CN115148846A - 异质结电池的制备方法及异质结电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种异质结电池的制备方法与异质结电池，所述制备方法包括对硅基底进行表面清洗，并对表面清洗后的硅基底进行吸杂；再去除所述硅基底表面的损伤层后进行制绒；接着，在所述硅基底的一侧表面沉积第一本征层与第一掺杂层，并在所述硅基底的另一侧表面沉积第二本征层与第二掺杂层，所述第一掺杂层与第二掺杂层的掺杂类型相反。上述制备方法能够减小硅基底的整体减薄量，降低碎片率，也能减少化学药品的使用量，降低生产成本，适于厚度较薄的电池生产。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池生产技术领域，尤其涉及一种异质结电池的制备方法及异质结电池。
背景技术
近年，光伏产业保持快速发展，国内外市场对太阳能电池效率与性能的要求也越来越高，这也推动众多厂商积极进行新型电池结构及生产工艺的研究，以期取得行业优势。晶体硅太阳电池仍是技术最成熟、应用最广泛的太阳电池，并在未来相当长的时间内都将占据主导地位，业界也在积极进行高效电池结构及相关生产工艺的研究改进，以期提高电池效率。
异质结(Heterojunction，HJT)电池主要通是在n型硅片的正/背面沉积本征α-Si:H层，然后分别制备p型α-Si:H层和n型α-Si:H层，再采用低温银浆经丝网印刷、烘干固化得到；实际生产中，还可以在硅片表面沉积透明导电氧化物薄膜(TCO)之后再进行金属化制程。上述异质结电池具有低光衰、低温度系数等优势，能够降低能耗的同时减少硅基底的热损伤，其已成为业内的研究与突破重点。就异质结电池而言，其具有更好的表面钝化效果，因此硅片自身的材料性能对后续电池效率的影响更大。业内已公开有通过吸杂工艺改善硅片性能，提高填充因子与电池效率的方案，但异质结电池的具体吸杂步骤与制备工艺仍需调整与改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种异质结电池的制备方法及异质结电池，改善电池生产工艺，降低碎片率及生产成本。
为实现上述发明目的，本申请提供了一种异质结电池的制备方法，主要包括：
对硅基底进行表面清洗；
对表面清洗后的硅基底进行吸杂；
去除吸杂完成后的硅基底表面的损伤层；
制绒；
在所述硅基底的一侧表面沉积第一本征层与第一掺杂层，并在所述硅基底的另一侧表面沉积第二本征层与第二掺杂层，所述第一掺杂层与第二掺杂层的掺杂类型相反。
作为本申请实施例的进一步改进，所述制备方法还包括提供厚度不超过150μm的N型硅片作为硅基底。
作为本申请实施例的进一步改进，所述吸杂步骤包括将所述硅基底放入扩散炉进行磷扩散吸杂，扩散温度设置为850～950℃。
作为本申请实施例的进一步改进，所述磷扩散吸杂采用常压扩散，扩散温度设置为880～920℃，扩散时长设置为75～90min，并使得所述硅基底完成磷扩散吸杂后的方阻为5～20欧姆/方块。
作为本申请实施例的进一步改进，所述表面清洗步骤包括先采用KOH与H2O2的混合溶液对硅基底进行第一次表面清洗，KOH的浓度设置为0.2～0.7％，温度设置为55～75℃；再采用HF与HCl的混合溶液对硅基底进行第二次表面清洗；所述第一次表面清洗与第二次表面清洗的时间均设置在100～150s。
作为本申请实施例的进一步改进，所述损伤层的去除包括采用KOH溶液对硅基底进行清洗，KOH的浓度设置为1～3％，温度设置为65～85℃；控制所述硅基底的减薄量为3～5μm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述第一本征层、第二本征层以及第一掺杂层、第二掺杂层均采用PECVD方法沉积得到，温度设置在150～200℃；所述第一本征层、第二本征层的厚度设置为4～7nm，所述第一掺杂层、第二掺杂层的厚度设置为6～10nm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述第一掺杂层、第二掺杂层分别为P型掺杂层、N型掺杂层，所述第一掺杂层的反应气体包括SiH4、H2及体积分数介于0.2～2％的B2H6，所述第一掺杂层的反应气体包括SiH4、H2及体积分数介于0.1～1％的PH3。
作为本申请实施例的进一步改进，所述制备方法还包括在所述第一掺杂层、第二掺杂层的表面分别制备第一透明导电层、第二透明导电层；所述第一透明导电层、第二透明导电层设置为铟锡氧化物薄膜，厚度设置为75～85nm。
