專(zhuān)利名稱(chēng)：一種叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池及其制備方法，尤其涉及一種叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今使用的能源多數(shù)是化石能源。然而這一能源資源是有限的，而且在使用中會(huì)釋放有害物質(zhì)。溫室氣體排放導(dǎo)致的氣候變化以及剩余的有限化石能源可能引起軍事沖突是當(dāng)今人類(lèi)面臨的兩大問(wèn)題。因此，由傳統(tǒng)的化石能源轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂们鍧嵉目稍偕茉词悄壳叭祟?lèi)面臨的最大挑戰(zhàn)。光伏太陽(yáng)能是綠色可再生能源之一，受到世界各國(guó)的普遍重視。目 前在世界范圍內(nèi)晶硅電池仍占到90%以上的市場(chǎng)份額，而且這一市場(chǎng)份額在近些年還將得以維持。然而，光伏發(fā)電的成本依然太高。因此，唯有繼續(xù)降低光伏系統(tǒng)的批量生產(chǎn)，成本價(jià)格才能普及利用光伏發(fā)電，據(jù)悉太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率每提高1%，其發(fā)電成本將下降7%。背接觸太陽(yáng)能電池將電極設(shè)計(jì)在電池的背面消除了電極線的遮光損失，最大限度地利用太陽(yáng)能，能夠在某種程度上提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。在大批量生產(chǎn)中采用背接觸太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)超過(guò)22%的最高轉(zhuǎn)換效率。然而，這一結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，在生產(chǎn)上困難較大。因?yàn)樗枰啻窝谀ぃ饪萄谀ひ蚱涑杀据^高，只能適用于小面積的聚焦光伏電池。生產(chǎn)大面積的一個(gè)太陽(yáng)用背接觸電池需要低成本的生產(chǎn)技術(shù)以便有效地降低產(chǎn)品價(jià)格。離子注入技術(shù)可將背接觸電池的工藝縮減30% 40%，還可以提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率1% 1.5%。在目前傳統(tǒng)電池工藝已難以提升電池轉(zhuǎn)換效率的情況下，離子注入技術(shù)又重新受到重視。美國(guó)Varian Semiconductor Equipment Associates公司與德國(guó)Fraunhofer國(guó)際知名電池企業(yè)合作，將傳統(tǒng)的離子注入點(diǎn)掃描改為線掃描方式，極大地提高了注入速度，這也將離子注入制備電池的成本與傳統(tǒng)的擴(kuò)散工藝基本持平。Varian公司的客戶之一 Suniva公司日前宣布其使用離子注入技術(shù)生產(chǎn)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)P型電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19%。鋁背場(chǎng)工藝已經(jīng)是產(chǎn)業(yè)界成熟的電池制備技術(shù)。在背接觸電池中，燒結(jié)后的鋁漿既能形成P+發(fā)射極，又能作為一種很好的連接電極，還能夠降低電池因減薄而產(chǎn)生的硅片翹曲現(xiàn)象。如果采用離子注入技術(shù)制備背接觸太陽(yáng)能電池，在基區(qū)離子注入摻雜過(guò)程中鋁衆(zhòng)又能充當(dāng)掩蔽層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是如果采用離子注入技術(shù)制備背接觸太陽(yáng)能電池，在基區(qū)離子注入摻雜過(guò)程中鋁漿又能充當(dāng)掩蔽層，而提供一種叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池及其制備方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法包括以下步驟
步驟101 :對(duì)硅片進(jìn)行表面處理，并將表面處理后的硅片進(jìn)行清洗；步驟102 :在清洗后的硅片的上表面進(jìn)行制絨；
步驟103 :對(duì)制絨后的硅片進(jìn)行氧化處理，在硅片的上表面和下表面形成保護(hù)層；
步驟104 :在形成保護(hù)層的硅片上表面進(jìn)行摻雜處理；
步驟105 :在形成保護(hù)層的硅片下表面絲網(wǎng)印刷漿料；
