CN102569530B - 一种晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，含以下步骤：(1)在晶体硅片背面钝化介质层上印刷局部刻蚀浆料；(2)将印刷完局部刻蚀浆料的晶体硅片进行中高温处理，使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质层；(3)采用酸液清洗掉晶体硅片背面钝化介质层上印刷的局部刻蚀浆料；(4)经含干燥工序获得背面钝化介质层局部刻蚀的晶体硅太阳电池。该方法工艺简单，成本低廉，不需要使用昂贵的仪器和设备。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法。
背景技术
工业化生产晶体硅太阳电池的流程为：表面去损伤层及制绒、扩散制PN结、周边刻蚀及去PSG、PECVD沉积SiN减反射膜、丝网印刷金属浆料及烧结、测试分选。配合制绒添加剂的使用、高方阻细栅密栅工艺、渐变镀膜工艺技术、新型金属浆料的使用，目前工业化生产的多晶硅太阳电池平均转换效率接近17％，单晶硅太阳电池在18％以上。为进一步提高晶体硅太阳电池的转换效率水平，仍有几种新技术在研发或者正逐步进入工业化生产，例如选择性发射极技术、背接触技术、背面钝化技术、N型太阳电池等。选择性发射极技术已有设备供应商提供规模化生产的设备或材料，如Schmidz的掩膜反腐蚀方案、Involight的硅墨方案，而且有几家公司已经在量产。
背面钝化技术被认为是接下来最有可能实现量产的新技术之一。作为背面钝化层的薄膜有SiO2/SiN和Al2O3/SiN薄膜体系。热氧化生长的SiO2薄膜具有良好的表面钝化效果，在半导体工艺技术中有重要应用。用Al2O3/SiN作为背面钝化层，最近受到很大关注。研究发现ALD或者PECVD生长的Al2O3薄膜在退火之后，其固定负电荷的密度可达1013/cm2以上。用Al2O3薄膜代替铝背场，对P型硅片具有更好的场钝化效果，可以提高晶体硅太阳电池在长波段的光谱响应。而且在硅片背面沉积Al2O3/SiN介质层可以提高红外光在硅片背面的反射率，增加长波段的利用率。SiN薄膜的引入主要是为了保护SiO2或者Al2O3。虽然ALD生长的Al2O3薄膜质量最佳，但这种技术生长缓慢，并不适合规模化生产。最近用PECVD技术实现Al2O3薄膜的快速生长，使得背面钝化技术的工业化应用向前迈出了关键一步。小批量实验研究发现Al2O3/SiN介质层背面钝化技术能够将多晶硅太阳电池的转换效率提高0.4％以上。
对于N型太阳电池，同样也存在P型层表面的钝化。采用的钝化膜有SiO2/SiN和Al2O3/SiN两种。
完整的背面钝化技术还包括铝金属层与晶体硅太阳电池背面的局部接触，已提出的实现这种局部接触的技术有：利用激光将钝化介质层局部剥除，后续采用常规的丝网印刷和烧结工艺；先采用常规的丝网印刷和烧结工艺，再进行激光局部加热烧结；正面和背面喷涂石蜡掩膜，在HF、HNO3溶液中局部腐蚀钝化介质层，用有机溶剂溶解剥离石蜡掩膜层，后续采用常规的丝网印刷和烧结工艺。对于激光加工方案，一方面激光设备昂贵，工艺窗口比较狭小，稳定性和成熟性还有待进一步验证。另一方面背面局部接触点数量众多，以156mm×156mm尺寸、局部接触点相距0.8mm计算，接触点数为36960，因而对激光器的寿命是一很大挑战；对于石蜡掩膜方案，同样有石蜡喷涂设备昂贵的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，该方法通过在晶体硅片背面的钝化介质层上印刷局部刻蚀浆料，并将晶体硅片进行中高温处理使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质层，并通过酸液去除掉局部刻蚀浆料，该方法工艺简单，成本低廉，不需要使用昂贵的仪器和设备。
本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：一种晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，含以下步骤：
(1)在晶体硅片背面钝化介质层上印刷局部刻蚀浆料；
(2)将印刷完局部刻蚀浆料的晶体硅片进行中高温处理，使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质层；
(3)采用酸液清洗掉晶体硅片背面钝化介质层上印刷的局部刻蚀浆料；
(4)经含干燥工序获得背面钝化介质层局部刻蚀的晶体硅太阳电池。
在上述步骤中：
步骤(1)中在晶体硅片背面钝化介质层上印刷局部刻蚀浆料，采用的印刷方式为丝网印刷。
步骤(1)中在晶体硅片背面钝化介质层上印刷玻璃体浆料时，印刷图案为由圆形单元组成的阵列，所述圆形单元的直径为20μm～1000μm，相邻圆形单元之间的距离为0.3mm～2.5mm，印刷厚度为5μm～35μm。
步骤(1)中在晶体硅片背面钝化介质层上印刷玻璃体浆料时，印刷图案为由正多边形单元组成的阵列，所述正多边形单元外接圆的直径为20μm～1000μm，相邻正多边形单元之间的距离为0.3mm～2.5mm，印刷厚度为5μm～35μm。
