CN114497288A - 栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，N型单晶硅片经预清洗、去损伤、制绒后，先对单晶硅片表面制作掩膜，然后在栅线位置开窗，再以化学抛光液进行刻蚀抛光，使得开窗区域形成光滑凹槽，再对单晶硅片进行单面磷扩散，则在单晶硅片其一面的光滑凹槽上形成重掺杂N+区域，且以该一面为电池正面，最后对单晶硅片进行去磷硅玻璃和掩膜、沉积、印刷栅线，制得栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池。本发明形成的重掺杂N+区域，调节了光生电子在太阳能电池中的传输路径，选择性的增强栅线位置的钝化效果，又不影响金字塔绒面的减反射效果，降低了正面透明导电膜的导电要求，降低了对低温银浆的要求。
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，特别是一种栅线嵌入选择性重掺杂区域的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。
一方面，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，而晶体硅衬底表面的钝化质量是异质结太阳能电池的核心，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。
另一方面，正面透明导电膜层需兼具高电导率和高透光率，高电导率可通过提高透明导电膜层的载流子浓度和迁移率实现，而较高的载流子浓度会产生较大的自由载流子光吸收，要求透明导电膜层必须具备较高的迁移率，限制了材料选择。
因此，现有的异质结太阳能电池存在两个显著矛盾：金字塔绒面减反射效果和非晶硅沉积质量的矛盾，正面透明导电膜层的高透过率与高导电率的矛盾。这些问题导致现有的异质结太阳能电池制造方法窗口非常狭窄，对设备、工艺、制程的要求非常严格。
另外，常规太阳能电池的高温浆料经过800～900℃高温烧结过后能够穿过氮化硅层和硅形成合金，使得形成的栅线有较低的接触电阻和较高的可靠性。而异质结太阳能电池中的非晶硅薄膜不能承受超过200℃以上的高温，一般使用低温浆料，其经过150℃固化后只是紧贴在电池片表面，由于浆料中的大颗粒银粉的尺寸大于硅片表面绒面的金字塔大小，使两者不能形成紧密的接触，业界一般在浆料中掺入一部分小直径的纳米银粉来填充大颗粒银粉和金字塔绒面间的间隙，但纳米银粉的价格是普通银粉的数倍使得低温浆料的价格远高于高温浆料。
此外金字塔绒面原因使栅线和电池片附着力下降，为解决异质结太阳能电池的栅线可靠性问题就必须增加浆料中粘结剂的比例，但粘结剂比例增加后栅线的电阻率上升，就需要印刷更粗大的栅线保证导电效果，这会导致更多的遮光损失和浆料用量的上升。所以现在异质结太阳能电池中低温银浆的价格偏高和用量偏多使得其金属化成本是普通电池得4倍以上。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种异质结太阳能电池制造方法，改善金字塔绒面减反射效果和非晶硅沉积质量的矛盾，以及正面透明导电膜层的高透过率与高导电率的矛盾，提高栅线和电池片附着力。
技术方案：一种栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，包括如下步骤：N型单晶硅片经预清洗、去损伤、制绒后，先对单晶硅片表面制作掩膜，然后在栅线位置开窗，再以化学抛光液进行刻蚀抛光，使得开窗区域形成光滑凹槽，再对单晶硅片进行单面磷扩散，则在单晶硅片其一面的光滑凹槽上形成重掺杂N+区域，且以该一面为电池正面，最后对单晶硅片进行去磷硅玻璃和掩膜、沉积、印刷栅线，制得栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池。
