CN114628545A - 碱抛光perc电池制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱抛光PERC电池制作工艺，所涉及的工艺在激光重掺杂步骤之后增加第二次扩散步骤，可以在重掺杂区再次形成对pn结构成保护的PSG，进而取代现有技术中所涉及的正面热氧化步骤；此外，在PERC电池轻掺杂区，由于第二次扩散步骤中的第二预扩散温度与第二推进扩散温度分别小于第一次扩散步骤中的第一预扩散温度与第一推进扩散温度，第一次扩散步骤中所形成的PSG可以阻止磷再次往硅片内部扩散；而在PERC电池重掺杂区，由于激光重掺杂步骤会破坏第一次扩散步骤中所形成的PSG，磷可以继续往硅片内部扩散，如此相对现有技术能够在重掺杂区形成掺杂浓度更高的重掺杂，以使重掺杂区具有更好的欧姆接触，提升FF，提升电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域，尤其涉及一种碱抛光PERC电池制作工艺。
背景技术
PERC电池是目前市场上最主流的高效电池之一。其中SE-PERC电池是在PERC基础上增加一道激光重掺杂技术(SE)工序，实现了太阳能电池的选择性掺杂。具体而言，重掺杂技术(SE)工序利用了激光掺杂具有选择性熔融和扩散的特点，在硅基太阳能电池中制备选择性发射极结构。在这种结构中，在光吸收区实行轻掺杂，这样减少表面少子俄歇复合，短波光谱响应好；在金属接触区实行重掺杂，以使金属电极和电池发射区之间形成良好的欧姆接触，其短路电流、开路电压、填充因子和转化效率都较高。
现有技术中SE-PERC电池的一种具体制作流程为：制绒-扩散-激光重掺杂-正面热氧化-去背面PSG-背面碱抛光-去正面PSG-正背面镀膜-背面激光开槽-背面电极、背电场和正面电极印刷-烧结。其中，激光掺杂时对正面的PSG有破坏作用，使得重掺杂区的pn结暴露出来，而正面热氧化步骤所形成的氧化层即可对激光掺杂区的pn结形成保护，避免在背面碱抛光时被碱液侵蚀。
然现有技术所涉及的SE-PERC电池制作工艺存在以下问题：硅片受光区域为轻掺杂区，所以扩散步骤中必须采用高方阻工艺(即掺杂量不能过大)，但采用高方阻工艺时形成于硅片表面的PSG较少，如此在激光重掺杂步骤中，不能形成质量较好的重掺杂，从而导致欧姆接触不好，FF下降，电池效率降低。
有鉴于此，有必要提供一种能够解决以上技术问题的技术方案。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一，为实现上述发明目的，本发明提供了一种碱抛光PERC电池制作工艺，其具体设计方式如下。
一种碱抛光PERC电池制作工艺，其包括：
制绒步骤：在硅片表面形成绒面；
第一次扩散步骤：依次包括第一预扩散步骤及第一推进扩散步骤，以对制绒后的硅片进行第一次磷扩散处理；
激光重掺杂步骤：通过激光对第一次磷扩散后的硅片进行选择性重掺杂；
第二次扩散步骤：依次包括第二预扩散步骤及第二推进扩散步骤，以对重掺杂后的硅片进行第二次磷扩散处理；其中，所述第二次扩散步骤中的第二预扩散温度与第二推进扩散温度分别小于所述第一次扩散步骤中的第一预扩散温度与第一推进扩散温度；
去背面PSG步骤：去除硅片背面及边缘的磷硅玻璃；
碱抛光步骤：采用碱液对去磷硅玻璃后的硅片背面进行抛光处理；
去正面PSG步骤：去除硅片正面的磷硅玻璃；
正、背面镀膜步骤：在硅片正面沉积正面减反射膜，在硅片背面依次沉积钝化膜及背面减反射膜；
激光开槽步骤：对硅片背面的钝化膜及减反射膜进行激光开槽；
浆料印刷步骤：采用丝网对硅片正面与背面进行金属浆料印刷。
进一步，所述第一预扩散温度为780-810℃，所述第一推进扩散温度为820-850℃；所述第二预扩散温度为730-780℃，所述第二推进扩散温度为760-810℃。
进一步，所述第一预扩散步骤中，向扩散炉内通入POCl3与O2进行恒定源扩散，POCl3的流量为300-1000sccm，O2的流量300-1000sccm，时间为5-10min；所述第一推进扩散步骤中，向扩散炉内通入N2，时间为5-10min。
