CN101931030B - 纳米改性高效率低成本多晶硅太阳能电池制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米改性高效率低成本多晶硅太阳能电池制备工艺，包括选择多晶硅片、用制绒液制绒处理、扩散、电极印刷，选择多晶硅片时，选用体寿命大于等于40μs的P型多晶硅片；用制绒液制绒处理时，采用HF与HNO3的混合溶液，HF与HNO3的混合溶液中含有含氮无机盐和分散剂；在扩散后、电极印刷前还采用纳米改性工艺进行表面微区修饰清洗，即以含有有机碱和浸润剂的碱性水溶液处理扩散后的多晶硅片，以去除多晶硅片表面的微缺陷和有害杂质；电极印刷时，采用丝网印刷工艺进行背极和正极的印刷、烧结。本发明得到理想的低反射率均匀绒面，可有效提高光吸收效率。
Description
技术领域：
本发明涉及一种多晶硅太阳能电池制备工艺。
背景技术：
晶体硅太阳电池的效率主要取决于三个方面——吸光量，光电量子效率和光电子的收集效率。其中，光电量子效率是描述被太阳电池吸收的光子转换成电子的比率。提高晶体硅太阳电池的效率则必须要同时提高吸光量，光电转换效率和收集效率。绒面制备是降低光的反射率，增大吸光量的有效手段，消除PN结的复合中心能够有效提高光电量子效率，而晶体硅电池的缺陷、杂质、电阻率和PN结的特性等对光电子收集效率有重要影响。
多晶硅的特点是含有较多的晶界。晶粒间界的存在对制绒以及后道扩散，钝化和金属化都有很大的影响。如在绒面制备过程中，晶界的缺陷和杂质会加快腐蚀反应速率，因此在晶界处易出现过腐蚀，导致成品率下降及二次缺陷(孔蚀现象)。晶粒间界处磷的扩散系数远大于晶粒，由此导致在整个电池中磷浓度的分布不均，将直接影响钝化和正面金属化的欧姆接触。
1.纳米改性工艺研究
扩散是晶体硅太阳电池光电转换的核心工艺，扩散后表面的微观结构和PN结特性的好坏直接决定电池品质的优劣。硅片表面微观结构包括表层绒面起伏及表层有害杂质和各种缺陷态，这些缺陷和杂质会对扩散过程中磷的局部浓度和分布均匀性产生重要影响。因此，表面微观结构直接影响PN结的形态，从而影响电池品质和性能。
根据浓度梯度概念，从表面到硅片体内一定深度，磷的浓度是由高到低。且受到绒面状态、缺陷和杂质的影响，表面磷的浓度分布也不均匀。表面高浓度的磷特别是非活性的磷对电池的性能有很大的影响，主要表现在短波量子响应差。另一方面，较高浓度的磷能够改善金属化过程的接触电阻，使这部分的功率损失降低，填充因子提高。因此，表面磷浓度处在一个矛盾状态中。实验研究表明，在不改变方块电阻的情况下，表层局部区域磷的浓度越高以及形成复合中心的有害杂质越多，则表面复合越严重，短路电流和开路电压损失越大，光电转换效率越低。因此，对表面的修饰处理已经成为多晶硅太阳能电池迈向高效率的发展趋势之一。
2.添加剂绒面制备优化工艺研究
多晶硅的绒面一般呈椭圆形或长条形坑状。浅而阔的绒面坑对光线的反射率较高，不利于光吸收。因此理想的低反射率(R％)多晶硅绒面腐蚀坑应具有一定深度且狭长，尺寸均匀。
多晶硅的绒面制备通常使用氢氟酸、硝酸和水(HF/HNO3/H2O)体系。主要的腐蚀反应如下：
Si+4HNO3＝SiO2+4NO2+2H2O (1)
SiO2+6HF＝H2SiF6+2H2O (2)
氧化反应速度较慢，HF酸腐蚀反应速率很快，不易控制。只有通过调控HF酸和硝酸在反应过程中的参与进程和状态，使(1)、(2)两个相互竞争的反应能够合理进行，才能得到理想的均匀腐蚀绒面。此外，考虑到晶界的缺陷、杂质对绒面制备、扩散和金属化都有较大影响，所以有效消除晶界同时避免晶界处过腐蚀是降低反射率、提高光电量子效率的重要前提和根本保证。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种可得到理想的低反射率均匀绒面，有效提高光吸收效率的纳米改性高效率低成本多晶硅太阳能电池制备工艺。
本发明的技术解决方案是：
一种纳米改性高效率低成本多晶硅太阳能电池制备工艺，包括选择多晶硅片、用制绒液制绒处理、扩散、电极印刷，其特征是：选择多晶硅片时，选用体寿命大于等于40μs的P型多晶硅片，多晶硅片电阻率范围为0.5～3Ω·cm，厚度为140～200μm；用制绒液制绒处理时，采用HF与HNO3的混合溶液，HF与HNO3的混合溶液中含有重量百分比为0.05～0.1％的含氮无机盐和重量百分比小于等于0.1％的分散剂，制绒液中HF与HNO3的体积比为1∶2～1∶6；在扩散后、电极印刷前还采用纳米改性工艺进行表面微区修饰清洗，即以含有有机碱和浸润剂的碱性水溶液处理扩散后的多晶硅片，以去除多晶硅片表面的微缺陷和有害杂质；电极印刷时，采用丝网印刷工艺进行背极和正极的印刷、烧结。
