專利名稱：一種n型多晶硅電池片及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池片及其生產(chǎn)方法，特別涉及一種N型多晶硅電池片及其生產(chǎn) 方法。
背景技術(shù)：
多晶硅電池片，是太陽(yáng)能電池片的一種，是相對(duì)環(huán)保的一種電池片。電池片一般分 為單晶硅、多晶硅和非晶硅，單晶硅太陽(yáng)能電池是當(dāng)前開(kāi)發(fā)得最快的一種太陽(yáng)能電池，它的 構(gòu)造和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面，這種太陽(yáng)能電池以高純的單晶硅棒 為原料，生產(chǎn)成本較高，多晶硅電池片其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率又高于非晶硅薄膜 電池。目前全世界生產(chǎn)多晶硅電池片九成以上均以生產(chǎn)P型多晶硅電池片為主，傳統(tǒng)的 P型多晶硅電池是在N+射極層直接使用PECVD鍍上SiNx抗反射層，這樣高溫會(huì)破壞N+射 極層，且P型多晶硅電池片轉(zhuǎn)換率低。業(yè)界沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表量產(chǎn)N型多晶硅電池片，目前全世 界N型多晶硅電池片的技術(shù)也并非完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種轉(zhuǎn)換效率提高的N型多晶硅電池片 及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種N型多晶硅電池片，包括電池片，電池片上端設(shè)有銀鋁電極，下端設(shè)有銀電 極，電池片包括從上到下的SiNx抗反射層、P+射極層、N型硅片、N+射極層及SiNx抗發(fā)射 層，其特征是在SiNx抗反射層與P+射極層之間設(shè)有一層SiO2鈍化層。在電池片正面P+射極層利用濕氧化學(xué)工藝形成SiO2鈍化層保護(hù)P+射極層，避免 下一道工藝在使用PECVD鍍上SiNx抗反射層時(shí)，因?yàn)楦邷囟茐腜+射極層，不同于傳統(tǒng)的 P型多晶硅電池是在N+射極層直接使用PECVD鍍上SiNx抗反射層。一種N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，包括如下步驟(1)制絨，(2)磷擴(kuò)散，(3)硼 擴(kuò)散(4)抗反射，(5)絲網(wǎng)印刷，(6)燒結(jié)，其特征是步驟(3)與(4)之間還包括步驟(3-1) 在P+射極層表面制備SiO2鈍化層，步驟(4)抗反射中，在SiO2鈍化層上面和N+射極層(4) 下面分別鍍上一層SiNx抗發(fā)射層。本發(fā)明一種N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，其特征是包括如下步驟(1)制絨將N型硅片放入混合酸性蝕刻液中對(duì)N型硅片表面進(jìn)行方向性蝕刻，使 暴露出的硅晶截面產(chǎn)生大小不一的金字塔形狀的表面；化學(xué)反應(yīng)式為Si+4HN03 — Si02+4N02+H20Si02+4HF — SiF4+2H20 ；(2)磷擴(kuò)散在N型硅片下面做N型磷擴(kuò)散，磷原子經(jīng)由高溫?cái)U(kuò)散的方式進(jìn)入硅晶
3格內(nèi)，形成N+射極層；化學(xué)反應(yīng)式為4P0CL3+302 — 2P205+6CL22P205+5Si — 4P+5Si02 ；(3)硼擴(kuò)散在N型硅片上面做P型硼擴(kuò)散，硼原子經(jīng)由高溫?cái)U(kuò)散的方式進(jìn)入硅晶 格內(nèi)，形成P+射極層；(3-1)濕化學(xué)制程利用磷玻璃蝕刻機(jī)將殘留物移除，將PN絕緣，利用濕氧化學(xué)作 用在P+射極層表面長(zhǎng)成一層Si02鈍化層；(4)抗反射利用電漿增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積法(PECVD)，分別在Si02鈍化層上面和 N+射極層下面鍍上一層SiNx抗發(fā)射層；(5)絲網(wǎng)印刷利用網(wǎng)版印刷技術(shù)，于N型硅片上印刷出所需要的電極樣式，以收 集電流；(6)燒結(jié)將正面的銀鋁膠及反面的銀膠、鋁膠，經(jīng)由高溫使其滲入硅晶體中形成 牢固的電焊帶。