CN114744077A - N型tbc晶硅太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，包括：对硅片的正面进行清洗制绒及磷扩散，以形成N+前表面场；清洗去除硅片正面的硅磷玻璃；通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面依次沉积隧穿氧化层及P+多晶硅；利用激光消融分离硅片背面的P型区和N型区；利用碱性溶液清洗硅片；在硅片的正面沉积钝化减反射膜；在硅片的背面沉积钝化膜；在硅片的背面印刷电极并烧结。该方法与现有LPCVD方式沉积多晶硅相比，可以有效提升沉积速率，进而提升单台单管设备的产能。同时，采用激光消融方式对背面P型区和N型区进行分离，无需多次采用掩膜和光刻技术，因而可以有效简化生成过程中的工艺步骤，在保证良率的情况下进一步的提升生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产制造领域，特别是涉及一种N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法。
背景技术
晶体硅太阳能光伏电池技术近年来发展迅速，而研发和制造出高效、稳定且低成本的太阳能电池是当下行业关注的重心。相对P型晶硅电池来说，N型晶硅电池的少子寿命高，无光致衰减，弱光效应好，温度系数小，是晶硅太阳能电池迈向理论最高效率的希望。
TBC(Tunneling oxide passivated Back Contact)太阳能电池是指正负金属电极呈叉指状方式排列在电池背光面的一种背结背接触的太阳电池结构，它的p-n结位于电池背面即用P+多晶硅作为发射极(Emitter)，掺杂N++作为BSF，并在多晶硅与掺杂层之间沉积一层隧穿氧化层SiO2，使其具有更低的复合，更好的接触，更高的转化效率。
当前N型TBC晶硅太阳能电池采用LPCVD(Low Pressure Chemical VaporDeposition，低压力化学气相沉积法)的方式沉积多晶硅存在产能低，产出量为400-500pcs/H，由于沉积方式和设备载具，其绕镀严重，所用的石英舟和石英管等维护成本高；背面指交叉状的p区和n区在制作过程中，需要多次的掩膜和光刻技术，制作工序繁琐，制作成本高；由于TBC电池的正表面没有金属栅线的遮挡，电流密度大，导致在背面的接触电阻和栅线上外部串联电阻损失大，电池整体的串联电阻大于2.0mΩ。
采用LPCVD的方式生产N型TBC晶硅太阳能电池虽然存在以上产能低，去绕镀难，维护成本高等问题，却仍是沉积隧穿氧化层SiO2和掺杂多晶硅的主要方法。同时，硅片背面指交叉状的p型区和n型区在制作过程中，需要多次的掩膜和光刻技术，不仅制作工序繁琐，且制作成本高。
发明内容
本发明提供了一种N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，用以在提升生产效率的同时解决绕镀问题，以及降低电池片的生产成本，该N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法包括：
对硅片的正面进行清洗制绒及磷扩散，以形成N+前表面场；
清洗去除硅片正面的硅磷玻璃；
通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面依次沉积隧穿氧化层及P+多晶硅；
利用激光消融分离硅片背面的P型区和N型区；
利用碱性溶液清洗硅片；
在硅片的正面沉积钝化减反射膜；
在硅片的背面沉积钝化膜；
在硅片的背面印刷电极并烧结。
具体实施中，所述通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面依次沉积隧穿氧化层及P+多晶硅，进一步包括：
通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面沉积氧化硅膜；
通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面沉积P+多晶硅。
具体实施中，所述在硅片的正面沉积钝化减反射膜，进一步包括：
在硅片的正面沉积氧化铝膜或氧化硅膜；
通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的正面沉积第二氮化硅膜。
具体实施中，所述在硅片的正面沉积氧化铝膜或氧化硅膜，进一步包括：
通过等离子体增强化学气相沉积法或原子层沉积法在硅片的正面沉积氧化铝膜或氧化硅膜。
具体实施中，所述利用激光消融分离硅片背面的P型区和N型区，进一步包括：
利用紫外激光消融分离硅片背面的P型区和N型区。
具体实施中，所述紫外激光的能量为0.01-5W、频率为100Khz-500Khz、光斑直径为10um-30um、少子寿命衰减值为0-10us及相对衰减为0％-0.9％。
具体实施中，所述在硅片的背面沉积钝化膜，进一步包括：
在硅片的背面沉积第一氮化硅膜。
具体实施中，所述在硅片的背面印刷电极并烧结，进一步包括：
使用铝浆在硅片背面的P型区印刷，以烧结形成P型区金属栅线电极；
