CN114038941A - 太阳能电池制备方法 - Google Patents

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王钊
郑霈霆
杨洁
张昕宇
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Jinko Solar Co Ltd
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Zhejiang Jinko Solar Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池制备方法，包括获取单晶硅片；在单晶硅片的表面形成吸杂层，其中吸杂层至少包括多晶硅层和/或掺磷硅层；利用吸杂层对单晶硅片进行吸杂处理；在吸杂处理结束后去除吸杂层；在去除吸杂层后的单晶硅片的单侧表面形成发射极；形成发射极后，在单晶硅片的表面分别形成钝化层。本发明至少通过多晶硅层和/或掺磷硅层形成的吸杂层对单晶硅片进行吸杂，有效解决现有技术中由于硅片中杂质的存在，导致由硅片所制作的太阳能电池片的性能有所降低的问题。

Description

太阳能电池制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地，涉及一种太阳能电池制备方法。
背景技术
目前，在所有的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，但是在利用硅片制作太阳能电池片过程中，并没有对硅片进行吸杂处理，由于硅片中杂质的存在，导致由硅片所制作的太阳能电池片的性能有所降低，因此需要在制作太阳能电池片的过程中对硅片进行除杂。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种太阳能电池制备方法，至少通过多晶硅层和/或掺磷硅层形成的吸杂层对单晶硅片进行吸杂，有效解决现有技术中由于硅片中杂质的存在，导致由硅片所制作的太阳能电池片的性能有所降低的问题。
本发明提供一种太阳能电池制备方法，包括
获取单晶硅片；
在所述单晶硅片的表面形成吸杂层，其中所述吸杂层至少包括多晶硅层和/或掺磷硅层；
利用所述吸杂层对所述单晶硅片进行吸杂处理；
在所述吸杂处理结束后去除所述吸杂层；
在去除所述吸杂层后的所述单晶硅片的单侧表面形成发射极；
形成发射极后，在所述单晶硅片的表面分别形成钝化层。
在一些可选的实施例中，所述表面包括第一表面；所述吸杂层包括第一吸杂层，所述第一吸杂层形成在所述第一表面，所述第一吸杂层包括所述多晶硅层和所述掺磷硅层中至少一层。
在一些可选的实施例中，所述表面还包括与所述第一表面相对设置的第二表面；
所述吸杂层包括第二吸杂层，所述第二吸杂层形成在所述第二表面，所述第二吸杂层包括所述多晶硅层和所述掺磷硅层中至少一层。
在一些可选的实施例中，所述吸杂层包括多晶硅层和掺磷硅层；
所述多晶硅层位于所述掺磷硅层靠近所述单晶硅片的一侧；
所述掺磷硅层位于所述多晶硅层靠近所述单晶硅片的一侧；
或者，所述掺磷硅层和所述多晶硅层至少部分同层。
在一些可选的实施例中，在形成所述吸杂层之前，对所述单晶硅片的表面进行刻蚀形成第一刻蚀面；
在所述第一刻蚀面上形成所述吸杂层。
在一些可选的实施例中，在去除所述吸杂层后且在形成所述发射极前，对所述单晶硅片表面进行二次刻蚀形成第二刻蚀面，在所述第二刻蚀面上形成所述发射极。
在一些可选的实施例中，去除所述吸杂层后，在形成所述发射极时使得所述单晶硅片的扩散方阻为R，70Ω≤R≤160Ω。
在一些可选的实施例中，利用低压化学气相沉积法设备沉积所述多晶硅层，沉积源包括SiH4。
在一些可选的实施例中，所述多晶硅层的厚度为d，80nm≤d≤130nm。
在一些可选的实施例中，利用碱抛光处理去除所述吸杂层，所述碱抛光处理中对所述单晶硅片的刻蚀深度不小于所述吸杂层的厚度；
所述刻蚀深度为H，2μm≤H≤20μm。
