CN102244136A - 一种制备叉指背接触双面太阳能电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，包括：对晶硅电池片进行清洗制绒；在制绒后的晶硅电池片表面进行轻扩制结；对轻扩制结后的晶硅电池片进行热氧化；在晶硅电池片上划槽打孔；在晶硅电池片槽区进行重扩；表面钝化制备减反膜；激光再次开槽；制备电极。利用本发明制备的高效太阳能电池具有一次制备电极，操作步骤简单的优点，而且能够双面采光，具有开路电压高、短路电流大、转换效率高的优势。另外，本发明生产工艺简单，易于产业化。
Description
技术领域
本发明涉及晶硅太阳能电池技术领域，尤其涉及一种制备叉指背接触双面太阳能电池的方法。
背景技术
为满足人类日益增长的生活需求，对能源的需求越来越多，能源开采利用日渐加剧。石油和煤等化石能源不仅储量有限，即将开采殆尽，而且由于化石能源的开采利用，对人类赖以生存的地球环境造成了极大破坏，直接威胁着人类的生存。因此，寻找新的能源以解决人类的生存和发展问题迫在眉睫。
在已知的能源中唯有太阳辐射能资源丰富，分布广泛，不受地域和季节的限制，而且具有清洁的特点，是传统化石能源最具潜力的替代能源。自贝尔实验室的第一个商品化硅太阳能电池问世以来，太阳能电池已从第一代的单晶硅太阳能电池发展到现在的第三代高效太阳能电池，其制作成本逐步降低，转换效率不断提高。
晶硅电池虽然具有转换效率不是很高(大规模量产可达到17％)、价格昂贵等缺点，但目前晶硅电池依然占到了90％以上的市场份额，因此发电成本的降低，除依赖于原材料价格外，更重要的是提高现有电池的转换效率。常规提高晶硅太阳能电池效率的手段多种多样，如选区发射、背表面场、表面钝化等，但这些技术继续提升太阳能电池效率的能力有限。因此，探索新的原理、尝试新的材料、改用新的结构来提高晶硅电池的转换效率越来越受到研发人员的重视。本发明正是在这一背景下提出的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的是提供一种能够尽可能多的吸收太阳能，提高转换效率的叉指背接触双面太阳能电池的制备方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，该方法包括：
步骤1：对晶硅电池片进行清洗制绒；
步骤2：在制绒后的晶硅电池片表面进行轻扩制结；
步骤3：对轻扩制结后的晶硅电池片进行热氧化；
步骤4：在晶硅电池片上划槽打孔；
步骤5：在晶硅电池片槽区进行重扩；
步骤6：表面钝化制备减反膜；
步骤7：激光再次开槽；
步骤8：制备电极。
上述方案中，步骤1中所述对晶硅电池片进行清洗制绒，是在碱性溶液或酸性溶液中进行的；所述晶硅电池片是小尺寸碎片，或是生产中使用的125单晶硅片或156多晶硅片。
上述方案中，所述在碱性溶液中进行清洗制绒，具体包括：采用按一定比例配制的NaOH、Na2SiO3和无水乙醇混合液对晶硅电池片进行各向异性腐蚀，在晶硅电池片表面均匀制绒，绒面结构呈现出传统的金字塔形。
上述方案中，步骤2中所述在制绒后的晶硅电池片表面进行轻扩制结，包括：将具有绒面结构的晶硅电池片置入扩散炉中进行扩散，扩散源为液态POCl3，扩散出结深为200～500nm的PN结，经轻扩达到表面方块电阻30～60Ω/□。
上述方案中，步骤3中所述对轻扩制结后的晶硅电池片进行热氧化，采用干法氧化或湿法氧化，形成厚度为30～300nm的SiO2保护膜。
上述方案中，步骤4中所述在晶硅电池片上划槽打孔，包括：在进行热氧化后具有SiO2保护膜的晶硅电池片上划槽、打孔，以便实施选区发射，并将双面电极连接到一起。
上述方案中，所述划槽采用激光器、机械划痕或者腐蚀的方法实现。
上述方案中，步骤4与步骤5之间进一步包括：将晶硅电池片置于碱性抛光溶液中，去除表面损伤，然后置于酸性溶液中中和过剩的碱。