步驟106 :在形成保護(hù)層的硅片下表面進(jìn)行摻雜處理，形成叉指狀的P、η區(qū)域；
步驟107 :對(duì)硅片進(jìn)行燒結(jié)從而激活硅片上、下表面的摻雜，同時(shí)形成發(fā)射極；
步驟108 :去殘鋁并再次清洗；
步驟109 :在硅片上表面和下表面形成鈍化層； 步驟111 :對(duì)硅片進(jìn)行燒結(jié)從而激活鈍化層的鈍化作用。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步,所述步驟101中娃片為單晶娃片、多晶娃片或者微晶娃片，也還可以是其它理論上可以使用的襯底。進(jìn)一步，所述步驟101中使用的硅片襯底為η型硅片襯底或者P型硅片襯底；如果所述步驟101中為η型襯底，步驟104中的摻雜處理為摻入磷，所述步驟105絲網(wǎng)印刷的漿料為含鋁漿料；如果所述步驟101中為P型襯底，所述步驟104中的摻雜處理為摻入硼，所述步驟105絲網(wǎng)印刷的漿料為含磷漿料。進(jìn)一步，所述步驟103中所述的保護(hù)層為氧化硅薄膜或者通過(guò)等離子體化學(xué)氣相沉積形成的氮化硅層。進(jìn)一步,所述步驟104中摻雜為離子注入式摻雜或者擴(kuò)散式摻雜,注入或擴(kuò)散的深度為O. 005 25微米。進(jìn)一步,所述步驟106中摻雜為離子注入式摻雜或者擴(kuò)散式摻雜,注入或擴(kuò)散的深度為O. 005 25微米。當(dāng)采用離子注入或者擴(kuò)散時(shí)，離子注入或擴(kuò)散的深度為O. 005 25微米，離子注入或擴(kuò)散后經(jīng)過(guò)步驟107后,其中的摻雜會(huì)被激活,摻雜濃度為IX IO14 8Χ 1021cnT3。進(jìn)一步，所述步驟107中燒結(jié)的溫度為300 1200°C，燒結(jié)的時(shí)間為Is 60min。所述燒結(jié)激活摻雜過(guò)程可在快速熱退火爐中進(jìn)行，也可以在帶式燒結(jié)爐上進(jìn)行。進(jìn)一步，所述步驟107激活后摻雜的濃度為IX IO14 8 X IO21 cm—3。進(jìn)一步，所述步驟109中的鈍化層為亞氧化硅、氧化鋁、氮化硅、非晶硅和氧化硅中一種或者任意幾種的組合物。所述沉積氮化硅是使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積在電池兩面制備薄膜，電池正面沉積富氫的氮化硅(60 nm 100 nm)用以鈍化減反；而在電池的背面沉積較厚的氮化硅(80 nm 500 nm)用以鈍化背面，同時(shí)減少光的透射。沉積氮化娃之前可以將電池表面的氧化硅去除，改用非晶硅鈍化；或者不形成保護(hù)層直接用非晶硅鈍化后再沉積氮化硅。進(jìn)一步，所述步驟111中燒結(jié)的溫度為300 1200°C，燒結(jié)的時(shí)間為Is 30min。所述步驟111采用絲網(wǎng)印刷對(duì)準(zhǔn)技術(shù)印刷電極，也可以激光開(kāi)槽或者腐蝕膏開(kāi)槽再濺射金屬電極。本發(fā)明還提供一種解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種由上述的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法制備的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明基于離子注入摻雜技術(shù)和絲網(wǎng)印刷鋁漿技術(shù)制備背接觸太陽(yáng)能電池，技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，明顯減少工藝步驟，而且便于與企業(yè)現(xiàn)行的P型硅太陽(yáng)能電池工藝技術(shù)結(jié)合，既能提高光電轉(zhuǎn)換效率，降低電池發(fā)電成本，又便于推廣使用；制備過(guò)程中通過(guò)在硅片上表面設(shè)置絨面、鈍化層以及離子注入或者擴(kuò)散摻雜，可以減少電池的反射和載流子復(fù)合以增強(qiáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率；通過(guò)開(kāi)槽再在槽內(nèi)印刷形成叉指狀金屬電極對(duì)，可以減小電極與太陽(yáng)能電池表面的接觸以降低表面的復(fù)合。


