CN115050852B - 一种太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，该方法包括：S1、将具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行一步制绒，得到第一硅基底；S2、去除第一硅基底上的粘胶后进行二步制绒，得到第二硅基底；其中，第二硅基底的表面包含与选择性发射极图形粘胶区对应的小绒面区，以及小绒面区之外的大绒面区，小绒面区的金字塔塔底边长小于大绒面区的金字塔塔底边长，金字塔高度小于大绒面区的金字塔高度，本发明的方法制备得到的太阳能电池具有更高的开路电压、短路电流以及填充因子。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，涉及一种太阳能电池及其制备方法，特别涉及一种新型的选择性制绒工艺。
背景技术
目前钝化发射极和背面电池技术(PERC)的工艺流程为制绒-扩散-选择性发射极-刻蚀-退火-背面氧化铝钝化-镀膜(背/正)-丝网印刷。制绒作为第一道工序，在正面绒面金字塔的大小、形貌、比表面积等需要和扩散工艺、正模、烧结工艺进行匹配调整。背面形貌影响到背抛工艺以及Al2O3沉积的平整度。目前，实验数据表明：金字塔做大(塔边、塔高)比表面积会增大，短路电流(Isc)相应增加；但开路电压(Uoc)和填充因子(FF)会损失；金字塔做小，比表面积会减小，有利于开路电压(Uoc)和填充因子(FF)，但短路电流(Isc)会损失；大量数据表明，比表面积正相关于Isc，单位面积金字塔个数正相关于Uoc，金字塔高度正相关于FF。
如何在制绒端做出高比表面积绒面，提升短路电流，同时在细栅线接触位置做出高度偏低的金字塔，减少开路电压和填充因子的损失是目前制绒端存在的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池及其制备方法，本发明的方法可以制备得到具有更高的开路电压、短路电流以及填充因子。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备太阳能电池的方法，其特征在于，该方法包括：
S1、将具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行一步制绒，得到第一硅基底；
S2、去除所述第一硅基底上的粘胶后进行二步制绒，得到第二硅基底；
其中，所述第二硅基底的表面包含与选择性发射极图形粘胶区对应的小绒面区，以及小绒面区之外的大绒面区，所述小绒面区的金字塔塔底边长小于所述大绒面区的金字塔塔底边长，金字塔高度小于所述大绒面区的金字塔高度。
进一步地，以所述硅基底的重量为基准，所述一步制绒去重2.4-3.5重量％，所述二步制绒去重0.2-1.5重量％。
进一步地，所述硅基底的选择性发射极图形粘胶区粘胶的平均厚度为10nm以下，粘胶的平均用量为0.01-0.5mg/mm2。
进一步地，步骤S1包括：在所述硅基底上涂覆胶类材料并进行第一清洗，将得到的所述具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行所述一步制绒后进行第二清洗，得到所述第一硅基底。
进一步地，所述胶类材料含有酯、醚和醇中的一种或几种；优选地，所述酯选自乙酸乙酯、乙酸苯酯和乙酸异戊酯中的一种或几种；所述醚选自二苯醚和/或苯甲醚；所述醇选自乙醇和/或乙二醇；
进一步地，采用网刷对所述具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行所述一步制绒，所述网刷的刷齿的间距一致，所述网刷的长和宽分别与硅基底的长和宽一致；
进一步地，所述一步制绒的条件包括：温度为80-85℃，NaOH溶液的浓度为1-2重量％，去重0.24-0.35g，制绒时间为200-300s。
进一步地，步骤S2包括：去除所述第一硅基底上的粘胶后进行第三清洗，再依次进行所述二步制绒和第四清洗，得到所述第二硅基底；
所述二步制绒的条件包括：温度为80-84℃，NaOH溶液的浓度0.06-0.2重量％，去重0.02-0.15g，制绒时间为50-120s。
