一種利用印刷技術(shù)制備n型硅ibc太陽電池的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，包括以下步驟：硅片雙面制絨；硅片單面磷擴散；采用濕法刻蝕去除前表面PSG并且拋光背面；硅片前表面沉積氮化硅膜；硅片p+定義區(qū)域印刷鋁漿并且烘干燒結(jié)；去除背面的鋁漿，并且減薄Si?Al合金層；去除硅正面的氮化硅膜，硅片背面n+摻雜區(qū)域制備；雙面熱氧化；硅片正面沉積氮化硅膜，背面印刷互相交錯的銀漿、鋁漿并且一次燒結(jié)。本發(fā)明利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法步驟簡單、科學(xué)，生產(chǎn)成本低廉，工藝可靠性強，能夠利用傳統(tǒng)的太陽電池生產(chǎn)線簡單升級來完成電池制備，能實現(xiàn)N型硅IBC太陽電池的批量化生產(chǎn)。
【專利說明】
一種利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及太陽電池技術(shù)，尤其涉及一種利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能資源是地球上最基礎(chǔ)、分布最普遍的資源，太陽電池可以把太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，并且在使用中不會產(chǎn)生污染，因此太陽電池技術(shù)能夠在不遠(yuǎn)的將來為我們?nèi)祟愄峁┐罅康沫h(huán)境友好的能源。
[0003]盡管越來越多種類的太陽電池橫空出世，但是在未來的很長一段時間內(nèi)，晶體硅太陽電池的主導(dǎo)地位很難被替代。而晶體硅則分為兩種硅材料，分別是P型硅材料以及N型硅材料。相比與P型硅材料，N型硅襯底由于對于金屬離子不敏感，體內(nèi)更少的硼-氧鍵對讓N型材料有著更好的光致衰減性能，這些影響使得N型硅襯底相比P型有著更好的壽命，這使得N娃片更適合于制備背面接觸電池。
[0004]IBC電池(Interdigitated back contact solar cells，叉指型背接觸太陽電池)相比較普通電池有著正面無遮光面積的優(yōu)點，從而能有效的提高電池的短路電流，在近年得到了國內(nèi)外很多大公司的青睞，目前SunPower公司以及澳大利亞國立大學(xué)已經(jīng)研發(fā)出超過24%效率的IBC電池，但是這些IBC電池的結(jié)構(gòu)通常很復(fù)雜，在電池制備中用到了大量的掩膜光刻工藝，導(dǎo)致了這些電池通常有著很高的成本，不適用于大批量的生產(chǎn)。
[0005]因此，發(fā)明一種適用于現(xiàn)有生產(chǎn)線改造的高效率、低成本的IBC電池制備方法具有很大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有N型硅IBC太陽電池的生產(chǎn)成本高，不適用于大批量的生產(chǎn)問題，提出一種利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，該方法步驟簡單、科學(xué)，生產(chǎn)成本低廉，工藝可靠性強，能夠利用傳統(tǒng)的太陽電池生產(chǎn)線簡單升級來完成電池制備，能實現(xiàn)N型硅IBC太陽電池的批量化生產(chǎn)。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一，用堿溶液對硅片進行雙面制絨，在硅片表面形成絨面陷光結(jié)構(gòu)；
[0009]步驟二，兩塊硅片背靠背的兩面為背表面，另外兩面為前表面，以三氯氧磷為擴散源在830-85(TC對兩個前表面進行單面磷擴散形成前表面η+摻雜區(qū)；
[0010]步驟三，用HN03/HF的混合溶液對硅片進行拋光，以去除硅片背表面的η+擴散薄層，再用HF酸溶液去除硅片前表面的磷硅玻璃PSG，以免發(fā)生漏電；
[0011 ]步驟四，在硅片前表面沉積SiNx保護層;在硅片背表面定義ρ+區(qū)，在ρ+區(qū)印刷Al漿，燒結(jié)后形成P+發(fā)射極區(qū)；