圖I為本發(fā)明離子注入制備N(xiāo)型背接觸太陽(yáng)能電池流程 圖2為N型單晶硅片去除表面損傷，表面標(biāo)準(zhǔn)清洗處理后的剖面示意圖； 圖3為電池前表面堿性制絨后的剖面示意 圖4為電池雙面氧化、前表面淺注入淡磷后的剖面示意 圖5為電池背面絲網(wǎng)印刷鋁漿烘干后的剖面示意 圖6為以鋁漿作為掩蔽背表面淺注入濃磷后，一次性退火激活正反兩面注入的磷，同時(shí)燒結(jié)推進(jìn)形成鋁-P+發(fā)射極，使用熱鹽酸去除殘鋁，使用KOH去除鋁硅共晶層，再次清洗后的剖面示意 圖7為前后表面沉積氮化硅后，絲網(wǎng)印刷銀/鋁漿電極并經(jīng)過(guò)電極接觸歐姆化后的電池剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。在本實(shí)施例中，以η型襯底為例對(duì)本發(fā)明叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。步驟201 :選用厚度為100 500微米的N型硅片，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 50%的NaOH/KOH堿性拋光溶液中拋光，去除表面的損傷層；
步驟202 :對(duì)硅片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗，包括使用I號(hào)液=NH4OH:H2O2:DI H2O=I: 1:5去除有機(jī)質(zhì)，2號(hào)液HCl = H2O2: DI H2O=I: 1:6去除離子雜質(zhì)，3號(hào)液DI H20:HF=50:1去除表面氧化物。步驟301 :將晶硅電池片置入按一定比例配制的NaOH、Na2SiO3和無(wú)水乙醇混合液中(NaOH:H2O= I. 76% wt ； C2H5OH:H20=5. 0% vol ； Na2SiO3:H2O=L 26% wt)，在電池正表面化學(xué)腐蝕出各向異性絨面，絨面呈金字塔形狀；
步驟302 :再次將電池片清洗干凈，吹干備用。步驟401 :設(shè)置氧氣流量2. 5L/min、溫度1000°C干濕干法氧化30分鐘，得到厚度約100納米氧化膜。步驟402 :在能量200 keV、劑量IX IO12條件下在電池前表面注入磷。步驟501 :在電池背面設(shè)計(jì)的P區(qū)位置絲網(wǎng)印刷鋁漿，鋁漿厚度10 30微米，攝氏200 °C條件下烘干，以便形成叉指狀p+區(qū)域。步驟601 :以鋁漿作為阻擋掩蔽層在電池背面的基區(qū)位置，在能量200 keV、劑量2 X IO15條件下注入濃磷。步驟602 :在1000°C、10min條件下在線實(shí)時(shí)燒結(jié)已激活正反面注入的磷摻雜，實(shí)現(xiàn)前表面場(chǎng)摻雜濃度5X IO15 5X1018/Cm_3，背電極接觸的基區(qū)摻雜濃度5X IO17 5X IO2Vcm-3,同時(shí)推進(jìn)鋁形成幾個(gè)微米深的鋁-P+發(fā)射極。步驟603 :在煮沸的熱鹽酸和雙氧水的混合液中去除殘鋁。步驟604 :使用33%的KOH腐蝕30s去除鋁硅共晶層。步驟605 RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗樣品。步驟701 :正面等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積沉積80納米的氮化硅，背面等離子體 增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積沉積150納米的氮化硅鈍化。步驟702 :采用對(duì)準(zhǔn)技術(shù)在電池背面的基區(qū)絲網(wǎng)印刷銀/鋁漿電極。步驟703 :最高溫度860°C燒結(jié)形成電極的歐姆接觸，同時(shí)激活氮化硅鈍化作用，完成背接觸太陽(yáng)能電池。N型娃材料相對(duì)于P型娃由于對(duì)金屬雜質(zhì)和許多非金屬缺陷不敏感，或者說(shuō)具有很好的忍耐性能，載流子具有較長(zhǎng)而且穩(wěn)定的擴(kuò)散長(zhǎng)度；再者，N型硅材料也沒(méi)有硼-氧對(duì)引起的光致衰變現(xiàn)象。因此基于N型硅材料的太陽(yáng)能電池性能較佳。本發(fā)明叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法背面絲網(wǎng)印刷鋁漿形成鋁-P+發(fā)射極以及磷注入摻雜實(shí)現(xiàn)背面基區(qū)的摻雜降低電極接觸電阻極大地降低了工藝的復(fù)雜性，使得工藝更加簡(jiǎn)單易行；背接觸太陽(yáng)能電池將電極設(shè)計(jì)在電池的背面，將電極對(duì)太陽(yáng)光線的遮擋損失降為零，有利于光的吸收進(jìn)而提高電池轉(zhuǎn)換效率，能夠進(jìn)一步降低太陽(yáng)能電池的發(fā)電成本；在電池正面制備絨面，并且設(shè)置了注入淡磷形成的前表面場(chǎng)，有效地減少太陽(yáng)光的反射損失，最大限度地減小前表面的載流子復(fù)合機(jī)率，盡可能地使更多的載流子能夠到達(dá)背面得以吸收利用；在技術(shù)上推進(jìn)形成鋁-P+發(fā)射極可有效增大PN結(jié)的結(jié)面積，提高了電池對(duì)載流子的收集能力；本發(fā)明基于離子注入磷摻雜和絲網(wǎng)印刷鋁漿制備背接觸太陽(yáng)能電池，除離子注入外，均可在企業(yè)現(xiàn)有的P型襯底工藝線上完成，不對(duì)設(shè)備進(jìn)行太大改動(dòng)，成本低廉，簡(jiǎn)單可行，有利于實(shí)現(xiàn)科研成果的轉(zhuǎn)化。