分散剂的重量百分比为0.01～0.1％；选择多晶硅片时，选用体寿命为40μs～60μs的P型多晶硅片。
所述有机碱为烷基铵类，其在碱性水溶液中的重量百分含量为0.1～10％；浸润剂在碱性水溶液中的重量百分含量为0.01～0.1％，多晶硅片在碱性水溶液中处理时的温度为25～85℃，时间为30秒～15分钟。
分散剂为聚甲基硅氧烷、聚醚改性硅油、磷酸酯及高级醇、醇醚化合物、甜菜碱中的一种或几种；浸润剂为聚甲基硅氧烷、聚醚改性硅油、磷酸酯及高级醇、醇醚化合物、甜菜碱中的一种或几种。
本发明基于含有表面活性剂的纳米改性工艺对扩散后的硅片表面进行选择性修饰处理，减少表面磷及其他各种杂质对短波量子响应的影响，大大提高电池的短波内量子效率。本发明采用先进的添加剂制绒技术，使得晶界处的腐蚀速度温和，避免过腐蚀现象，得到理想的低反射率均匀绒面，可有效提高光吸收效率(Isc提高)，同时表面复合中心减少(Voc提高)。本发明成本低，具有十分广阔的应用前景。
表1.本发明多晶砖太阳能电池电性能统计表
| Voc/mV | Isc /mA | FF/％ | η/％ | |
| 参照组 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 试验组 | +1.8 | +80 | -0.25 | +0.15 |
本发明所选化学品的宗旨是环境友好型，对人体伤害微小，且不易挥发，且不改变硅片表面的绒面形貌，对方块电阻也无明显影响，仅是去除一些通常清洗工艺中难以去除的有害物质，且这些物质一般都处在纳米级尺度范围内，因此叫做纳米改性技术。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式：
选用体寿命约50μs(或40μs、60μs)的P型多晶硅片，电阻率范围0.5～3Ω·cm(例0.5Ω·cm、2Ω·cm、3Ω·cm)，厚度180±20μm。采用一种添加剂制绒优化工艺，制绒液中HF/HNO3的体积比为1∶2～1∶6(例，1∶3，1∶4)，分散剂小于0.1％(例0.09％、0.05％，0.01％)腐蚀温度为6～25℃(例6℃、15℃、25℃)，硅片单面减薄量约4～5μm。清洗后采用管式炉扩散。去除磷硅玻璃后，采用纳米改性工艺进行表面微区修饰清洗，纳米改性工艺是以含有有机碱和浸润剂的碱性水溶液处理扩散后的硅片，去除硅片表面的微缺陷和有害杂质，有机碱为烷基铵类，有机碱在水溶液中的重量百分含量为0.1～10％(例0.1％，5％，10％)；浸润剂在水溶液中的重量百分含量小于0.1％(例0.09％、0.05％，0.01％)。硅片在此碱性溶液中处理时的温度为25～85℃(例25℃、55℃、85℃)，时间为30秒～15分钟(例30秒、5分钟、15分钟)。采用丝网印刷方法进行背极和正极的印刷，烧结。
分散剂为聚甲基硅氧烷(或聚醚改性硅油、磷酸酯及高级醇、醇醚化合物、甜菜碱中的一种或几种)；浸润剂为聚甲基硅氧烷(或聚醚改性硅油、磷酸酯及高级醇、醇醚化合物、甜菜碱中的一种或几种)。
Claims (3)
1.一种纳米改性高效率低成本多晶硅太阳能电池制备工艺，包括选择多晶硅片、用制绒液制绒处理、扩散、电极印刷，其特征是：选择多晶硅片时，选用体寿命为40μs～60μs的P型多晶硅片，多晶硅片电阻率范围为0.5～3Ω·cm，厚度为140～200μm；用制绒液制绒处理时，采用HF与HNO3的混合溶液，制绒液中含有重量百分比小于等于0.1％的分散剂，制绒液中HF与HNO3的体积比为1∶2～1∶6；在扩散后、电极印刷前还采用纳米改性工艺进行表面微区修饰清洗，即以含有有机碱和浸润剂的碱性水溶液处理扩散后的多晶硅片，以去除多晶硅片表面的微缺陷和有害杂质；电极印刷时，采用丝网印刷工艺进行背极和正极的印刷、烧结；
所述有机碱为烷基铵类；所述分散剂为聚甲基硅氧烷、聚醚改性硅油、磷酸酯及高级醇、醇醚化合物、甜菜碱中的一种或几种；所述浸润剂为聚甲基硅氧烷、聚醚改性硅油、磷酸酯及高级醇、醇醚化合物、甜菜碱中的一种或几种；所述有机碱在碱性水溶液中的重量百分含量为0.1～10％；浸润剂在碱性水溶液中的重量百分含量为0.01～0.1％。
2.根据权利要求1所述的纳米改性高效率低成本多晶硅太阳能电池制备工艺，其特征是：分散剂的重量百分比为0.01～0.1％；选择多晶硅片时，选用体寿命为40μs～60μs的P型多晶硅片。
3.根据权利要求1或2所述的纳米改性高效率低成本多晶硅太阳能电池制备工艺，其特征是：多晶硅片在碱性水溶液中处理时的温度为25～85℃，时间为30秒～15分钟。
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