CN116995133A - 叉指背接触太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种P型叉指背接触太阳电池及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供硅片；于硅片的第二表面上制备叉指状的P区及N区；采用金属诱导腐蚀工艺在硅片的第一表面上形成多孔结构；采用低温碱制绒工艺在硅片的第一表面上制备金字塔绒面结构；于硅片的第二表面上制备叉指状的第一电极及第二电极，第一电极和第二电极分别与P区和N区电性连接。本发明通过金属诱导腐蚀在硅片正面引入多孔结构，降低硅片的表面态，通过水平链式刻蚀形成金字塔绒面结构，从而大幅降低碱制绒的温度和时间；本发明采用水平链式刻蚀方式对硅片正面进行碱制绒，硅片背面无需掩膜保护，工艺简单，产品良率高。
Description
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种叉指背接触太阳电池及其制备方法。
背景技术
能源短缺、气候变化是当前人类社会发展面临的主要挑战，在这一背景下，大力发展基于光伏电池的清洁能源技术已成为国际社会的共识。硅基太阳电池以其优异的光电性能以及相对较低的制造成本成为当前商用光伏发电领域的主流产品，目前主流的晶硅太阳电池是钝化发射极背面接触(PERC)电池，光电转换效率为23％～23.5％。需要指出的是，基于P型硅基底的单晶PERC电池已遭遇效率瓶颈，为了进一步提升晶硅太阳电池的效率，诸多电池技术被发展。在众多电池技术中，叉指背接触(IBC，Interdigitated Back Contact)电池是将PN结和正负电极全部制备在背面，能够最大限度的增加电池片的受光面积，减小光学损失能，从而大幅提高电池片的光电转换效率。另外，该技术还能够与遂穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池和异质结(HJT)电池技术有机结合，可将电池片的效率进一步提升。
尽管IBC太阳电池效率优势明显，但其工艺流程相对复杂、工艺窗口窄，工艺控制要求高，一直没有大规模产业化。P型IBC太阳电池由于工艺相对简单，近些年已成为行业研究的热点，部分企业也进行了小规模产业化尝试。IBC太阳电池通常要求单面制绒，目前是采用掩膜层保护背面激光开口区域，且对湿化学工艺要求较高。在电池制备过程中，湿化学工艺，尤其是单面制绒工艺，对产品的效率和良率影响较大。
例如，CN202210469372.3专利申请中需在硅基底背面额外涂覆具有一定图形化的保护膜来保护硅基底背面的N区不被制绒碱液腐蚀，又如，CN202211063386.1专利申请中采用在背面涂覆一层浆料，烘干和退火处理后形成一层掩膜层。可见，现有技术中基本都需要采用额外的掩膜层，防止背面N型区域被碱腐蚀，工艺较为复杂。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种叉指背接触太阳电池及其制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种叉指背接触太阳电池及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种P型叉指背接触太阳电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
提供硅片，所述硅片为P型单晶硅片，所述硅片具有相对设置的第一表面和第二表面；
于硅片的第二表面上制备叉指状的P区及N区；
采用金属诱导腐蚀工艺在硅片的第一表面上形成多孔结构；
采用低温碱制绒工艺在硅片的第一表面上制备金字塔绒面结构；
于硅片的第二表面上制备叉指状的第一电极及第二电极，第一电极和第二电极分别与P区和N区电性连接。
一实施例中，于硅片的第二表面上制备叉指状的P区及N区包括：
于硅片的第二表面依次沉积隧穿氧化层和多晶硅层，并对多晶硅层进行扩散形成P型多晶硅层；