与现有技术相比，本发明提供的太阳能电池制备方法，获取单晶硅片；在单晶硅片的表面形成吸杂层，其中吸杂层至少包括多晶硅层和/或掺磷硅层；利用吸杂层对单晶硅片进行吸杂处理；在吸杂处理结束后去除吸杂层；在去除吸杂层后的单晶硅片的单侧表面形成发射极；形成发射极后，在单晶硅片的表面分别形成钝化层。至少通过多晶硅层和/或掺磷硅层形成的吸杂层对单晶硅片进行吸杂，沉积的多晶硅存在的位错会形成易于俘获杂质原子的晶格点，吸收杂质减小变形，来降低晶格自由能，磷扩散的磷掺入能通过费米能级效应和离子成对效应增加杂质在硅里的固溶度，而Cl原子能促使硅原子离开晶格点，升高表面空位浓度，增大杂质的扩散速度，从而加速吸杂的完成，减少硅的晶格缺陷，升高硅片的体寿命，有效解决现有技术中由于硅片中杂质的存在，导致由硅片所制作的太阳能电池片的性能有所降低的问题。
当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上的所有技术效果。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明提供的一种太阳能电池制备方法的流程图；
图2为本发明提供的又一种太阳能电池制备方法的流程图；
图3为本发明提供的又一种太阳能电池制备方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
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。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种太阳能电池制备方法。关于本发明提供的太阳能电池制备方法的实施例，下文将详述。
本实施例中，请参考图1所示，图1为本发明提供的一种太阳能电池制备方法的流程图，本实施例中一种太阳能电池制备方法，包括步骤：
步骤S1：获取单晶硅片。
可选的，单晶硅片为N型单晶硅片或者P型单晶硅片。本发明对单晶硅片的类型不做限定，但无论是N型单晶硅片或者P型单晶硅片均可以采用下述方式进行吸杂处理。
步骤S2：在单晶硅片的表面形成吸杂层，其中吸杂层至少包括多晶硅层和/或掺磷硅层。由于单晶硅片中会存在金属离子、氧、碳等杂质，导致后续形成太阳能电池产品P-N结产生漏电流，影响硅片的使用寿命，例如：由于基材所用的硅片氧含量过高，导致硅片在高温过程中产生的沿径向分布的环形或者螺旋形氧沉淀，影响硅片使用，进而需要对单晶硅片进行吸杂处理。
步骤S3：利用所述吸杂层对所述单晶硅片进行吸杂处理。通过吸杂层吸收金属离子、氧、碳等杂质，进而可以降低后续形成太阳能电池产品P-N结漏电流，降低电路功率耗散，同时提升硅片的寿命，提升开路电压和短路电流，从而提升电池效率。在步骤S3中，可以用上述任意吸杂层对单晶硅片进行吸杂处理，但本发明对吸杂层具体的结构不做限定，下文实施例将对吸杂层的结构进行具体阐述。
步骤S4：在所述吸杂处理结束后去除所述吸杂层。
步骤S5：在去除所述吸杂层后的所述单晶硅片的单侧表面形成发射极。发射极可以为铝电极、铜电极、银电极、金电极或铂电极。发射极的制备方法为金属蒸镀法、丝网印刷法或电镀法。本发明对上述金属电极的材料以及制备方法不做限定，包括但不限于上述举例的方式，也可以采用其他的材料或者制备方法。
步骤S6：形成发射极后，在所述单晶硅片的表面分别形成钝化层。所述钝化层的材料可以包括但不限于：氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮氧化硅等材料。所述钝化层可以起到化学钝化作用和/或场钝化作用。可以理解的是，本发明提供的太阳能电池制备方法，获取单晶硅片；在单晶硅片的表面形成吸杂层，其中吸杂层至少包括多晶硅层和/或掺磷硅层；利用吸杂层对单晶硅片进行吸杂处理；在吸杂处理结束后去除吸杂层；在去除吸杂层后的单晶硅片的单侧表面形成发射极；形成发射极后，在单晶硅片的表面分别形成钝化层。至少通过多晶硅层和/或掺磷硅层形成的吸杂层对单晶硅片进行吸杂，沉积的多晶硅存在的位错会形成易于俘获杂质原子的晶格点，吸收杂质减小变形，来降低晶格自由能，磷扩散的磷掺入能通过费米能级效应和离子成对效应增加杂质在硅里的固溶度，而Cl原子能促使硅原子离开晶格点，升高表面空位浓度，增大杂质的扩散速度，从而加速吸杂的完成，减少硅的晶格缺陷，升高硅片的体寿命，有效解决现有技术中由于硅片中杂质的存在，导致由硅片所制作的太阳能电池片的性能有所降低的问题。