步驟(3-1)中濕氧化學(xué)作用的具體做法是將氧氣通入90-100°C的去離子水中，再 通入氧化爐內(nèi)對(duì)多晶硅電池片進(jìn)行濕氧化處理，氧氣流量為1-1. 5L/min，用HF溶液去除氧 化層，最后用去離子水沖洗至少一遍，烘干后備用。HF溶液中HF與去離子水的體積比為1 5_ 15。步驟(1)中混合酸性蝕刻液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45% -50%的氫氟酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 57% -64%的硝酸以及純水的混合酸溶液，氫氟酸、硝酸的體積分?jǐn)?shù)分別為12% -20%, 45% -50%，其余為水。步驟(1)中蝕刻溫度為-12°C -18°C，壓力為0. IMpa,蝕刻時(shí)間為25-230秒，蝕刻 過(guò)程中通入0. 2-0. 8m3/h的氮?dú)膺M(jìn)行擾動(dòng)。步驟(2)、(3)中的溫度為850_950°C，步驟(6)中溫度為800-9000C0步驟(3-1)中SiO2鈍化層的厚度為5-lOnm，步驟(4)中SiNx抗發(fā)射層的厚度為 60-80nm。N型多晶硅電池片是以N型硅片為基材且經(jīng)由硼擴(kuò)散(B doped)形成P+射極層， 不同于P型多晶硅電池片的生產(chǎn)工藝，P型多晶硅電池片是以P型硅片為基材且經(jīng)由磷擴(kuò) 散(P doped)形成N+射極層。N型多晶硅電池片技術(shù)指標(biāo)如下表
編項(xiàng)目說(shuō)明要求1.Efficienc轉(zhuǎn)換效率> 17. 3%2.Imp最大輸出電流> 8. 09A3.Vmp最大輸出電壓> 0. 514V4.Isc短路電流> 8. 72A5.Voc開(kāi)路電壓> 0. 622V6.FF填充因子> 77. 18%本發(fā)明的有益效果是N型硅片材料金屬雜質(zhì)比較少，因此N型硅片材料比P型硅 片材料有比較長(zhǎng)的少數(shù)載子壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度，以N型硅片為基材做成的N型多晶硅電池比P 型硅片為基材做成的P型多晶硅電池容易獲得比較高的電池轉(zhuǎn)換效率，使用本發(fā)明N型多 晶硅電池片生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來(lái)的電池片轉(zhuǎn)換效率提高到17. 3% -17. 5%。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1為P型多晶硅電池片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明N型多晶硅電池片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，IP型硅片，2銀電極，3鋁電極，4N+射極層，5SiNx抗反射層，6N型硅片，7銀 鋁電極，SSiO2鈍化層，9P+射極層。
具體實(shí)施例方式附圖為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例。該N型多晶硅電池片，包括電池片，電池片上端 設(shè)有銀鋁電極7，下端設(shè)有銀電極2，電池片包括從上到下的SiNx抗反射層5、P+射極層9、 N型硅片6、N+射極層4及SiNx抗發(fā)射層5，在SiNx抗反射層5與P+射極層9之間設(shè)有一 層SiO2鈍化層8。P型多晶硅電池片，包括電池片，電池片上端設(shè)有銀電極2，下端設(shè)有鋁電極3，電 池片包括從上到下的SiNx抗反射層5、N+射極層4及P型硅片1。該N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，其特征是包括如下步驟(1)制絨將N型硅片6放入混合酸性蝕刻液中對(duì)N型硅片6表面進(jìn)行方向性蝕 刻，使暴露出的硅晶截面產(chǎn)生大小不一的金字塔形狀的表面；化學(xué)反應(yīng)式為Si+4HN03 — Si02+4N02+H20Si02+4HF — SiF4+2H20 ；酸制絨后，再進(jìn)行稀堿洗，此方法為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述。