通过激光对硅片第二表面上的多晶硅层和隧穿氧化层进行图形化开膜，于硅片的第二表面上形成叉指状的P区及N区，其中，裸露区域为P区，未开膜区域为N区；
优选地，所述隧穿氧化层的厚度为1nm～2nm，多晶硅层的厚度为80nm～150nm。
一实施例中，对多晶硅层进行扩散形成P型多晶硅层具体为：
对多晶硅层进行磷扩散形成P型多晶硅层；
优选地，所述P型多晶硅层的方块电阻25Ω/□～50Ω/□，P掺杂浓度为1E20atoms/cm3～1E21atoms/cm3。
一实施例中，金属诱导腐蚀工艺通过水平链式刻蚀方式进行，其中：
金属诱导腐蚀工艺中使用的金属离子为银离子和/或铜离子，腐蚀液为HF/HNO3混合溶液；
优选地，银离子和/或铜离子的浓度为0.01mmol/L～0.1mmol/L，HF的质量浓度0.05％～5％，HNO3的质量浓度0.05％～5％；
优选地，金属诱导腐蚀工艺的腐蚀温度为5℃～15℃，腐蚀时间为120s～240s。
一实施例中，低温碱制绒工艺通过水平链式刻蚀方式进行；
优选地，金属诱导腐蚀工艺中使用的碱液为含NaOH和/或KOH溶液；
优选地，NaOH和/或KOH的质量浓度为0.2％～2％；
优选地，低温碱制绒工艺的制绒温度为40℃～60℃，制绒时间为120s～240s；
优选地，金字塔结构的尺寸为500nm～1000nm。
一实施例中，所述制备方法还包括：
于硅片的第一表面和第二表面上分别沉积第一介质层和第二介质层；
所述第一介质层包括层叠设置于硅片第一表面上的第一氧化铝层和第一氮化硅层，优选地，第一氧化铝层通过ALD工艺沉积，厚度为3nm～10nm，第一氮化硅层通过PECVD工艺沉积，厚度为70nm～100nm；
所述第二介质层包括层叠设置于硅片第二表面上的第二氧化铝层和第二氮化硅层，优选地，第二氧化铝层通过ALD工艺沉积，厚度为3nm～10nm，第二氮化硅层通过PECVD工艺沉积，厚度为70nm～100nm。
一实施例中，于硅片的第二表面上制备叉指状的第一电极及第二电极包括：
通过激光对第二介质层开窗，形成贯穿至P区的第一窗口及贯穿至N区的第二窗口；
在第一窗口和第二窗口中制备叉指状的第一电极及第二电极；
优选地，所述第一电极为铝电极，第二电极为银；
优选地，所述第一电极和/或第二电极通过丝网印刷工艺制备而得。
一实施例中，所述制备方法还包括：
在履带式烧结炉中对第一电极和/或第二电极进行烧结形成欧姆接触，烧结峰值温度650℃～750℃。
一实施例中，所述制备方法还包括：
对硅片的第一表面和/或第二表面采用碱液进行腐蚀抛光工艺；
优选地，腐蚀抛光工艺中使用的碱液为含NaOH和/或KOH溶液；
优选地，NaOH和/或KOH的质量浓度为5％～20％；
优选地，腐蚀抛光工艺的抛光温度为60℃～90℃，抛光时间为120s～240s。
本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种叉指背接触太阳电池，所述叉指背接触太阳电池通过上述的制备方法制备而得。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过金属诱导腐蚀在硅片正面引入多孔结构，降低硅片的表面态，通过水平链式刻蚀形成金字塔绒面结构，从而大幅降低碱制绒的温度和时间；
本发明采用水平链式刻蚀方式对硅片正面进行碱制绒，硅片背面无需掩膜保护，工艺简单，产品良率高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中P型叉指背接触太阳电池制备方法的流程示意图；
图2a～2i本发明一具体实施例中P型叉指背接触太阳电池制备方法的工艺流程图；
图3为本发明一具体实施例中多孔结构放大5K倍的SEM图；
图4为本发明一具体实施例中多孔结构放大10K倍的SEM图；
图5为本发明一具体实施例中金字塔绒面结构放大5K倍的SEM图；
