CN113838950A - 一种去除绕镀的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种去除绕镀的方法及其应用，属于太阳能电池制备技术领域。去除绕镀的方法包括：在加热条件下，采用链式氧化的方式在待处理材料的背面生长氧化硅；待处理材料的背面形成N型钝化层后的衬底；用第一酸液对生长在待处理材料的正面绕镀区域的氧化硅进行去除，并使得正面非绕镀区域的硼硅玻璃部分保留；用碱液对待处理材料的正面进行去绕镀处理；以及用第二酸液对生长在待处理材料的背面的氧化硅以及待处理材料正面剩余硼硅玻璃进行去除。其能提高去除绕镀的效率，去除绕镀的工艺简单、成本较低，且能避免造成电池的效率下降。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池制备技术领域，具体而言，涉及一种去除绕镀的方法及其应用。
背景技术
随着传统资源的日益枯竭，太阳能电池作为新型可替代能源，以其自身绿色、安全及可再生能力的优势得到了长足发展。在目前的太阳能电池光伏发电应用中，N型电池以更高的发电效率受到了行业的热捧；其中，N型TOPCon电池(隧穿氧化层钝化接触太阳能电池)已经陆续量产。在制作N型TOPCon电池的工艺中，有一步关键工艺，即形成N型钝化层的非晶硅沉积。
在现有技术中，不论是采用LPCVD(低压力化学气相沉积法)还是采用PECVD(等离子体增强化学的气相沉积法)沉积非晶硅，通常都会在电池的正面和边缘留下绕镀，从而会造成电池漏电较大的现象。
目前的一些研究中，在制作TOPCon电池时，为了解决漏电问题，一种方式是采用离子注入法进行扩散法的代替，避免在衬底的边缘和正面形成扩散层，进而避免漏电问题出现，但是离子注入方式成本高且产能低；又一种方式是采用激光切割的方式，在衬底的正面或者背面的四边按环形图案进行切割，以避免正背面的电子空穴对复合，该种方式造成成本提高的同时，还会导致电池的效率下降。
发明内容
本申请的目的在于提供一种去除绕镀的方法及其应用，能提高去除绕镀的效率，去除绕镀的工艺简单、成本较低，且能避免造成电池的效率下降。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种去除绕镀的方法，包括：
在加热条件下，采用链式氧化的方式在待处理材料的背面生长氧化硅；待处理材料的背面形成N型钝化层后的衬底；
用第一酸液对生长在待处理材料的正面绕镀区域的氧化硅进行去除，并使得正面非绕镀区域的硼硅玻璃部分保留；
用碱液对待处理材料的正面进行去绕镀处理；以及
用第二酸液对生长在待处理材料的背面的氧化硅以及待处理材料正面剩余硼硅玻璃进行去除。
第二方面，本申请实施例提供一种如第一方面实施例提供的去除绕镀的方法在制备电池片的工艺中的应用。
本申请实施例提供的去除绕镀的方法及其应用，有益效果包括：
本申请的去除绕镀的方法，在待处理材料的背面生长氧化硅作为掩膜，能有效保护待处理材料的背面结构，避免造成电池的效率下降。采用链式氧化的方式生长氧化硅，采用碱液刻蚀实现对待处理材料的正面的去绕镀处理，其工作效率高、工艺简单、成本较低，且适合批量化自动化生产。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
另外，在本申请的描述中，除非另有说明，“一种或多种”中的“多种”的含义是指两种及两种以上；“数值a～数值b”的范围包括两端值“a”和“b”，“数值a～数值b+计量单位”中的“计量单位”代表“数值a”和“数值b”二者的“计量单位”。
下面对本申请实施例的去除绕镀的方法及其应用进行具体说明。
发明人研究发现，同碱液和氧化硅的反应速度相比，碱液和绕镀到衬底的正面的非晶硅形成的多晶硅的反应速度更快。因此，通过在衬底的背面生长氧化硅作为掩膜，便于通过碱液刻蚀实现对待处理材料的正面的去绕镀处理，在避免造成电池的效率下降的情况下，绕镀操作具有工作效率高、工艺简单和成本较低等优点。