硅晶的截面產(chǎn)生大小不一的金字塔形狀的表面(超粗化)，這種結(jié)構(gòu)可以將硅芯 片的反射率由30-40%降至10-20%，借此增加光電流提高效率，使用混合酸性蝕刻液對(duì)N 型硅片6進(jìn)行蝕刻，混合酸性蝕刻液包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49%的氫氟酸15升、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62% 的硝酸48升，其余為水，蝕刻溫度為15°C，壓力為0. IMpa，蝕刻時(shí)間為100秒，蝕刻過(guò)程中 通入0. 5m3/h的氮?dú)膺M(jìn)行擾動(dòng)。制絨目的a.去除N型硅片6因機(jī)械切割所產(chǎn)生的應(yīng)變及污染；b.形成N型硅片6表面金字塔狀之凹凸結(jié)構(gòu)，增加光折射進(jìn)入N型硅片6中，提高 轉(zhuǎn)換效率的目的。(2)磷擴(kuò)散在N型硅片6下面做N型磷擴(kuò)散，使用POCl3 (磷)加上氧(0)和氮?dú)?N)在高溫爐管進(jìn)行擴(kuò)散，磷原子經(jīng)由高溫?cái)U(kuò)散的方式進(jìn)入硅晶格內(nèi)，形成N+射極層4 ；材料=POCL3 (三氯氧化磷)、O2 (氧氣)、N2 (氮?dú)?化學(xué)反應(yīng)式為將POCL3 (液體)以惰性氣體(N2)當(dāng)載體與O2反應(yīng)形成P2O5, P2O5 再與Si反應(yīng)形成P (磷)與SiO2 ；4P0CL3+302 — 2P205+6CL22P205+5Si — 4P+5Si02 ；目的以氣體方式將帶有磷原子之不純物送入保持在高溫900°C之N型硅片6上， 磷原子由濃度高擴(kuò)散至濃度低之N型硅片6上，形成大面積的N+射極層4，保護(hù)背電場(chǎng)。(3)硼擴(kuò)散在N型硅片6上面做P型硼擴(kuò)散，使用Boron (硼)加上氧(0)和氮 氣(N)在高溫爐管進(jìn)行擴(kuò)散，硼原子經(jīng)由高溫?cái)U(kuò)散的方式進(jìn)入硅晶格內(nèi)，形成P+射極層9 ；(3-1)濕化學(xué)制程磷擴(kuò)散和硼擴(kuò)散制程時(shí)會(huì)于生產(chǎn)過(guò)程中，在N型硅片6表面中 會(huì)有SiO2, PO2及硼酸之殘留物，該物會(huì)影響到電池轉(zhuǎn)換效率，利用磷玻璃蝕刻機(jī)將殘留物 移除，將PN絕緣以達(dá)成提升轉(zhuǎn)換效率的目的，利用濕氧化學(xué)作用在P+射極層9表面長(zhǎng)成一 層8nm厚的SiO2鈍化層8 ；濕氧化學(xué)作用的具體做法是將氧氣通入95°C的去離子水中，再通入氧化爐內(nèi)對(duì)多 晶硅電池片進(jìn)行濕氧化處理，氧氣流量為1. 2L/min，用HF溶液去除氧化層，最后用去離子 水沖洗至少一遍，烘干后備用。HF溶液中HF與去離子水的體積比為1 10。(4)抗反射利用電漿增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積法(PECVD)，分別在SiO2鈍化層8上面和 N+射極層4下面鍍上一層厚為70nm的SiNx抗發(fā)射層5 ；利用PECVD法(電漿增益化學(xué)氣相沉積法)于N型硅片6擴(kuò)散上面沉積Si3N4,用 以減少陽(yáng)光反射，達(dá)成增加光吸收率，提高轉(zhuǎn)換效率的目的。并保護(hù)電池不受輻射及大氣的 影響，延緩組件老化，增加組件壽命，不同于P型電池片技術(shù)，N型電池片技術(shù)是兩面鍍膜， 電池片正面與背面均鍍上一層抗反射膜，抗反射的效果更好，背面鍍上抗反射層，并且模擬 傳統(tǒng)P型電池正面電池結(jié)構(gòu)，有助于下一個(gè)燒結(jié)制程的調(diào)適。在太陽(yáng)光譜范圍內(nèi)，當(dāng)太陽(yáng)電池表面對(duì)光的反射程度越小，表示吸收的光愈多，太 陽(yáng)能源轉(zhuǎn)換成其它型態(tài)的能源效率就越高，鍍上抗反射層以提升電池轉(zhuǎn)換效能，且抗反射 層亦可保護(hù)電池不受輻射及大氣的影響，延緩組件老化，增加組件壽命。