局部背場鈍化太陽能電池的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及多晶硅太陽能電池的制造技術(shù)，具體是一種局部背場鈍化太陽能電池的制造方法。其步驟依次包括制絨和拋光、背面鍍膜、正面形成PN結(jié)、背面激光開孔或者槽、后清洗、正面鍍膜、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)，制造成電池片。本發(fā)明工藝步驟簡單、制造成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好。
【專利說明】局部背場鈍化太陽能電池的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅太陽能電池的制造技術(shù)，具體是一種局部背場鈍化太陽能電池的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅原料的缺乏，加速了硅片向薄片化發(fā)展，大部分光伏企業(yè)所用的硅片的厚度已經(jīng)在180?200 μ m之間。隨著娃片厚度的減薄，和娃片質(zhì)量的提聞，尤其是目如聞效多晶硅片的大規(guī)模采用，少數(shù)載流子的擴散長度大于硅片的厚度，部分少數(shù)載流子將擴散到電池背面而產(chǎn)生復(fù)合,這將對電池效率產(chǎn)生重要損失。
[0003]而現(xiàn)階段的太陽能電池背面基本上是采用ALBSF(鋁背場)，這種BSF(背場)起到一個P+層的作用，阻止少數(shù)載流子向背表面的遷移，雖然可以減少背面的復(fù)合速度，但是背面復(fù)合速度仍然在500?5000cm/S，這樣的復(fù)合速度還不夠低。
[0004]而且由于晶體硅是間接帶隙材料，光吸收系數(shù)小，太陽電池厚度減小時，紅外光會穿過電池片達到背面，如果背表面吸收很大，那么由于透射光引起的損失隨著厚度的減小而增大。對于間接帶隙材料晶體硅來說，這種損失比直接帶隙材料的大。鋁的背表面反射率在燒結(jié)后很小，只有40%-50%，這樣背鋁產(chǎn)生的吸收將會損失掉一大部分能量。
[0005]研究表明采用Si02或者采用原子層沉積法(ALD)制備的A1203等介質(zhì)膜對p型硅襯底的鈍化都可以達到lOOcm/s以下。在這些介質(zhì)之外，再絲網(wǎng)印刷Al還可以將光學(xué)反射率提高到90%以上。這樣對于背表面大部分面積采用介質(zhì)層進行鈍化，并增加反射率，局部采用金屬(如絲網(wǎng)印刷鋁)作為歐姆接觸就形成了局部鈍化背場結(jié)構(gòu)。局部金屬接觸可以采用柵線狀分布，如正面電極那樣，也可以采用周期均勻分布的圓形點。
[0006]現(xiàn)有的局部背場鈍化太陽能電池的結(jié)構(gòu)是:硅片正面的發(fā)射極、SiNx減反膜，和銀柵線與常規(guī)電池結(jié)構(gòu)一致；背面首先采用介質(zhì)鈍化膜(Si02、A1203)對P形硅硅襯底進行鈍化，然后在介質(zhì)膜上開孔，再印刷鋁漿，在開孔處形成局部歐姆接觸。
[0007]上述電池結(jié)構(gòu)的制造有很多種工藝路線，但一般情況下背場鈍化工藝復(fù)雜，成本高昂只適合在試驗室內(nèi)實現(xiàn)。
[0008]有的工藝(CN201210228102.X，CN201010620660.X)雖然簡單但是卻省掉了背表面拋光，沒有拋光的表面將會比拋光的表面的少數(shù)載流子的表面復(fù)合速度大很多，甚至根本就不能得到介質(zhì)膜鈍化的低表面復(fù)合速度的好處，同時對光的內(nèi)反射作用也大大減弱。另外，這些工藝不對介質(zhì)膜進行提前開孔、清洗工藝，而采用刻蝕性的銀鋁漿一次印刷燒結(jié)形成歐姆接觸。這種能夠刻蝕介質(zhì)膜并能夠和P型硅襯底形成良好歐姆接觸的銀鋁漿目前還沒有成熟的產(chǎn)品，采用此種工藝的太陽電池將具有非常大的串聯(lián)電阻，降低了填充因子和電池效率，從而抵消了背場鈍化帶來的效率提升。