上述方案中，步骤5中所述在晶硅电池片槽区进行重扩，是利用三氯氧磷在晶硅电池片槽区进行扩散形成PN结，经重扩达到表面方块电阻20～45Ω/□。
上述方案中，步骤5与步骤6之间进一步包括：利用一定浓度的HF酸、HCl酸和水的混合腐蚀液移除扩散过程中形成的磷硅玻璃。
上述方案中，步骤6中所述表面钝化制备减反膜，是在晶硅电池片表面沉积SiN薄膜形成SiO2层和SiN层复合减反膜。
上述方案中，步骤7中所述激光再次开槽或者机械开槽，是用以露出正电极图形。
上述方案中，步骤8中所述制备电极是采用电镀方法，也可以使用丝网印刷或者蒸镀方法，制备的电极是银电极或者是复合金属电极。
上述方案中，所述采用蒸镀方法制备电极，是采用一次电镀电极，氮气保护下合金温度为350～900℃，合金时间为10～60秒。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，采用两极连接的叉指背接触式双面晶硅太阳能电池工作，能够最大限度地捕捉太阳光，达到高效转换的目的；采用一次电镀电极具有工艺步骤简单、能与现有工艺兼容，易于产业化的特点。
附图说明
图1是本发明提供的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法流程图；
图2是依照本发明实施例进行表面清洗、制绒后的电池片示意图；
图3是依照本发明实施例进行轻扩制结后清除磷硅玻璃的电池示意图；
图4是依照本发明实施例进行表面热氧化的电池片结构示意图；
图5是依照本发明实施例进行激光刻槽/钻孔、去除表面损伤、酸洗后的电池片示意图；
图6是依照本发明实施例进行槽内重掺，去除磷硅玻璃的电池示意图；
图7是依照本发明实施例制备SiN减反膜后的电池示意图；
图8是依照本发明实施例进行激光再次刻槽后电池示意图；
图9是依照本发明实施例进行一次性电镀电极示意图；
图10是依照本发明实施例进行切边、电极隔离后的电池示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
与传统晶硅电池不同的是，本发明采用叉指背接触模式将电池的三极连接减为两极连接，方便模块连接；采用一次电镀电极，简化操作步骤。本方法具有制备技术简单，可在现有设备条件下，实现大规模量产，达到提高效率，降低成本的目的。
如图1所示，图1是本发明提供的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法流程图，该方法包括：
步骤1：对晶硅电池片进行清洗制绒；
步骤2：在制绒后的晶硅电池片表面进行轻扩制结；
步骤3：对轻扩制结后的晶硅电池片进行热氧化；
步骤4：在晶硅电池片上划槽打孔；
步骤5：在晶硅电池片槽区进行重扩；
步骤6：表面钝化制备减反膜；
步骤7：激光再次开槽；
步骤8：制备电极。
其中，步骤1中所述对晶硅电池片进行清洗制绒，是在碱性溶液或酸性溶液中进行的；所述晶硅电池片是小尺寸碎片，或是生产中使用的125单晶硅片或156多晶硅片。所述在碱性溶液中进行清洗制绒，具体包括：采用按一定比例配制的NaOH、Na2SiO3和无水乙醇混合液对晶硅电池片进行各向异性腐蚀，在晶硅电池片表面均匀制绒，绒面结构呈现出传统的金字塔形。
步骤2中所述在制绒后的晶硅电池片表面进行轻扩制结，包括：将具有绒面结构的晶硅电池片置入扩散炉中进行扩散，扩散源为液态POCl3，扩散出结深为200～500nm的PN结，经轻扩达到表面方块电阻30～60Ω/□。
步骤3中所述对轻扩制结后的晶硅电池片进行热氧化，采用干法氧化或湿法氧化，形成厚度为30～300nm的SiO2保护膜。
步骤4中所述在晶硅电池片上划槽打孔，包括：在进行热氧化后具有SiO2保护膜的晶硅电池片上划槽、打孔，以便实施选区发射，并将双面电极连接到一起。所述划槽采用激光器、机械划痕或者腐蚀的方法实现。
步骤4与步骤5之间进一步包括：将晶硅电池片置于碱性抛光溶液中，去除表面损伤，然后置于酸性溶液中中和过剩的碱。