进一步的，对单晶硅片表面制作掩膜的方法之一具体为：对制绒后的单晶硅片，将其放置于扩散炉中通入氮气和氧气，压力200～400Pa，升温至800～900℃后，硅片与氧气反应生成二氧化硅，氮气流量为10～20slm，氧气流量为100～300sccm，氮气和氧气的混合气体的通气时间为15～40min，在制绒后的单晶硅片表面形成厚度大于100nm的二氧化硅层作为掩膜。
进一步的，对单晶硅片表面制作掩膜的方法之二具体为：对制绒后的单晶硅片，以硝酸溶液氧化，硝酸溶液的质量浓度大于40％，控制氧化反应时间，在制绒后的单晶硅片表面形成厚度大于100nm的二氧化硅层作为掩膜。
进一步的，对单晶硅片表面制作掩膜的方法之三具体为：对制绒后的单晶硅片，将其放置于PECVD设备负极载板上，电源功率10～15KW，温度400～550℃，通入硅烷和氨气，硅烷流量为600～1200sccm，氨气流量为5000～1000sccm，硅烷和氨气的混合气体的通气时间为8～20min，两种气体反应，在制绒后的单晶硅片表面形成厚度大于100nm的氮化硅层作为掩膜。
进一步的，在栅线位置开窗的方法之一具体为：对表面具有掩膜的单晶硅片，在对应于栅线位置，通过激光扫描单晶硅片表面进行开窗，破坏栅线位置的掩膜露出硅衬底，激光采用波长为532nm或1064nm的激光，功率30～100W，扫描频率为250～350kHz，扫描速度为10000～20000mm/s。
进一步的，在栅线位置开窗的方法之二具体为：对表面具有掩膜的单晶硅片，在对应于栅线位置，通过喷墨打印或丝网印刷酸性腐蚀液到单晶硅片表面进行开窗，破坏栅线位置的掩膜露出硅衬底，然后将单晶硅片水洗烘干，酸性腐蚀液采用质量浓度大于5％的氢氟酸溶液。
进一步的，以化学抛光液进行刻蚀抛光，使得开窗区域形成光滑凹槽，具体为：对在栅线位置开窗后的单晶硅片，使用化学抛光液对单晶硅片表面刻蚀抛光，由于掩膜的保护，化学抛光液使开窗区域最终形成光滑凹槽，化学抛光液采用质量浓度为2～6％的氢氧化钾溶液，温度小于70℃，反应时间120～400s，最终形成的光滑凹槽的深度为5～20μm。
进一步的，对单晶硅片进行单面磷扩散具体为：对形成光滑凹槽的单晶硅片，取两片且叠置紧贴，然后一起放置于扩散炉中，压力80～200Pa，升温至800℃后，通入氧气和三氯氧磷，氧气流量为400～700sccm，三氯氧磷温度为20℃，三氯氧磷流量为300～500sccm，氧气和三氯氧磷的混合气体的通气时间为500～700s，而后升温至840～860℃保温10～25min，磷扩散后仅在单晶硅片处于外侧的一面上的光滑凹槽上形成重掺杂N+区域。
一种由上述任一的制造方法制得的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池。
有益效果：本发明的优点是：
1、使用N型单晶硅片作为衬底，将a-Si:H(n)置于电池正面，将a-Si:H(p)置于电池背面，利用设置的掩膜，在磷扩散前先选择性的将栅线下方的金字塔绒面开窗、刻蚀抛光，形成低于金字塔绒面的光滑凹槽，在该光滑凹槽表面可以容易的沉积出质量极佳的本征非晶硅层，可以获得良好的钝化效果，又不影响金字塔绒面的减反射效果。
2、在光滑凹槽上通过磷扩散形成重掺杂N+区域，磷原子只需要很短的扩散距离就能够形成很深的N+区域，在重掺杂N+区域产生的内建电场作用下，调节了光生电子在太阳能电池中的传输路径，降低了正面透明导电膜的导电要求，从而降低了工艺难度。
3、栅线嵌入印刷在光滑凹槽内，降低了透明导电膜和栅线的接触电阻，增强了栅线的附着力和可靠性，降低了异质结太阳能电池对低温浆料的要求。
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为本发明制得的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池的结构示意图；
图3为本发明制造方法关键步骤下单晶硅片变化状态图：图3(a)为制绒步骤，图3(b)为制作掩膜步骤，图3(c)为开窗步骤，图3(d)为抛光步骤，图3(e)为P扩散步骤，图3(f)为酸洗步骤；