[0009]有的工藝(CN201010218147.X)采用SiNx減反膜對擴散后的發(fā)射極表面掩模進行背面的堿拋光，由于正面的SiNx減反膜致密度和厚度不夠造成堿拋光時對正面的發(fā)射極產(chǎn)生損傷，從而造成電池漏電，效率降低。[0010]有的工藝采在制備背面介質(zhì)鈍化膜的工藝中采用掩模實現(xiàn)背面介質(zhì)膜的開孔(CN201210469616.4，CN201110387789.7，CN201210533511.0,CN201210533511.0)。這種掩模實現(xiàn)起來相當困難，只適合在試驗室中進行小批量試制，不適合大批量生產(chǎn)。另外此種工藝需要加上和去除掩模的過程，這樣它的產(chǎn)能也非常小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種工藝步驟簡單、制造成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好的局部背場鈍化太陽能電池的制造方法。
[0012]本發(fā)明的局部背場鈍化太陽能電池的制造方法第一個技術(shù)方案依次包括以下步驟:
[0013]步驟一，制絨和拋光，在硅片正面形成絨面，在背面進行拋光處理；
[0014]步驟二，背面鍍膜，在硅片背面鍍Si02或者AL203層作為鈍化介質(zhì)膜；
[0015]步驟三，正面使用已知擴散方法形成PN結(jié)；
[0016]步驟四，背面激光開孔或者槽，為形成局部鋁背場接觸做準備；
[0017]步驟五，后清洗，去除正面的磷硅玻璃和激光開孔形成的氧化硅；
[0018]步驟六，正面鍍膜，使用已知PECVD鍍膜方法在硅片正面沉積SiNx膜層結(jié)構(gòu)；
[0019]步驟七，絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)，采用已知絲網(wǎng)印刷方法在正面和背面形成銀電極，背面形成鋁背場接觸，燒結(jié)后制造成電池片。
[0020]上述技術(shù)方案相比于采用刻蝕性漿料進行背面鈍化介質(zhì)膜(CN201210044607.0)的開孔工藝(絲網(wǎng)印刷刻蝕性漿料、高溫烘烤刻蝕、化學(xué)濕法去除刻蝕性漿料、烘干)，其采用激光進行開孔(激光開孔、化學(xué)清洗掉Si02)，工藝步驟更加節(jié)省，不增加任何輔助的材料，如刻蝕性漿料，所以成本更低。
[0021]本發(fā)明的局部背場鈍化太陽能電池的制造方法第二個技術(shù)方案依次包括以下步驟:
[0022]步驟一，制絨，在硅片單面或雙面形成絨面；
[0023]步驟二，使用已知的擴散方法在硅片正面形成PN結(jié)；
[0024]步驟三，去邊結(jié)和背面拋光，去除硅片邊結(jié)同時進行背面拋光；
[0025]步驟四，背面鍍膜，在硅片背面鍍Si02或者AL203層作為鈍化介質(zhì)膜；
[0026]步驟五，背面激光開孔，為形成局部鋁背場接觸做準備；
[0027]步驟六，去除正面的磷硅玻璃和激光開孔后的氧化硅；
[0028]步驟五，正面鍍膜，使用已知PECVD鍍膜方法在硅片正面沉積SiNx膜層結(jié)構(gòu)；
[0029]步驟八，絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)，采用已知絲網(wǎng)印刷方法在正面和背面形成銀電極，背面形成鋁背場接觸，燒結(jié)后制造成電池片。
[0030]相比于前述第一個技術(shù)方案，上述第二個技術(shù)方案的優(yōu)點是在所有高溫工藝之前:擴散、正面鍍膜、背面鍍膜前面都可包含濕法化學(xué)清洗，減少了其它工藝對電池本體的污染幾率。
[0031 ] 本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在:
[0032]1、濕法背面拋光工藝和正面織絨工藝整合在同一個工藝步驟、同一臺設(shè)備上，減少了制造成本和工藝時間。[0033]2、背面鍍鈍化介質(zhì)膜的同時還對電池邊緣，背面進行鍍膜掩模，在下一步的擴散工藝中將不會對電池邊沿，背面進行擴散，相比于常規(guī)工藝這將不再需要后續(xù)的對電池的背面和邊沿進行濕法刻蝕。
[0034]3、米用成熟的激光開孔工藝和成熟的去磷娃玻璃工藝可以用目前市場上成熟的鋁漿產(chǎn)品就可以形成背場的良好的歐姆接觸。
[0035]4、后清洗工藝不僅去除了正面因為擴散帶來的磷硅玻璃，而且還去除了在激光開孔的過程中產(chǎn)生的Si02。一個步驟解決了兩個問題，降低了工藝成本。
【具體實施方式】
[0036]實施例一:
[0037]步驟一,制絨和拋光,在156mm*156mm娃片正面形成絨面,在背面進行拋光；
[0038]對于多晶硅片首先采用常規(guī)酸制絨(HF酸+HN03酸)方法對硅片雙面或者單面進行制絨；然后單面拋光，工藝方案為:硅片上面用水膜保護，下面用強酸(HF:HN03:冰醋酸=3:5:3體積比)進行拋光。
[0039]步驟二，背面鍍膜，使用Si02或AL203方法進行背面鍍膜；