在一些可选的实施例中，继续结合图1所示，本实施例提供的太阳能电池制备方法，表面包括第一表面；吸杂层包括第一吸杂层，第一吸杂层形成在第一表面，第一吸杂层包括多晶硅层和掺磷硅层中至少一层。
可以理解的是，本实施例提供的太阳能电池制备方法，相当于在单晶硅片的单侧设置吸杂层，进一步可以包括：
第一种：在第一表面形成多晶硅层或者掺磷硅层，也即在单晶硅片的单侧表面仅形成多晶硅层或者掺磷硅层。均是属于在单晶硅片的单侧形成单一的吸杂层，分别利用多晶硅层和掺磷硅层对单晶硅片进行吸杂处理。
第二种：在第一表面或者第二表面，也即在单晶硅片的单侧形成掺磷硅层和多晶硅叠加的吸杂层，相当于多晶硅和磷扩散同时进行吸杂处理。也即多晶硅存在的位错会形成吸杂区，进而吸收硅片内部的一些金属杂质至位错处，磷扩散后会形成磷硅玻璃层，可以将磷渗入到硅片的表面形成重掺磷区，引起位错形成吸杂层，进而吸收硅片内部的一些金属杂质至位错处，这两个步骤形成吸杂区重叠，利从而用多晶硅的位错以及磷扩散的磷和氯进行吸杂，提升硅片品质，进而提升电池效。其中，本实施例提供的太阳能电池制备方法对形成掺磷硅层和多晶硅叠的先后顺序不做限定，具体情况下文实施例将进行详细陈述。
在一些可选的实施例中，继续结合图1所示，本实施例提供的太阳能电池制备方法，表面还包括与第一表面相对设置的第二表面；吸杂层包括第二吸杂层，第二吸杂层形成在第二表面，第二吸杂层包括多晶硅层和掺磷硅层中至少一层。
可以理解的是，本实施例提供的太阳能电池制备方法，在单晶硅片的第一表面形成吸杂层的基础上，在第二表面同时形成吸杂层，相当于在单晶硅片的双侧均形成吸杂层，具体可以包括：
第三种：在第一表面形成掺磷硅层，在第二表面形成多晶硅层，也即在单晶硅片的两侧分别形成掺磷硅层和多晶硅层。在单晶硅片的两侧分别形成掺磷硅层和多晶硅层，也即在单晶硅片不同的表面利用不同的吸杂方式进行吸杂处理，相当于对单晶硅进行二次吸杂处理，起到叠加吸杂的效果，加速吸杂的完成，相对于现有技术中单一的吸杂处理方式，可以有效的减少硅的晶格缺陷，升高硅片的体寿命。
第四种：在第一表面形成掺磷硅层或者多晶硅层，在第二表面形成掺磷硅层和多晶硅叠加的吸杂层，也即单晶硅片的一侧表面形成单层吸杂层，另一侧形成叠加吸杂层。在单晶硅片的一侧表面形成单层吸杂层，另一侧形成叠加吸杂层，相对于仅对单晶硅片单侧形成单一的吸杂层，或者对单晶硅的两侧分别形成单一的吸杂层，可以进一步利用掺磷硅层和多晶硅叠加吸杂效果，加速吸杂的完成。
第五种：在第一表面和第二表面均形成掺磷硅层和多晶硅层叠加的吸杂层，也即在单晶硅片的两侧均形成叠加的吸杂层。在单晶硅片的两侧均形成叠加的吸杂层，相对于上述第一种至第四种所示的太阳能电池制备方法可以进一步有效减少硅的晶格缺陷，升高硅片的体寿命。
在一些可选的实施例中，继续结合图1所示，本实施例提供的阳能电池制备方法，吸杂层包括多晶硅层和掺磷硅层；多晶硅层位于掺磷硅层靠近单晶硅片的一侧；掺磷硅层位于多晶硅层靠近单晶硅片的一侧；或者，掺磷硅层和多晶硅层至少部分同层。
可以理解的是，本实施例提供的太阳能电池制备方法，在吸杂层包括多晶硅层和掺磷硅层的基础上，形成吸杂层可以包括：第一种：在单晶硅片上沉积多晶硅层，在沉积多晶硅层后，在单晶硅片的多晶硅层一侧的表面形成掺磷硅层。第二种：在单晶硅片上形成掺磷硅层，在形成掺磷硅层后，在单晶硅片的掺磷硅层一侧的表面形成多晶硅层。其中，无论上述第一种还是第二种吸杂层的形成流程，形成的多晶硅层和掺磷硅层可以为独立的膜层，也可以为重叠的膜层，也即多晶硅层和掺磷硅层至少部分同层。而当吸杂层为多晶硅层和掺磷硅层重叠的膜层结构时，可以降低吸杂层的厚度，进而可以简化后续去除吸杂层的难度。
在一些可选的实施例中，结合图2所示，图2为本发明提供的又一种太阳能电池制备方法。本实施例提供的太阳能电池制备方法包括：
在步骤S1和步骤S2之间，还包括步骤S20：对所述单晶硅片的表面进行刻蚀形成第一刻蚀面。进而步骤S2时，在所述第一刻蚀面上形成所述吸杂层。
可以理解的是，在获取单晶硅片后，对单晶硅片进行清洗，以清除单晶硅片在切割过程中表面残留的一些物质。其中，清洗方式可以包括物理清洗方式和化学清洗方式。在清洗之后，可以对单晶硅片进行刻蚀，也即制绒处理，制绒是将硅表面进行预清洗并用强碱或强酸腐蚀成类似金字塔状或蜂窝状结构的过程，制绒的目的是其作用不仅可以降低表面的反射率，去除损伤层，而且还可以在电池的内部形成光陷阱(减反射绒面)，利用陷光原理，增加了光线在硅片体内运动的有效长度，有利于硅基体对光线的吸收，从而提高太阳电池的转换效率。上述仅以酸碱制绒液为例，但不限于此，也可以采用物理方式制绒或者激光方式制绒。
