CN102800745A - 一种背面钝化双面太阳电池的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，实现本发明的步骤可依次为前清洗、制绒→扩散制PN结→周边和背面刻蚀→蒸镀正面SiNx减反膜→蒸镀背面钝化膜或/和SiNx[l1] 钝化膜或其他钝化膜→丝网印刷背电极→丝网印刷正电极→烧结。本发明的优点在于：可以大大降低背表面的复合速率，提高背反射，增加光生载流子的收集。与光刻、激光烧结、激光开口等工艺相比，工艺过程简单，适合批量生产。可有效增加实际工作发电效率。本发明使用的设备和传统的太阳电池设备相兼容，不需要增加设备，工艺成本较低，产能较大，具有非常好的产业前景。
Description
技术领域
本发明涉及双面太阳电池的生产，具体是指一种背面钝化双面太阳电池的生产方法。
背景技术
商业化的太阳电池背面需要丝网印刷铝浆，经过高温烧结后背面形成一层P+的浓扩散层，和衬底的P-形成P+P-结构，产生一个和pn结内建电场方向相同电场强度较弱的内建电场，对基区中少数载流子电子起到背面反射的作用，减少了向背表面的扩散复合损失，因此P+P-结构能提高光生电压和短路电流。此外铝背场还具有吸杂的作用，能吸除体内的杂质和缺陷。但是铝背场具有高复合和低反射的特性，限制了商业化太阳电池效率的提升，因此出现了一些背面钝化的高效晶体硅电池。
在现有技术，太阳电池生产方法简单，产能较大，但电池的效率不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其背面钝化层采用二氧化硅或碳化硅或非晶硅的单层结构或者背面钝化层采用三氧化二铝/氮化硅、二氧化硅/氮化硅、碳化硅/氮化硅、非晶硅/氮化硅 、三氧化铝/氮化硅叠层结构，在钝化层上丝网印刷具有腐蚀性的银铝浆料，烧结时同时实现对背面钝化层开口和在电极接触点形成局域铝背场，这样一方面有效的降低了金属半导体接触点的接触电阻，同时对接触点金属区域形成局域铝背场进行有效钝化，降低了背表面复合速率，显著提高了电池的转换效率；此外由于背表面只有部分区域被金属化覆盖，从背面的入射光也可以用来发电，这就形成了双面太阳电池结构，增加了实际发电量。
本发明的实现方案如下：一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，包括如下步骤；
步骤1：对硅片进行前清洗与制绒；前清洗以去除硅片表面的损伤层为准，同时在电池正表面制成绒面；
步骤2：以上述硅片作为硅衬底淀积掺杂源并进行扩散制备p-n结；
步骤3：后清洗，以去除背结、周边和磷硅玻璃为准；
步骤4：在硅片的正面蒸镀减反膜；
步骤5：在硅片的背面形成背面钝化层，背面钝化层采用硅化物作为钝化层或者采用与硅片处理工艺相兼容且和硅片表面形成良好的钝化特性的材料作为钝化层；其中优先选用三氧化二这种非硅化物的钝化材料作为钝化层，如果有硅化物，优先选用硅化物作为钝化层；
步骤6：在硅片的背面采用局域丝网印刷方法形成栅线，然后烧结实现局铝背场，以实现栅线和硅片的良好接触为准，所述栅线包括轴线互相垂直且接触的背面主栅和细栅线，细栅线为高穿透性的银铝浆栅线；
步骤7：采用常规的丝网印刷的方法，在电池正面制作正面电极；
步骤8：烧结火退火以便形成良好的欧姆接触；
步骤9：测试、分选。
步骤2中的掺杂源为含磷掺杂剂的化合物或混合物；其淀积方法为喷涂或印刷或气态源扩散。
在步骤5中，当背面钝化层的层数为1层时：
背面钝化层为三氧化二铝钝化层或者[l1]
当背面钝化层为层数是2的叠层结构时：
背面钝化层的里层为三氧化二铝钝化层或二氧化硅钝化层或碳化硅或非晶硅钝化层，外层为氮化硅钝化层；
[l2] 其中里层位于硅片背面与外层之间。
采用上述结构作为钝化层可大大降低了背表面复合速率，提高红外光背反射率。
在步骤5中，背面钝化层的形成方法为等离子体增强化学汽相沉积法（PECVD）或者溅射法或者溶胶凝胶法或者原子层沉积法（ALD）。
在步骤6中，若先印刷背面主栅后印刷细栅线时，背面主栅为非穿透性银浆栅线；若印刷背面主栅和印刷细栅线同时进行时，背面主栅为穿透性银铝浆栅线。
