CN114171643A - 选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法，单晶硅片经预清洗、去损伤后，先对单晶硅片表面的选择性制绒区域以延缓材料制作延缓层，然后对单晶硅片制绒，制绒过程中，制绒液在选择性制绒区域先溶解延缓层，使得选择性制绒区域的绒面形成晚于无延缓层区域，则在单晶硅片上不同位置区域一次性形成至少两种绒面微结构，制绒后进行沉积、印刷栅线，即制得电池。本发明在同一片单晶硅片的同一表面上能够形成不同的绒面微结构，使得异质结太阳能电池在能够获得最佳的减反射效果的同时又可以极大的增强非晶硅钝化质量；延缓层可区别设置，一次性形成不同的绒面微结构，制绒过程可直接去除延缓层的延缓材料，减少生产流程，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种异质结太阳能电池的制造方法，特别是一种选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法。
背景技术
非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池使用[100]取向单晶硅片，然后使用碱性溶液制绒，得到表面均匀密布微米级尺度金字塔的绒面，能获得良好的减反射效果，增加光的入射，能有效地提高电池短路电流，而后用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在该表面生长一层纳米级厚度的本征非晶硅层，以钝化该表面，随后正面、背面分别沉积n型非晶硅层、p型非晶硅层，之后正面、背面沉积透明导电膜层，在透明导电膜层上印刷栅线并烘干，得到的电池结构如附图1所示。
由于单晶硅制绒主要是利用碱溶液在硅片[100]和[111]晶面上的腐蚀速率的差异，导致其形成的金字塔结构服从严格的几何关系，金字塔塔顶、棱和金字塔底部峡谷均为棱角。由理论计算可知：金字塔越细长，即高度/底面面积的比值越大，入射光越容易被困在金字塔之间多次折反射而被电池吸收，减反射效果越好；而金字塔越细长其尖点、棱锋、谷底处的棱角越尖锐，这就导致在这些地方沉积生长的非晶硅钝化膜容易出现外延生长，这些外延生长的薄膜具有较高缺陷态密度，极大地增加了光生载流子在非晶硅/晶体硅界面处的复合概率，从而使开路电压明显下降。现有工艺在硅片表面制得的金字塔绒面为单一的绒面微结构，而金字塔绒面的减反射效果与非晶硅的沉积质量往往存在着矛盾，表面微结构越尖锐减反射效果越好，表面微结构越平坦非晶硅的沉积质量越佳钝化越好，这就导致现有异质结太阳能电池的表面结构难以兼顾减反射效果和钝化质量。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法，可根据需要在电池同一表面不同位置区域一次性形成至少两种绒面微结构。
技术方案：一种选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法，包括如下步骤：单晶硅片经预清洗、去损伤后，先对单晶硅片表面的选择性制绒区域以延缓材料制作延缓层，然后对单晶硅片制绒，制绒过程中，制绒液在选择性制绒区域先溶解延缓层，使得选择性制绒区域的绒面形成晚于无延缓层区域，则在单晶硅片上不同位置区域一次性形成至少两种绒面微结构，制绒后进行沉积、印刷栅线，制得选择性制绒异质结太阳能电池。
进一步的，制作延缓层的方法之一具体为：对单晶硅片表面覆盖盖板，盖板上设置有预开孔，预开孔对应于选择性制绒区域，将延缓材料通过预开孔仅沉积于选择性制绒区域。
进一步的，制作延缓层的方法之二具体为：对单晶硅片表面通过打印、热转印、丝网印刷，将延缓材料仅覆盖于选择性制绒区域。
进一步的，延缓材料为能够在制绒液中溶解的材料，包括二氧化硅、非晶硅、多晶硅一类的无机物，或者卡波树脂、水性聚氨酯树脂一类的有机物。
进一步的，单晶硅片表面的选择性制绒区域至少为一处区域，不同选择性制绒区域上的延缓材料、延缓层厚度不一定相同。
一种上述的制造方法制得的选择性制绒异质结太阳能电池。