步骤5中所述在晶硅电池片槽区进行重扩，是利用三氯氧磷在晶硅电池片槽区进行扩散形成PN结，经重扩达到表面方块电阻20～45Ω/□。
步骤5与步骤6之间进一步包括：利用一定浓度的HF酸、HCl酸和水的混合腐蚀液移除扩散过程中形成的磷硅玻璃。
步骤6中所述表面钝化制备减反膜，是在晶硅电池片表面沉积SiN薄膜形成SiO2层和SiN层复合减反膜。
步骤7中所述激光再次开槽或者机械开槽，是用以露出正电极图形。
步骤8中所述制备电极是采用电镀电极，也可以采用丝网印刷或者蒸镀方法，制备的电极是银电极或者是复合金属电极。所述采用蒸镀方法制备电极，包括：一次电镀电极，氮气保护下合金温度为350～900℃，合金时间为10～60秒。
基于图1所示的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，图2至图10示出了依照本发明实施例的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法流程图。
图2是依照本发明实施例进行表面清洗、制绒后的电池片示意图。步骤201选取的晶硅电池片为商用125单晶或者156多晶，衬底类型为P型衬底；单晶电阻率为0.5～3Ω·cm，多晶电阻率为0.5～6Ω·cm，首先对电池片进行清洗；步骤202将厚度为100～250μm的晶硅电池片置入按一定比例配制的NaOH、Na2SiO3和无水乙醇混合液中，在晶硅表面化学腐蚀出各向异性绒面，绒面形状呈倒金字塔形。
图3是依照本发明实施例进行轻扩制结后清除磷硅玻璃的电池示意图.步骤301，将制绒后的电池片在HCL/HF酸中中和过剩的碱。步骤302，将具有绒面结构的电池片置入扩散炉中，进行扩散。扩散方法采用常规的扩散工艺，扩散源为液态POCl3。扩散出结深大约200～500nm的PN结，扩散后的方块电阻约为30～60Ω/□。步骤303，采用HF酸、HCl酸和水的混合腐蚀液移除扩散过程中形成的磷硅玻璃，去离子水清洗烘干后备用。
图4是依照本发明实施例进行表面热氧化的电池片结构示意图。将样品置入氧化炉中，700℃～1100℃温度下采取干法氧化/湿法氧化，得到厚度30～300nm的SiO2薄膜。
图5是依照本发明实施例进行激光刻槽/钻孔、去除表面损伤、酸洗后的电池片示意图。步骤501，使用激光器在被氧化硅保护的电池片的背面划出叉指状的浅槽，槽深5～80μm，槽宽10～180μm，以便制备选区发射；步骤502，在槽内激光钻透孔，孔径5～180μm；步骤503，在10％～50％NaOH/KOH碱性抛光溶液中抛光，处理表面损伤。步骤504，在1％～30％HCL酸中中和过剩的碱。
图6是依照本发明实施例进行槽内重掺，去除磷硅玻璃的电池示意图。步骤601，再次将电池片置入扩散炉中，进行槽区重扩散，扩散后的方块电阻约为20～45Ω/□；步骤602，采用HF酸、HCl酸和水的混合腐蚀液移除扩散过程中形成的磷硅玻璃，去离子水清洗烘干后备用。
图7是依照本发明实施例制备SiN减反膜后的电池示意图。步骤701，将样品表面氧化膜减薄到10～40nm；步骤702，在一定功率条件下PECVD沉积10～100nm厚的SiN薄膜形成复合减反膜。
图8是依照本发明实施例进行激光再次刻槽后电池示意图。再次激光开槽，露出正电极区域。
图9是依照本发明实施例进行一次性电镀电极示意图。一次性电镀金属正、负电极，并在350～900℃对电极进行合金化。
图10是依照本发明实施例进行切边、电极隔离后的电池示意图。使用激光进行切边、电极隔离形成叉指背接触双面太阳能电池。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：对晶硅电池片进行清洗制绒；
步骤2：在制绒后的晶硅电池片表面进行轻扩制结；
步骤3：对轻扩制结后的晶硅电池片进行热氧化；
步骤4：在晶硅电池片上划槽打孔；
步骤5：在晶硅电池片槽区进行重扩；
步骤6：表面钝化制备减反膜；
步骤7：激光再次开槽；