[0040]S卩，使用PECVD設(shè)備對硅片背面沉積Si02和SiNx疊層膜，總厚度在80_150nm之間；或者使用原子層沉積設(shè)備或者PECVD設(shè)備在硅片背面沉積AL203和SiNx疊層膜，總厚度在80-150nm之間。
[0041]步驟三，正面擴散，使用擴散工藝形成PN結(jié)；
[0042]在高溫擴散爐中(760°C到850°C之間)通入P0C13、02、N2氣體進行高溫擴散，形
成PN結(jié)。
[0043]步驟四，背面激光開孔或者開槽，為形成局部鋁背場接觸做準備；
[0044]采用532nm的準直的平行激光對背面進行燒蝕開孔或者開槽；光斑為圓形或者矩形；尺寸在IOnm到50nm之間；激光頻率為200kHz。
[0045]步驟五，后清洗，去除磷硅玻璃和激光開孔后的氧化硅；
[0046]利用5%的HF水溶液去除正面的磷硅玻璃和背面由于激光燒蝕產(chǎn)生的Si02，并烘干。
[0047]步驟六，正面鍍膜，使用SiNx鍍膜結(jié)構(gòu)進行等離子體鍍膜工藝；
[0048]正面采用PECVD設(shè)備沉積SiNx鍍膜，厚度在75nm到85nm ;折射率在2.01到2.16之間。
[0049]步驟七，絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)，采用絲網(wǎng)印刷方法在正面和背面形成銀電極，背面形成招背場接觸，燒結(jié)后制造成電池片；
[0050]在背面先印刷質(zhì)量含量60 — 65%的銀衆(zhòng)，烘干；再印刷質(zhì)量含量80 — 85%的招漿，烘干(鋁漿濕重為1.3g-l.5g);在正面印刷質(zhì)量含量80 - 85%的銀漿，烘干；最后通過燒結(jié)爐形成正面銀電極、背面銀電極和鋁背場。燒結(jié)區(qū)域最高溫溫區(qū)為760°C到860°C，持續(xù)時間為4到8秒鐘。在此燒結(jié)過程中正面銀漿會燒穿正面SiNx層與發(fā)射極形成良好的歐姆接觸；背面鋁漿將透過前面激光燒蝕的孔洞與硅片形成硅鋁合金形成鋁背場和歐姆接觸。而在介質(zhì)膜上面的鋁漿將不能燒穿介質(zhì)鈍化膜，從而增強對透射過介質(zhì)膜的光的反射。
[0051]實施例二:[0052]步驟一,制絨,在156mm*156mm娃片單面或雙面形成絨面；
[0053]對于多晶硅片首先采用常規(guī)酸制絨(HF酸+HN03酸)工藝對硅片雙面或者單面進行制絨。
[0054]步驟二，正面擴散，使用擴散方法形成PN結(jié)；
[0055]在高溫擴散爐中(760°C到850°C之間)通入P0C13、02、N2氣體進行高溫擴散，形
成PN結(jié)。
[0056]步驟三，去邊結(jié)和背面拋光，去除邊結(jié)同時進行背面拋光；
[0057]單面拋光工藝方案為:硅片上面用水膜保護，下面用強酸(HF:HN03:冰醋酸=3:5:3體積比)進行拋光并去除邊結(jié)。
[0058]步驟四，背面鍍膜，使用Si02或AL203方法進行背面鍍膜；
[0059]使用PECVD設(shè)備對硅片背面沉積Si02和SiNx疊層膜，總厚度在80_150nm之間；或者使用原子層沉積設(shè)備或者PECVD設(shè)備在硅片背面沉積AL203和SiNx疊層膜，總厚度在80-150nm 之間。
[0060]步驟五，背面激光開孔或者開槽，為形成局部鋁背場接觸做準備；
[0061]采用532nm的準直的平行激光對背面進行燒蝕開孔或者開槽；光斑為圓形或者矩形；尺寸在IOnm到50nm之間；激光頻率為200kHz。
[0062]步驟六，去除磷硅玻璃和激光開孔后的氧化硅；
[0063]利用5%的HF水溶液去除正面的磷硅玻璃和背面由于激光燒蝕產(chǎn)生的Si02，并烘干。
[0064]步驟七，正面鍍膜，使用SiNx鍍膜結(jié)構(gòu)進行等離子體鍍膜工藝；
[0065]正面采用PECVD沉積SiNx鍍膜，厚度在75nm到85nm ;折射率在2.01到2.16之間。
[0066]步驟八，絲網(wǎng)印刷/燒結(jié)，采用絲網(wǎng)印刷工藝在正面和背面形成銀電極，背面形成招背場接觸，燒結(jié)后制造成電池片；
[0067]在背面先印刷質(zhì)量含量60 — 65%的銀衆(zhòng)，烘干；再印刷質(zhì)量含量80 — 85%的招漿，烘干(鋁漿濕重為1.3g-l.5g);在正面印刷質(zhì)量含量80 - 85%的銀漿，烘干；最后通過燒結(jié)爐形成正面銀電極、背面銀電極和鋁背場。燒結(jié)區(qū)域最高溫溫區(qū)為760°C到860°C，持續(xù)時間為4到8秒鐘。在此燒結(jié)過程中正面銀漿會燒穿正面SiNx層與發(fā)射極形成良好的歐姆接觸；背面鋁漿將透過前面激光燒蝕的孔洞與硅片形成硅鋁合金形成鋁背場和歐姆接觸。而在介質(zhì)膜上面的鋁漿將不能燒穿介質(zhì)鈍化膜，從而增強對透射過介質(zhì)膜的光的反射。