[0012]步驟五，用沸騰的鹽酸溶液去除硅片背表面的鋁和S1-Al合金層，在60-80°C下用堿溶液處理硅片背表面，P+發(fā)射極區(qū)去除1-3μπι層厚，使P+發(fā)射極區(qū)剩余厚度為0.5-10μπι，優(yōu)選為1-5μηι;
[0013]步驟六，在硅片背表面定義η+區(qū)，所述定義是指按照設(shè)計圖紙選取相應(yīng)區(qū)域，在該區(qū)域印刷磷墨，惰性氣體保護下，烘干、880-900 °C下高溫處理20-30min，硅片背表面形成η+區(qū)；
[0014]步驟七，清洗硅片去除前表面SiNx保護層，在氧化爐中，850-900°C下對硅片進行雙面高溫氧化處理600-1800s，生成5-15nm的背表面鈍化層；
[0015]步驟八，在娃片前表面二次沉積60-80nm的SiNx薄膜，形成Si02/SiNx減反層;所述Si02/SiNx減反層的折射率為1.9-2.2;
[0016]步驟九，在ρ+發(fā)射極區(qū)背離硅片背表面的一側(cè)印刷鋁漿層，所述鋁漿層寬度比ρ+發(fā)射極區(qū)窄50-200μπι，烘干；
[0017]步驟十，在硅片背表面η+區(qū)印刷銀漿料烘干后燒結(jié)，印刷銀漿料的η+區(qū)燒結(jié)后形成η+區(qū)金屬接觸，印刷鋁漿料的P+發(fā)射極區(qū)燒結(jié)后形成P+區(qū)金屬接觸，得到N型硅IBC太陽電池。
[0018]進一步地，所述步驟一的硅片為1-20 Ω.cm的N型硅襯底。當(dāng)N型硅襯底存在損傷層時，應(yīng)首先去除N型硅襯底的損傷層。
[0019]進一步地，步驟一和步驟五中所述堿溶液為氫氧化鉀Κ0Η、氫氧化鈉NaOH和四甲基氫氧化銨TMAH溶液中的一種或多種。所述堿溶液摩爾濃度不超過8%。
[0020]進一步地，所述步驟二將兩張硅片背靠背插入擴散石英舟，硅片背靠背的兩面為硅片背表面，另外兩面為硅片前表面；以三氯氧磷為擴散源對硅片的兩個前表面分別進行單面磷擴散形成具有η+擴散薄層的η+摻雜區(qū)，從而在硅片前表面形成η+η高低結(jié);前表面η+摻雜區(qū)的方阻為100 Ω / 口-150 Ω / □，擴散深度為0.8μηι-1.2μηι。
[0021 ] 進一步地，所述步驟三采用鏈?zhǔn)綕穹涛g法，用HN03/HF的混合溶液對硅片進行拋光，HN03/HF的混合溶液中HF/HN03的質(zhì)量比為= 2-6/1，優(yōu)選為4.5/1，HF/HN03不同的配比，有不同的反應(yīng)速度，比如HF/HN03 = 4.5/1 (重量比)時反應(yīng)最快。
[0022]進一步地，所述步驟四中每平方厘米ρ+區(qū)印刷5_15g Al漿，所述印刷為絲網(wǎng)印刷或電鍍法。
[0023]進一步地，所述步驟四中燒結(jié)溫度為600-1000 °C，時間為l_20s，優(yōu)選為800-900°C，時間為5-1 Os。
[0024]進一步地，所述步驟五中處理后硅片背表面ρ+發(fā)射極區(qū)的方阻為50-80 Ω/口。
[0025]進一步地，所述步驟五中鹽酸溶液濃度為37% Wt，飽和鹽酸。ρ+發(fā)射極區(qū)去除后的層厚為1-5μηι。
[0026]進一步地，所述步驟六中采用絲網(wǎng)印刷設(shè)備在該區(qū)域印刷磷墨，所述η+區(qū)的區(qū)域方阻為45±5 Ω/□。所述高溫處理高溫氧化爐或RTP快速燒結(jié)爐中完成。
[0027]進一步地，所述步驟六烘干溫度為200-400°C，烘干時間為2_3min。
[0028]進一步地，所述步驟七采用氫氟酸清洗硅片去除前表面SiNx保護層。
[0029]進一步地，所述步驟九中烘干溫度為200-400，時間為ls_2min。
[0030]進一步地，所述步驟十中燒結(jié)溫度為600-1000 0C，時間為l-20s，優(yōu)選為800-900°C，時間為5-1 Os。
[0031]本發(fā)明利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法包括:I)硅片雙面制絨；2)硅片單面磷擴散;3)用濕法刻蝕的方法去除前表面PSG并且拋光背面;4)硅片前表面沉積氮化硅膜;5)硅片ρ+定義區(qū)域印刷鋁漿并且烘干燒結(jié);6)去除背面的鋁漿，并且減薄S1-Al合金層;7)去除硅正面的氮化硅膜，硅片背面η+摻雜區(qū)域制備;8)雙面熱氧化;9)硅片正面沉積氮化硅膜，背面印刷互相交錯的銀漿、鋁漿并且一次燒結(jié)。該方法步驟科學(xué)、合理，與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點:
[0032]I)本發(fā)明在N型基底上制備電池，具有少子壽命高、光致衰減小燈優(yōu)點、同時制備的IBC結(jié)構(gòu)電池正面無遮擋，能夠有效的增加表面的吸收率從而提高電池效率。此外、本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)都在電池的背面、這樣我們能夠通過增加電極的寬度提高電池的接觸性能而不影響光子吸收，增加電池的收集效率；
[0033]2)本發(fā)明設(shè)計了一種制備N型IBC電池的方法，采用絲網(wǎng)印刷鋁漿工藝形成電池背面的P型發(fā)射極區(qū)，無需在發(fā)射極形成過程中采用掩模光刻等工藝；而且，我們采用絲網(wǎng)印刷磷墨的工藝來形成η+區(qū)，工藝步驟簡單，能形成良好的接觸，同樣避免了傳統(tǒng)IBC電池制備過程中的激光開孔、掩模、光刻以及磷擴散等步驟，從而有效的降低電池制備的成本;此夕卜，我們的IBC電池的電極形成也完全采用絲網(wǎng)印刷來實現(xiàn)，一次印刷就能形成交叉式的電極；
[0034]3)本發(fā)明通過兩次印刷鋁漿分別形成ρ+發(fā)射極區(qū)以及ρ+金屬接觸區(qū)，通過兩個區(qū)域的寬度差別，有效隔離開η區(qū)以及高濃度的ρ+金屬接觸區(qū)，從而能夠有效避免電池隧道結(jié)漏電。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明制備的N型硅IBC太陽電池。
【具體實施方式】
[0036]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明:
[0037]實施例1
[0038]本實施例公開了一種利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，該方法是將電池制備在η型基底上，在硅片前表面制絨，背表面拋光，前表面為輕摻雜的η+區(qū)形成高低結(jié)，并且在上面沉積鈍化減反膜；電池的背表面為交錯的η+區(qū)、ρ+區(qū)以及他們的金屬接觸，金屬接觸的寬度要稍稍小于η+區(qū)以及ρ+區(qū)，而在金屬接觸之外的背表面其他區(qū)域都沉積有鈍化膜。
[0039]具體地，利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法包括以下步驟:
[°04°] 步驟一、選取1-6Ω.cm的N型娃襯底(娃片)，去除娃片3表面損傷層，并用2%wt的KOH溶液對硅片3進行30min的雙面制絨形成絨面陷光結(jié)構(gòu)；
[0041]步驟二、兩塊硅片背靠背的兩面為背表面，另外兩面為前表面，在830°C下，利用三氯氧磷對硅片進行單面磷擴散形成前表面n+摻雜區(qū)2，擴散方式為背靠背擴散，擴后方阻為110± 10 Ω /□；
[0042]步驟三、利用鏈?zhǔn)綕穹涛g方法對硅片進行背表面拋光以及PSG去除，從而將磷擴散中背表面輕微的η+擴散層去除干凈，以免發(fā)生漏電；具體地用HN03/HF的混合溶液對硅片進行輕度拋光，去除硅片背表面的η+擴散薄層，再用HF酸溶液去除硅片前表面的磷硅玻璃PSG ；
[0043]步驟四、清洗并且在硅片前表面沉積SiNx保護層，在背表面ρ+區(qū)印刷5g/cm2的Al漿，烘干燒結(jié)后形成P+發(fā)射極區(qū)4;
[0044]步驟五、利用沸騰的濃鹽酸溶液除去硅片背表面的鋁金屬和S1-Al合金層，并且利用70°C的KOH溶液去除卜3μπι的ρ+層，腐蝕后的硅片ρ+區(qū)域的方阻升高到60±5Ω/口；
[0045]步驟六、利用絲網(wǎng)印刷設(shè)備在硅片背表面η+區(qū)8印刷磷墨，利用犯氣氛下的烘干爐對硅片進行烘干，之后利用RTP快速燒結(jié)設(shè)備在％氣氛下對硅片進行880 V高溫處理，處理時間為30min，處理后磷墨印刷區(qū)域的方阻為45±5Ω/□，印刷過程中磷墨的寬度為200um左右；