在一些可选的实施例中，结合图3所示，图3为本发明提供的又一种太阳能电池制备方法。本实施例提供的太阳能电池制备方法包括：在去除吸杂层后且在形成发射极前，对单晶硅片表面进行二次刻蚀形成第二刻蚀面，在第二刻蚀面上形成发射极。
在步骤S4和步骤S5之间，还包括步骤S50：对单晶硅片表面进行二次刻蚀形成第二刻蚀面。进而在步骤S5时，在第二刻蚀面上形成发射极。
可以理解的是，在去除吸杂层后，且在形成发射极之间，可以先对单晶硅片进行二次刻蚀处理，一方面形成陷光性好的绒面，又一方面，还可以去除硅片表面由于去除吸杂层形成的损伤层，形成利于PN结平整性好的绒面。进一步的，对于碱性制绒，单晶制绒剂主要有EPW(乙二胺、邻苯二甲酸和水)、TMAH(氢氧化四甲基铵)等，无机腐蚀剂主要有KOH、NaOH、Na2SiO3、Na3PO4等。同时为了优化工艺，常常在碱溶液中加入添加剂，如异丙醇、(NH4)2S2O4、N2H4·H2O等。反应的主要方程式为Si+2H2O+2OH＝SiO2(OH)2+2H2。其中，上述仅是以碱性制绒为例，但不限于此，本发明可以根据实际需求选择不同的方式，也即可以选择其他制绒方法，比如电化学制绒、反应离子刻蚀制绒、激光制绒、掩膜制绒等，下文不再赘述。
在一些可选的实施例中，继续结合图1所示，本实施例提供的太阳能电池制备方法中去除吸杂层后，在形成所述发射极时使单晶硅片的扩散方阻为R，70Ω≤R≤160Ω。
可以理解的，如吸杂后扩散方阻R＜70Ω或者R＞160Ω会导致硅片的性能，进而本实施例提供的太阳能电池制备方法中去除吸杂层后限定扩散方阻为R的范围为70Ω≤R≤160Ω，可以保证硅片的性能，提高太阳能电池的效率。优选的，扩散方阻R为110±10Ω，但本发明对扩散方阻的具体数值不做限定，在该范围附近即可。
在一些可选的实施例中，继续结合图1所示，本实施例提供的太阳能电池制备方法在步骤S3中，利用低压化学气相沉积法设备沉积多晶硅层，沉积源包括SiH4。
可以理解的是，实施例提供的太阳能电池制备方法，利用Topcon电池低压化学气相沉积法(LPCVD)设备沉积多晶硅，以硅烷气体(SiH4)为原材料沉积a-Si:H薄膜，晶化形成多晶硅薄膜，沿用量产工艺，利用量产工艺对硅片进行清洁，以免污染源扩散进硅基体，以及污染后续沉积多晶硅、磷扩散所用的设备。
可选的，多晶硅层的厚度为d，80nm≤d≤130nm，如在单晶硅片上沉积的多晶硅厚度小于80nm或者大于130nm会导致吸杂效果会变差，进而将多晶硅层的厚度限定在80nm至130nm之间，用于保证多晶硅层对单晶硅片的吸杂效果。其中，沉积多晶硅过程中的反应温度和时间以成膜厚度及性质为准，可调试，故不作限定。优选的，多晶硅层的厚度d为100±5nm，但本发明对多晶硅层厚度的具体数值不做限定，在该范围附近即可。
可选的，多晶硅吸杂的温度范围为600-650℃，吸杂时间范围为1000-1500秒。
在一些可选的实施例中，继续结合图1所示，掺磷硅层可以通过磷扩散处理形成，磷扩散处理中的扩散源包括POCl3。
可以理解的是，磷扩散后会形成磷硅玻璃层，可以将磷渗入到硅片的表面形成重掺磷区，引起位错形成掺磷硅层，进而吸收硅片内部的一些金属杂质至位错处，对单晶硅片进行吸杂处理。其中，磷扩散处理的反应温度和时间以吸杂的效果为准，可调试，故不作限定。
可选的，磷扩散处理吸杂温度范围为30-890℃，吸杂时间范围为2000-3000秒。
在一些可选的实施例中，继续结合图1所示，本实施例提供的太阳能电池的制备方法，利用碱抛光处理去除吸杂层，碱抛光处理中对单晶硅片的刻蚀深度不小于吸杂层的厚度；刻蚀深度为H，2μm≤H≤20μm。