本发明的原理是：通过在单晶硅片表面所需的选择性制绒区域设置延缓层，在制绒过程中，由于延缓层被制绒液溶解需要时间，使得选择性制绒区域的绒面形成晚于无延缓层区域，不同位置区域的实际制绒时间不同，而绒面生长的各个时期的结构大不相同，便在单晶硅片上不同位置区域一次性形成不同的绒面微结构。
有益效果：本发明的优点是：
1、在同一片单晶硅片的同一表面上能够形成不同的绒面微结构，匹配不同位置区域的表面结构要求，使得异质结太阳能电池在能够获得最佳的减反射效果的同时又可以极大的增强非晶硅钝化质量；
2、延缓层可区别设置，在不同的选择性制绒区域，可以分别选择不一定相同的延缓材料，可以分别形成不一定相同的延缓层厚度，使得不同选择性制绒区域的实际制绒时间不同，从而在同一片太阳能电池的同一表面上不同位置区域一次性形成不同的绒面微结构，减少生产流程，降低成本；
3、无需增加新的工艺环节、药液来去除延缓层，制绒过程可直接去除延缓层的延缓材料。
附图说明
图1为现有异质结太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明制得的选择性制绒异质结太阳能电池的结构示意图；
图3为实施例中盖板的一种结构示意图；
图4为制作延缓层后的单晶硅片的纵截面示意图之一，不同选择性制绒区域的延缓材料不一定相同；
图5为制作延缓层后的单晶硅片的纵截面示意图之二，不同选择性制绒区域的延缓层厚度相同；
图6为制作延缓层后的单晶硅片的纵截面示意图之三，不同选择性制绒区域的延缓层厚度不一定相同；
图7为制作延缓层后的单晶硅片在制绒过程中表面变化示意图；
图8为本发明制造方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
一种选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法，结合附图8所示，包括如下步骤：
步骤一：使用60～85℃的清洗液清洗单晶硅片60～300秒，清洗液是由氢氧化钾、双氧水、水按体积比1:1:6配制而成的混合液。
步骤二：将经步骤一处理后的单晶硅片，使用60～85℃、5～25wt％的氢氧化钾溶液进行碱刻蚀60～300秒，刻蚀深度大于5μm以去除切割损伤。
步骤三：将经步骤二处理后的单晶硅片，对其表面所需的选择性制绒区域以延缓材料制作延缓层。
延缓材料的选择原则：是能够在制绒液中以一定速率溶解的材料，延缓材料本身以及溶解产生的副产物对制绒过程的影响需有限、可控，并最终可通过后清洗来彻底去除。延缓材料包括但不限于二氧化硅、非晶硅、多晶硅等无机物，或者卡波树脂、水性聚氨酯树脂等有机物。
制作延缓层的方法之一：对单晶硅片表面覆盖盖板，盖板上设置有预开孔，预开孔对应于选择性制绒区域，选择非晶硅作为延缓材料，将延缓材料通过预开孔仅气相沉积于选择性制绒区域。如附图3所示，例如根据电池栅线位置在单晶硅片表面确定选择性制绒区域，则在盖板1上开设与选择性制绒区域对应的预开孔2，盖板放置在单晶硅片3表面后，将延缓材料从预开孔沉积在单晶硅片表面上，则延缓材料仅能沉积在单晶硅片表面上的选择性制绒区域。根据电池主栅线、副栅线不同，通过更换相对应的盖板，即可在单晶硅片表面上与主栅线对应的选择性制绒区域、与副栅线对应的选择性制绒区域分别沉积延缓材料。
制作延缓层的方法之二：对单晶硅片表面通过打印、热转印、丝网印刷等，将延缓材料仅覆盖于选择性制绒区域。
根据需要，单晶硅片表面的选择性制绒区域可以仅是一处区域，也可以是多于一处区域，通过以上制作延缓层的方法，对于不同的选择性制绒区域，可以分别选择不一定相同的延缓材料(如附图4所示)，可以分别形成不一定相同的延缓层厚度(如附图5、6所示)。
步骤四：将经步骤三处理后的单晶硅片，整体放入70～85℃的制绒液中碱制绒300～600秒，制绒液是由10～15wt％的氢氧化钾溶液和1wt％的制绒添加剂配制而成的混合液。由于延缓层的存在，制绒液在选择性制绒区域需先溶解延缓层，使得选择性制绒区域的绒面形成晚于无延缓层区域，时间差决定于延缓层被溶解的时间，不同位置区域的实际制绒时间不同，而绒面生长的各个时期的结构大不相同，这便在单晶硅片上不同位置区域一次性形成至少两种绒面微结构。