进一步，所述第二预扩散步骤中，向扩散炉内通入POCl3与O2进行恒定源扩散，POCl3的流量为300-1000sccm，O2的流量300-1000sccm，时间为5-15min；所述第二推进扩散步骤中，向扩散炉内通入N2，时间为5-15min。
进一步，第一次磷扩散后硅片的方阻为110-150Ω；重掺杂后硅片的重掺区方阻为80-120Ω；第二次磷扩散后硅片的重掺区方阻为70-110Ω，轻掺区方阻为110-150Ω。
进一步，所述碱抛光步骤中，所述碱液为0.5wt％-2wt％的KOH或NaOH以及0.5wt％-2wt％的抛光添加剂溶液。
进一步，所述正、背面镀膜步骤中，沉积于所述硅片正面的正面减反射膜为SiNx，沉积于所述硅片背面钝化膜及背面减反射膜分别为Al2O3与SiNx。
进一步，所述去背面PSG步骤与所述去正面PSG步骤中，均采用体积浓度为5％-10％的HF溶液进行磷硅玻璃的去除。
进一步，所述激光开槽步骤中，开槽激光的光斑为25-40μm。
进一步，所述制绒步骤中，先采用3wt％-15wt％的双氧水和1wt％-5wt％的NaOH溶液进行粗抛；然后在0.5wt％-5wt％的NaOH和0.1wt％-1wt％的制绒添加剂溶液进行制绒，在所述硅片表面形成绒面；再采用体积浓度为5％-8％的HF溶液和体积浓度为5％-10％HCL溶液去除硅片表面的金属离子杂质，并清洗烘干。
本发明的有益效果：本发明所提供的碱抛光PERC电池制作工艺中，在激光重掺杂步骤之后增加第二次扩散步骤，可以在重掺杂区再次形成对pn结构成保护的PSG，进而取代现有技术中所涉及的正面热氧化步骤；此外，在PERC电池轻掺杂区，由于第二次扩散步骤中的第二预扩散温度与第二推进扩散温度分别小于第一次扩散步骤中的第一预扩散温度与第一推进扩散温度，第一次扩散步骤中所形成的PSG可以阻止磷再次往硅片内部扩散；而在PERC电池重掺杂区，由于激光重掺杂步骤会破坏第一次扩散步骤中所形成的PSG，磷可以继续往硅片内部扩散，如此相对现有技术能够在重掺杂区形成掺杂浓度更高的重掺杂，以使重掺杂区具有更好的欧姆接触，提升FF，提升电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1所示为本发明碱抛光PERC电池制作工艺的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1所示，本发明所涉及的碱抛光PERC电池制作工艺依次包括：制绒步骤，第一次扩散步骤，激光重掺杂步骤，第二次扩散步骤，去背面PSG步骤，碱抛光步骤，去正面PSG步骤，正、背面镀膜步骤，激光开槽步骤，以及浆料印刷步骤。更为具体地，参考如下所描述：
制绒步骤为：在硅片表面形成绒面。
第一次扩散步骤为：依次包括第一预扩散步骤及第一推进扩散步骤，以对制绒后的硅片进行第一次磷扩散处理。
激光重掺杂步骤为：通过激光对第一次磷扩散后的硅片进行选择性重掺杂。
第二次扩散步骤为：依次包括第二预扩散步骤及第二推进扩散步骤，以对重掺杂后的硅片进行第二次磷扩散处理；其中，第二次扩散步骤中的第二预扩散温度与第二推进扩散温度分别小于第一次扩散步骤中的第一预扩散温度与第一推进扩散温度。
去背面PSG步骤为：去除硅片背面及边缘的磷硅玻璃。
碱抛光步骤为：采用碱液对去磷硅玻璃后的硅片背面进行抛光处理。
去正面PSG步骤为：去除硅片正面的磷硅玻璃。
正、背面镀膜步骤为：在硅片正面沉积正面减反射膜，在硅片背面依次沉积钝化膜及背面减反射膜。
激光开槽步骤为：对硅片背面的钝化膜及减反射膜进行激光开槽。
浆料印刷步骤为：采用丝网对硅片正面与背面进行金属浆料印刷。
本发明所提供的碱抛光PERC电池制作工艺中，第一次扩散步骤后会对硅片形成轻掺杂，并在硅片正面形成PSG(即磷硅玻璃)，然经激光重掺杂步骤后，激光烧灼区域(即重掺杂区)的PSG在一定程度上被破坏，本发明通过在激光重掺杂步骤之后增加第二次扩散步骤，可以在重掺杂区再次形成对pn结构成保护的PSG，进而在后续碱抛光步骤中避免碱液对重掺区形成侵蚀，本发明中所涉及的第二次扩散步骤可取代现有技术中所涉及的正面热氧化步骤。
