CN101937945A - 太阳电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳电池的制备方法,包括以下步骤:提供多片单晶硅片进行表面织构化;将多片织构化的硅片层叠在一起在其周边沉积上一层氮化硅或氧化硅掩蔽膜,然后在硅片待制作正电极的前表面上扩散上一层磷掺杂层,形成PN结,而在硅片的周边由于掩蔽膜的存在而没有形成扩散PN结;去除周边掩蔽膜和表面磷硅玻璃;制作钝化及减反射层;进行丝网印刷和烧结形成背面Ag电极、背面铝背场和正面Ag电极。本发明提供的太阳电池的制备方法,在进行杂质源扩散制作PN结前先形成掩蔽膜,由于掩蔽膜的存在,在硅片四周边缘不会形成PN结,将扩散后的硅片进行酸洗去除硅片四周掩蔽膜和扩散表面的磷硅玻璃,从而达到替代刻蚀的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件的制造方法,尤其涉及一种太阳电池的制备方法,属于太阳能电池生产制作技术领域。
背景技术
目前常规硅太阳电池生产的工艺流程为,表面预清洗、制绒去除损伤层并形成减反射的绒面结构、化学清洗并干燥;通过液态源扩散的方法在硅片表面各点形成均匀掺杂的PN结;去除扩散过程中形成的周边PN结和表面磷硅玻璃;表面沉积钝化和减反射膜;制作太阳电池的背面电极、背面电场和正面电极;烧结形成欧姆接触,从而完成整个电池片的制作过程。其中去除扩散过程中形成的周边PN结这一步骤,目前大都采用等离子干法刻蚀和酸液湿法刻蚀的方法来实现。
刻蚀是用化学或物理方法有选择的从硅片表面去除不需要的材料的过程,所谓干法刻蚀,通常指的就是利用辉光放电的方式,产生包含离子或电子等带电粒子和具有高化学活性的中性原子及自由基的等离子体来进行薄膜移除的刻蚀技术。等离子体干法刻蚀虽然有较好的刻蚀均匀性和刻蚀各向异性。但干法刻蚀对下层材料具有较差的刻蚀选择比,且等离子体刻蚀中常伴随着离子轰击和辐射,这些现象对器件的损伤较大。另外经常有反应残留物沉积在硅片边缘导致颗粒玷污和缺陷。这些都会严重影响刻蚀的稳定性,影响产品电性能,导致电池片并联电阻偏小和漏电流较大等。湿法刻蚀一般采用液体化学试剂(如酸、碱和溶剂等)以化学方式去除硅片表面的材料,其对下层材料具有高的选择比,对器件不会带来物理等损伤,但其化学反应没有方向性,会有侧向刻蚀而产生钻蚀现象,难以控制腐蚀槽的参数以保证其均匀性,并且化学试剂的处理费用昂贵等。
为此人们不断努力,已在研究发展高等离子体密度等离子体***,使用多腔的***或静电吸附夹具等,以减少等离子对器件损伤和微粒的污染,增加生产速度和提高刻蚀均匀性等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳电池的制备方法,替代目前的太阳电池制备中的刻蚀工艺,提高产品质量,降低成本。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种太阳电池的制备方法,包括以下步骤:
提供多片单晶硅片,对单晶硅片表面织构化形成绒面结构;
将多片织构化的硅片层叠在一起,并采用化学气相沉积法在其四周沉积氮化硅或氧化硅掩蔽膜,或者通过化学氧化的方法在其四周沉积一层氧化硅掩蔽膜;
将上述硅片通过扩散工艺,在硅片待制作正面电极的前表面上扩散上一层磷掺杂层,形成PN结,而在硅片的周边由于掩蔽膜的存在而没有形成扩散PN结;
去除在硅片周边形成的掩蔽膜和在硅片表面形成的副产物磷硅玻璃;
采用等离子增强化学气相沉积法在上述硅片的扩散面沉积一层氮化硅薄膜形成钝化及减反射层;
用丝网印刷的方法,在上述硅片层的背面依次印刷背电极浆料和背电场浆料,在正面印刷细栅电极和主栅电极浆料后进行烧结;
烧结后背电极浆料和背电场浆料形成太阳能电池的背面Ag电极和铝背场,而正面电极浆料则穿过钝化及减反射层与扩散层接触,形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面Ag电极。