图6为本发明一具体实施例中金字塔绒面结构放大10K倍的SEM图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，提供这些附图的目的是为了有助于理解本发明的实施例，而不应解释为对本发明的不当限制。为了更清楚起见，图中所示尺寸并未按比例绘制，可能会做放大、缩小或其他改变。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
参图1所示，本发明公开了一种P型叉指背接触太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
提供硅片，硅片为P型单晶硅片，硅片具有相对设置的第一表面和第二表面；
于硅片的第二表面上制备叉指状的P区及N区；
采用金属诱导腐蚀工艺在硅片的第一表面上形成多孔结构；
采用低温碱制绒工艺在硅片的第一表面上制备金字塔绒面结构；
于硅片的第二表面上制备叉指状的第一电极及第二电极，第一电极和第二电极分别与P区和N区电性连接。
本发明通过金属诱导腐蚀在硅片正面引入多孔结构(缺陷层)，降低硅片的表面态，通过水平链式刻蚀形成金字塔绒面结构，从而大幅降低碱制绒的温度和时间。
另外，本发明中增大了制绒工艺的窗口，硅片背面无需掩膜保护，工艺简单，产品良率高。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
以下参照图2a～2i所示，介绍本发明一具体实施例中P型叉指背接触太阳电池的制备方法。
S1、参图2a所示，提供硅片10，硅片为P型单晶硅片，硅片具有相对设置的第一表面11和第二表面12。
本发明中第一表面11为硅片的正面，第二表面12为硅片的背面。
示例性地，本实施例中首先对硅片的第一表面11和第二表面12采用碱液进行腐蚀抛光工艺，以获得双面抛光的P型单晶硅片。
其中，腐蚀抛光工艺中使用的碱液为含NaOH或KOH溶液，NaOH或KOH的质量浓度为5％～20％；腐蚀抛光工艺的抛光温度为60℃～90℃，抛光时间为120s～240s。
S2、于硅片10的第二表面12上制备叉指状的P区及N区。
首先，参图2b、2c所示，于硅片10的第二表面12依次沉积隧穿氧化层21和多晶硅层22，并对多晶硅层22进行扩散形成P型多晶硅层221；
示例性地，本步骤中隧穿氧化层21和多晶硅层22可通过PECVD或LPCVD方法进行沉积，隧穿氧化层为氧化硅层，厚度为1nm～2nm，多晶硅层的厚度为80nm～150nm。
具体地，本实施例中对多晶硅层进行磷扩散形成P型多晶硅层，磷扩散后形成的P型多晶硅层的方块电阻25Ω/□～50Ω/□，P掺杂浓度为1E20atoms/cm3～1E21atoms/cm3。
而后，参图2d所示，通过激光对硅片10第二表面12上的多晶硅层22和隧穿氧化层21进行图形化开膜，于硅片的第二表面上形成叉指状的P区31及N区32，其中，裸露区域为P区，未开膜区域为N区。
本步骤中利用激光对硅片的第二表面进行图形化，刻蚀背面部分区域的多晶硅层和隧穿氧化层，从而在第二表面形成叉指状的裸露P区以及具有隧穿氧化层和掺磷多晶硅层的N区。
S3、参图2e所示，采用金属诱导腐蚀工艺在硅片10的第一表面11上形成多孔结构41。
本步骤中的金属诱导腐蚀工艺通过水平链式刻蚀方式进行，通过金属诱导腐蚀在硅片正面引入多孔结构(缺陷层)，降低硅片第一表面的表面态。
具体地，金属诱导腐蚀工艺中使用的金属离子为银离子或铜离子，腐蚀液为HF/HNO3混合溶液；
优选地，银离子或铜离子的浓度为0.01mmol/L～0.1mmol/L，HF的质量浓度0.05％～5％，HNO3的质量浓度0.05％～5％；
优选地，金属诱导腐蚀工艺的腐蚀温度为5℃～15℃，腐蚀时间为120s～240s。
示例性地，本实施例中的金属离子选用银离子，浓度为0.1mmol/L，腐蚀液中HF和HNO3的质量浓度分别为0.05％、1％，腐蚀温度为10℃，腐蚀时间为120s，最终形成图3、图4所示的多孔结构。
S4、参图2f所示，采用低温碱制绒工艺在硅片10的第一表面11上制备金字塔绒面结构51。
本步骤中的低温碱制绒工艺通过水平链式刻蚀方式进行，通过水平链式刻蚀形成金字塔绒面结构，可以大幅降低碱制绒的温度和时间。
具体地，金属诱导腐蚀工艺中使用的碱液为含NaOH和/或KOH溶液，NaOH和/或KOH的质量浓度为0.2％～2％；