发明人还进一步研究发现，在衬底的背面生长氧化硅作为掩膜的步骤中，通过链式热氧的方式生长氧化硅，氧化硅的生长速度快，保证能有较高的工作效率；而且，链式热氧的方式生长得到的氧化硅薄膜较为均匀，能够为衬底的背面提供更好的保护。和硝酸湿法氧化制备氧化硅掩膜相比，链式热氧的方式还减少了氮化物的排放，减轻了环保的压力；而且也节省了处理含氮化物废水的费用。和管式热氧生长氧化硅作为掩膜的方式相比，链式热氧的方式还便于和后续的溶液处理进行衔接而实现批量化自动化生产，保证能有更高的工作效率。
基于上述研究发现，第一方面，本申请实施例提供一种去除绕镀的方法，其示例性地用于N型TOPCon电池生产工艺，该去除绕镀的方法包括：
在加热条件下，采用链式氧化的方式在待处理材料的背面生长氧化硅。
用第一酸液对生长在待处理材料的正面绕镀区域的氧化硅进行去除，并使得正面非绕镀区域的硼硅玻璃部分保留。
对待处理材料的正面进行去绕镀处理；
用第二酸液对生长在待处理材料的背面的氧化硅以及待处理材料正面剩余硼硅玻璃进行去除。
其中，待处理材料的背面形成N型钝化层后的衬底。
可以理解的是，在本申请中，待处理材料的正面和待处理材料的背面按照本领域公知的标准进行定义。其中，待处理材料的正面即是指衬底进行制绒、P型掺杂等处理的一侧，待处理材料的背面即是指衬底进行PN结和P型硅碱刻蚀、生长极薄隧穿氧化层、在隧穿氧化层上用原位掺杂的方式沉积掺杂磷的非晶硅和背钝化等处理的一侧。
本申请的去除绕镀的方法，在去除正面绕镀区域的氧化硅时，保留部分正面非绕镀区域的硼硅玻璃，以保证后续去除正面绕镀时正面硼扩散层不被刻蚀。在待处理材料的背面生长氧化硅作为掩膜，在后续的去绕镀处理过程中，能有效保护待处理材料的背面结构，从而避免造成电池的效率下降。采用链式氧化的方式生长氧化硅，采用碱液刻蚀实现对待处理材料的正面的去绕镀处理，其工作效率高、工艺简单、成本较低。
关于“采用链式氧化的方式在待处理材料的背面生长氧化硅”的步骤：
考虑到生长合适厚度的氧化硅有利于较好地兼顾作业效率及对衬底的背面的保护。当氧化硅的厚度较小时，不利于有效地对衬底的背面进行保护；当氧化硅的厚度较大时，会增加氧化硅形成的耗时，且会增加后续去除氧化硅的耗时。
基于上述考虑，在一些示例性的实施方案中，在采用链式氧化的方式在待处理材料的背面生长氧化硅步骤中：
在待处理材料的背面生长的氧化硅的厚度为4～12nm(纳米)，该背面生长的氧化硅的厚度例如但不限于为4nm、6nm、8nm、10nm和12nm中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
进一步地，考虑到通过合适地控制生长的氧化硅的工艺条件，有利于更高效地生长氧化硅，且能够使得生长得到的氧化硅更可控且均匀，作为一种示例，在采用链式氧化的方式在待处理材料的背面生长氧化硅步骤中：
加热温度为450～800℃(摄氏度)，或为500～800℃，例如但不限于为450℃、500℃、600℃、700℃和800℃中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
氧气的通入速度为30～300L/min(升/分钟)，或为50～300L/min，例如但不限于为30L/min、50L/min、100L/min、150L/min、200L/min、250L/min和300L/min中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
运输带速为2～4m/min(米/分钟)，例如但不限于为2m/min、3m/min和4m/min中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