图4为单晶硅片上重掺杂N+区域形成的内建电场方向示意图；
图5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。
一种栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，结合附图5所示，包括如下步骤：
步骤一：使用60～85℃的清洗液清洗N型单晶硅片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，放入70～85℃的制绒液中碱制绒300～600秒，在单晶硅片表面制得金字塔绒面，如附图3(a)所示。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。
步骤四：将经步骤三处理后的单晶硅片，在其表面制作掩膜，如附图3(b)所示。
制作掩膜的方法之一具体为：将经步骤三处理后的单晶硅片，将其放置于扩散炉中通入氮气和氧气，压力200～400Pa，升温至800～900℃后，硅片与氧气反应生成二氧化硅，氮气流量为10～20slm(slm指标准升每分钟)，氧气流量为100～300sccm(sccm指标准立方厘米每分钟)，氮气和氧气的混合气体的通气时间为15～40min，在制绒后的单晶硅片表面形成厚度大于100nm的二氧化硅层作为掩膜。
制作掩膜的方法之二具体为：将经步骤三处理后的单晶硅片，以硝酸溶液氧化，硝酸溶液的质量浓度大于40％，控制氧化反应时间，在制绒后的单晶硅片表面形成厚度大于100nm的二氧化硅层作为掩膜。
制作掩膜的方法之三具体为：将经步骤三处理后的单晶硅片，将其放置于PECVD设备负极载板上，电源功率10～15KW，温度400～550℃，通入硅烷和氨气，硅烷流量为600～1200sccm，氨气流量为5000～1000sccm，硅烷和氨气的混合气体的通气时间为8～20min，两种气体反应，在制绒后的单晶硅片表面形成厚度大于100nm的氮化硅层作为掩膜。
步骤五：将经步骤四处理后的单晶硅片，在对应于栅线的位置进行开窗，去除栅线位置的掩膜形成凹槽，如附图3(c)所示。
开窗的方法之一具体为：将经步骤四处理后的单晶硅片，在对应于栅线位置，通过激光方式，扫描单晶硅片表面进行开窗，破坏栅线位置的掩膜露出硅衬底，激光采用波长为532nm或1064nm的激光，功率30～100W，扫描频率为250～350kHz，扫描速度为10000～20000mm/s。
开窗的方法之二具体为：将经步骤四处理后的单晶硅片，在对应于栅线位置，通过喷墨打印或丝网印刷方式，将酸性腐蚀液涂敷在单晶硅片表面进行开窗，酸性腐蚀液将会腐蚀破坏涂敷位置的掩膜露出硅衬底，然后将单晶硅片水洗烘干，酸性腐蚀液采用质量浓度大于5％的氢氟酸溶液。
步骤六：将经步骤五处理后的单晶硅片，使用化学抛光液对单晶硅片表面进行刻蚀抛光，由于掩膜的存在，掩膜保护着单晶硅片表面除开窗区域外的其他区域，控制化学抛光液反应进程，化学抛光液在开窗区域与金字塔绒面反应使其消除，使得开窗区域最终形成光滑凹槽，如附图3(d)所示，化学抛光液采用质量浓度为2～6％的氢氧化钾溶液，温度小于70℃，反应时间120～400s，最终形成的光滑凹槽的深度为5～20μm。
步骤七：将经步骤六处理后的单晶硅片，取两片且叠置紧贴，则两片单晶硅片相对的一面不裸露，各自处于外侧的一面裸露，然后一起放置于扩散炉中，压力80～200Pa，升温至800℃后，通入氧气和三氯氧磷，氧气流量为400～700sccm，三氯氧磷温度为20℃，三氯氧磷流量为300～500sccm，氧气和三氯氧磷的混合气体的通气时间为500～700s，而后升温至840～860℃保温10～25min，磷扩散时，由于两片的相对面紧紧贴在一起，以及掩膜的作用使磷原子不能穿过掩膜，则磷原子仅在单晶硅片处于外侧的一面上的光滑凹槽区域扩散，形成重掺杂N+区域，如附图3(e)所示，由此可得到单面磷扩散的单晶硅片，将单晶硅片形成重掺杂N+区域的这一面作为电池正面。扩散后光滑凹槽区域的硅片电阻率小于1Ω·cm。