[0046]步驟七、利用HF對硅片高溫處理后的硅片進行處理，并用水漂凈，利用高溫?zé)嵫趸癄t對硅片進行雙面熱氧化，氧化溫度為850°C，氧化時間為1800S，在背表面形成背表面鈍化層6，高溫氧化生成的背表面鈍化層厚度為6-10nm;
[0047]步驟八、采用PECVD的方法在硅片的前表面沉積SiNx薄膜，厚度為60_80nm，折射率為2.0-2.2，在前表面形成Si02/SiNx減反層I;
[0048]步驟九、利用絲網(wǎng)印刷在硅片背表面的ρ+發(fā)射極區(qū)4內(nèi)印刷寬度小于ρ+區(qū)200μπι的Al漿料并且烘干；
[0049]步驟十、利用絲網(wǎng)印刷在硅片背表面的η+區(qū)8印刷120μπι寬的Ag漿料并且烘干后燒結(jié)形成電池；印刷銀漿料的η+區(qū)燒結(jié)后形成η+區(qū)金屬接觸7，印刷鋁漿料的ρ+發(fā)射極區(qū)燒結(jié)后形成P+區(qū)金屬接觸5。
[0050]制備得到的N型硅IBC太陽電池如圖1所示。該方法利用簡單的設(shè)備工藝就能實現(xiàn)IBC電池結(jié)構(gòu)的制備，避免傳統(tǒng)IBC電池制備中所采用的掩模、光刻以及激光燈工藝，完全利用絲網(wǎng)印刷制備IBC電池的主要結(jié)構(gòu)，工藝步驟簡單，成本低廉，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。[0051 ] 實施例2
[0052]本實施例公開了一種利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，包括以下步驟:
[0053]步驟一、選取10-20 Ω.cm的N型硅襯底，去除硅片表面損傷層并且用TMAH溶液進行雙面制絨；
[0054]步驟二、850°C下，利用三氯氧磷對硅片進行單面磷擴散形成前表面η+摻雜區(qū)，擴散方式為背靠背擴散，擴后方阻為135 ± 10 Ω/□;
[0055]步驟三、利用鏈?zhǔn)綕穹涛g方法對硅片進行背表面拋光以及PSG去除，從而將磷擴散中背表面輕微的η型擴散層去除干凈，以免發(fā)生漏電；
[0056]步驟四、清洗并且在硅片前表面沉積SiNx保護層，在背表面ρ+發(fā)射極區(qū)域4印刷10g/cm2的Al漿并且烘干燒結(jié)；
[0057]步驟五、利用沸騰的濃鹽酸溶液除去硅片背表面的S1-Al合金層，并且利用70°C的KOH溶液去除卜3μπι的ρ+層，腐蝕后的硅片ρ+區(qū)域的方阻升高到70±5 Ω/口；
[0058]步驟六、利用絲網(wǎng)印刷設(shè)備在硅片背表面η+區(qū)8印刷磷墨，利用犯氣氛下的烘干爐對硅片進行烘干，之后利用RTP快速燒結(jié)設(shè)備在％氣氛下對硅片進行890 V高溫處理，處理時間為25min，處理后磷墨印刷區(qū)域的方阻為45±5Ω/□，印刷過程中磷墨的寬度為200um左右；
[0059]步驟七、利用HF對硅片高溫處理后的硅片進行處理，并用水漂凈，利用高溫?zé)嵫趸癄t對硅片進行背表面熱氧化，氧化溫度為890°C，氧化時間為1000S，在背表面形成背表面鈍化層6;
[0060]步驟八、采用原子層沉積的方法在硅片前表面沉積Al2O3鈍化膜，采用PECVD的方法在硅片的前表面沉積SiNx薄膜，形成Al203/SiNx鈍化減反層I;
[0061 ]步驟九、利用絲網(wǎng)印刷在娃片背表面的P+發(fā)射極區(qū)域4內(nèi)印刷寬度小于P+區(qū)10ym的Al漿料并且烘干；
[0062]步驟十、利用絲網(wǎng)印刷在硅片背表面的η+區(qū)8印刷120μπι寬的Ag漿料并且烘干后燒結(jié)形成電池；印刷銀漿料的η+區(qū)燒結(jié)后形成η+區(qū)金屬接觸7，印刷鋁漿料的ρ+發(fā)射極區(qū)燒結(jié)后形成P+區(qū)金屬接觸5。