进一步地，该方法还包括：将所述第二硅基底依次进行磷扩散处理、刻蚀处理、背面钝化处理、化学气相沉积处理以及印刷电极。
本发明第二方面提供一种太阳能电池，所述太阳能电池具有包含选择性发射极图形的硅基底，所述硅基底包含与选择性发射极图形相对应的小绒面区，以及小绒面区之外的大绒面区；
所述太阳能电池的小绒面区的金字塔塔底边长为1.7μm以下，金字塔高度为1.0μm以下，比表面积为1.2-1.3m2/g；所述大绒面区的金字塔塔底边长为1.8μm以上，金字塔高度为1.3μm以上，比表面积为1.3-1.6m2/g。
进一步地，所述太阳能电池的小绒面区的单位面积的金字塔个数为19万-23万个/mm2，所述大绒面区的单位面积的金字塔个数为15万-18万个/mm2。
通过上述技术方案，本发明的方法通过先后采用一步制绒和二步制绒对硅基底的选择性制绒，通过一步制绒在选择性发射极图形区域外形成大绒面区，通过二步制绒在选择性发射极图形区域形成小绒面区，有效地提高了制备得到的太阳能电池片的开路电压、短路电流以及填充因子。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的方法制备得到的太阳能电池硅片的小绒面区的SEM照片；
图2是本发明的方法制备得到的太阳能电池硅片的大绒面区的SEM照片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明第一方面提供一种制备太阳能电池的方法，该方法包括：S1、将具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行一步制绒，得到第一硅基底；S2、去除所述第一硅基底上的粘胶后进行二步制绒，得到第二硅基底；其中，所述第二硅基底的表面包含与选择性发射极图形粘胶区对应的小绒面区，以及小绒面区之外的大绒面区，所述小绒面区的金字塔塔底边长小于所述大绒面区的金字塔塔底边长，金字塔高度小于所述大绒面区的金字塔高度。
本发明的方法对硅片进行选择性制绒，即先通过一步制绒在选择性发射极(SE)图形粘胶区之外形成大绒面区，再经过二步制绒在选择性发射极图形粘胶区对应的小绒面区，可以有效地提高制备得到太阳能电池片的开路电压、短路电流以及填充因子，且能够保证生产效率的稳定性。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤S1包括：采用丝印网版的网刷对硅基底进行处理，通过印刷刮板的挤压，使硅基底中对应于选择性发射极图形的区域准确粘胶，形成所述具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底，将所述具有选择性发射极图形胶粘区的硅基底进行一步制绒，得到第一硅基底。本发明的方法设备简单、操作方便、成本低廉、适应性强，利于优化调整粘胶的高宽。
在本发明的一种具体实施方式中，以所述硅基底的重量为基准，所述一步制绒去重2.4-3.5重量％，所述二步制绒去重0.2-1.5重量％；优选地，所述一步制绒去重2.6-3重量％，所述二步制绒去重0.6-1.2重量％。
在本发明的一种具体实施方式中，所述硅基底的选择性发射极图形粘胶区粘胶的平均厚度为10nm以下，粘胶的平均用量为0.01-0.5mg/mm2；优选地，平均厚度为5-10nm，粘胶的平均用量为0.015-0.2mg/mm2。当选择性发射极图形粘胶区粘胶的平均厚度以及粘胶的平均用量在上述范围内时，可以制备得到具有较优的开路电压、短路电流以及填充因子的太阳能电池片。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤S1包括：在所述硅基底上涂覆胶类材料并进行第一清洗，将得到的所述具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行所述一步制绒后进行第二清洗，得到所述第一硅基底。在一种实施方式中，第一清洗和第二清洗为本领域的技术人员所常规采用的，例如可以采用水洗的方式，水洗的具体方法为本领域的技术人员所熟知的，在此不再赘述。
根据本发明，胶类材料具有保护胶粘区域不反应而避免形成绒面的作用。在本发明的一种优选的具体实施方式中，所述胶类材料含有酯、醚和醇中的一种或几种；优选地，所述酯选自乙酸乙酯、乙酸苯酯和乙酸异戊酯中的一种或几种；所述醚选自二苯醚和/或苯甲醚；所述醇选自乙醇和/或乙二醇。