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟 步驟101 :對(duì)硅片進(jìn)行表面處理，并將表面處理后的硅片進(jìn)行清洗； 步驟102 :在清洗后的硅片的上表面進(jìn)行制絨； 步驟103 :對(duì)制絨后的硅片進(jìn)行氧化處理，在硅片的上表面和下表面形成保護(hù)層； 步驟104 :在形成保護(hù)層的硅片上表面進(jìn)行摻雜處理； 步驟105 :在形成保護(hù)層的硅片下表面絲網(wǎng)印刷漿料； 步驟106 :在形成保護(hù)層的硅片下表面進(jìn)行摻雜處理，形成叉指狀的P、η區(qū)域； 步驟107 :對(duì)硅片進(jìn)行燒結(jié)從而激活硅片上、下表面的摻雜，同時(shí)形成發(fā)射極； 步驟108 :去殘鋁并再次清洗； 步驟109 :在硅片上表面和下表面形成鈍化層； 步驟110 :在硅片下表面印刷叉指狀金屬電極對(duì)； 步驟111 :對(duì)硅片進(jìn)行燒結(jié)從而激活鈍化層的鈍化作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟101中娃片為單晶娃片、多晶娃片或者微晶娃片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟101中使用的硅片襯底為η型硅片襯底或者P型硅片襯底；如果所述步驟101中為η型襯底，步驟104中的摻雜處理為摻入磷，所述步驟105絲網(wǎng)印刷的漿料為含鋁漿料；如果所述步驟101中為P型襯底，所述步驟104中的摻雜處理為摻入硼，所述步驟105絲網(wǎng)印刷的漿料為含磷漿料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟103中所述的保護(hù)層為氧化硅薄膜或者通過(guò)等離子體化學(xué)氣相沉積形成的氮化硅層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟104中摻雜為離子注入式摻雜或者擴(kuò)散式摻雜，注入或擴(kuò)散的深度為O. 005 25微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟106中摻雜為離子注入式摻雜或者擴(kuò)散式摻雜，注入或擴(kuò)散的深度為O. 005 25微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟107中燒結(jié)的溫度為300 1200°C，燒結(jié)的時(shí)間為Is 60min。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟107激活后摻雜的濃度為I X IO14 8 X IO21 cm-3。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟109中的鈍化層為亞氧化硅、氧化鋁、氮化硅、非晶硅和氧化硅中一種或者任意幾種的組合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟111中燒結(jié)的溫度為300 1200°C，燒結(jié)的時(shí)間為Is 30min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種叉指型背接觸式太陽(yáng)能電池及其制備方法。所述制備方法包括對(duì)硅片進(jìn)行表面處理和清洗；在硅片上進(jìn)行制絨；對(duì)硅片進(jìn)行氧化處理形成保護(hù)層保護(hù)；在形成保護(hù)層的硅片上表面進(jìn)行摻雜處理；在形成保護(hù)層的硅片下表面通過(guò)絲印漿料，離子注入形成叉指狀的p、n區(qū)域；對(duì)硅片進(jìn)行燒結(jié)；去殘鋁并再次清洗；在硅片上形成鈍化層；印刷叉指狀金屬電極對(duì)；對(duì)硅片進(jìn)行再次燒結(jié)。本發(fā)明基于離子注入摻雜和絲網(wǎng)印刷鋁漿技術(shù)制備太陽(yáng)能電池，技術(shù)簡(jiǎn)單，明顯減少工藝步驟，而且便于與企業(yè)現(xiàn)行的P型硅太陽(yáng)能電池工藝結(jié)合，既能提高光電轉(zhuǎn)換效率，降低電池發(fā)電成本，又便于推廣使用。
文檔編號(hào)B41M1/12GK102800738SQ2011101352
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者武德起, 賈銳, 陳晨, 孟彥龍, 劉新宇, 葉甜春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所