在步骤4中，所述减反膜采用氮化硅薄膜或者采用大折射率、且与硅处理工艺相兼容、与硅有良好界面特性的材料A。
材料A为可见光透明的介电材料。
材料A为TiO2材料或Al2O3材料或SiNxCy材料或SiNxOy材料。
其特征在于：所述硅片为P型硅片。
在步骤3中，去除背结和周边的方法为采用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液去除背结和周边，去除磷硅玻璃的方法为采用盐酸、氢氟酸和水的混合溶液去除磷硅玻璃。
为降低光生载流子的复合速，需要对硅片进行前清洗与制绒，去除硅片表面的损伤层，同时为了降低反射率，需要在电池正表面制成绒面。
一般的具体操作时，一般先用化学溶液对P型硅片表面进行前清洗，去除表面损伤层，同时形成减反绒面结构；一般去除表面损伤层的厚度为3~5um。
然后将P型硅片放进扩散炉管中，采用三氯氧磷液态源扩散，形成p-n结，其扩散方阻为30~120欧姆；
再采用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液去除背结和周边，采用盐酸、氢氟酸和水的混合溶液去除磷硅玻璃和金属离子；
在电池的正面，PECVD制备双层氮化硅减反射膜；
在电池的背面，ALD制备三氧化二铝膜，厚度为25-35nm；一般三氧化二铝膜的厚度达到30nm即可。
然后在硅片的背面采用局域丝网印刷方法形成栅线，形成栅线的方法为2种，一种是先印刷背面主栅后印刷细栅线，若先印刷背面主栅后印刷细栅线时，背面主栅采用非穿透性银浆印刷形成非穿透性银浆栅线，以此来制备背面电极；一种是印刷背面主栅和印刷细栅线同时进行，若印刷背面主栅和印刷细栅线同时进行，背面主栅采用穿透性银铝浆印刷形成穿透性银铝浆栅线；一般细栅线的宽度为70-90μm，金属化面积占背面面积3-10%，；在上述两种方法中细栅线均采用穿透性银铝浆印刷形成穿透性银铝浆栅线，以此来形成局域铝背场。
在上两种方法中，均进行区域性印刷，因此形成后的电池背表面只有部分区域被金属覆盖，从电池背面入射的光同样可以产生电能，这样就形成双面电池结构，可有效增加实际工作发电效率。同时在背面钝化层上丝网印刷高穿透性的银铝浆，形成自对准的局域铝背场，可实现好的欧姆接触。
然后丝网印刷正面电极；烧结以形成良好的欧姆接触；
最后进行测试和分选。
在本发明中。相比常规的太阳电池生产工艺，本发明太阳电池生产工艺增加了背面钝化层，可以大大降低背表面的复合速率，提高背反射，增加光生载流子的收集。
本发明丝网印刷具有腐蚀性的银铝浆于背面钝化层上，烧结时银铝浆穿透钝化层对背表面进行反应，与硅接触自对准形成局域铝背场。与光刻、激光烧结、激光开口等工艺相比，工艺过程简单，适合批量生产。
电池背表面只有部分区域被金属覆盖，从电池背面入射的光同样可以产生电能，这样就形成双面电池结构，可有效增加实际工作发电效率。
溶胶凝胶法为用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶，凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）：等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术是借助于辉光放电等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，从而实现薄膜材料生长的一种新的制备技术。
溅射法：利用带电离子在电场中加速后具有一定的动能的特点，将离子引向被溅射的物资制成的靶材，入射的离子与靶面原子碰撞过程中将后者溅射出来，被溅射出来的原子将沿一定的方向射向沉底，从而实现物质的沉积，形成溅射法制备的薄膜。
原子层沉积法（ALD）：是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。
本发明使用的设备和传统的太阳电池设备相兼容，不需要增加设备，工艺成本较低，产能较大，具有非常好的产业前景。