上述的太阳电池的制备方法,其中,所述对单晶硅片表面织构化形成绒面结构包括如下步骤:对单晶硅片进行预清洗,预清洗采用超声波,并添加一定的清洗去污剂;之后将单晶硅片置于温度为75-80℃,质量百分比浓度为1%-2%的氢氧化钠溶液中进行表面织构化工艺,并添加适量制绒催化剂,以在100晶向的硅片表面形成均匀一致的大小在1-3um的“金字塔”状绒面结构,使表面具有良好的陷光效果。
上述的太阳电池的制备方法,其中,所述沉积氮化硅或氧化硅掩蔽膜包括如下步骤:将所述硅片层上下两面用一组金属板和聚四氟乙烯薄片遮盖并用螺丝牢固,使各硅片间紧紧贴住;然后将固定后的该叠硅片置于一管式静态化学气相沉积设备中,运行沉积工艺,并缓慢旋转底座,使得在硅片层周边形成一层均匀致密的氮化硅或氧化硅掩蔽膜。
上述的太阳电池的制备方法,其中,所述沉积氮化硅或氧化硅掩蔽膜包括如下步骤:将织构化后的硅片依次平放于一板式化学气相沉积镀膜载具中,用一组模具盖片将待沉积的硅片前表面正好覆盖住,运行沉积工艺后在硅片周边形成一层致密的氮化硅或氧化硅掩蔽膜。
上述的太阳电池的制备方法,其中,所述去除掩蔽膜和磷硅玻璃包括如下步骤:将扩散后的硅片置于体积百分比为10%左右的氢氟酸溶液中,清洗3-5分钟将硅片四周的掩蔽膜和扩散时在硅片表面形成的磷硅玻璃去除干净。
上述的太阳电池的制备方法,其中,所述钝化及减反射层的厚度为75~85nm,折射率控制为1.6~2.6。
上述的太阳电池的制备方法,其中,所述烧结包括如下步骤:先在200℃~300℃的温度下烘干,然后在500℃~800℃的气氛下进行烧结。
本发明对比现有技术有如下的有益效果:本发明提供的太阳电池的制备方法,在进行杂质源扩散制作PN结前先形成氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)掩蔽膜,由于掩蔽膜的存在,在硅片四周边缘不会形成PN结,将扩散后的硅片进行酸洗去除硅片四周掩蔽膜和扩散表面的磷硅玻璃,从而达到替代刻蚀的目的。克服了现有刻蚀工艺存在的等离子轰击损伤、刻蚀选择比和方向性问题、侧向钻蚀现象、残留物玷污和缺陷等,克服了扩散后干法刻蚀叠片对表面PN结的损伤,且加工批量大,产量高,控制容易,同样适用于工业化生产。从整体上提高了太阳电池片的并联电阻和开路电压,减少了漏电流等,从而有更高的转换效率。
附图说明
图1a为本发明使用的管式机结构示意图;
图1b为本发明使用的板式机结构示意图;
图2a为本发明的表面织构化工艺流程图;
图2b为本发明的制作扩散掩蔽膜工艺流程图;
图2c为本发明的制作扩散制结工艺流程图;
图2d为本发明的去除掩膜和磷硅玻璃工艺流程图;
图2e为本发明的制作制作减反射膜工艺流程图;
图2f为本发明的丝网印刷和烧结工艺流程图。
图中:
1 单晶硅片 2 绒面结构 3 掩蔽膜
5 磷掺杂层 6 钝化及减反射层 7 背面Ag电极
8 铝背场 9 正面Ag电极 10 等离子沉积室
11 硅片定位槽 12 裸硅片 13 模具盖片
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
实施例一
图1a为本发明使用的管式机结构示意图;图2a~图2f为本发明太阳电池制备的工艺流程图。
请参见图1a,本实施例采用管式静态PECVD法制作掩蔽膜,单晶硅片层1放置于等离子沉积室10中沉积制作掩蔽膜。具体工艺流程如下:
a. 表面织构化
请参见图2a,对来料的单晶裸硅片12进行预清洗,预清洗采用超声波,并添加一定的清洗去污剂。之后将硅片置于温度为75-80℃,质量百分比浓度为1%-2%的氢氧化钠溶液中进行表面织构化工艺,并添加适量制绒催化剂,以在100晶向的硅片表面形成均匀一致的大小在1-3um的“金字塔”状绒面结构2,使表面具有良好的陷光效果。
b. 制作扩散掩蔽膜
请接着参见图2b,将上述织构化的硅片一片片层叠在一起,如以800片为一叠。将该叠硅片上下两面用一组金属板和聚四氟乙烯薄片等遮盖并用螺丝牢固,使各硅片间紧紧贴住,以至没有间隙。将固定后的该叠硅片置于一管式静态PECVD等离子气相沉积设备中,如图1a所示的等离子沉积室10中,运行沉积工艺,工艺过程中可加底座缓慢旋转的方法,保证在硅片周边形成一层均匀致密的氮化硅或氧化硅掩蔽膜3。该步骤也可以通过化学氧化的方法在其四周沉积一层氧化硅掩蔽膜,比如将固定后的该叠硅片置于一管式氧化设备,运行氧化工艺,工艺过程中可加底座缓慢旋转的方法,保证在硅片周边形成一层均匀致密的氧化硅掩蔽膜3。