优选地，低温碱制绒工艺的制绒温度为40℃～60℃，优选为50℃，制绒时间为120s～240s；最终制备的金字塔结构的尺寸为500nm～1000nm。
示例性地，本实施例中的碱液为KOH溶液，质量浓度为1％，制绒温度为50℃，制绒时间为240s，最终形成图5、图6所示的金字塔绒面结构。
S5、参图2g所示，于硅片10的第一表面11和第二表面12上分别沉积第一介质层61和第二介质层62。
示例性地，本实施例中的第一介质层61包括层叠设置于硅片第一表面上的第一氧化铝层和第一氮化硅层，优选地，第一氧化铝层通过ALD工艺沉积，厚度为3nm～10nm，第一氮化硅层通过PECVD工艺沉积，厚度为70nm～100nm；
示例性地，本实施例中的第二介质层62包括层叠设置于硅片第二表面上的第二氧化铝层和第二氮化硅层，优选地，第二氧化铝层通过ALD工艺沉积，厚度为3nm～10nm，第二氮化硅层通过PECVD工艺沉积，厚度为70nm～100nm。
S6、于硅片10的第二表面12上制备叉指状的第一电极71及第二电极72，第一电极71和第二电极72分别与P区31和N区32电性连接。
首先，参图2h所示，通过激光对第二介质层62开窗，形成贯穿至P区的第一窗口621及贯穿至N区的第二窗口622；
而后，参图2i所示，在第一窗口621和第二窗口622中制备叉指状的第一电极71及第二电极72。
示例性地，本实施例中的第一电极为铝电极，第二电极为银；第一电极和第二电极通过丝网印刷工艺印刷铝浆或银浆制备而得。
优选地，本步骤还包括：
在履带式烧结炉中对第一电极和第二电极进行烧结形成欧姆接触，其中，烧结峰值温度650℃～750℃。
通过上述工艺步骤，即可制备得到P型叉指背接触(IBC)太阳电池。
本发明在背面激光图形化开膜后，通过金属诱导腐蚀工艺制备多孔结构，可以起到“缺陷”的作用，降低硅片第一表面的表面态，有效地降低后续碱制绒工艺的时间和温度。常规碱制绒工艺的制绒温度≥80℃，制绒时间≥7min，本发明中制绒温度为40℃～60℃，制绒时间为120s～240s。
常规碱制绒工艺受限于较高的制绒温度和较长的制绒时间，无法采用水平链式刻蚀方式进行碱制绒，而采用的是槽式制绒，IBC电池采用槽式制绒就要求背面有掩膜层，同时对制绒添加剂要求较高，产品良率也相对较低。
由于碱制绒温度比常规高温碱制绒低很多，所以本发明能够采用水平链式刻蚀方式对硅片正面进行碱制绒，且由于温度低、时间短，不会造成传动滚轮的变形。水平链式刻蚀方式无需额外的掩膜，也不需要特殊的添加剂在制绒时保护背面结构，工艺更为简单，也能降低能耗，提高了IBC电池制备过程的电池良率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，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，各实施例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。
Claims (10)
1.一种P型叉指背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
提供硅片，所述硅片为P型单晶硅片，所述硅片具有相对设置的第一表面和第二表面；
于硅片的第二表面上制备叉指状的P区及N区；
采用金属诱导腐蚀工艺在硅片的第一表面上形成多孔结构；
采用低温碱制绒工艺在硅片的第一表面上制备金字塔绒面结构；
于硅片的第二表面上制备叉指状的第一电极及第二电极，第一电极和第二电极分别与P区和N区电性连接。
2.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，于硅片的第二表面上制备叉指状的P区及N区包括：
于硅片的第二表面依次沉积隧穿氧化层和多晶硅层，并对多晶硅层进行扩散形成P型多晶硅层；
通过激光对硅片第二表面上的多晶硅层和隧穿氧化层进行图形化开膜，于硅片的第二表面上形成叉指状的P区及N区，其中，裸露区域为P区，未开膜区域为N区；
