一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法。該方法的步驟包括對硅片進行拋光、制絨、擴散、印刷漿料、刻蝕、清洗、鍍膜、印刷電極、燒結(jié)，由于采用了印刷性強、可阻擋酸性刻蝕、不容易粘版、容易清洗的阻擋性油墨漿料，本發(fā)明提高了生產(chǎn)選擇性發(fā)射極太陽能電池的效率，降低了生產(chǎn)成本，另外所使用的酸性刻蝕溶液為HF/HNO3/H2O，可以顯著提高方阻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明減少了工藝步驟，可以和現(xiàn)有設(shè)備很好的結(jié)合起來，實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，高精度、快速獲得效率達19.5％以上的太陽能電池。
【專利說明】一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]晶硅太陽能電池占了目前世界上產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用的太陽能電池85%以上。由于晶硅太陽能電池具有高效率和衰減低的優(yōu)點，廣泛用于建筑屋頂和大型光伏電站。在國內(nèi)由于光伏可并網(wǎng)發(fā)電的新政，將會有越來越多的家庭選擇在屋頂安裝晶硅太陽能電池的電池組件進行發(fā)電。
[0003]常規(guī)的P型襯底的晶硅太陽能能電池的效率一般在18%以上。由于晶硅太陽能電池在實際應(yīng)用中有可達25年壽命的生命周期，所以其衰減率是一個非常重要的技術(shù)參數(shù)，相比薄膜太陽能電池、染料敏化太陽能電池的高衰減率，晶硅太陽能電池在25年應(yīng)用周期里的衰減率在20%以內(nèi)。
[0004]對于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的晶硅太陽能電池，改進太陽能電池的生產(chǎn)工藝對于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益是很直觀和明顯的。如果太陽能電池能提高0.1 %的效率，企業(yè)能獲得的利潤增長是非常可觀的。所以世界上各個大型的研究所、國家實驗室都在不斷開發(fā)新型高效、可工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)晶硅太陽能的技術(shù)。在各種高效太陽能電池里，對常規(guī)工藝進行細微改進就可以獲得很高的經(jīng)濟效益，因為產(chǎn)線和新工藝的匹配可以節(jié)約大量設(shè)備的成本，比如一條2MW產(chǎn)線的設(shè)備價格上千萬，對于一個大型企業(yè)，如果是產(chǎn)量是10GW，那么對于設(shè)備的投入是巨大的。而目前和產(chǎn)線結(jié)合最有優(yōu)勢的新的晶硅太陽能電池工藝就是選擇性發(fā)射極(SE)太陽能電池技術(shù)。
[0005]選擇性發(fā)射極太陽能電池是在表面形成一個選擇性的重擴散層。由于電池的電極是印刷在電池的正反表面，而電極處正是電極的薄弱之處，如果可以進行金屬電極區(qū)鈍化，或?qū)饘匐姌O區(qū)進行重擴，將提高鈍化性能，降低反向飽和電流密度(Jtl)和降低接觸電阻率(rho)，對于提高電池的開路電壓(V。。)、電流密度CL。)和填充因子(FF)是有很大作用的，從而最終提聞電池的效率。
[0006]然而，現(xiàn)有的選擇性發(fā)射極技術(shù)工藝較繁瑣，工藝穩(wěn)定性不夠，特別是選擇性擴散層的制備工藝還不夠完善?，F(xiàn)有選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備技術(shù)有:
[0007]1.激光開槽:將經(jīng)過擴散及氧化的電池片，在選擇性重擴區(qū)進行激光燒蝕開槽。進而再開展擴散，形成選擇性發(fā)射極。該方法的缺點是，激光可調(diào)的功率受限制，如果功率過高會損傷電池片，并且激光的加工設(shè)備精度要求很高,需要大量的資金投入。再者,激光開槽工藝費時長，不能滿足大規(guī)模高速度的生產(chǎn)要求。