此外，在本发明中，对于PERC电池的轻掺杂区而言，由于第二次扩散步骤中的第二预扩散温度与第二推进扩散温度分别小于第一次扩散步骤中的第一预扩散温度与第一推进扩散温度，第一次扩散步骤中所形成的PSG可以阻止磷再次往硅片内部扩散，如此可以确保第二次扩散步骤不会增大轻掺杂区的掺杂浓度。而对于PERC电池的重掺杂区而言，由于激光重掺杂步骤中会破坏第一次扩散步骤中所形成的PSG，第二次扩散步骤的磷可以继续往硅片内部扩散，如此相对现有技术能够在重掺杂区形成掺杂浓度更高的重掺杂，以使重掺杂区具有更好好的欧姆接触，提升FF，提升电池效率。
应当理解，在本发明中，重掺杂区指的是经激光处理的区域，通常与PERC电池的正面电极位置相匹配；轻掺杂区指的是未经激光处理的区域，通常与PERC电池的正面受光区域相匹配(与重掺杂区互补)。
在本发明一具体实施中，第一预扩散温度为780-810℃，第一推进扩散温度为820-850℃；第二预扩散温度为730-780℃，第二推进扩散温度为760-810℃。
进一步地，本实施例的第一预扩散步骤中，向扩散炉内通入POCl3与O2进行恒定源扩散，POCl3的流量为300-1000sccm，O2的流量300-1000sccm，时间为5-10min；第一推进扩散步骤中，向扩散炉内通入N2，时间为5-10min。
可以理解，在第一预扩散步骤中，POCl3中的磷原子进入硅片的表面层，进而在第一推进扩散步骤中通过硅原子之间的间隙向硅片内部渗透扩散，形成N型半导体与P型半导体的交界面，完成扩散制结工序。
相应地，本发明的第二预扩散步骤中，向扩散炉内通入POCl3与O2进行恒定源扩散，POCl3的流量为300-1000sccm，O2的流量300-1000sccm，时间为5-15min；第二推进扩散步骤中，向扩散炉内通入N2，时间为5-15min。
如前面所描述，由于温度及PSG的影响，第二次扩散步骤不会对轻掺杂区的掺杂浓度造成影响；而重掺杂区由于首次形成PSG被破坏，通入的POCl3可以再次对重掺杂区域进行磷扩散。在具体实施时，为较大程度的提高重掺杂区的掺杂浓度，本发明中，第二预扩散时间与第二推进扩散时间分别长于第一预扩散时间与第一推进扩散时间。如一具体实施例中，第二预扩散时间与第二推进扩散时间范围均为12min，而第一预扩散时间与第一推进扩散时间范围均为6min。
作为优选地，本发明一些实施例中，第一次磷扩散后硅片的方阻为110-150Ω；重掺杂后硅片的重掺区方阻为80-120Ω；第二次磷扩散后硅片的重掺区方阻为70-110Ω，轻掺区方阻为110-150Ω。方阻是掺杂浓度大小的一种体现，方阻高说明掺杂较少，结深较浅，会导致Rs较高，接触电阻增大，影响电池片的转换效率；方阻低说明掺杂较多，结深较深，接触电阻小。但应当理解，掺杂过高也会造成死层，导致钝化质量严重下降，故在实际PERC电池制作过程中，也不能无限制的增大重掺杂区掺杂浓度。
作为本发明的一些具体实施例，碱抛光步骤中，碱液为0.5wt％-2wt％的KOH或NaOH以及0.5wt％-2wt％的抛光添加剂溶液。
PERC电池主要原理是在硅片形成一层钝化层，为提高钝化效果，需要硅片背面具有良好的平整性，将碱抛光工艺整合到PERC电池制作工艺中是进一步提高PERC电池效率的一种有效手段。通常，碱抛光后的硅片减重0.15-0.4g，背面的反射率为40％-50％。
进一步地，正、背面镀膜步骤中，沉积于硅片正面的正面减反射膜为SiNx，沉积于硅片背面钝化膜及背面减反射膜分别为Al2O3与SiNx。具体实施时，正面减反射膜通过PECVD沉积成型，膜厚为70-85nm，折射率为2.05-2.15；背面钝化膜通过ALD或PECVD沉积成型，膜厚为5-20nm；背面减反射膜通过PECVD沉积成型，膜厚为80-140nm，折射率为2.1-2.25。
本发明的去背面PSG步骤与去正面PSG步骤中，均采用体积浓度为5％-10％的HF溶液进行磷硅玻璃的去除。
进一步地，激光开槽步骤中，开槽激光的光斑为25-40μm。具体实施过程中，激光槽贯穿背面减反射膜与钝化膜。
进一步，本发明制绒步骤中，先采用3wt％-15wt％的双氧水和1wt％-5wt％的NaOH溶液进行粗抛；然后在0.5wt％-5wt％的NaOH和0.1wt％-1wt％的制绒添加剂溶液进行制绒，在硅片表面形成绒面；再采用体积浓度为5％-8％的HF溶液和体积浓度为5％-10％HCL溶液去除硅片表面的金属离子杂质，并清洗烘干。