本申请还提供一种采用如前所述的制备方法制得的异质结电池。
本申请的有益效果是：采用本申请异质结电池的制备方法及异质结电池，所述硅基底在进行吸杂处理之前仅对其进行简单的表面清洗去除表面的污渍、碎屑，而在吸杂完成后再刻蚀去除表面的损伤层。上述设计能够有效减小所述硅基底的整体减薄量，降低碎片率，也能减少化学药品的使用量，缩减工艺时间，降低生产成本，更适于厚度较薄的电池生产。
附图说明
图1是本申请异质结电池的结构示意图；
图2是本申请异质结电池的制备方法的主要流程示意图；
图3是本申请异质结电池的制备方法中吸杂工艺对比示意图；
图4是本申请异质结电池的制备方法的吸杂工艺效果对比示意图。
100-异质结电池；1-硅基底；21-第一本征层；22-第二本征层；31-第一掺杂层；32-第二掺杂层；41-第一透明导电层；42-第二透明导电层；51-第一电极；52-第二电极。
具体实施方式
以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
参图1所示，本申请异质结电池100包括硅基底1，所述硅基底1的一侧表面依次层叠设置有第一本征层21、第一掺杂层31与第一透明导电层41；所述硅基底1的另一侧表面则依次层叠设置有第二本征层22、第二掺杂层32与第二透明导电层42。所述第一掺杂层31与第二掺杂层32的掺杂类型相反；所述异质结电池100还包括设置在第一透明导电层41上的第一电极51、设置在第二透明导电层42上的第二电极52。
所述硅基底1采用既定规格的晶体硅片，所述晶体硅片的厚度不超过150μm，优选为50～150μm；需说明的是，所述晶体硅片的厚度是指该晶体硅片未经刻蚀减薄的初始厚度。本实施例中，所述硅基底1采用N型单晶硅片；第一本征层21、第一掺杂层31与第一透明导电层41设置在所述硅基底1的正面即主要受光面，是直接接收太阳光的一面，背面是与正面相对的面；所述第二本征层22、第二掺杂层32与第二透明导电层42设置在所述硅基底1的背面。所述第一本征层21、第二本征层22为本征非晶硅膜层；所述第一掺杂层31、第二掺杂层32分别为P型掺杂层、N型掺杂层，具体分别设置为硼掺杂非晶硅膜层、磷掺杂非晶硅膜层。
所述第一本征层21、第二本征层22的厚度设置为4～7nm，所述第一掺杂层31、第二掺杂层32的厚度设置为6～10nm。上述各膜层的厚度可以设置相同或不同，例如：为减少膜层的吸光损失，所述第一掺杂层31的厚度可设置小于第二掺杂层32的厚度，通过将所述第一掺杂层31的厚度设置较小，能有效降低所述硅基底1正面入射的辐照损失，提高该异质结电池100的短路电流与转换效率。所述硅基底1的背面的膜层吸光损失对于电池效率影响相对较小，所述第二掺杂层32的厚度能设置较厚，提高电导率，降低接触电阻。
所述第一透明导电层41、第二透明导电层42能够大大提高所述异质结电池100的表面电流收集效率，优选地，第一透明导电层41、第二透明导电层42的厚度均设置在75～85nm。
所述第一透明导电层41、第二透明导电层42通常采用透明导电氧化物薄膜，作为示例地，所述第一透明导电层41、第二透明导电层42均设置为铟锡氧化物(ITO)薄膜，所述第一透明导电层41中氧化铟(In2O3)与氧化锡(SnO2)的质量占比设置为97：3，具有较好的透光性，保证所述硅基底1正面的收光效果；所述第一透明导电层42中氧化铟与氧化锡的质量占比设置为90：10，具有更好的导电性能。
结合图2至图4所示，上述异质结电池100的制备方法包括：
提供硅基底1；
对硅基底1进行表面清洗；
对表面清洗后的硅基底1进行吸杂；
去除吸杂完成后的硅基底1表面的损伤层；
制绒，在所述硅基底1表面形成金字塔状的绒面结构；
在所述硅基底1的一侧表面沉积第一本征层21与第一掺杂层31，并在所述硅基底1的另一侧表面沉积第二本征层22与第二掺杂层32，所述第一掺杂层31与第二掺杂层32的掺杂类型相反；
在所述第一掺杂层31表面制备第一透明导电层41，并在所述第二掺杂层32表面制备第二透明导电层42；
制备第一电极51与第二电极52。
本实施例中，所述硅基底1采用厚度不超过150μm的N型单晶硅片，初始厚度优选为50～150μm。所述硅基底1的厚度较小，能够降低原料成本，也符合电池产品轻薄化的发展趋势；另一方面，杂质从硅基底1内部扩散到表面的路径变短，能够有效缩短吸杂工序的时间。
