0.42g、0.43g、0.44g、0.45g、0.46g、0.47g、0.48g。
具体地，在步骤S14中，控制硅片的反射率为8.5％-12％。例如为8.5％、8.6％、8.8％、9.0％、9.5％、9.8％、10％、10.6％、11％、11.5％、12％。如此，通过制绒，使得硅片的反射率由36.5％-41.5％变为8.5％-12％，大大降低了硅片的反射率，使得硅片能够利用更多的太阳光，提高了单晶PERC电池的光电转换效率。
请参阅图5，可选地，步骤S15包括：
步骤S151：对制绒后的硅片进行扩散，以形成PN结；
步骤S152：对扩散后的硅片进行正面激光掺杂；
步骤S153：对正面激光掺杂后的硅片进行刻蚀；
步骤S154：对刻蚀后的硅片进行退火处理；
步骤S155：在退火处理后的硅片的背面沉积钝化膜；
步骤S156：在沉积了钝化膜的硅片的正面沉积减反膜；
步骤S157：对沉积了减反膜的硅片的背面进行激光开孔；
步骤S158：在激光开孔后的硅片丝网印刷电路并烧结。
如此，实现对硅片进行制绒后处理，从而制成单晶PERC电池。
具体地，在步骤S151中，可利用低压扩散技术对硅片进行扩散，以形成PN结。如此，可以利用低压的环境使得方阻更加均匀，而且可以减少对环境的影响。
进一步地，扩散后硅片的方块电阻为90Ω/□-180Ω/□。例如为90Ω/□、95Ω/□、100Ω/□、110Ω/□、115Ω/□、120Ω/□、130Ω/□、135Ω/□、140Ω/□、150Ω/□、165Ω/□、170Ω/□、180Ω/□。
具体地，在步骤S152中，可在硅片正面进行选择性激光掺杂。如此，可以实现局部重扩散。
进一步地，激光掺杂后硅片的方块电阻为40Ω/□-80Ω/□。例如为40Ω/□、45Ω/□、50Ω/□、53Ω/□、60Ω/□、65Ω/□、70Ω/□、78Ω/□、80Ω/□。
具体地，在步骤S153中，可利用HF溶液和HNO3溶液对正面激光掺杂后的硅片进行刻蚀。如此，可以实现硅片的背面抛光和去除磷硅玻璃(Phospho Silicate Glass，PSG)。
进一步地，HF溶液和HNO3溶液的体积比例的范围可为1:1.5-1：3。例如为1:1.5、1:1.6、1:1.8、1:2、1:2.3、1:2.7、1:2.8、1：3。如此，使得刻蚀的效果较好。
进一步地，控制硅片减重的范围为0.2g-0.35g。例如为0.2g、0.22g、0.25g、0.28g、0.3g、0.32g、0.35g。
进一步地，控制硅片的反射率的范围为16％-32％。例如为16％、18％、20％、24％、27％、29％、30％、32％。
具体地，在步骤S154中，可使用热氧退火工艺对硅片进行退火处理。如此，可以在硅片表面生成致密的二氧化硅SiO2薄膜，可以修复晶格缺陷，减少复合中心，从而提高单晶PERC电池的光电转化效率。
进一步地，退火的温度范围为540℃-850℃。例如为540℃、550℃、570℃、600℃、650℃、700℃、770℃、800℃、850℃。
具体地，在步骤S155中，钝化膜包括SiNx薄膜、AlOx薄膜、SiOx薄膜、SiOxNy薄膜、非晶硅薄膜中的至少一种。在本实施例中，钝化膜包括AlOx薄膜和SiNx薄膜。如此，可以减小复合速率，提高少数载流子寿命，从而有利于提高单晶PERC电池的光电转换效率。
进一步地，钝化膜的厚度范围为75nm-160nm。例如为75nm、76nm、80nm、100nm、115nm、126nm、130nm、140nm、158nm、160nm。
具体地，在步骤S156中，减反膜包括SiNx膜。SiNx膜的厚度范围为65nm-90nm。例如为65nm、68nm、70nm、88nm、90nm。硅片折射率的范围为1.7-2.5。例如为1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.3、2.5。如此，可以减少单晶PERC电池对太阳光的反射，使得单晶PERC电池能够利用更多的太阳光，有利于提高单晶PERC电池的光电转换效率。
具体地，在步骤S157中，激光可为绿光，波长可为532nm，脉冲宽度可为纳秒。如此，开槽的效果较好，使得电路与硅基体形成欧姆接触。
进一步地，可控制开孔率的范围在3％-10％。例如为3％、5％、7％、8％、9％、10％。