[0063]最后應(yīng)說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，用堿溶液對硅片(3)進行雙面制絨，在硅片(3)表面形成絨面陷光結(jié)構(gòu)； 步驟二，兩塊硅片背靠背的兩面為背表面，另外兩面為前表面，以三氯氧磷為擴散源在830-85(TC對兩個前表面進行單面磷擴散形成前表面η+摻雜區(qū)(2); 步驟三，用HN03/HF混合溶液對硅片進行拋光，以去除硅片背表面的η+擴散薄層，再用HF酸溶液去除硅片前表面的磷硅玻璃PSG; 步驟四，在硅片前表面沉積SiNx保護層;在硅片背表面定義ρ+區(qū)，在ρ+區(qū)印刷Al漿，燒結(jié)后形成P+發(fā)射極區(qū)(4); 步驟五，用沸騰的鹽酸溶液去除硅片背表面的鋁和S1-Al合金層，在60-80°C下用堿溶液處理硅片背表面，P+發(fā)射極區(qū)(4)去除1-3μπι層厚，使ρ+發(fā)射極區(qū)(4)剩余厚度為0.5-10μm； 步驟六，在硅片背表面定義η+區(qū)，在該區(qū)域印刷磷墨，惰性氣體保護下，烘干、880-900°C下高溫處理20_30min，娃片背表面形成η+區(qū)(8)； 步驟七，清洗硅片去除前表面SiNx保護層，在氧化爐中，850-900°C下對硅片進行雙面高溫氧化處理600-1800s，生成5-15nm的背表面鈍化層(6); 步驟八，在娃片前表面二次沉積60-80nm的SiNx薄膜，形成Si02/SiNx減反層(I);所述Si02/SiNx減反層(I)的折射率為1.9-2.2; 步驟九，在P+發(fā)射極區(qū)(4)背離硅片背表面的一側(cè)印刷鋁漿層，所述鋁漿層寬度比ρ+發(fā)射極區(qū)(4)窄50-200μπι，烘干； 步驟十，在硅片背表面η+區(qū)(8)印刷銀漿料烘干后燒結(jié)，印刷銀漿料的η+區(qū)(8)燒結(jié)后形成η+區(qū)金屬接觸(7)，印刷鋁漿料的ρ+發(fā)射極區(qū)(4)燒結(jié)后形成ρ+區(qū)金屬接觸(5)，得到N型硅IBC太陽電池。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，其特征在于，所述步驟一的硅片為1-20 Ω.cm的N型硅襯底。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，其特征在于，當(dāng)N型硅襯底存在損傷層時，應(yīng)去除N型硅襯底的損傷層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，其特征在于，步驟一和步驟五中所述的堿溶液為氫氧化鉀ΚΟΗ、氫氧化鈉NaOH和四甲基氫氧化錢TMAH溶液中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，其特征在于，所述步驟二中前表面η+摻雜區(qū)(2)的方阻為100Ω /Ο-ΙδΟΩ /□，擴散深度為0.8μηι-1.2μηι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，其特征在于，所述HN03/HF的混合溶液中HF/HN03的質(zhì)量比為=2-6/1。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，其特征在于，所述步驟四中每平方厘米P+區(qū)印刷5-15g Al漿，所述印刷為絲網(wǎng)印刷或電鍍法。8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，其特征在于，所述步驟四中燒結(jié)溫度為600-1000°C，時間為l-20s。9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，其特征在于，所述步驟五中處理后硅片背表面P+發(fā)射極區(qū)(4)的方阻為50-80 Ω/口。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用印刷技術(shù)制備N型硅IBC太陽電池的方法，其特征在于，所述的步驟六中采用絲網(wǎng)印刷設(shè)備在該區(qū)域印刷磷墨，所述η+區(qū)的區(qū)域方阻為45±5Ω/口。
【文檔編號】H01L31/0224GK105957921SQ201610458282
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】魏, 魏一, 劉愛民, 李平
【申請人】大連理工大學(xué)