所述硅基底1的电阻率介于0.4～4.2Ω·cm，优选为0.6～2.5Ω·cm，再优选为0.8～1.2Ω·cm。通常地，所述硅基底1电阻率较高时，短路电流也较高，但开路电压与填充因子较低；所述硅基底1电阻率较低时，短路电流也较低，但开路电压与填充因子相对较高。在单晶硅棒或硅锭生产过程中，电阻率较低的区域更容易聚集金属杂质，实际生产中，需要根据产品需求选择适用的晶体硅片作为硅基底1。对于电阻率相对较小的硅基底1而言，前述吸杂步骤更为重要，对电池性能的增益更为显著。
所述表面清洗步骤包括先采用KOH与H2O2的混合溶液对硅基底1进行第一次表面清洗，再采用HF与HCl的混合溶液对所述硅基底1进行第二次表面清洗，所述第一次表面清洗与第二次表面清洗的时间均设置在100～150s。其中，KOH的浓度设置为0.2～0.7％，H2O2的浓度设置在2.5％左右，所述第一次表面清洗的温度设置为55～75℃；所述第二次表面清洗所采用的溶液中HF与HCl的体积比可设置为1:1，也可以采用HF溶液、HCl溶液分别对完成第一次表面清洗的硅基底1进行表面清洗。上述浓度均是指质量浓度，实际生产中，溶液的配制通常采用集中供液系统按体积比进行配制。
所述吸杂步骤包括将所述硅基底1放入扩散炉进行磷扩散吸杂，可采用三氯氧磷(POCl3)作为磷源，扩散温度设置为850～950℃。在此，采用常压扩散吸杂工艺，无需抽真空，工艺时间相较于低压扩散工艺得以缩减，所述常压扩散吸杂的炉腔压力设置为90～105KPa；再者，采用一步通源、推进工艺，能够进一步缩短工艺时间，简化流程，提升产能。具体地，上述磷扩散吸杂过程的温度设置为880～920℃，扩散时长设置为75～90min，所述硅基底1完成磷扩散吸杂后的方阻为5～40欧姆/方块，优选为5～20欧姆/方块。由图4也可明显看出，所述硅基底1经吸杂处理后的体寿命得以明显提高，有利于提升电池性能。
所述损伤层的去除包括采用KOH溶液对硅基底1进行刻蚀清洗，此处，KOH溶液的质量浓度设置为1～3％，温度设置为65～85℃；且在所述损伤层的去除过程中控制所述硅基底1的减薄量为3～5μm，上述减薄量是指所述硅基底1一侧表面的刻蚀量。
所述制绒是指采用KOH或NaOH或TMAH的水溶液对硅基底1进行双面碱制绒，所述制绒过程可通过溶液浓度、温度及反应时间的调节可使得所述硅基底1表面形成既定高度的金字塔绒面结构，还可以根据产品需求添加既定的制绒添加剂改进绒面质量。当然，制绒完成后，还需要对所述硅基底1进行清洗、干燥。
所述第一本征层21、第二本征层22以及第一掺杂层31、第二掺杂层32均采用PECVD方法沉积得到，温度设置在150～200℃。所述第一本征层21、第二本征层22的反应气体主要为SiH4与H2；所述第一掺杂层31的反应气体包括SiH4、H2及体积分数介于0.2～2％的B2H6；所述第二掺杂层32的反应气体包括SiH4、H2及体积分数介于0.1～1％的PH3。特别地，通过对沉积温度、气氛(如H2浓度)的调节控制，所述第一本征层21、第二本征层22以及第一掺杂层31、第二掺杂层32均可设置为多层复合膜层结构，以提高膜层性能。
所述第一透明导电层41、第二透明导电层42可采用PVD方法、RPD方法或磁控溅射方法沉积制得。在此，所述第一透明导电层41、第二透明导电层42采用PVD方法制得，且反应温度控制不超过150℃。
所述第一电极51、第二电极52采用低温导电银浆并经丝网印刷、烘干、固化得到，两者具体所采用的浆料可以相同或不同。实际生产中，通常先进行所述硅基底1背面的第二电极52的印刷、烘干；再进行所述硅基底1正面的第一电极51的印刷、烘干，可以避免印刷翻转过程对第一电极51可能造成的损伤，保证电池的正面效率。
在此，所述第一电极51包括正面主栅与正面副栅，所述第二电极52包括背面主栅与背面副栅。所述第一电极51可采用分步印刷方法制得，所述正面主栅、正面副栅采用不同特性的浆料印制得到，前者所用浆料着重于提升后续组件焊接效果，后者所用浆料着重于降低所述正面副栅与第一透明导电层41的接触电阻。同理，所述背面主栅、背面副栅同样可采用不同的浆料进行分步印刷得到。示例地，相邻所述正面副栅的间距设置为1.5～2.0mm；相邻所述背面副栅的间距设置为0.8～1.5mm。
所述制备方法还可以包括对完成第一电极51、第二电极52制备的异质结电池100进行测试、分档及抗衰减处理等步骤，此处不再一一赘述。前述实施例中对于硅基底1厚度的描述并非对本申请制备方法适用硅片类型的限定，而是为了更好地说明本制备方法的应用前景与技术效果。
