技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，特別涉及一種P型單晶太陽電池的制備方法。

背景技術(shù)：

太陽能光伏作為潔凈能源的一種，是未來能源解決方案的候選之一。特別是經(jīng)過近年來的發(fā)展，其應(yīng)用日漸廣泛，工藝日趨成熟。光伏技術(shù)清潔，方便的特點(diǎn)也深入人心。但是，轉(zhuǎn)換效率不高導(dǎo)致其發(fā)電成本居高不下，限制了光伏發(fā)電的更大規(guī)模普及。目前光伏市場(chǎng)的主要產(chǎn)品是晶硅電池，包括單晶硅和多晶硅電池。

P型單晶硅電池是目前單晶市場(chǎng)的主流，制作工藝簡(jiǎn)單，成本比N型單晶低。具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。P型單晶硅電池具有以下兩種制備方法：

擴(kuò)散制結(jié)：常規(guī)P型電池的擴(kuò)散制作PN結(jié)，制結(jié)過程是在P型基體材料上生成導(dǎo)電類型不同的擴(kuò)散層。擴(kuò)散是物質(zhì)分子或原子運(yùn)動(dòng)的一種現(xiàn)象。熱擴(kuò)散制P-N結(jié)的方法是通過高溫使V族雜質(zhì)滲入P型硅。最常用的V族雜質(zhì)為磷。對(duì)擴(kuò)散的要求是獲得適合于太陽能電池P-N結(jié)需要的結(jié)深和擴(kuò)散層方塊電阻。淺結(jié)死層小，電池短波效應(yīng)好，而淺結(jié)引起串聯(lián)電阻增加，只有提高細(xì)柵電極的密度，才能有效提高電池的填充因子，這樣就增加了工藝難度；結(jié)深太深，死層比較明顯。如果擴(kuò)散濃度太大，則引起重?fù)诫s效應(yīng)，使電池的開路電壓和短路電流下降。在實(shí)際的電池制作中，考慮多方面的因素，太陽能電池的結(jié)深一般控制在0.1～1um，方塊電阻平均為55～120Ω。目前，P型晶硅太陽能電池所用的熱擴(kuò)散方法主要是液態(tài)磷源擴(kuò)散，這種工藝是通過氣體攜帶的方法將雜質(zhì)磷源帶入擴(kuò)散爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。

離子注入制結(jié)：離子注入制結(jié)與擴(kuò)散原理不同，它利用電磁場(chǎng)對(duì)帶點(diǎn)的目標(biāo)離子進(jìn)行加速分選。目標(biāo)離子高速撞擊進(jìn)入硅片內(nèi)部，通過調(diào)節(jié)加速電場(chǎng)的能量控制離子進(jìn)入硅片的深度。通過束流和目標(biāo)硅片的相對(duì)運(yùn)動(dòng)控制摻雜的濃度（劑量）。離子注入技術(shù)的突出特點(diǎn)是制作的PN結(jié)深度和摻雜濃度可準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，大面積PN結(jié)均勻一致。由于離子停留在硅片的位置受阻止機(jī)制的制約，摻雜離子的最概然分布在距表面一定深度的某位置，離子注入硅片的表面摻雜濃度比較低，這樣一來就顯著的避免了死層的出現(xiàn)，可以顯著提升電池片的短波響應(yīng)。借助之后的退火工藝，可以電激活的同時(shí)在硅片的表面形成一層氧化硅薄膜，這種熱生長(zhǎng)的氧化層是非常優(yōu)異的表面鈍化材料之一。

傳統(tǒng)的液態(tài)磷擴(kuò)散制結(jié)，使得P型單晶硅電池正表面摻雜濃度比較高，作為比較好的復(fù)合中心存在，限制了電池效率的進(jìn)一步提升。離子注入技術(shù)代替液態(tài)磷擴(kuò)散，可以顯著降低電池的表面摻雜濃度，避免了死層出現(xiàn)，借助熱退火工藝，在電池片表面形成具有良好鈍化效果的氧化硅。但是熱氧化對(duì)電池片的表面潔凈度要求較高。

關(guān)于單晶制絨，業(yè)內(nèi)目前大多采用槽式的解決方案，工藝細(xì)節(jié)大同小異，最終的烘干必不可少。烘干時(shí)溫度常常高達(dá)70~100℃，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7~10分鐘。在這種濕熱的環(huán)境中，烘干氣流潔凈度亦不十分理想，最終會(huì)形成一種比較差的原生氧化硅層（<2nm）。制絨后的電池片在烘干時(shí)表面形成一種比較差的氧化硅和表面玷污，將這種電池片用于離子注入，熱氧化退火形成的氧化硅的質(zhì)量就不能達(dá)到理想的效果，電池的前表面復(fù)合未能降低到理想的水平，嚴(yán)重限制了離子注入工藝的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和問題，提出了一種P型單晶太陽電池的制備方法，該方法通過制絨后硅片的再清洗結(jié)合磷離子注入技術(shù)，顯著提高電池的開路電壓和短路電流，從而提升電池的轉(zhuǎn)化效率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種P型單晶太陽電池的制備方法，依次包括：