具体地，在步骤S158中，可在硅片的背面丝网印刷银浆料以形成背电极，利用铝浆料在硅片的背面形成铝背场，在硅片的正面丝网印刷银浆料形成正电极。如此，可以高效且准确地实现制作电路，有利于提高生产效率。
进一步地，烧结烘干的温度范围为350℃-900℃。例如为350℃、380℃、400℃、560℃、650℃、780℃、860℃、900℃。
本申请实施例的单晶PERC电池，采用上述任一项的方法制作得到。
本申请实施例的单晶PERC电池，在制绒前对硅片进行磷吸杂和酸洗，可以吸收硅片内部的金属杂质，防止金属杂质进入硅片内部发生复合反应造成效率衰减，有利于提高单晶PERC电池的转换效率。
请注意，关于单晶PERC电池的其他解释和说明，可参照前文，为避免冗余，在此不再赘述。
本申请实施例的单晶PERC电池和相关技术生产的PERC电池的电性能，测试结果如下表1所示。本申请实施例的单晶PERC电池的制作方法如前所述。相关技术生产的PERC电池的制作步骤包括：制绒、扩散、SE正面激光、刻蚀抛光、退火、背正面镀膜、激光开孔、电极印刷、烧结。
表1
显然，本申请实施例制得的单晶PERC电池的电性能明显优于相关技术制备的PERC电池，短路电流提升了23mA，光电转换效率提升了0.097％。
综合以上，本申请在制绒前新增了SDR清洗、高温磷吸杂、酸洗三个步骤。在制绒之前对硅片进行高温磷吸杂和酸洗，可以提高少数载流子的寿命，增加少数载流子扩散长度。因此，本申请可以减少金属杂质在硅禁带中引入了一些深能级，并减少光生少数载流子的复合中心，有利于提高单晶PERC电池的光电转换效率。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，其特征在于，包括：
对硅片进行磷吸杂，以吸收所述硅片内部的金属杂质；
利用酸溶液对磷扩散后的所述硅片进行清洗；
对酸洗后的所述硅片进行制绒；
对制绒后的所述硅片进行制绒后处理，以制成单晶PERC电池。
2.根据权利要求1所述的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，其特征在于，在所述对硅片进行磷吸杂以吸收所述硅片内部的金属杂质的步骤中，扩散温度的范围为850℃-950℃。
3.根据权利要求1所述的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，其特征在于，在所述对硅片进行磷吸杂以吸收所述硅片内部的金属杂质的步骤中，扩散时间的范围为60min-180min。
4.根据权利要求1所述的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，其特征在于，在所述对硅片进行磷吸杂以吸收所述硅片内部的金属杂质的步骤中，掺杂方阻的范围为40Ω/□-60Ω/□。
5.根据权利要求1所述的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，其特征在于，所述利用酸溶液对磷扩散后的所述硅片进行清洗的步骤，包括：
利用HF溶液和/或HCL溶液对磷扩散后的所述硅片进行清洗。
6.根据权利要求1所述的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，其特征在于，在所述利用酸溶液对磷扩散后的所述硅片进行清洗的步骤中，所述硅片的反射率的范围为36.5％-41.5％。
7.根据权利要求1所述的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，其特征在于，在所述对硅片进行磷吸杂以吸收所述硅片内部的金属杂质的步骤前，所述制作方法包括：
对所述硅片进行粗抛清洗。
8.根据权利要求7所述的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，其特征在于，所述对所述硅片进行粗抛清洗的步骤，包括：
利用碱溶液对所述硅片进行粗抛清洗。
9.根据权利要求1所述的降低金属杂质的单晶PERC电池的制作方法，其特征在于，在所述对酸洗后的所述硅片进行制绒的步骤中，所述硅片的绒面呈金字塔状，所述绒面的高度的范围为0.9μm-1.1μm。
10.一种单晶PERC电池，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的方法制作得到。
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