所述制备方法还可以包括半片工序，得到适用于半片式组件串焊加工的半片式电池。所述半片工序是指将整片式电池对半分割得到半片式电池；或，将既定规格的整片式硅片进行对半分割。就后者而言，其将分割后的半片式的硅片作为前述硅基底1，再依次进行表面清洗、吸杂等工序制得相应的半片式电池，通过前述表面清洗步骤能够去除半片工序导致的表面脏污和硅屑，且硅片尺寸减小，也能够降低后续制程的碎片率。
最后，参下表为采用本申请制备方法制得的异质结电池100(实施例)与未经吸杂处理的异质结电池(对比例)的主要电性参数对比，上述对比例与实施例所采用的物料及其它工艺制程完全相同。明显地，所述吸杂步骤能够较大程度地提升电池的各项电性参数，具有显著的工艺效果。
本申请异质结电池100的制备方法通过在进行吸杂处理之前仅对硅基底1进行简单的表面清洗去除表面的污渍、碎屑，而在吸杂完成后再刻蚀去除表面的损伤层，能够有效减小所述硅基底1的整体减薄量，降低碎片率，也能减少化学药品的使用量，缩减工艺时间，降低生产成本，更适于厚度较薄的电池生产。
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)
1.一种异质结电池的制备方法，其特征在于：
对硅基底进行表面清洗；
对表面清洗后的硅基底进行吸杂；
去除吸杂完成后的硅基底表面的损伤层；
制绒；
在所述硅基底的一侧表面沉积第一本征层与第一掺杂层，并在所述硅基底的另一侧表面沉积第二本征层与第二掺杂层，所述第一掺杂层与第二掺杂层的掺杂类型相反。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括提供厚度不超过150μm的N型硅片作为硅基底。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述吸杂步骤包括将所述硅基底放入扩散炉进行磷扩散吸杂，扩散温度设置为850～950℃。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述磷扩散吸杂采用常压扩散，扩散温度设置为880～920℃，扩散时长设置为75～90min，并使得所述硅基底完成磷扩散吸杂后的方阻为5～20欧姆/方块。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述表面清洗步骤包括先采用KOH与H2O2的混合溶液对硅基底进行第一次表面清洗，KOH的浓度设置为0.2～0.7％，温度设置为55～75℃；再采用HF与HCl的混合溶液对硅基底进行第二次表面清洗；所述第一次表面清洗与第二次表面清洗的时间均设置在100～150s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述损伤层的去除包括采用KOH溶液对硅基底进行清洗，KOH的浓度设置为1～3％，温度设置为65～85℃；控制所述硅基底的减薄量为3～5μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第一本征层、第二本征层以及第一掺杂层、第二掺杂层均采用PECVD方法沉积得到，温度设置在150～200℃；所述第一本征层、第二本征层的厚度设置为4～7nm，所述第一掺杂层、第二掺杂层的厚度设置为6～10nm。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述第一掺杂层、第二掺杂层分别为P型掺杂层、N型掺杂层，所述第一掺杂层的反应气体包括SiH4、H2及体积分数介于0.2～2％的B2H6，所述第一掺杂层的反应气体包括SiH4、H2及体积分数介于0.1～1％的PH3。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括在所述第一掺杂层、第二掺杂层的表面分别制备第一透明导电层、第二透明导电层；所述第一透明导电层、第二透明导电层设置为铟锡氧化物薄膜，厚度设置为75～85nm。
10.一种异质结电池，其特征在于：所述异质结电池采用如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。
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- 2021-03-29 CN CN202110335844.1A patent/CN115148846A/zh active Pending
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