[0008]2.液相源旋涂擴散:將擴散的電池片，在表面進行液相源旋涂，然后激光燒蝕進行選擇性擴散，通過高溫退火獲得選擇性的擴散區(qū)域，最后印上電極，制作出選擇性發(fā)射極電池。該方法的缺點是，液相源旋涂容易產(chǎn)生二次污染，沒有熱擴散形成的擴散層性能穩(wěn)定。其次是激光燒蝕工藝也會帶來一些對電池片的污染，還有就是電池的加工效率不高，難以和產(chǎn)線的高速度生產(chǎn)相匹配。
[0009]3.絲網(wǎng)印刷阻擋漿料擴散:使用阻擋性漿料對擴散氧化的電池片進行絲網(wǎng)印刷，從而形成保護層，然后進行刻蝕，進一步擴散形成選擇性擴散區(qū)，從而實現(xiàn)選擇性發(fā)射極區(qū)域，最后制作出太陽能電池。該工藝具有和現(xiàn)有產(chǎn)線容易匹配、重復投入小的優(yōu)點；使用絲網(wǎng)印刷工藝印刷阻擋性漿料效率高，可滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的要求；擴散的潔凈度高，性能好。難點在于印刷阻擋性漿料的選擇、印刷及清洗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單高效，可獲得高方阻、高電池效率的選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法。
[0011]本發(fā)明為實現(xiàn)其目的所采用的技術(shù)方案是:
[0012]一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其步驟包括對硅片進行拋光、制絨、擴散、印刷漿料、刻蝕、清洗、鍍膜、印刷電極、燒結(jié)，所述印刷漿料是指絲網(wǎng)印刷阻擋性油墨漿料。
[0013]進一步地，所述阻擋性油墨漿料是SunChemical公司生產(chǎn)的的RST INK SCR CLEAR或PVGS公司生產(chǎn)的Resist Ink。
[0014]進一步地，所述拋光具體為:對硅片用KOH進行拋光，以去除裸硅片表面的劃痕和不平整區(qū)域。
[0015]進一步地，所選擇的娃片是性能良好、高純度、電阻率在3?10ohm/cm的P型裸娃片。
[0016]進一步地，所述制絨具體為:將硅片置于堿性溶液里反應(yīng)，制成倒金字塔的絨面結(jié)構(gòu)。
[0017]在制絨液中可以加入含維生素的有機溶液，它能增強制絨反應(yīng)的氣泡的流動，形成整齊的、一致性好的金字塔絨面。
[0018]進一步地，制絨之后進行酸清洗，以去除硅片表面的劃痕損傷層、有機物和金屬離子。
[0019]進一步地，所述擴散具體為:使用液態(tài)POClJ^源加熱擴散或旋涂液體磷源加熱擴散或固體擴散。
[0020]進一步地，使用液態(tài)POCl3作為擴散源，在850°C進行擴散，在硅片表面形成n+層，方阻為20ohm/sq。
[0021]進一步地，在擴散之后使用氫氟酸去除表面磷硅玻璃。
[0022]進一步地，所述印刷漿料具體為:絲網(wǎng)印刷阻擋性油墨漿料于硅片的正表面。
[0023]進一步地，絲網(wǎng)印刷的設(shè)備精度要求在50 μ m以下。
[0024]進一步地，印刷漿料之后進行UV固化或加熱固化。
[0025]進一步地，所述刻蝕是指使用體積比為I?2:4?6:5?8的氫氟酸、硝酸、水的混合溶液對非阻擋的表面進行酸性刻蝕I?5分鐘，所得方塊電阻為60ohm/Sq。
[0026]進一步地，所述清洗具體為:使用堿性溶液清洗硅片表面殘留的油墨漿料，使得表面形成高低方阻交叉出現(xiàn)的選擇性擴散區(qū)域，同時使用機器去除背面的擴散層。
[0027]進一步地，所述鍍膜具體為:使用PECVD鍍上SiNx膜，使得擴散硅片表面鈍化。
[0028]進一步地，SiNx膜的厚度是80nm。
[0029]進一步地，所述印刷電極具體為:在正面印刷銀漿，在背面印刷銀鋁漿或鋁漿。
[0030]進一步地，在900°C進行燒結(jié)，使得金屬電極燒穿氮化硅，達到良好的歐姆接觸。
[0031]本發(fā)明的有益效果是，在本發(fā)明使用的油墨漿料中，抗蝕劑的主要成分是石蠟，對強酸具有阻擋性，因此本發(fā)明使用的油墨漿料可溶于堿性溶液，而不溶于酸性溶液，另外還具有印刷性強、不容易粘版、容易清洗等優(yōu)點，提高了生產(chǎn)選擇性發(fā)射極太陽能電池的效率，得到的太陽能電池效率更高，降低了生產(chǎn)成本，潔凈度高。