步骤(1)中在晶体硅片背面钝化介质层上印刷玻璃体浆料时，印刷图案为由矩形单元组成的阵列，所述矩形单元的长度为70μm～153mm，宽度为50μm～1000μm；相邻矩形单元在长度方向上的距离为0～2.5mm，宽度方向上的距离为0.3mm～2.5mm，印刷厚度为5μm～35μm。
步骤(1)中所述的局部刻蚀浆料含以下质量百分含量的组分：SiO2 55～80％、PbO210～35％、乙基纤维素5～25％、松油醇5～20％。
较佳的，局部刻蚀浆料含以下质量百分含量的组分：SiO2 70％、PbO2 15％、乙基纤维素10％、松油醇5％，刻蚀效果更好。
步骤(2)中将晶体硅片进行中高温处理使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质层时的温度为200℃～800℃。在此温度条件下，熔融的局部刻蚀浆料与钝化介质层反应，生成SiO2以及金属单质，从而将局部刻蚀浆料下方的介质层刻蚀掉。
步骤(3)中所述酸液为HF酸，其质量百分含量为1～20％，或所述酸液为HF酸和HCl的混合溶液，其中HF酸的质量百分含量为1～10％，盐酸的质量百分含量为1～10％，清洗时间为2s～100s。利用HF与SiO2以及金属单质和金属氧化物反应将玻璃体去除。
步骤(4)中干燥方式采用甩干。并经常规工序包括如印刷背电极、背电场，正面电极，烧结等制成太阳能呢电池。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法免除了激光加工环节，可以利用现有的丝网印刷设备、清洗设备、烘干烧结设备实施，克服了激光加工设备昂贵，技术复杂的缺点；
(2)本发明采用的局部刻蚀浆料成本低廉、易于制备；
(3)本发明晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部剥离方法可以采用晶体硅太阳电池行业的丝网印刷、烧结、清洗、干燥等成熟的设备，同时具有国内成熟的烧结炉、清洗机、甩干机等供应商，设备成本低廉；
(4)本发明提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法工艺成熟稳定，成本低。
附图说明
图1a是实施例1提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法中在背面钝化介质层上印刷局部刻蚀浆料示意图，其中1、局部刻蚀浆料，2、SiNX，3、SiO2，4、p型硅，5、n扩散层，6、SiNX；
图1b是实施例1提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法中在中高温条件下局部刻蚀浆料刻蚀介质钝化层的示意图，其中1、局部刻蚀浆料，2、SiNX，3、SiO2，4、p型硅，5、n扩散层，6、SiNX；
图1c是实施例1提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法中在HF酸和HCl酸混合溶液中清洗，甩干示意图，其中1、局部刻蚀浆料，2、SiNX，3、SiO2，4、p型硅，5、n扩散层，6、SiNX；
图2a是实施例2和实施例3中提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法中在中高温条件下局部刻蚀浆料刻蚀介质钝化层的示意图，其中1、局部刻蚀浆料，2、SiNX，3、Al2O3，4、p型硅，5、n扩散层，6、SiNX；
图2b是实施例2和实施例3中提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法中在中高温条件下局部刻蚀浆料刻蚀介质钝化层的示意图，其中1、局部刻蚀浆料，2、SiNX，3、Al2O3，4、p型硅，5、n扩散层，6、SiNX；
图2c是实施例2和实施例3中提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法中在HF酸和HCl酸混合溶液中清洗，甩干的示意图，其中1、局部刻蚀浆料，2、SiNX，3、Al2O3，4、p型硅，5、n扩散层，6、SiNX；
图3a是实施例4中提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法中在中高温条件下局部刻蚀浆料刻蚀介质钝化层的示意图，其中1、局部刻蚀浆料，2、SiNX，3、Al2O3，4、n型硅，5、p扩散层，6、SiNX，7、p扩散层；
图3b是实施例4中提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法中在中高温条件下局部刻蚀浆料刻蚀介质钝化层的示意图，其中1、局部刻蚀浆料，2、SiNX，3、Al2O3，4、n型硅，5、p扩散层，6、SiNX，7、p扩散层；