c. 扩散制结
请继续参见图2c,将制作完掩蔽膜的该叠硅片去除上下面固定板,使用手工或通过机械手将硅片装片于一管式扩散炉石英舟中,进舟使硅片进入扩散炉石英反应室中,关闭炉门,以液态三氯氧磷(POCl3)为原料,以氮气为携带气体,并通入适量反应气体氧气,在800-900摄氏度的温度下,POCl3分解并与氧气和硅片反应生成单质磷,单质磷沉积在硅片表面在高温下向硅片内部扩散形成扩散层PN结,即在硅片待制作栅电极的前表面扩散一层方块电阻在50 ohm/□左右的磷掺杂层5(也称扩散层),ohm/□是方块电阻的单位,亦即欧姆每方块,而在硅片的周边因为掩蔽膜的存在而不能参加扩散反应形成PN结。
d. 去除掩膜和磷硅玻璃
请继续参见图2d,将扩散后的硅片置于体积百分比为10%左右的氢氟酸溶液中,清洗3-5分钟将硅片四周的氮化硅或氧化硅掩蔽膜和扩散时在硅片表面形成的磷硅玻璃去除干净。
e. 制作减反射膜
请继续参见图2e,采用化学气相沉积法,如等离子增强化学气相沉积(PECVD)法在硅片的扩散面沉积一层氮化硅薄膜形成钝化及减反射层6,薄膜的厚度控制在75~85nm,如80nm左右,折射率控制在1.6~2.6,如2.1左右,以保证有良好的减反射和钝化效果。
f. 丝网印刷并烧结
最后请参见图2f,用丝网印刷的方法,在背面先印刷背电极浆料,再印刷背电场浆料,并分别在200℃~300℃的温度下烘干。最后在正面印刷正面Ag电极9(包括副栅电极和主栅电极),并传送至烧结炉,先在300℃左右的温度下烘干后,硅片传输进入表面温度在500℃~800℃的气氛下进行烧结,背面电极和电场浆料通过该烧结,形成太阳能电池的背面Ag电极7和背面铝背场8;而正面电极浆料则穿过钝化及减反射层6与扩散层接触,形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面Ag电极9。从而完成整个太阳电池工艺制作。
实施例二
图1b为本发明使用的板式机结构示意图。本实施例采用板式PECVD静态法制作掩蔽膜。具体工艺流程如下:
a. 表面织构化
请参见图2a,对来料的单晶裸硅片12进行预清洗,预清洗采用超声波,并添加一定的清洗去污剂。之后将裸硅片12置于温度为75-80℃,质量百分比浓度为1%-2%的氢氧化钠溶液中进行表面织构化工艺,并添加适量制绒催化剂,以在100晶向的硅片表面形成均匀一致的大小在1-3um的“金字塔”状绒面结构2,使表面具有良好的陷光效果。
b. 制作扩散掩蔽膜
请接着参见图2b,将织构化后的裸硅片12依次平放于一板式机的硅片定位槽1,用一组模具盖片13将待沉积的裸硅片12前表面正好覆盖住,运行沉积工艺后只在硅片周边形成一层致密的氮化硅或二氧化硅掩蔽膜3。将制作完掩蔽膜的硅片进行卸片。该步骤也可以将织构化后的裸硅片12依次平放于一板式或链式氧化载具中,用一组模具盖片将待沉积的硅片前表面正好覆盖住,运行氧化工艺后在硅片周边形成一层致密的氧化硅掩蔽膜。
c. 扩散制结
请继续参见图2c,将制作完掩蔽膜的该叠硅片去除上下面固定板,使用手工或通过机械手将硅片装片于一管式扩散炉石英舟中,进舟使硅片进入扩散炉石英反应室中,关闭炉门,以液态三氯氧磷(POCl3)为原料,以氮气为携带气体,并通入适量反应气体氧气,在800-900摄氏度的温度下,POCl3分解并与氧气和硅片反应生成单质磷,单质磷沉积在硅片表面在高温下向硅片内部扩散形成扩散层PN结,即在硅片待制作栅电极的前表面扩散一层方块电阻在50 ohm/□左右的磷掺杂层5(也称扩散层),而在硅片的周边因为掩蔽膜的存在而不能参加扩散反应形成PN结。
d. 去除掩膜和磷硅玻璃
请继续参见图2d,将扩散后的硅片置于体积百分比为10%左右的氢氟酸溶液中,清洗3-5分钟将硅片四周的氮化硅掩蔽膜和扩散时在硅片表面形成的磷硅玻璃去除干净。
e. 制作减反射膜