一般硅芯片的反射率約為30%，鍍上抗反射膜后，反射率可降至10%以下。利用 抗反射膜來(lái)降低入射光在太陽(yáng)電池表面的反射率，增加入射光在電池表面的穿透率是必 要的。目前是利用電漿增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積法(PECVD)，在太陽(yáng)電池表面鍍上一層抗反射層 (Anti-Reflection layer)，減少陽(yáng)光反射，達(dá)成增加光吸收率，提高轉(zhuǎn)換效率。(5)絲網(wǎng)印刷利用網(wǎng)版印刷技術(shù)，于N型硅片6上印刷出所需要的電極樣式，以 收集電流；網(wǎng)版印刷形電極材料AgAg paste (銀膠)、Al paste (鋁膠)、Ag+Al paste(銀鋁膠)，以Ag、Al粉及玻璃粉用有機(jī)溶劑混合而成。電極印刷順序a.先印刷正面Ag+Al paste (銀鋁膠)電極經(jīng)干燥爐烘烤去除有機(jī)溶劑并使電極定型。b.印刷背面Al paste (鋁膠)電場(chǎng)經(jīng)干燥爐烘烤去除有機(jī)溶劑并使電極定型。c.印刷背面Ag paste (銀膠)電極結(jié)構(gòu)經(jīng)干燥爐烘烤去除有機(jī)溶劑并使電極定型。目的利用網(wǎng)版印刷技術(shù)，于wafer上印刷出所須要的電極樣式，以收集電流。(6)燒結(jié)將正面的銀鋁膠及反面的銀膠、鋁膠，經(jīng)由高溫使其滲入硅晶體中形成 牢固的電焊帶，以高溫850°C熱處理，將上面Finger and Bus Bar Ag/Al paste (銀鋁膠) 電極透過(guò)反射防止膜與N型硅片6接合及背面Ag paste (銀膠)電極、Al paste (鋁膠)電 場(chǎng)與N型硅片6接合。步驟(2)-(6)均為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述。本發(fā)明的有益效果是N型硅片材料金屬雜質(zhì)比較少，因此N型硅片材料比P型硅 片材料有比較長(zhǎng)的少數(shù)載子壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度，以N型硅片為基材做成的N型多晶硅電池比P 型硅片為基材做成的P型多晶硅電池容易獲得比較高的電池轉(zhuǎn)換效率，使用本發(fā)明N型多 晶硅電池片生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來(lái)的電池片轉(zhuǎn)換效率提高到17. 3% -17. 5%。
權(quán)利要求
1.一種N型多晶硅電池片，包括電池片，電池片上端設(shè)有銀鋁電極(7)，下端設(shè)有銀電 極(2)，電池片包括從上到下的SiNx抗反射層(5)、P+射極層(9)、N型硅片(6)、N+射極層 (4)及SiNx抗發(fā)射層(5)，其特征是在SiNx抗反射層(5)與P+射極層(9)之間設(shè)有一層 SiO2鈍化層(8)。
2.—種權(quán)利要求1所述的N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，包括如下步驟(1)制絨，(2) 磷擴(kuò)散，(3)硼擴(kuò)散(4)抗反射，(5)絲網(wǎng)印刷，(6)燒結(jié)，其特征是步驟(3)與(4)之間還 包括步驟(3-1)在P+射極層(9)表面制備SiO2鈍化層(8)，步驟(4)抗反射中，在SiO2鈍 化層(8)上面和N+射極層(4)下面分別鍍上一層SiNx抗發(fā)射層(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，其特征是包括如下步驟(1)制絨將N型硅片(6)放入混合酸性蝕刻液中對(duì)N型硅片(6)表面進(jìn)行方向性蝕 刻，使暴露出的硅晶截面產(chǎn)生大小不一的金字塔形狀的表面；(2)磷擴(kuò)散在N型硅片(6)下面做N型磷擴(kuò)散，磷原子經(jīng)由高溫?cái)U(kuò)散的方式進(jìn)入硅晶 格內(nèi)，形成N+射極層(4)；(3)硼擴(kuò)散在N型硅片(6)上面做P型硼擴(kuò)散，硼原子經(jīng)由高溫?cái)U(kuò)散的方式進(jìn)入硅晶 