使用银浆在硅片背面的N型区印刷，以烧结形成N型区金属栅线电极。
具体实施中，所述金属栅线电极呈H型。
具体实施中，所述P型区金属栅线电极包括5-20根主栅，80-300根细栅；所述细栅的宽度为100-200um、高度为10-40um。
具体实施中，所述N型区金属栅线电极包括5-20根主栅，80-200根细栅；所述细栅的宽度为15-50um、高度为10-25um。
具体实施中，其特征在于，所述P型区的接触电阻率为0.5-1.5mΩ·cm2，所述N型区的接触电阻率为0.5-1.5mΩ·cm2；串联电阻为0.5-1.5mΩ，中性区的反向饱和电流密度J01为10-25fA/cm2，空间电荷区的反向饱和电流密度J02为0.5-3nA/cm2。
具体实施中，所述遂穿氧化层的厚度为1-8nm。
具体实施中，P+多晶硅的厚度为80-200nm，掺杂浓度为1E20-6E20atoms/cm3。
具体实施中，所述等离子体增强化学气相沉积法采用的载具为石墨舟。
本发明提供的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，包括：对硅片的正面进行清洗制绒及磷扩散，以形成N+前表面场；清洗去除硅片正面的硅磷玻璃；通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面依次沉积隧穿氧化层及P+多晶硅；利用激光消融分离硅片背面的P型区和N型区；利用碱性溶液清洗硅片；在硅片的正面沉积钝化减反射膜；在硅片的背面沉积钝化膜；在硅片的背面印刷电极并烧结。该N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法与现有的LPCVD方式沉积多晶硅相比，可以有效提升沉积速率，进而提升单台单管设备的产能。同时，采用激光消融方式对背面P型区和N型区进行分离，无需多次采用掩膜和光刻技术，因而可以有效简化生成过程中的工艺步骤，在保证良率的情况下进一步的提升生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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一些具体实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是根据本发明一个具体实施方式中N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法流程示意图；
图2是根据本发明一个具体实施方式中硅片正面沉积钝化减反射膜的流程示意图；
图3是根据本发明一个具体实施方式中硅片背面印刷电极并烧结的流程示意图；
图4是根据本发明一个具体实施方式中N型TBC晶硅太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明具体实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步详细说明。在此，本发明的示意性具体实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1及图4所示，本发明提供了一种N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，用以在提升生产效率的同时解决绕镀问题，以及降低电池片的生产成本，该N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法包括：
101：对硅片的正面进行清洗制绒及磷扩散，以形成N+前表面场；
102：清洗去除硅片正面的硅磷玻璃；
103：通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面依次沉积隧穿氧化层及P+多晶硅；
104：利用激光消融分离硅片背面的P型区和N型区；
105：利用碱性溶液清洗硅片；
106：在硅片的正面沉积钝化减反射膜；
107：在硅片的背面沉积钝化膜；
108：在硅片的背面印刷电极并烧结。
具体实施中，与采用LPCVD方式相比，采用PECVD法在硅片的背面沉积隧穿氧化层和P+-Poly-Si，单台单管设备产能可以有效提升约200pcs/H。
具体实施中，所述步骤103：通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面依次沉积隧穿氧化层及P+多晶硅，可以进一步包括：
通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面沉积氧化硅膜；
通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面沉积P+多晶硅。
具体实施中，所述步骤106：在硅片的正面沉积钝化减反射膜，可以有多种实施方案，例如，如图2所示，所述步骤106可以进一步包括：
201：在硅片的正面沉积氧化铝膜或氧化硅膜；
202：通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的正面沉积第二氮化硅膜。