S1、對(duì)硅片進(jìn)行制絨；

S2、對(duì)制絨后的硅片進(jìn)行堿液和酸液的漂洗，然后通過風(fēng)刀吹干；

S3、對(duì)硅片正面進(jìn)行磷離子注入；

S4、對(duì)硅片進(jìn)行退火；

S5、在硅片正面制作減反射氮化硅膜；

S6、在硅片的正面和背面印刷柵線電極，并燒結(jié)。

優(yōu)選地，步驟S2中，對(duì)硅片依次進(jìn)行堿液漂洗、去離子水漂洗、酸液漂洗、去離子水漂洗。

更優(yōu)選地，

步驟S2中，堿液為質(zhì)量濃度為3~10%的KOH溶液，

和/或，

步驟S2中，酸液為質(zhì)量濃度為5~15%的HF溶液或NH₄F溶液。

優(yōu)選地，步驟S2中，所述堿液和酸液采用輥輪帶液的方式對(duì)硅片進(jìn)行清洗，并通過調(diào)節(jié)輥輪的轉(zhuǎn)速和藥液循環(huán)流量調(diào)節(jié)清洗速度。

優(yōu)選地，步驟S1中，對(duì)硅片進(jìn)行堿制絨以在硅片表面形成金字塔絨面結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，步驟S3中，步驟S3中，注入劑量為1~8e¹⁵cm^-2,加速電場(chǎng)能量為5-15KeV，注入結(jié)深為0.3-0.8um。

優(yōu)選地，步驟S4中，退火溫度為750~950℃，退火時(shí)間為5~25min。

優(yōu)選地，步驟S4中，在退火時(shí)，向封閉的退火爐管中通入氮?dú)夂脱鯕?，退火后的正面發(fā)射極方阻在65~90Ω之間。

優(yōu)選地，步驟S5中，通過PECVD在硅片正面制作減反射氮化硅膜，所述減反射氮化硅膜的厚度為75~90nm，折射率為2.02~2.10。

優(yōu)選地，步驟S6中，進(jìn)行硅片正背面銀柵線電極和背面鋁背場(chǎng)的印刷和燒結(jié)。

本發(fā)明采用以上方案，相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的P型單晶太陽電池的制備方法通過堿、酸漂洗，保證了離子注入時(shí)硅片表面十分理想的清潔度，結(jié)合離子注入技術(shù)，使得P型電池片表面摻雜濃度比較低，幾乎無死層的特點(diǎn)，顯著提升電池片的效率。該方法重復(fù)性好，性能穩(wěn)定，適合工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的一種P型單晶太陽電池的制備方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解。

參照附圖1所示，本發(fā)明的一種P型單晶太陽電池的制備方法，依次包括如下步驟：

S1、對(duì)P型單晶硅片進(jìn)行堿制絨，在硅片表面形成具有陷光作用的金字塔絨面結(jié)構(gòu)。這種絨面的結(jié)構(gòu)的表面反射率只有9~10%，可以起到較好的陷光作用，提高了電池片對(duì)光的吸收。

S2、隨后對(duì)制絨后的硅片進(jìn)行堿液和酸液的漂洗，堿液和酸液采用輥輪帶液的方法對(duì)硅片進(jìn)行清洗，可通過調(diào)節(jié)輥輪速度和藥液循環(huán)流量調(diào)節(jié)清洗速度而達(dá)到最優(yōu)的效果。具體的工藝為質(zhì)量濃度為3~10%的KOH稀溶液漂洗，去離子水漂洗，質(zhì)量濃度為5~15%的HF漂洗，去離子水漂洗，最后風(fēng)刀快速吹掃。酸清洗溶液不限于HF溶液，還可以是同樣有弱酸性的NH₄F等溶液。目的是為了去除制絨烘干階段形成的較差的表面氧化硅。

S3、隨后對(duì)硅片進(jìn)行正面的磷離子注入，注入劑量為1~8e¹⁵cm^-2,加速電場(chǎng)能量為5~15KeV，注入結(jié)深為0.3~0.8um。

S4、對(duì)硅片進(jìn)行退火，完成磷的電激活。退火溫度為750~950℃，退火時(shí)間為5~25min。與此同時(shí)，在高溫過程中，向封閉的退火爐管中通入適量氧氣，硅片表面可以形成致密的氧化硅層，從而達(dá)到比較理想的鈍化效果，可以顯著提升電池的開路電壓和短路電流。退火后的正面發(fā)射極方阻在65Ω-90Ω之間。

S5、在硅片正面使用PECVD制作減反射氮化硅（SiN_x）膜，與金字塔絨面一起形成很好的陷光結(jié)構(gòu)，更重要的是氮化硅可以進(jìn)一步起到表面鈍化的作用。氮化硅膜的厚度為75~90nm，折射率為2.02~2.10。

S6、進(jìn)行正背面銀柵線電極和背面鋁背場(chǎng)的印刷和燒結(jié)。

本發(fā)明使用簡(jiǎn)單的堿、酸漂洗工藝，保證了離子注入時(shí)硅片表面十分理想的清潔度。結(jié)合離子注入技術(shù)P型電池片表面摻雜濃度比較低，幾乎無死層的特點(diǎn)，顯著提高電池的開路電壓和短路電流，從而提升電池的轉(zhuǎn)化效率。該方案重復(fù)性好，性能穩(wěn)定，適合工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，是一種優(yōu)選的實(shí)施例，其目的在于熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所作的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。