图3c是实施例4中提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法中在HF酸和HCl酸混合溶液中清洗，甩干的示意图，其中1、局部刻蚀浆料，2、SiNX，3、Al2O3，4、n型硅，5、p扩散层，6、SiNX，7、p扩散层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1a-1c所示，本实施例提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，含如下步骤：
(1)选取p型硅片，以SiO2/SiN背面钝化介质层为例，通过丝网印刷在硅片背面SiO2/SiN钝化介质层上印刷一层上述局部刻蚀浆料(Frit paste)，其含以下质量百分含量的组分：SiO2 60％、PbO2 25％、乙基纤维素10％、松油醇5％；印刷图案为由圆形单元组成的阵列，圆形单元的直径为80μm，相邻圆形单元之间的距离为0.7mm，印刷厚度为15μm；
(2)通过烧结炉将印完局部刻蚀浆料的晶体硅片在200℃的中温条件下处理，使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质膜；
(3)在HF酸和HCl的混合溶液中清洗晶体硅片，HF酸占混合溶液的质量百分含量为1.0％，HCl占混合溶液的质量百分比为3.6％，清洗时间为15s，以除去晶体硅片背面钝化介质层上的局部刻蚀浆料；
(4)将晶体硅片甩干后，再经印刷背电极、背电场，正面电极，烧结等常规工序，制备获得太阳能电池。
实施例2
如图2a-2c所示，本实施例提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，含如下步骤：
(1)选取p型晶体硅片，以Al2O3/SiN背面钝化介质层为例，通过丝网印刷在硅片背面Al2O3/SiN上印刷一层局部刻蚀浆料(Frit paste)，其含以下质量百分含量的组分：SiO2：75％，PbO2：10％，乙基纤维素：10％，松油醇：5％；印刷采用丝网印刷，印刷图案为圆形阵列，圆形单元直径为50μm，相邻圆形单元之间的距离为0.6mm，印刷厚度为15μm；
(2)通过烧结炉将印完局部刻蚀浆料的晶体硅片在500℃的中高温条件下处理，使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质膜；
(3)在HF酸和HCl的混合溶液中清洗晶体硅片，HF酸占混合溶液的质量百分含量为1.5％，HCl占混合溶液的质量百分比为4％，清洗时间为10s，以除去晶体硅片背面钝化介质层上的局部刻蚀浆料；
(4)将晶体硅片甩干后，再经印刷背电极、背电场，正面电极，烧结常规工序，制备获得太阳电池。
实施例3
如图2a-2c所示，本实施例提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，含如下步骤：
(1)选取p型晶体硅片，以Al2O3/SiN背面钝化介质层为例，通过丝网印刷在硅片背面Al2O3/SiN上印刷一层局部刻蚀浆料(Frit paste)，其含以下质量百分含量的组分：SiO2 80％、PbO2 10％、乙基纤维素5％、松油醇5％。
印刷采用丝网印刷，印刷图案为由正方形单元组成的阵列，正方形边长为55μm，相邻正方形单元之间的距离为0.7mm，印刷厚度为12μm；
(2)通过烧结炉将印完局部刻蚀浆料的晶体硅片在450℃的中温条件下处理，使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质膜；
(3)采用HF酸溶液中清洗晶体硅片，HF酸溶液的质量百分含量为20％清洗时间为2s，除去晶体硅片背面钝化介质层上的局部刻蚀浆料；
(4)将晶体硅片甩干后，再经印刷背电极、背电场，正面电极，烧结等常规工序，制备获得太阳电池。
实施例4
如图3a-3c所示，本实施例提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，含如下步骤：
(1)选取n型晶体硅片，以Al2O3/SiN背面钝化介质层为例，通过丝网印刷在硅片背面Al2O3/SiN上印刷一层上述局部刻蚀浆料(Frit paste)，其含以下质量百分含量的组分：SiO2 55％、PbO2 10％、乙基纤维素15％、松油醇20％，印刷采用丝网印刷，印刷图案为由圆形单元组成的阵列，圆形单元的直径为60μm，相邻正方形单元之间的距离为1mm，印刷厚度为12μm；
(2)通过烧结炉将印完局部刻蚀浆料的晶体硅片在800℃的高温条件下处理，使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质膜；
(3)在HF酸和HCl的混合溶液中清洗晶体硅片，HF酸占混合溶液的质量百分含量为1.5％，HCl占混合溶液的质量百分比为4％，清洗时间为10s，以除去晶体硅片背面钝化介质层上的局部刻蚀浆料；
(4)将晶体硅片甩干后，再经印刷背电极、背面场，正面电极，烧结等常规工序，制备获得太阳电池。
实施例5
本实施例提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，含如下步骤：