步骤8：制备电极。
2.根据权利要求1所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，步骤1中所述对晶硅电池片进行清洗制绒，是在碱性溶液或酸性溶液中进行的；所述晶硅电池片是小尺寸碎片，或是生产中使用的125单晶硅片或156多晶硅片。
3.根据权利要求2所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，所述在碱性溶液中进行清洗制绒，具体包括：
采用按一定比例配制的NaOH、Na2SiO3和无水乙醇混合液对晶硅电池片进行各向异性腐蚀，在晶硅电池片表面均匀制绒，绒面结构呈现出传统的金字塔形。
4.根据权利要求1所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，步骤2中所述在制绒后的晶硅电池片表面进行轻扩制结，包括：
将具有绒面结构的晶硅电池片置入扩散炉中进行扩散，扩散源为液态POCl3，扩散出结深为200～500nm的PN结，经轻扩达到表面方块电阻30～60Ω/□。
5.根据权利要求1所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，步骤3中所述对轻扩制结后的晶硅电池片进行热氧化，采用干法氧化或湿法氧化，形成厚度为30～300nm的SiO2保护膜。
6.根据权利要求1所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，步骤4中所述在晶硅电池片上划槽打孔，包括：
在进行热氧化后具有SiO2保护膜的晶硅电池片上划槽、打孔，以便实施选区发射，并将双面电极连接到一起。
7.根据权利要求6所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，所述划槽采用激光器、机械划痕或者腐蚀的方法实现。
8.根据权利要求1所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，步骤4与步骤5之间进一步包括：
将晶硅电池片置于碱性抛光溶液中，去除表面损伤，然后置于酸性溶液中中和过剩的碱。
9.根据权利要求1所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，步骤5中所述在晶硅电池片槽区进行重扩，是利用三氯氧磷在晶硅电池片槽区进行扩散形成PN结，经重扩达到表面方块电阻20～45Ω/□。
10.根据权利要求1所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，步骤5与步骤6之间进一步包括：
利用一定浓度的HF酸、HCl酸和水的混合腐蚀液移除扩散过程中形成的磷硅玻璃。
11.根据权利要求1所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，步骤6中所述表面钝化制备减反膜，是在晶硅电池片表面沉积SiN薄膜形成SiO2层和SiN层复合减反膜。
12.根据权利要求1所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，步骤7中所述激光再次开槽或者机械开槽，是用以露出正电极图形。
13.根据权利要求1所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，步骤8中所述制备电极是采用电镀方法，或者使用丝网印刷或者蒸镀方法，制备的电极是银电极或者是复合金属电极。
14.根据权利要求13所述的制备叉指背接触双面太阳能电池的方法，其特征在于，所述采用电镀方法制备电极，是采用一次电镀电极，氮气保护下合金温度为350～900℃，合金时间为10～60秒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111116 |