步骤八：将经步骤七处理后的单晶硅片，放入质量浓度5％的氢氟酸溶液中反应，去除在光滑凹槽上经磷扩散形成的磷硅玻璃，去除单晶硅片表面的掩膜，如附图3(f)所示。
步骤九：将经步骤八处理后的单晶硅片，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，栅线处于光滑凹槽区域内，嵌入电池中，制得栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池，电池结构如附图2所示。
本发明制造方法以及制得的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池，具有以下特点：
1、使用N型单晶硅片作为衬底，将a-Si:H(n)置于电池正面，将a-Si:H(p)置于电池背面，利用设置的掩膜，在磷扩散前先选择性的将栅线下方的金字塔绒面开窗、刻蚀抛光，形成低于金字塔绒面的光滑凹槽，在该光滑凹槽表面可以容易的沉积出质量极佳的本征非晶硅层，因此可以获得良好的钝化效果，大幅度减少光生载流子在非晶硅/晶体硅界面处的表面复合，同时又不影响金字塔绒面的减反射效果。
2、在已形成的光滑凹槽上通过磷扩散形成重掺杂N+区域，由于预先开窗和刻蚀抛光形成的光滑凹槽，使磷原子只需要很短的扩散距离就能够形成很深的N+区域，在不增加扩散时间和温度的情况下提高扩散深度。
3、形成的重掺杂N+区域由于是不均匀掺杂，因此会产生内建电场，其电场方向由N+区指向N区，如附图4中的箭头所示，在其电场力的作用下，大部分光生电子先在N型单晶硅片中运动至栅线下方，穿过晶体硅/非晶硅界面、非晶硅/透明导电膜界面，直接被栅线收集，如附图2中的箭头所示，从而调节了光生电子在太阳能电池中的传输路径，选择性的增强栅线位置的钝化效果。
而在现有的异质结太阳能电池中，大部分光生电子穿过晶体硅/非晶硅界面、非晶硅/透明导电膜界面后，还需要在透明导电膜层中横向运动至栅线，如附图1中的箭头所示。
可见，由于大部分光生电子不需要在透明导电膜层中横向传输，即使正面透明导电膜的方块电阻较高，对电池的串联电阻影响也十分有限，提高了太阳能的电池的转换效率。显然，降低了正面透明导电膜的导电要求，从而降低了工艺难度，材料选择更宽泛，成本更低。大部分光生电子经过的界面为栅线周围钝化良好的区域，在不改变PECVD沉积非晶硅层工艺的情况下，能够减少表面复合，大幅度提高电池的开路电压。
4、栅线印刷在光滑凹槽内，能使栅线处界面光滑平整，由于光滑凹槽内的金字塔绒面被抛光，能够使大颗粒银粉和硅片表面直接接触，既可以降低低温浆料中纳米银粉的比例，同时还能够实现透明导电膜和栅线的良好接触，从而能够降低接触电阻。凹槽的作用使得栅线嵌入到电池片中，能够大大增强栅线的附着力，增强栅线的可靠性，降低了异质结太阳能电池对低温浆料的要求。
Claims (9)
1.一种栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，其特征在于包括如下步骤：N型单晶硅片经预清洗、去损伤、制绒后，先对单晶硅片表面制作掩膜，然后在栅线位置开窗，再以化学抛光液进行刻蚀抛光，使得开窗区域形成光滑凹槽，再对单晶硅片进行单面磷扩散，则在单晶硅片其一面的光滑凹槽上形成重掺杂N+区域，且以该一面为电池正面，最后对单晶硅片进行去磷硅玻璃和掩膜、沉积、印刷栅线，制得栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，其特征在于：对单晶硅片表面制作掩膜具体为：对制绒后的单晶硅片，将其放置于扩散炉中通入氮气和氧气，压力200～400Pa，升温至800～900℃后，硅片与氧气反应生成二氧化硅，氮气流量为10～20slm，氧气流量为100～300sccm，氮气和氧气的混合气体的通气时间为15～40min，在制绒后的单晶硅片表面形成厚度大于100nm的二氧化硅层作为掩膜。