[0032]所使用的酸性刻蝕溶液為HF/HN03/H20，通過控制刻蝕溶液組分的比例和刻蝕時間，可以顯著提高方阻；該酸性刻蝕溶液可以很好的與油墨漿料相匹配，如果選擇堿刻蝕法，那么相匹配的阻擋性漿料的選擇空間就很小。
[0033]目前常規(guī)工藝生產(chǎn)的選擇性太陽能電池的效率一般在18%以下，而本發(fā)明減少了工藝步驟，可以和現(xiàn)有設(shè)備很好的結(jié)合起來，實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，高精度、快速獲得效率達19.5%以上的太陽能電池。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是拋光去除硅片損傷層的剖面示意圖；
[0035]圖2是堿性制絨、獲得金字塔絨面的剖面示意圖；
[0036]圖3是磷擴散后的剖面示意圖；
[0037]圖4是絲網(wǎng)印刷阻擋性油墨漿料的剖面示意圖；
[0038]圖5是選擇性刻蝕的剖面示意圖；
[0039]圖6是清洗阻擋性油墨漿料、去背結(jié)的剖面示意圖；
[0040]圖7是PECVD鍍SiNx膜的剖面示意圖；
[0041]圖8是印刷金屬電極、燒結(jié)的剖面示意圖。

【具體實施方式】
[0042]實施例1
[0043]1.如圖1所示，取性能良好、高純度、電阻率為10ohm/cm的P型硅片1，進行KOH堿性拋光，以去除裸硅片表面的劃痕和不平整區(qū)域。
[0044]2.如圖2所示，將硅片置于堿性溶液里反應(yīng)，制成倒金字塔的絨面結(jié)構(gòu)2，然后進行酸清洗，以去除硅片表面的劃痕損傷層、有機物和金屬離子。
[0045]3.如圖3所示，把硅片放入擴散爐進行擴散，使用液態(tài)POCl3作為擴散源，在850°C進行擴散，從而在硅片表面3形成n+層，方阻為20ohm/Sq，擴散之后使用氫氟酸去除表面磷硅玻璃。
[0046]4.如圖4所示，絲網(wǎng)印刷阻擋性油墨漿料4RSTINK SCR CLEAR(購自SunChemical公司)于硅片的正表面，絲網(wǎng)印刷的設(shè)備精度要求在50 μ m以下，然后進行UV固化。
[0047]5.如圖5所示，使用體積比為1:5:6的氫氟酸、硝酸、水的混合溶液對非阻擋的表面進行酸性刻蝕3分鐘，所得方塊電阻為60ohm/Sq。
[0048]6.如圖6所示，使用KOH溶液清洗硅片表面殘留的油墨漿料，使得表面形成高方阻區(qū)5和低方阻區(qū)6交叉出現(xiàn)的選擇性擴散區(qū)域，同時使用機器去除背面的擴散層。
[0049]7.如圖7所示，使用PECVD鍍上SiNx膜7，使得擴散硅片表面鈍化，SiNx膜的厚度是 80nm。
[0050]8.如圖8所示，在硅片表面，在正面印刷銀漿8，在背面印刷銀鋁漿或鋁漿9。
[0051]9.在900°C進行燒結(jié)，使得金屬電極燒穿氮化硅，達到良好的歐姆接觸。
[0052]實施例2
[0053]1.如圖1所示，取性能良好、高純度、電阻率為3ohm/cm的P型硅片1，進行KOH堿性拋光，以去除裸硅片表面的劃痕和不平整區(qū)域。
[0054]2.如圖2所示，將硅片置于堿性溶液里反應(yīng)，制成倒金字塔的絨面結(jié)構(gòu)2，然后進行酸清洗，以去除硅片表面的劃痕損傷層、有機物和金屬離子。
[0055]3.如圖3所示，把硅片放入擴散爐進行擴散，使用液態(tài)POCl3作為擴散源，在850°C進行擴散，從而在硅片表面3形成n+層，方阻為20ohm/Sq，擴散之后使用氫氟酸去除表面磷硅玻璃。
[0056]4.如圖4所不,絲網(wǎng)印刷阻擋性油墨衆(zhòng)料4Resist Ink(購自PVGS公司)于娃片的正表面，絲網(wǎng)印刷的設(shè)備精度要求在50 μ m以下，然后進行加熱固化。
[0057]5.如圖5所示，使用體積比為1:4:5氫氟酸、硝酸、水的混合溶液對非阻擋的表面進行酸性刻蝕5分鐘，所得方塊電阻為60ohm/sq。
[0058]6.如圖6所示，使用NH4OH溶液清洗硅片表面殘留的油墨漿料，使得表面形成高方阻區(qū)5和低方阻區(qū)6交叉出現(xiàn)的選擇性擴散區(qū)域，同時使用機器去除背面的擴散層。
[0059]7.如圖7所示，使用PECVD鍍上SiNx膜7，使得擴散硅片表面鈍化，SiNx膜的厚度是 80nm。
[0060]8.如圖8所示，在硅片表面，在正面印刷銀漿8，在背面印刷銀鋁漿或鋁漿9。
[0061]9.在900°C進行燒結(jié)，使得金屬電極燒穿氮化硅，達到良好的歐姆接觸。