【權(quán)利要求】
1.一種局部背場鈍化太陽能電池的制造方法，其特征是:依次包括以下步驟， 步驟一，制絨和拋光，在硅片正面形成絨面，在背面進行拋光處理； 步驟二，背面鍍膜，在硅片背面鍍鈍化介質(zhì)膜； 步驟三，正面使用已知擴散方法形成PN結(jié)； 步驟四，背面激光開孔或者槽，為形成局部鋁背場接觸做準備； 步驟五，后清洗，去除正面的磷硅玻璃和激光開孔形成的氧化硅； 步驟六，正面鍍膜，使用已知PECVD鍍膜方法在硅片正面沉積SiNx膜層結(jié)構(gòu)； 步驟七，絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)，采用已知絲網(wǎng)印刷方法在正面和背面形成銀電極，背面形成鋁背場接觸，燒結(jié)后制造成電池片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部背場鈍化太陽能電池的制造方法，其特征是:步驟二中，使用PECVD設(shè)備對硅片背面沉積Si02和SiNx疊層膜，總厚度在80_150nm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部背場鈍化太陽能電池的制造方法，其特征是:步驟二中，使用原子層沉積設(shè)備或者PECVD設(shè)備在硅片背面沉積AL203和SiNx疊層膜，總厚度在80-150nm 之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部背場鈍化太陽能電池的制造方法，其特征是:步驟七中，在背面先印刷質(zhì)量含量60 — 65%的銀衆(zhòng),烘干；再印刷質(zhì)量含量80 — 85%的招衆(zhòng),烘干；在正面印刷質(zhì)量含量80 — 85%的銀漿，烘干；最后通過燒結(jié)爐形成正面銀電極、背面銀電極和鋁背場；燒結(jié)區(qū)域最高溫溫區(qū)為760°C到860°C，持續(xù)時間為4到8秒鐘。
5.一種局部背場鈍化太陽能電池的制造方法，其特征是:依次包括以下步驟， 步驟一，制絨，在硅片單面或雙面形成絨面； 步驟二，使用已知的擴散方法在硅片正面形成PN結(jié)； 步驟三，去邊結(jié)和背面拋光，去除硅片邊結(jié)同時進行背面拋光； 步驟四，背面鍍膜，在硅片背面鍍鈍化介質(zhì)膜； 步驟五，背面激光開孔，為形成局部鋁背場接觸做準備； 步驟六，去除正面的磷硅玻璃和激光開孔后的氧化硅； 步驟五，正面鍍膜，使用已知PECVD鍍膜方法在硅片正面沉積SiNx膜層結(jié)構(gòu)； 步驟八，絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)，采用已知絲網(wǎng)印刷方法在正面形成銀電極，背面形成鋁背場接觸，燒結(jié)后制造成電池片。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的局部背場鈍化太陽能電池的制造方法，其特征是:步驟二中，使用PECVD設(shè)備對硅片背面沉積Si02和SiNx疊層膜，總厚度在80_150nm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的局部背場鈍化太陽能電池的制造方法，其特征是:步驟四中，使用原子層沉積設(shè)備或者PECVD設(shè)備在硅片背面沉積AL203和SiNx疊層膜，總厚度在80-150nm 之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的局部背場鈍化太陽能電池的制造方法，其特征是:步驟八中，在背面先印刷質(zhì)量含量60 — 65%的銀衆(zhòng),烘干；再印刷質(zhì)量含量80 — 85%的招衆(zhòng),烘干；在正面印刷質(zhì)量含量80 — 85%的銀漿，烘干；最后通過燒結(jié)爐形成正面銀電極、背面銀電極和鋁背場；燒結(jié)區(qū)域最高溫溫區(qū)為760°C到860°C，持續(xù)時間為4到8秒鐘。
【文檔編號】H01L31/18GK103456837SQ201310374746
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】聞?wù)鹄? 張良, 李良, 王霞 申請人:鎮(zhèn)江大全太陽能有限公司