在本发明的一种具体实施方式中，采用网刷对所述具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行所述一步制绒，所述网刷的刷齿的间距一致，网刷的长和宽分别与硅基底的长和宽一致。
制绒为本领域的技术人员所熟知的，在一种优选的具体实施方式中，所述一步制绒的条件包括：温度为80-85℃，添加剂的浓度为0.4-1重量％，NaOH溶液的浓度为1-2重量％，去重0.24-0.35g，制绒时间为200-300s。其中，制绒采用的添加剂为本领域的技术人员所熟知的，例如可以为时创添加剂TS55-v63。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤S2包括：去除所述第一硅基底上的粘胶后进行第三清洗，再依次进行所述二步制绒和第四清洗，得到所述第二硅基底；所述二步制绒的条件包括：第三清洗和第四清洗也为本领域的技术人员所熟知的，例如也可以采用水洗的方式，水洗的具体方法为本领域的技术人员所熟知的，在此不再赘述。
在本发明的一种具体实施方式中，该方法还包括：将所述第二硅基底依次进行磷扩散处理、刻蚀处理、背面钝化处理、化学气相沉积处理以及印刷电极。磷扩散处理、刻蚀处理、背面钝化处理、化学气相沉积处理、印刷电极均为本领域的技术人员所熟知的操作。
在一种优选的具体实施方式中，所述二步制绒的条件包括：温度为80-84℃，添加剂的浓度为0.1-0.3重量％，NaOH溶液的浓度0.06-0.2重量％，去重0.02-0.15g，制绒时间为50-120s。
在一种实施方式中，采用三氯氧磷液态源扩散，在硅片表面形成N层结构制备PN结，可以使电子分离收集。通过刻蚀处理形成背表面抛光、边缘绝缘，以及特殊的抛面结构，便于后工序的钝化和长波的吸收；再用碱去除多孔硅，用氟化氢去除表面磷硅玻璃层之后烘干，再次经过退火、高温氧化，在硅片表面形成二氧化硅，以钝化表面缺陷。通过背面钝化处理对背面形成场钝化。通过化学气相沉积处理形成含氢的氮化硅，表面钝化及降低反射率。通过丝网印刷来印刷电极，经烧结后形成欧姆接触。
在本发明的一种具体实施方式中，所述的制备选择性发射极包括：以所述磷扩散处理形成的磷硅玻璃层为杂质源，使激光在所述小绒面区按照金属化图形掺杂推进。
如图1和图2所示，本发明第二方面提供一种太阳能电池，所述太阳能电池具有包含选择性发射极图形的硅基底，所述硅基底包含与选择性发射极图形相对应的小绒面区，以及小绒面区之外的大绒面区；所述小绒面区的金字塔塔底边长为1.7μm以下，优选为1.3μm以下，金字塔高度为1μm以下，优选为0.8μm以下，比表面积为1.2-1.3m2/g，单位面积的金字塔个数为19万-23万个/mm2；所述大绒面区的金字塔塔底边长为1.8μm以上，金字塔高度为1.3μm以上，比表面积为1.4-1.6m2/g，单位面积的金字塔个数为15万-18万个/mm2。太阳能电池绒面区的比表面积、金字塔高度、单位面积的金字塔个数均为二次制绒后的检测数据，这些数据可以采用Zeta测试仪检测得到。
下面通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。
以下实施例和对比例采用的原料如未经特殊说明，均由商购得到。其中实施例和对比例采用的原硅片的重量为10g。
实施例1
S1、采用丝印网版的网刷对原硅片进行处理，通过印刷刮板的挤压，使硅基底中对应于选择性发射极图形的区域准确涂覆粘胶，形成具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底；将具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行初抛(去重0.08g)，并进行清洗以除去杂质，将清洗后的具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行一步制绒(去重0.25g)，清洗后得到第一硅基底；
其中，具有选择性发射极图形粘胶区粘胶的平均厚度为7nm，粘胶的平均用量为0.017mg/mm2；一步制绒的温度为82℃，采用的浓度为0.6重量％的时创添加剂TS55-v63，NaOH溶液的浓度为1重量％，制绒时间为240s。