格內(nèi)，形成P+射極層(9)；(3-1)濕化學(xué)制程利用磷玻璃蝕刻機(jī)將殘留物移除，將PN絕緣，利用濕氧化學(xué)作用在 P+射極層(9)表面長(zhǎng)成一層Si02鈍化層(8)；(4)抗反射利用電漿增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積法(PECVD)，分別在Si02鈍化層(8)上面和N+ 射極層(4)下面鍍上一層SiNx抗發(fā)射層(5)；(5)絲網(wǎng)印刷利用網(wǎng)版印刷技術(shù)，于N型硅片(6)上印刷出所需要的電極樣式，以收 集電流；(6)燒結(jié)將正面的銀鋁膠及反面的銀膠、鋁膠，經(jīng)由高溫使其滲入硅晶體中形成牢固 的電焊帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，其特征是步驟(3-1)中濕 氧化學(xué)作用的具體做法是將氧氣通入90-100°C的去離子水中，再通入氧化爐內(nèi)對(duì)多晶硅電 池片進(jìn)行濕氧化處理，氧氣流量為1-1. 5L/min，用HF溶液去除氧化層，最后用去離子水沖 洗至少一遍，烘干后備用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，其特征是HF溶液中HF與去 離子水的體積比為1 5-15。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，其特征是步驟(1)中混合 酸性蝕刻液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45% -50%的氫氟酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57% -64%的硝酸以及純水的 混合酸溶液，氫氟酸、硝酸的體積分?jǐn)?shù)分別為12% -20%,45% -50%，其余為水。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，其特征是步驟(1)中蝕刻溫 度為-12°C -18°C，壓力為0. IMpa，蝕刻時(shí)間為25-230秒，蝕刻過(guò)程中通入0. 2-0. 8m3/h的 氮?dú)膺M(jìn)行擾動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，其特征是步驟(2)、(3)中 的溫度為850-950°C，步驟(6)中溫度為800-900°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的N型多晶硅電池片的生產(chǎn)方法，其特征是步驟(3-1)中SiO2 鈍化層(8)的厚度為5-lOnm，步驟(4)中SiNx抗發(fā)射層(5)的厚度為60-80nm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電池片及其生產(chǎn)方法，特別公開(kāi)了一種N型多晶硅電池片及其生產(chǎn)方法。該N型多晶硅電池片，包括電池片，電池片上端設(shè)有銀鋁電極，下端設(shè)有銀電極，電池片包括從上到下的SiNx抗反射層、P+射極層、N型硅片、N+射極層及SiNx抗發(fā)射層，其特征是在SiNx抗反射層與P+射極層之間設(shè)有一層SiO2鈍化層。本發(fā)明的有益效果是N型硅片材料金屬雜質(zhì)比較少，因此N型硅片材料比P型硅片材料有比較長(zhǎng)的少數(shù)載子壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度，N型多晶硅電池比P型多晶硅電池容易獲得比較高的電池轉(zhuǎn)換效率，使用本發(fā)明N型多晶硅電池片生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來(lái)的電池片轉(zhuǎn)換效率提高到17.3％-17.5％。
文檔編號(hào)H01L31/0216GK102117851SQ20111000655
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者吳春林, 池玉娟, 王麗萍, 王象明, 謝明宏, 陳魏瑋 申請(qǐng)人:山東舜亦新能源有限公司