请继续参见图2e,采用化学气相沉积法,如等离子增强化学气相沉积(PECVD)法在硅片的扩散面沉积一层氮化硅薄膜形成钝化及减反射层6,薄膜的厚度控制在75~85nm,如80nm左右,折射率控制在1.6~2.6,如2.1左右,以保证有良好的减反射和钝化效果。
f. 丝网印刷并烧结
最后请参见图2f,用丝网印刷的方法,在背面先印刷背电极浆料,再印刷背电场浆料,并分别在200℃~300℃的温度下烘干。最后在正面印刷正面Ag电极9(包括副栅电极和主栅电极)。传送至烧结炉,先在300℃左右的温度下烘干后,硅片传输进入表面温度在500℃~800℃的气氛下进行烧结,背面电极和电场浆料通过该烧结,形成太阳能电池的背面Ag电极7和背面铝背场8;而正面电极浆料则穿过钝化及减反射层6与扩散层接触,形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面Ag电极9。从而完成整个太阳电池工艺制作。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的修改和完善,因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (7)
1.一种太阳电池的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
提供多片单晶硅片,对单晶硅片表面织构化形成绒面结构;
将多片织构化的硅片层叠在一起,并采用化学气相沉积法在其四周沉积氮化硅或氧化硅掩蔽膜,或者通过化学氧化的方法在其四周沉积一层氧化硅掩蔽膜;
将上述硅片通过扩散工艺,在硅片待制作栅电极的前表面上扩散上一层磷掺杂层,形成PN结,而在硅片的周边由于掩蔽膜的存在而没有形成扩散磷掺杂层;
去除在硅片周边形成的掩蔽膜和在硅片表面形成的副产物磷硅玻璃;
采用等离子增强化学气相沉积法在上述硅片的扩散面沉积一层氮化硅薄膜形成钝化及减反射层;
用丝网印刷的方法,在上述硅片层的背面依次印刷背电极浆料和背电场浆料,在正面印刷细栅电极和主栅电极浆料后进行烧结;
烧结后背电极浆料和背电场浆料形成太阳能电池的背面Ag电极和铝背场,而正面电极浆料则穿过钝化及减反射层与扩散层接触,形成具有良好欧姆接触的太阳能电池的正面Ag电极。
2.如权利要求1所述的太阳电池的制备方法,其特征在于,所述对单晶硅片表面织构化形成绒面结构包括如下步骤:对单晶硅片进行预清洗,预清洗采用超声波,并添加一定的清洗去污剂;之后将单晶硅片置于温度为75-80℃,质量百分比浓度为1%-2%的氢氧化钠溶液中进行表面织构化工艺,并添加适量制绒催化剂,以在100晶向的硅片表面形成均匀一致的大小在1-3um的“金字塔”状绒面结构,使表面具有良好的陷光效果。
3.如权利要求1所述的太阳电池的制备方法,其特征在于,所述沉积氮化硅或氧化硅掩蔽膜包括如下步骤:将所述硅片层上下两面用一组金属板和聚四氟乙烯薄片遮盖并用螺丝牢固,使各硅片间紧紧贴住;然后将固定后的该叠硅片置于一管式静态化学气相沉积设备中,运行沉积工艺,并缓慢旋转底座,使得在硅片层周边形成一层均匀致密的氮化硅掩蔽膜。
4.如权利要求1所述的太阳电池的制备方法,其特征在于,所述沉积氮化硅或氧化硅掩蔽膜包括如下步骤:将织构化后的硅片依次平放于一板式化学气相沉积镀膜载具中,用一组模具盖片将待沉积的硅片前表面正好覆盖住,运行沉积工艺后在硅片周边形成一层致密的氮化硅或二氧化硅掩蔽膜。
5.如权利要求1所述的太阳电池的制备方法,其特征在于,所述去除掩蔽膜和磷硅玻璃包括如下步骤:将扩散后的硅片置于体积百分比为10%左右的氢氟酸溶液中,清洗3-5分钟将硅片四周的氮化硅掩蔽膜和扩散时在硅片表面形成的磷硅玻璃去除干净。
6.如权利要求1所述的太阳电池的制备方法,其特征在于,所述钝化及减反射层的厚度为75~85nm,折射率控制为1.6~2.6。
7.如权利要求1所述的太阳电池的制备方法,其特征在于,所述烧结包括如下步骤:先在200℃~300℃的温度下烘干,然后在500℃~800℃的气氛下进行烧结。
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