运输行程为5～10m(米)，例如但不限于为5m、6m、7m、8m、9m和10m中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
发明人研究发现，当氧气的通入速度低于30L/min、甚至是低于50L/min时，或者当加热温度低于450℃、甚至是低于500℃时，在衬底的背面只能形成一层很薄的氧化层，在后续的碱抛工艺不能很好地保护背面的N型钝化层，导致背面的N型钝化层会被刻蚀掉。
关于“用第一酸液对生长在待处理材料的正面的氧化硅进行去除”的步骤：
考虑到合适链式处理的方式作业效率高，且能够较好地链式热氧工序较好地衔接，有利于实现批量化自动化生产，从而保证能有更高的工作效率。
基于上述考虑，在一些示例性的实施方案中，在用第一酸液对生长在待处理材料的正面的氧化硅进行去除步骤中：
将待处理材料的正面朝下进行链式单面HF刻蚀。
进一步地，考虑到通过合适地控制链式单面HF刻蚀的工艺条件，有利于在高效刻蚀的同时保证充分刻蚀，作为一种示例，在用第一酸液对生长在待处理材料的正面的氧化硅进行去除步骤中：
第一酸液为浓度为10～40％的HF酸液，该HF酸液的浓度例如但不限于为10％、15％、20％、25％、30％、35％和40％中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
运输带速为1～4m/min，例如但不限于为1m/min、2m/min、3m/min和4m/min中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
关于“用碱液对待处理材料的正面进行去绕镀处理”的步骤：
考虑到用碱液进行碱抛是去除绕镀工艺中非常重要的一环，为了能够充分地实现碱抛去绕镀，作为一种示例，在用碱液对待处理材料的正面进行去绕镀处理的步骤中：
采用槽式碱抛机设备，将待处理材料浸入碱液中进行刻蚀。
进一步地，考虑到通过合适地控制碱抛的工艺条件，在充分实现去绕镀的同时，保证氧化硅能够对衬底的背面进行有效的保护。
基于上述考虑，在一些示例性的实施方案中，在用碱液对待处理材料的正面进行去绕镀处理的步骤中：
碱液为浓度为5～30％的KOH溶液，或为浓度为10～30％的KOH溶液，该KOH溶液的浓度例如但不限于为5％、10％、15％、20％、25％和30％中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
需要说明的是，在本申请中，碱抛使用的碱液不限于为KOH溶液，其例如还可以采用NaOH溶液等具有合适碱性的溶液。
处理温度为60～80℃，例如但不限于为60℃、65℃、70℃、75℃和80℃中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
处理时间为100～350s(秒)，或为100～300s，例如但不限于为100s、150s、200s、250s、300s和350s中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
发明人研究发现，特别是当碱抛过程中的处理温度低于60℃时，正面的绕镀结构需要很长的时间才能被刻蚀干净，而在较长时间的碱抛处理过程中，衬底背面的氧化硅掩膜无法为背面的多晶硅提供足够的保护，使得背面的多晶硅会受到损伤。
考虑到通过合适地控制去除背面的氧化硅的工艺条件，在高效进行去除背面的氧化硅和正面剩余的硼硅玻璃的作业的同时，保证背面的氧化硅能够被充分去除掉。
基于上述考虑，在一些示例性的实施方案中，在用第二酸液对生长在待处理材料的背面的氧化硅以及待处理材料正面剩余硼硅玻璃进行去除的步骤中：
第二酸液为浓度为15～45％的HF酸液，该HF酸液的浓度例如但不限于为15％、20％、25％、30％、35％、40％和45％中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