(1)选取n型晶体硅片，以SiO2/SiN背面钝化介质层为例，通过丝网印刷在硅片背面Al2O3/SiN上印刷一层局部刻蚀浆料(Frit paste)，其含以下质量百分含量的组分：SiO270％、PbO2 15％、乙基纤维素10％、松油醇5％，印刷采用丝网印刷，印刷图案为由正六边形单元组成的阵列，该正六边形外接圆的直径为1000μm，相邻两正六边形之间的距离为2.5mm，印刷厚度为35μm；
(2)通过烧结炉将印完局部刻蚀浆料的晶体硅片在350℃的中温条件下处理，使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质膜；
(3)采用HF酸溶液中清洗晶体硅片，HF酸溶液的质量百分含量为1％清洗时间为100s，除去晶体硅片背面钝化介质层上的局部刻蚀浆料；
(4)将晶体硅片甩干后，再经背电极、背面场，正面电极，烧结等常规工序，制备获得太阳电池。
实施例6
本实施例提供的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，含如下步骤：
(1)选取p型硅片，以SiO2/SiN背面钝化介质层为例，通过丝网印刷在硅片背面SiO2/SiN钝化介质层上印刷一层局部刻蚀浆料(Frit paste)，其含以下质量百分含量的组分：SiO2 55％、PbO2 10％、乙基纤维素25％、松油醇10％，印刷图案为由圆形单元组成的阵列，圆形单元的直径为20μm，相邻圆形单元之间的距离为0.3mm，印刷厚度为5μm；
(2)通过烧结炉将印完局部刻蚀浆料的晶体硅片在600℃的稍高温条件下处理，使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质膜；
(3)在HF酸和HCl的混合溶液中清洗晶体硅片，HF酸占混合溶液的质量百分含量为10％，HCl占混合溶液的质量百分比为10％，清洗时间为2s，以除去晶体硅片背面钝化介质层上的局部刻蚀浆料；
(4)将晶体硅片甩干后，再经背电极、背面场，正面电极，烧结等常规工序，制备获得太阳能电池。
以上列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以上实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，其特征是含以下步骤：
(1) 在晶体硅片背面钝化介质层上印刷局部刻蚀浆料；
(2) 将印刷完局部刻蚀浆料的晶体硅片进行中高温处理，使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质层；
(3) 采用酸液清洗掉晶体硅片背面钝化介质层上印刷的局部刻蚀浆料；
(4) 经含干燥工序获得背面钝化介质层局部刻蚀的晶体硅太阳电池；
步骤(1)中所述的局部刻蚀浆料由以下质量百分含量的组分组成：SiO2 55~80%、PbO2 10~35%、乙基纤维素 5~25%、松油醇5~20%；
步骤(2)中将晶体硅片进行中高温处理使局部刻蚀浆料刻蚀掉位于其下方的钝化介质层时的温度为200℃~800℃；
步骤(3)中所述酸液为HF酸，其质量百分含量为1~20%，或所述酸液为HF酸和HCl的混合溶液，其中HF酸的质量百分含量为1~10%，盐酸的质量百分含量为1~10%，清洗时间为2s~100s。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，其特征是：步骤(1)中在晶体硅片背面钝化介质层上印刷局部刻蚀浆料，采用的印刷方式为丝网印刷。
3.根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，其特征是：步骤(1)中在晶体硅片背面钝化介质层上印刷玻璃体浆料时，印刷图案为由圆形单元组成的阵列，所述圆形单元的直径为20μm~1000μm，相邻圆形单元之间的距离为0.3mm~2.5mm，印刷厚度为5μm~35μm。
4.根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，其特征是：步骤(1)中在晶体硅片背面钝化介质层上印刷玻璃体浆料时，印刷图案为由正多边形单元组成的阵列，所述正多边形单元外接圆的直径为20μm~1000μm，相邻正多边形单元之间的距离为0.3mm~2.5mm，印刷厚度为5μm~35μm。
5.根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，其特征是：步骤(1)中在晶体硅片背面钝化介质层上印刷玻璃体浆料时，印刷图案为由矩形单元组成的阵列，所述矩形单元的长度为70μm~153mm，宽度为50μm~1000μm；相邻矩形单元在长度方向上的距离为0~2.5mm，宽度方向上的距离为0.3mm~2.5mm，印刷厚度为5μm~35μm。
6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池背面钝化介质层局部刻蚀方法，其特征是：步骤(4)中干燥方式采用甩干。
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