附图7所示为制作延缓层后的单晶硅片在总制绒工艺时间480秒过程中表面变化示意图：图7(a)和7(b)是成核期，对应工艺时间0～160秒，在无延缓层覆盖区域形成散布在硅片表面的单个微小金字塔，在选择性制绒区有延缓层保护单晶硅片不被制绒液腐蚀；图7(c)和7(d)是生长期，对应工艺时间160～320秒，在无延缓层覆盖区域散布在硅片表面的单个微小金字塔不断生长并连结在一起，随着腐蚀深度的增加其棱角变得尖锐，在选择性制绒区域，延缓层逐渐被制绒液溶解；图7(e)和7(f)是成熟期，对应工艺时间320～480秒，在无延缓层覆盖区域尖锐金字塔绒面完全覆盖硅片表面且尺寸趋于一致，最终在该区域形成较为尖锐的绒面微结构，在选择性制绒区域，延缓层被制绒液完全溶解后，制绒液进而腐蚀单晶硅片表面，出现散布在硅片表面的单个微小金字塔，最终在该区域形成较为平坦的绒面微结构。
步骤五：将经步骤四处理后的单晶硅片，在正面依次沉积本征非晶硅层和n型非晶硅层，在背面依次沉积本征非晶硅层和p型非晶硅层，而后在n型非晶硅层、p型非晶硅层上沉积透明导电膜层，最后通过在透明导电膜层上印刷栅线，制得选择性制绒异质结太阳能电池。
本发明制造方法，可以在同一片太阳能电池的同一表面上不同位置区域一次性形成不同的绒面微结构，进而更好的匹配不同位置区域的表面结构要求，在能够获得最佳的减反射效果的同时又可以极大的增强非晶硅钝化质量。
附图2所示为通过本发明制造方法制得的一种选择性制绒异质结太阳能电池，在电池同一表面的栅线正下方位置和其他区域位置，对应地在单晶硅片上分别为不同的绒面微结构。在栅线遮盖的非光照区域设置较平坦的绒面，异质结太阳能电池发电时电流主要集中在栅线附近，尤其是栅线正下方的电流密度远远大于其他位置，在此位置设置的绒面微结构较为平坦，沉积的非晶硅薄膜质量较好能够更好的钝化表面缺陷，增强钝化效果，极大地减小了光生载流子在非晶硅/晶体硅界面处的复合概率，从而使开路电压明显上升，较为平坦的绒面微结构可以使栅线和电池实现良好的接触，降低了栅线接触电阻。在无栅线遮盖的光照区域设置较尖锐的绒面，因此位置的电流密度较小光照强度大，钝化效果的差异对电池的效率影响也十分有限，在此位置设置的绒面微结构较为尖锐，能够增强减反射效果，提高对太阳光的吸收。通过设置的不同的绒面匹配不用区域的结构要求，实现了更好的表面钝化效果、更佳的减反射效果和更低的栅线接触电阻，使得异质结太阳能电池在能够获得最佳的减反射效果的同时又可以极大的增强非晶硅钝化质量，从而获得更高效率的太阳能电池。
Claims (6)
1.一种选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于包括如下步骤：单晶硅片经预清洗、去损伤后，先对单晶硅片表面的选择性制绒区域以延缓材料制作延缓层，然后对单晶硅片制绒，制绒过程中，制绒液在选择性制绒区域先溶解延缓层，使得选择性制绒区域的绒面形成晚于无延缓层区域，则在单晶硅片上不同位置区域一次性形成至少两种绒面微结构，制绒后进行沉积、印刷栅线，制得选择性制绒异质结太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：制作延缓层具体为：对单晶硅片表面覆盖盖板，盖板上设置有预开孔，预开孔对应于选择性制绒区域，将延缓材料通过预开孔仅沉积于选择性制绒区域。
3.根据权利要求1所述的选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：制作延缓层具体为：对单晶硅片表面通过打印、热转印、丝网印刷，将延缓材料仅覆盖于选择性制绒区域。
4.根据权利要求1所述的选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：延缓材料为能够在制绒液中溶解的材料，包括二氧化硅、非晶硅、多晶硅一类的无机物，或者卡波树脂、水性聚氨酯树脂一类的有机物。
5.根据权利要求1所述的选择性制绒异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：单晶硅片表面的选择性制绒区域至少为一处区域，不同选择性制绒区域上的延缓材料、延缓层厚度不一定相同。
6.一种由权利要求1～5任一所述的制造方法制得的选择性制绒异质结太阳能电池。
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