处理时间为180～400s，例如但不限为180s、230s、280s、330s、350s和400s中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
第二方面，本申请实施例提供一种如第一方面实施例提供的去除绕镀的方法在制备电池片的工艺中的应用。
可以理解的是，本申请中不对制备电池片的工艺做出特别限定，其可以根据本领域公知的方式进行。
作为一种示例，该去除绕镀的方法应用于N型TOPCon电池在制备电池片的工艺中。
在一些示例性的实施方案中，制备电池片的工艺包括：
S1.以N型硅片作为衬底，将N型硅片的制绒，获得倒金字塔结构，增加入射光的利用率。
S2.对N型硅片进行双插做硼扩散，制作PN结。
S3.将非硼扩面(即硅片的背面)朝下进行链式单面HF刻蚀，以去除硅片非硼扩面的氧化层；用槽式碱抛的方法完成硅片背面及边缘PN结及P型硅的刻蚀，使上下表面绝缘。
S4.在硅片的背部刻蚀面用热氧的方式生长一层极薄二氧化硅薄膜，厚度大约为2nm。
该层极薄氧化层为隧穿氧化层，具有隧穿效应，可以让电子通过，而让空穴无法通过，从而降低了电池的复合速率。
S5.用管式PECVD在隧穿氧化层上沉积非晶硅；同时，用原位掺杂的方式完成磷掺杂。
非晶硅能很好地钝化硅片，降低电池的复合速率；非晶硅的存在也让丝网印刷的金属栅线不和硅基底直接接触，减少了金属区的复合。同时，磷掺杂改善电池背面的接触性能。
需要说明的是，在本申请的其他实施方案中，例如也可以采用LPCVD等其他方式沉积非晶硅。
S6.用高温激活非晶硅。
由于非晶硅本身是不导电的，需要将非晶硅经过高温完成晶化，转变成多晶硅。通过S1～S6步骤，衬底的背面形成了N型钝化层。本申请中所指的待处理材料，其示例性地即为通过S1～S6步骤制备得到的结构。
S7.实施第一方面实施例提供的去除绕镀的方法。
通过测试硅片边缘绕镀区的绝缘电阻，去绕镀前的绝缘电阻在300Ω以下，去绕镀后硅片边缘绕镀区的绝缘电阻增加至3000Ω以上，可认为上下表面绝缘。
S8.在衬底正面沉积一层氧化铝薄膜。
氧化铝带有大量的负电荷，所以氧化铝薄膜可以形成负电场，电子受到负电场的作用，达到表面的电子减少，从而降低了硅片中电子和空穴的复合速率。
S9.衬底做双面氮化硅膜。
氮化硅薄膜的作用主要是起到对光的减反射作用，增加电池对光的利用率；另外氮化硅中含有大量的氢，可以对硅片起到很好的钝化效果。
S10.丝网印刷，完成电池片的电极制作并形成可以导通的线路。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例
一种制备电池片的工艺，包括：
S1.以N型硅片作为衬底，将N型硅片的制绒，获得倒金字塔结构。
S2.对N型硅片进行双插做硼扩散，制作PN结。
S3.将非硼扩面(即硅片的背面)朝下进行链式单面HF刻蚀，以去除硅片非硼扩面的氧化层；用槽式碱抛的方法完成硅片背面及边缘PN结及P型硅的刻蚀，使上下表面绝缘。
S4.在硅片的背部刻蚀面用热氧的方式生长一层极薄二氧化硅薄膜，厚度大约为2nm。
S5.用管式PECVD在隧穿氧化层上沉积非晶硅；同时，用原位掺杂的方式完成磷掺杂。
S6.用高温激活非晶硅。
S7.对衬底进行去绕镀。
在加热条件下，采用链式氧化的方式在待处理材料的背面进行生长氧化硅的处理；待处理材料为背面形成了N型钝化层的衬底。
其中，加热温度为600℃，氧气的通入速度为100L/min，运输带速为3m/min，运输行程为8m。
用第一酸液对生长在待处理材料的正面的氧化硅进行去除。
其中，第一酸液为浓度为10％的HF酸液，运输带速为3m/min。
用碱液对待处理材料的正面进行去绕镀处理。
其中，碱液为浓度为5％的KOH溶液，处理温度为65℃，处理时间为350s。
用第二酸液对生长在待处理材料的背面的氧化硅及正面剩余硼硅玻璃进行去除。