S2、清洗去除第一硅基底上的粘胶后进行二步制绒(去重0.03g)，二步制绒的温度为82℃，NaOH溶液的浓度0.1重量％，制绒时间为60s，采用的浓度为0.2重量％的时创添加剂TS55-v63，并进行清洗和烘干，得到第二硅基底。
制备得到的第二硅基底的表面包含与选择性发射极图形粘胶区对应的小绒面区，以及小绒面区之外的大绒面区，小绒面区以及大绒面区的特征参数请见表1。
实施例2
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同之处仅在于，步骤S1中具有选择性发射极图形粘胶区粘胶的平均厚度为9nm，粘胶的平均用量为0.019mg/mm2，一步制绒控制减重为0.30g，NaOH溶液的浓度为1重量％，制绒时间280s，温度85℃。
实施例3
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同之处仅在于，步骤S1中具有选择性发射极图形粘胶区粘胶的平均厚度为8nm，粘胶的平均用量为0.018mg/mm2，一步制绒控制减重为0.30g，NaOH溶液的浓度为1重量％，制绒时间280s；步骤S2中二步制绒控制减重为0.08g，NaOH溶液的浓度为0.1重量％，制绒时间105s。
实施例4
采用与实施例1相同的方法制备太阳能电池，不同之处仅在于，步骤S1中具有选择性发射极图形粘胶区粘胶的平均厚度为8nm，粘胶的平均用量为0.018mg/mm2，一步制绒控制减重为0.30g，NaOH溶液的浓度为1重量％，制绒时间280s；步骤S2中二步制绒控制减重为0.18g，NaOH溶液的浓度为0.1重量％，制绒时间220s。
对比例1
原硅片—初抛(减重0.08克)—前清洗一步整面常规制绒(减重0.25克)—二步整面制绒(减重0.03克)—后清洗—烘干。
对比例2
原硅片—初抛(减重0.08克)—前清洗一步整面常规制绒(按照实施例1中的S2步骤工艺进行，减重0.03克)—二步整面制绒(按照实施例1中的S1步骤工艺进行，减重0.25克)—后清洗—烘干。
测试例
实施例和对比例制备的太阳能电池片的Zeta测试仪的测试结果见下表1和表2。
表1
表2
| 案例 | 效率，％ | 开路电压，mV | 短路电流，mA | 填充因子 |
| 实施例1 | 23.609 | 695.0 | 13705.0 | 81.83 |
| 实施例2 | 23.651 | 695.5 | 13744.0 | 81.93 |
| 实施例3 | 23.697 | 696.1 | 13775.5 | 82.08 |
| 实施例4 | 23.579 | 694.3 | 13706.5 | 81.85 |
| 对比例1 | 23.568 | 693.8 | 13673.0 | 81.80 |
| 对比例2 | 23.555 | 693.5 | 13615.5 | 81.75 |
由上可知，本发明的方法制备得到的太阳能电池在选择性发射极图形粘胶区对应的区域形成小绒面区，以及小绒面区之外的大绒面区。首先通过一步制绒，做大减重，在使用同种添加剂的情况下随着减重增加，金子塔的高、宽相对增加，逐步形成较大绒面；此时，SE区域中由于粘胶的保护而不形成绒面；在二步制绒时，通过降低碱浓度及反应时间，在SE区域形成小绒面；非SE区域绒面进一步增大。最终在SE区域形成小绒面，非SE区域形成大绒面的结构。
SE区域的小绒面由于金字塔小，利于扩散磷源的整体覆盖，同时利于栅线的搭接，栅线与小绒面能够更好的粘结在一起，而大绒面由于高低起伏交底，凹坑的地方与栅线的粘结会存在虚接的情况。通过栅线和电池片表面较好的接触，有效提高FF(填充因子)及开路电压；非SE区域的绒面，由于绒面大，比表面积大，利于光线的吸收，可以有效提高电池的Isc(短路电流)；两者结合，同步提高电池的Uoc(开路电压)，Isc(短路电流)及FF(填充因子)，从而提高转换效率。