优选地，所述隧穿氧化层的厚度为1nm～2nm，多晶硅层的厚度为80nm～150nm。
3.根据权利要求2所述的叉指背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，对多晶硅层进行扩散形成P型多晶硅层具体为：
对多晶硅层进行磷扩散形成P型多晶硅层；
优选地，所述P型多晶硅层的方块电阻25Ω/□～50Ω/□，P掺杂浓度为1E20atoms/cm3～1E21atoms/cm3。
4.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，金属诱导腐蚀工艺通过水平链式刻蚀方式进行，其中：
金属诱导腐蚀工艺中使用的金属离子为银离子和/或铜离子，腐蚀液为HF/HNO3混合溶液；
优选地，银离子和/或铜离子的浓度为0.01mmol/L～0.1mmol/L，HF的质量浓度0.05％～5％，HNO3的质量浓度0.05％～5％；
优选地，金属诱导腐蚀工艺的腐蚀温度为5℃～15℃，腐蚀时间为120s～240s。
5.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，低温碱制绒工艺通过水平链式刻蚀方式进行；
优选地，金属诱导腐蚀工艺中使用的碱液为含NaOH和/或KOH溶液；
优选地，NaOH和/或KOH的质量浓度为0.2％～2％；
优选地，低温碱制绒工艺的制绒温度为40℃～60℃，制绒时间为120s～240s；
优选地，金字塔结构的尺寸为500nm～1000nm。
6.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
于硅片的第一表面和第二表面上分别沉积第一介质层和第二介质层；
所述第一介质层包括层叠设置于硅片第一表面上的第一氧化铝层和第一氮化硅层，优选地，第一氧化铝层通过ALD工艺沉积，厚度为3nm～10nm，第一氮化硅层通过PECVD工艺沉积，厚度为70nm～100nm；
所述第二介质层包括层叠设置于硅片第二表面上的第二氧化铝层和第二氮化硅层，优选地，第二氧化铝层通过ALD工艺沉积，厚度为3nm～10nm，第二氮化硅层通过PECVD工艺沉积，厚度为70nm～100nm。
7.根据权利要求6所述的叉指背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，于硅片的第二表面上制备叉指状的第一电极及第二电极包括：
通过激光对第二介质层开窗，形成贯穿至P区的第一窗口及贯穿至N区的第二窗口；
在第一窗口和第二窗口中制备叉指状的第一电极及第二电极；
优选地，所述第一电极为铝电极，第二电极为银；
优选地，所述第一电极和/或第二电极通过丝网印刷工艺制备而得。
8.根据权利要求7所述的叉指背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在履带式烧结炉中对第一电极和/或第二电极进行烧结形成欧姆接触，烧结峰值温度650℃～750℃。
9.根据权利要求1所述的叉指背接触太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
对硅片的第一表面和/或第二表面采用碱液进行腐蚀抛光工艺；
优选地，腐蚀抛光工艺中使用的碱液为含NaOH和/或KOH溶液；
优选地，NaOH和/或KOH的质量浓度为5％～20％；
优选地，腐蚀抛光工艺的抛光温度为60℃～90℃，抛光时间为120s～240s。
10.一种叉指背接触太阳电池，其特征在于，所述叉指背接触太阳电池通过权利要求1～9中任一项所述的制备方法制备而得。
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| CN202310858073.3A CN116995133A (zh) | 2023-07-13 | 2023-07-13 | 叉指背接触太阳电池及其制备方法 |
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