具体实施中，可以通过多种方式在规模的正面沉积氧化铝膜或是氧化硅膜，例如，所述步骤201：在硅片的正面沉积氧化铝膜或氧化硅膜，可以进一步包括：
通过等离子体增强化学气相沉积法或原子层沉积法在硅片的正面沉积氧化铝膜或氧化硅膜。
具体实施中，利用激光消融分离硅片背面的P型区和N型区，可以有多种实施方案。例如，由于，所述步骤104：利用激光消融分离硅片背面的P型区和N型区，可以进一步包括：利用紫外激光消融分离硅片背面的P型区和N型区。采用紫外激光直接取出部分多晶硅，可以高效、精准的实现硅片背面P型区与N型区的分离，且采用皮秒级UV激光进行消融，消融后少子寿命基本不受影响。具体的，消融前后少子寿命衰减值小于10us左右，少子寿命相对衰减小于0.9％；
具体实施中，紫外激光的设置在实施中可以有多种方案。例如，所述紫外激光的能量可以为0.01-5W、频率可以为100Khz-500Khz、光斑直径可以为10um-30um、少子寿命衰减值可以为0-10us及相对衰减可以为0％-0.9％。
具体实施中，硅片背面钝化膜的设置可以有多种实施方案。例如，所述步骤107：在硅片的背面沉积钝化膜，可以进一步包括：
在硅片的背面沉积第一氮化硅膜。
具体实施中，在硅片的背面印刷电极并烧结，可以有多种实施方案。例如，如图3所示，所述步骤：108在硅片的背面印刷电极并烧结，可以进一步包括：
301：使用铝浆在硅片背面的P型区印刷，以烧结形成P型区金属栅线电极；
302：使用银浆在硅片背面的N型区印刷，以烧结形成N型区金属栅线电极。
进一步的，上述烧结形成的P型区及N型区金属栅线电极均呈H型。
实施本申请的过程中，申请人考虑到常规的银浆制作的电极存在接触电阻高，金属复合大等诸多问题，因而本申请采用新型金属浆料，即用铝浆与P型区接触，从而使得铝浆与P型区的接触电阻较常规银浆与P型区的接触电阻降低，同时由于铝浆会形成P+-BSF层，降低P型区金属复合的同时增加场钝化效果；而采用银浆与N型区接触，通过形成N+-BSF层，从而降低接触电阻和增强场钝化效果；最终提升电池的Voc和FF，提高电池的转换效率，并降低电池片银浆耗量，进而降低电池非硅成本。
具体实施中，P型区金属栅线电的设置在印刷时可以有多种实施方案。例如，所述P型区金属栅线电极可以包括5-20根第一主栅，80-300根第一细栅；所述第一细栅的宽度可以为100-200um、高度可以为10-40um。
具体实施中，N型区金属栅线电的设置在印刷时可以有多种实施方案。例如，所述N型区金属栅线电极可以包括5-20根第二主栅，80-300根第二细栅；所述第二细栅的宽度可以为15-50um、高度可以为10-25um。
具体实施中，电极电阻的设置可以有多种实施方案。例如，所述P型区的接触电阻率为0.5-1.5mΩ·cm2，所述N型区的接触电阻率为0.5-1.5mΩ·cm2；串联电阻为0.5-1.5mΩ，中性区的反向饱和电流密度J01为10-25fA/cm2，J02为0.5-3nA/cm2。硅片背面P型区采用铝浆印刷，从而使得铝浆与P型区的接触电阻率可以降低0.5-1mΩ·cm2，同时由于铝浆会形成P+-BSF层，降低P型区金属复合的同时增加场钝化效果，J01降低5-20fA/cm2；采用银浆与N型区接触，通过形成N+-BSF层，从而使得接触电阻率降低0.5-1mΩ·cm2，场钝化效果增强，J01降低5-15fA/cm2。
具体实施中，氧化硅膜与氧化铝的厚度在沉积时可以有多种实施方案。例如，所述氧化硅膜的厚度可以为1-5nm，所述氧化铝膜的厚度可以为2-15nm。
具体实施中，第二氮化硅膜的厚度在沉积时可以有多种实施方案，例如，所述第二氮化硅膜的厚度可以为50-100nm。
具体实施中，遂穿氧化层的厚度在沉积时可以有多种实施方案。例如，所述遂穿氧化层的厚度可以为1-8nm。
具体实施中，P+多晶硅的沉积在实施中可以有多种方案。例如，所述P+多晶硅的厚度可以为80-200nm，掺杂浓度为1E20-6E20atoms/cm3。
具体实施中，采用等离子体增强化学气相沉积法生成电池片时，载具的选用可以有多种实施方案，例如，所述等离子体增强化学气相沉积法采用的载具可以为石墨舟。采用石墨舟作为PECVD法生成电池片的载具，可以有效解决严重绕镀的问题，且石墨舟的维护成本低，易于维护。
综上所述，本发明提供的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，包括：对硅片的正面进行清洗制绒及磷扩散，以形成N+前表面场；清洗去除硅片正面的硅磷玻璃；通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面依次沉积隧穿氧化层及P+多晶硅；利用激光消融分离硅片背面的P型区和N型区；利用碱性溶液清洗硅片；在硅片的正面沉积钝化减反射膜；在硅片的背面沉积钝化膜；在硅片的背面印刷电极并烧结。该N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法与现有的LPCVD方式沉积多晶硅相比，可以有效提升沉积速率，进而提升单台单管设备的产能。同时，采用激光消融方式对背面P型区和N型区进行分离，无需多次采用掩膜和光刻技术，因而可以有效简化生成过程中的工艺步骤，在保证良率的情况下进一步的提升生产效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，该N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法包括：