3.根据权利要求1所述的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，其特征在于：对单晶硅片表面制作掩膜具体为：对制绒后的单晶硅片，以硝酸溶液氧化，硝酸溶液的质量浓度大于40％，控制氧化反应时间，在制绒后的单晶硅片表面形成厚度大于100nm的二氧化硅层作为掩膜。
4.根据权利要求1所述的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，其特征在于：对单晶硅片表面制作掩膜具体为：对制绒后的单晶硅片，将其放置于PECVD设备负极载板上，电源功率10～15KW，温度400～550℃，通入硅烷和氨气，硅烷流量为600～1200sccm，氨气流量为5000～1000sccm，硅烷和氨气的混合气体的通气时间为8～20min，两种气体反应，在制绒后的单晶硅片表面形成厚度大于100nm的氮化硅层作为掩膜。
5.根据权利要求1所述的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，其特征在于：在栅线位置开窗具体为：对表面具有掩膜的单晶硅片，在对应于栅线位置，通过激光扫描单晶硅片表面进行开窗，破坏栅线位置的掩膜露出硅衬底，激光采用波长为532nm或1064nm的激光，功率30～100W，扫描频率为250～350kHz，扫描速度为10000～20000mm/s。
6.根据权利要求1所述的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，其特征在于：在栅线位置开窗具体为：对表面具有掩膜的单晶硅片，在对应于栅线位置，通过喷墨打印或丝网印刷酸性腐蚀液到单晶硅片表面进行开窗，破坏栅线位置的掩膜露出硅衬底，然后将单晶硅片水洗烘干，酸性腐蚀液采用质量浓度大于5％的氢氟酸溶液。
7.根据权利要求1所述的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，其特征在于：以化学抛光液进行刻蚀抛光，使得开窗区域形成光滑凹槽，具体为：对在栅线位置开窗后的单晶硅片，使用化学抛光液对单晶硅片表面刻蚀抛光，由于掩膜的保护，化学抛光液使开窗区域最终形成光滑凹槽，化学抛光液采用质量浓度为2～6％的氢氧化钾溶液，温度小于70℃，反应时间120～400s，最终形成的光滑凹槽的深度为5～20μm。
8.根据权利要求1所述的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池制造方法，其特征在于：对单晶硅片进行单面磷扩散具体为：对形成光滑凹槽的单晶硅片，取两片且叠置紧贴，然后一起放置于扩散炉中，压力80～200Pa，升温至800℃后，通入氧气和三氯氧磷，氧气流量为400～700sccm，三氯氧磷温度为20℃，三氯氧磷流量为300～500sccm，氧气和三氯氧磷的混合气体的通气时间为500～700s，而后升温至840～860℃保温10～25min，磷扩散后仅在单晶硅片处于外侧的一面上的光滑凹槽上形成重掺杂N+区域。
9.一种由权利要求1～8任一所述的制造方法制得的栅线嵌入选择性重掺杂区域的异质结太阳能电池。
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| CN115241300B (zh) * | 2021-04-22 | 2023-11-17 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 太阳能电池及其制备方法 |
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| CN115548144B (zh) * | 2022-11-04 | 2024-05-07 | 安徽华晟新能源科技有限公司 | 半导体衬底及其处理方法、太阳能电池及其制备方法 |
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