可以理解的是，本实施例提供的太阳能电池的制备方法可以利用topcon电池槽式碱抛光设备进行抛光，碱抛光处理中的碱抛光溶液为KOH或者NaOH，碱抛光是利用氢氧化钾或者氢氧化钠刻蚀硅片，刻蚀深度为H，2μm≤H≤20μm，成品反射率为30％-50％，过低会导致吸杂层去除不完全，过高会使导致硅片过薄导致后续工艺及制造问题。可利用量产工艺(电池生产车间碱抛光工艺)实现抛光效果，溶液浓度、温度、反应时间等工艺条件以实现所需刻蚀深度及反射率为准，可调试，故不作限定。优选的，刻蚀深度为2μm≤H≤3μm，但本发明对刻蚀深度H具体数值不做限定，保证去除多晶硅和磷扩散形成的吸杂层即可。
通过上述实施例可知，本发明提供的太阳能电池制备方法，至少实现了如下的有益效果：
与现有技术相比，本发明提供的太阳能电池制备方法，获取单晶硅片；在单晶硅片的表面形成吸杂层，其中吸杂层至少包括多晶硅层和/或掺磷硅层；利用吸杂层对单晶硅片进行吸杂处理；在吸杂处理结束后去除吸杂层；在去除吸杂层后的单晶硅片的单侧表面形成发射极；形成发射极后，在单晶硅片的表面分别形成钝化层。至少通过多晶硅层和/或掺磷硅层形成的吸杂层对单晶硅片进行吸杂，沉积的多晶硅存在的位错会形成易于俘获杂质原子的晶格点，吸收杂质减小变形，来降低晶格自由能，磷扩散的磷掺入能通过费米能级效应和离子成对效应增加杂质在硅里的固溶度，而Cl原子能促使硅原子离开晶格点，升高表面空位浓度，增大杂质的扩散速度，从而加速吸杂的完成，减少硅的晶格缺陷，升高硅片的体寿命，有效解决现有技术中由于硅片中杂质的存在，导致由硅片所制作的太阳能电池片的性能有所降低的问题。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.太阳能电池制备方法，其特征在于，包括：
获取单晶硅片；
在所述单晶硅片的表面形成吸杂层，其中所述吸杂层至少包括多晶硅层和/或掺磷硅层；
利用所述吸杂层对所述单晶硅片进行吸杂处理；
在所述吸杂处理结束后去除所述吸杂层；
在去除所述吸杂层后的所述单晶硅片的单侧表面形成发射极；
形成发射极后，在所述单晶硅片的表面分别形成钝化层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述表面包括第一表面；
所述吸杂层包括第一吸杂层，所述第一吸杂层形成在所述第一表面，所述第一吸杂层包括所述多晶硅层和所述掺磷硅层中至少一层。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述表面还包括与所述第一表面相对设置的第二表面；
所述吸杂层包括第二吸杂层，所述第二吸杂层形成在所述第二表面，所述第二吸杂层包括所述多晶硅层和所述掺磷硅层中至少一层。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述吸杂层包括多晶硅层和掺磷硅层；
所述多晶硅层位于所述掺磷硅层靠近所述单晶硅片的一侧，或者，所述掺磷硅层位于所述多晶硅层靠近所述单晶硅片的一侧。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，在形成所述吸杂层之前，对所述单晶硅片的表面进行刻蚀形成第一刻蚀面；
在所述第一刻蚀面上形成所述吸杂层。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，在去除所述吸杂层后且在形成所述发射极前，对所述单晶硅片表面进行二次刻蚀形成第二刻蚀面，在所述第二刻蚀面上形成所述发射极。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，去除所述吸杂层后，在形成所述发射极时使得所述单晶硅片的扩散方阻为R，70Ω≤R≤160Ω。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，利用低压化学气相沉积法设备沉积所述多晶硅层，沉积源包括SiH4。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述多晶硅层的厚度为d，80nm≤d≤130nm。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，利用碱抛光处理去除所述吸杂层，所述碱抛光处理中对所述单晶硅片的刻蚀深度不小于所述吸杂层的厚度；
所述刻蚀深度为H，2μm≤H≤20μm。
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