对硅片的正面进行清洗制绒及磷扩散，以形成N+前表面场；
清洗去除硅片正面的硅磷玻璃；
通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面依次沉积隧穿氧化层及P+多晶硅；
利用激光消融分离硅片背面的P型区和N型区；
利用碱性溶液清洗硅片；
在硅片的正面沉积钝化减反射膜；
在硅片的背面沉积钝化膜；
在硅片的背面印刷电极并烧结。
2.如权利要求1所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面依次沉积隧穿氧化层及P+多晶硅，进一步包括：
通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面沉积氧化硅膜；
通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的背面沉积P+多晶硅。
3.如权利要求1所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述在硅片的正面沉积钝化减反射膜，进一步包括：
在硅片的正面沉积氧化铝膜或氧化硅膜；
通过等离子体增强化学气相沉积法在硅片的正面沉积第二氮化硅膜。
4.如权利要求3所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述在硅片的正面沉积氧化铝膜或氧化硅膜，进一步包括：
通过等离子体增强化学气相沉积法或原子层沉积法在硅片的正面沉积氧化铝膜或氧化硅膜。
5.如权利要求1所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述利用激光消融分离硅片背面的P型区和N型区，进一步包括：
利用紫外激光消融分离硅片背面的P型区和N型区。
6.如权利要求5所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述紫外激光的能量为0.01-5W、频率为100Khz-500Khz、光斑直径为10um-30um、少子寿命衰减值为0-10us及相对衰减为0％-0.9％。
7.如权利要求1所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述在硅片的背面沉积钝化膜，进一步包括：
在硅片的背面沉积第一氮化硅膜。
8.如权利要求1所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述在硅片的背面印刷电极并烧结，进一步包括：
使用铝浆在硅片背面的P型区印刷，以烧结形成P型区金属栅线电极；
使用银浆在硅片背面的N型区印刷，以烧结形成N型区金属栅线电极。
9.如权利要求8所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述金属栅线电极呈H型。
10.如权利要求8所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述P型区金属栅线电极包括5-20根主栅，80-300根细栅；所述细栅的宽度为100-200um、高度为10-40um。
11.如权利要求8所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述N型区金属栅线电极包括5-20根主栅，80-200根细栅；所述细栅的宽度为15-50um、高度为10-25um。
12.如权利要求11所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述P型区的接触电阻率为0.5-1.5mΩ·cm2，所述N型区的接触电阻率为0.5-1.5mΩ·cm2；串联电阻为0.5-1.5mΩ，中性区的反向饱和电流密度J01为10-25fA/cm2，空间电荷区的反向饱和电流密度J02为0.5-3nA/cm2。
13.如权利要求1所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述遂穿氧化层的厚度为1-8nm。
14.如权利要求1所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，P+多晶硅的厚度为80-200nm，掺杂浓度为1E20-6E20atoms/cm3。
15.如权利要求3所述的N型TBC晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积法采用的载具为石墨舟。
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