其中，在采用3wt％-15wt％的双氧水和1wt％-5wt％的NaOH溶液进行粗抛的同时还可以去除硅片表面杂质，制绒后的硅片减重为0.25g-0.6g。
在浆料印刷步骤中，印刷于硅片正面的金属浆料构成正面电极，通常为导电银浆；印刷于硅片正面的金属浆料需要构成背场与背面电极，其中，背场通常采用导电铝浆，背面电极通常采用导电银浆。
本发明中，在浆料印刷步骤后通常还包括烧结步骤，具体可参考现有技术，在此不做赘述。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碱抛光PERC电池制作工艺，其特征在于，包括：
制绒步骤：在硅片表面形成绒面；
第一次扩散步骤：依次包括第一预扩散步骤及第一推进扩散步骤，以对制绒后的硅片进行第一次磷扩散处理；
激光重掺杂步骤：通过激光对第一次磷扩散后的硅片进行选择性重掺杂；
第二次扩散步骤：依次包括第二预扩散步骤及第二推进扩散步骤，以对重掺杂后的硅片进行第二次磷扩散处理；其中，所述第二次扩散步骤中的第二预扩散温度与第二推进扩散温度分别小于所述第一次扩散步骤中的第一预扩散温度与第一推进扩散温度；
去背面PSG步骤：去除硅片背面及边缘的磷硅玻璃；
碱抛光步骤：采用碱液对去磷硅玻璃后的硅片背面进行抛光处理；
去正面PSG步骤：去除硅片正面的磷硅玻璃；
正、背面镀膜步骤：在硅片正面沉积正面减反射膜，在硅片背面依次沉积钝化膜及背面减反射膜；
激光开槽步骤：对硅片背面的钝化膜及减反射膜进行激光开槽；
浆料印刷步骤：采用丝网对硅片正面与背面进行金属浆料印刷。
2.根据权利要求1所述的碱抛光PERC电池制作工艺，其特征在于，所述第一预扩散温度为780-810℃，所述第一推进扩散温度为820-850℃；所述第二预扩散温度为730-780℃，所述第二推进扩散温度为760-810℃。
3.根据权利要求1或2所述的碱抛光PERC电池制作工艺，其特征在于，所述第一预扩散步骤中，向扩散炉内通入POCl3与O2进行恒定源扩散，POCl3的流量为300-1000sccm，O2的流量300-1000sccm，时间为5-10min；所述第一推进扩散步骤中，向扩散炉内通入N2，时间为5-10min。
4.根据权利要求3所述的碱抛光PERC电池制作工艺，其特征在于，所述第二预扩散步骤中，向扩散炉内通入POCl3与O2进行恒定源扩散，POCl3的流量为300-1000sccm，O2的流量300-1000sccm，时间为5-15min；所述第二推进扩散步骤中，向扩散炉内通入N2，时间为5-15min。
5.根据权利要求1或2所述的碱抛光PERC电池制作工艺，其特征在于，第一次磷扩散后硅片的方阻为110-150Ω；重掺杂后硅片的重掺区方阻为80-120Ω；第二次磷扩散后硅片的重掺区方阻为70-110Ω，轻掺区方阻为110-150Ω。
6.根据权利要求1或2所述的碱抛光PERC电池制作工艺，其特征在于，所述碱抛光步骤中，所述碱液为0.5wt％-2wt％的KOH或NaOH以及0.5wt％-2wt％的抛光添加剂溶液。
7.根据权利要求1或2所述的碱抛光PERC电池制作工艺，其特征在于，所述正、背面镀膜步骤中，沉积于所述硅片正面的正面减反射膜为SiNx，沉积于所述硅片背面钝化膜及背面减反射膜分别为Al2O3与SiNx。
8.根据权利要求1或2所述的碱抛光PERC电池制作工艺，其特征在于，所述去背面PSG步骤与所述去正面PSG步骤中，均采用体积浓度为5％-10％的HF溶液进行磷硅玻璃的去除。
9.根据权利要求1或2所述的碱抛光PERC电池制作工艺，其特征在于，所述激光开槽步骤中，开槽激光的光斑为25-40μm。
10.根据权利要求1或2所述的碱抛光PERC电池制作工艺，其特征在于，所述制绒步骤中，先采用3wt％-15wt％的双氧水和1wt％-5wt％的NaOH溶液进行粗抛；然后在0.5wt％-5wt％的NaOH和0.1wt％-1wt％的制绒添加剂溶液进行制绒，在所述硅片表面形成绒面；再采用体积浓度为5％-8％的HF溶液和体积浓度为5％-10％HCL溶液去除硅片表面的金属离子杂质，并清洗烘干。
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