其中，第二酸液为浓度为18％的HF酸液，处理时间为300s。
S8.在衬底正面沉积一层氧化铝薄膜。
S9.衬底做双面氮化硅膜。
S10.丝网印刷，完成电池片的电极制作并形成可以导通的线路。
对比例
一种制备电池片的工艺，其与实施例的不同之处在于，未进行对衬底进行去绕镀的S7步骤。
试验例
对实施例和对比例制得的电池片的电性能进行检测，其检测结果如表1所示。
表1.电池片的电性能
根据表1可见，实施例中采用本申请日工的去绕镀方法对衬底进行去绕镀，其和未进行去绕镀相比，漏电明显降低，短路电流增加，电池效率提高。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.一种去除绕镀的方法，其特征在于，包括：
在加热条件下，采用链式氧化的方式在待处理材料的背面生长氧化硅；所述待处理材料为背面形成了N型钝化层的衬底；
用第一酸液对生长在所述待处理材料的正面绕镀区域的氧化硅进行去除，并使得正面非绕镀区域的硼硅玻璃部分保留；
用碱液对所述待处理材料的正面进行去绕镀处理；以及
用第二酸液对生长在所述待处理材料的背面的氧化硅以及所述待处理材料正面剩余硼硅玻璃进行去除。
2.根据权利要求1所述的去除绕镀的方法，其特征在于，在所述采用链式氧化的方式在待处理材料的背面生长氧化硅步骤中，
在所述待处理材料的背面生长的氧化硅的厚度为4～12nm。
3.根据权利要求2所述的去除绕镀的方法，其特征在于，在所述采用链式氧化的方式在待处理材料的背面生长氧化硅步骤中，
加热温度为450～800℃，氧气的通入速度为30～300L/min，运输带速为2～4m/min，运输行程为5～10m。
4.根据权利要求1～3任一项所述的去除绕镀的方法，其特征在于，在所述用第一酸液对生长在所述待处理材料的正面的氧化硅进行去除步骤中，
将所述待处理材料的正面朝下进行链式单面HF刻蚀。
5.根据权利要求4所述的去除绕镀的方法，其特征在于，在所述用第一酸液对生长在所述待处理材料的正面的氧化硅进行去除步骤中，
所述第一酸液为浓度为10～40％的HF酸液，运输带速为1～4m/min。
6.根据权利要求1～3任一项所述的去除绕镀的方法，其特征在于，在所述用碱液对所述待处理材料的正面进行去绕镀处理的步骤中，
采用槽式碱抛机设备，将所述待处理材料浸入所述碱液中进行刻蚀。
7.根据权利要求6所述的去除绕镀的方法，其特征在于，在所述用碱液对所述待处理材料的正面进行去绕镀处理的步骤中，
所述碱液为浓度为5～30％的KOH溶液，处理温度为60～80℃，处理时间为100～350s。
8.根据权利要求1～3任一项所述的去除绕镀的方法，其特征在于，在所述用第二酸液对生长在所述待处理材料的背面的氧化硅以及所述待处理材料正面剩余硼硅玻璃进行去除的步骤中，
所述第二酸液为浓度为15～45％的HF酸液，处理时间为180～400s。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的去除绕镀的方法在制备电池片的工艺中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，制备步骤包括：
将衬底制绒；
对制绒的所述衬底进行硼扩散，制作PN结；
将非硼扩面作为背面，将背面进行链式单面HF刻蚀去除氧化层，并碱抛的完成背面及边缘的PN结刻蚀及P型硅刻蚀使上下表面绝缘；
在背面生长隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层上沉积非晶硅，并用原位掺杂的方式完成磷掺杂；
对所述非晶硅进行高温激活，得到所述待处理材料；
实施所述去除绕镀的方法；
在正面沉积氧化铝薄膜；
在两侧表面形成氮化硅膜；以及
印刷形成电极和线路。
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