[0062]實施例3
[0063]1.如圖1所示，取性能良好、高純度、電阻率為5ohm/cm的P型硅片1，進行KOH堿性拋光，以去除裸硅片表面的劃痕和不平整區(qū)域。
[0064]2.如圖2所示，將硅片置于堿性溶液里反應(yīng)，制成倒金字塔的絨面結(jié)構(gòu)2，然后進行酸清洗，以去除硅片表面的劃痕損傷層、有機物和金屬離子。
[0065]3.如圖3所示，把硅片放入擴散爐進行擴散，使用液態(tài)POCl3作為擴散源，在850°C進行擴散，從而在硅片表面3形成n+層，方阻為20ohm/Sq，擴散之后使用氫氟酸去除表面磷硅玻璃。
[0066]4.如圖4所不,絲網(wǎng)印刷阻擋性油墨衆(zhòng)料4Resist Ink(購自PVGS公司)于娃片的正表面，絲網(wǎng)印刷的設(shè)備精度要求在50 μ m以下，然后進行加熱固化。
[0067]5.如圖5所示，使用體積比為2:6:8氫氟酸、硝酸、水的混合溶液對非阻擋的表面進行酸性刻蝕I分鐘，所得方塊電阻為60ohm/sq。
[0068]6.如圖6所示，使用NH4OH溶液清洗硅片表面殘留的油墨漿料，使得表面形成高方阻區(qū)5和低方阻區(qū)6交叉出現(xiàn)的選擇性擴散區(qū)域，同時使用機器去除背面的擴散層。
[0069]7.如圖7所示，使用PECVD鍍上SiNx膜7，使得擴散硅片表面鈍化，SiNx膜的厚度是 80nm。
[0070]8.如圖8所示，在硅片表面，在正面印刷銀漿8，在背面印刷銀鋁漿或鋁漿9。
[0071]9.在900°C進行燒結(jié)，使得金屬電極燒穿氮化硅，達到良好的歐姆接觸。
[0072]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何屬于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其步驟包括對硅片進行拋光、制絨、擴散、印刷漿料、刻蝕、清洗、鍍膜、印刷電極、燒結(jié)，其特征在于，所述印刷漿料是指絲網(wǎng)印刷阻擋性油墨漿料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述阻擋性油墨漿料是 SunChemical 的 RST INK SCR CLEAR 或 PVGS 的 Resist Ink。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述拋光具體為:對硅片用KOH進行拋光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述制絨具體為:將硅片置于堿性溶液里反應(yīng)，制成倒金字塔的絨面結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述擴散具體為:使用液態(tài)POCI3磷源加熱擴散或旋涂液體磷源加熱擴散或固體擴散。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述刻蝕是指使用體積比為I?2: 4?6: 5?8的氫氟酸、硝酸、水的混合溶液對非阻擋的表面進行酸性刻蝕I?5分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述清洗具體為:使用堿性溶液清洗硅片表面殘留的油墨漿料，使用機器去除背面的擴散層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述鍍膜具體為:使用PECVD鍍上SiNx膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述印刷電極具體為:在正面印刷銀漿，在背面印刷銀鋁漿或鋁漿。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性發(fā)射極太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)具體為:在900°c進行燒結(jié)，使得金屬電極燒穿氮化硅。
【文檔編號】H01L31/18GK104269468SQ201410554156
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】陳毅湛, 金婷婷, 李遠興, 曾慶光, 范東華, 龍擁兵, 丁瑞欽, 沈輝 申請人:五邑大學