另外，发明人经过多次试验发现，在进行小绒面处理后，也就是二步制绒后，原来的大绒面的塔尖，也就是一次制绒后的塔尖被钝化，然而并是不效率都得到了提升，有的电池效率提升了，有的电池效率下降了。由实施例1和实施例2-3比较可知，当以硅基底的重量为基准，一步制绒去重2.4-3.5重量％，二步制绒去重0.5-2重量％时，制备得到的太阳能电池具有更优的开路电压，短路电流及填充因子，可以进一步提高电池的转换效率；由实施例3和实施例4比较可知，当一步制绒的制绒时间为50-120s时，制备得到的太阳能电池具有更优的开路电压，短路电流及填充因子，可以进一步提高电池的转换效率。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (9)
1.一种制备太阳能电池的方法，其特征在于，该方法包括：
S1、将具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行一步制绒，得到第一硅基底；所述一步制绒的条件包括：温度为80-85℃，NaOH溶液的浓度为1-2重量%，去重0.24-0.35g，制绒时间为200-300s；
S2、去除所述第一硅基底上的粘胶后进行二步制绒，得到第二硅基底； 所述二步制绒的条件包括：温度为80-84℃，NaOH溶液的浓度0.06-0.2重量%，去重0.02-0.15g，制绒时间为50-120s；
其中，所述第二硅基底的表面包含与选择性发射极图形粘胶区对应的小绒面区，以及小绒面区之外的大绒面区，所述小绒面区的金字塔塔底边长小于所述大绒面区的金字塔塔底边长，金字塔高度小于所述大绒面区的金字塔高度；以所述硅基底的重量为基准，所述一步制绒去重2.4-3.5重量%，所述二步制绒去重0.2-1.5重量%。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硅基底的选择性发射极图形粘胶区粘胶的平均厚度为10nm以下，粘胶的平均用量为0.01-0.5mg/mm2。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S1包括：在所述硅基底上涂覆胶类材料并进行第一清洗，将得到的所述具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行所述一步制绒后进行第二清洗，得到所述第一硅基底；
所述胶类材料含有酯、醚和醇中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述酯选自乙酸乙酯、乙酸苯酯和乙酸异戊酯中的一种或几种；所述醚选自二苯醚和/或苯甲醚；所述醇选自乙醇和/或乙二醇。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，采用网刷对所述具有选择性发射极图形粘胶区的硅基底进行所述一步制绒，所述网刷的刷齿的间距一致，所述网刷的长和宽分别与硅基底的长和宽一致。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S2包括：去除所述第一硅基底上的粘胶后进行第三清洗，再依次进行所述二步制绒和第四清洗，得到所述第二硅基底。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：将所述第二硅基底依次进行磷扩散处理、刻蚀处理、背面钝化处理、化学气相沉积处理以及印刷电极。
8.一种采用权利要求1-7中任意一项所述的方法制备得到的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池具有包含选择性发射极图形的硅基底，所述硅基底包含与选择性发射极图形相对应的小绒面区，以及小绒面区之外的大绒面区；
所述小绒面区的金字塔塔底边长为1.7µm以下，金字塔高度为1.0µm以下，比表面积为1.2-1.3m²/g；所述大绒面区的金字塔塔底边长为1.8µm以上，金字塔高度为1.3µm以上，比表面积为1.3-1.6m²/g。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述太阳能电池的小绒面区的单位面积的金字塔个数为19万-23万个/mm²，所述大绒面区的单位面积的金字塔个数为15万-18万个/mm²。
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