本发明的优点在于：可以大大降低背表面的复合速率，提高背反射，增加光生载流子的收集。与光刻、激光烧结、激光开口等工艺相比，工艺过程简单，适合批量生产。可有效增加实际工作发电效率。本发明使用的设备和传统的太阳电池设备相兼容，不需要增加设备，工艺成本较低，产能较大，具有非常好的产业前景。
附图说明
图1是本发明形成后的背面丝网印刷图形。
图中的标号分别表示为：1、背面主栅；2、细栅线。
具体实施方式
实施例一
如图1所示。实现本发明的步骤可依次为前清洗、制绒→扩散制PN结→周边和背面刻蚀→蒸镀正面SiNx减反膜→蒸镀背面Al2O3钝化膜或/和SiNx钝化膜或其他钝化膜→丝网印刷背电极→丝网印刷正电极→烧结。
即，一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，
一般来说包括如下步骤；
步骤1：对硅片进行前清洗与制绒；前清洗以去除硅片表面的损伤层为准，同时在电池正表面制成绒面；
步骤2：以上述硅片作为硅衬底淀积掺杂源并进行扩散制备p-n结；
步骤3：后清洗，以去除背结、周边和磷硅玻璃为准；
步骤4：在硅片的正面蒸镀减反膜；
步骤5：在硅片的背面形成背面钝化层，背面钝化层采用硅化物作为钝化层或者采用与硅片处理工艺相兼容且和硅片表面形成良好的钝化特性的材料作为钝化层；
步骤6：在硅片的背面采用局域丝网印刷方法形成栅线，然后烧结实现局铝背场，以实现栅线和硅片的良好接触为准，所述栅线包括轴线互相垂直且接触的背面主栅和细栅线，细栅线为高穿透性的银铝浆栅线；
步骤7：采用常规的丝网印刷的方法，在电池正面制作正面电极；
步骤8：烧结火退火以便形成良好的欧姆接触；
步骤9：测试、分选。
步骤2中的掺杂源为含磷掺杂剂的化合物或混合物；其淀积方法为喷涂或印刷或气态源扩散。
在步骤5中，当背面钝化层的层数为1层时：
背面钝化层为三氧化二铝钝化层二氧化硅钝化层或者碳化硅钝化层或者非晶硅钝化层；
当背面钝化层为层数是2的叠层结构时：
背面钝化层的里层为三氧化二铝钝化层或二氧化硅钝化层、外层为氮化硅；
或者背面钝化层的里层为碳化硅钝化层、外层为氮化硅钝化层；
或者背面钝化层的里层为非晶硅钝化层、氮化硅钝化层；
其中里层位于硅片背面与外层之间。
采用上述结构作为钝化层可大大降低了背表面复合速率，提高红外光背反射率。
在步骤5中，背面钝化层的形成方法为等离子体增强化学汽相沉积法（PECVD）或者溅射法或者溶胶凝胶法或者原子层沉积法（ALD）。
在步骤6中，若先印刷背面主栅后印刷细栅线时，背面主栅为非穿透性银浆栅线；若印刷背面主栅和印刷细栅线同时进行时，背面主栅为穿透性银铝浆栅线。
在步骤4中，所述减反膜采用氮化硅薄膜或者采用大折射率、且与硅处理工艺相兼容、与硅有良好界面特性的材料A。
材料A为可见光透明的介电材料。
材料A为TiO2材料或Al2O3材料或SiNxCy材料或SiNxOy材料。
其特征在于：所述硅片为P型硅片。
在步骤3中，去除背结和周边的方法为采用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液去除背结和周边，去除磷硅玻璃的方法为采用盐酸、氢氟酸和水的混合溶液去除磷硅玻璃。
为降低光生载流子的复合速，需要对硅片进行前清洗与制绒，去除硅片表面的损伤层，同时为了降低反射率，需要在电池正表面制成绒面。
一般的具体操作时，一般先用化学溶液对P型硅片表面进行前清洗，去除表面损伤层，同时形成减反绒面结构；一般去除表面损伤层的厚度为3~5um。
然后将P型硅片放进扩散炉管中，采用三氯氧磷液态源扩散，形成p-n结，其扩散方阻为30~120欧姆；
再采用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液去除背结和周边，采用盐酸、氢氟酸和水的混合溶液去除磷硅玻璃和金属离子；
在电池的正面，PECVD制备双层氮化硅减反射膜；
在电池的背面，ALD制备三氧化二铝膜，厚度为30nm；一般三氧化二铝膜的厚度达到30nm即可。
然后在硅片的背面采用局域丝网印刷方法形成栅线，先印刷背面主栅后印刷细栅线，背面主栅采用非穿透性银浆印刷形成非穿透性银浆栅线，以此来制备背面电极；栅线的条数为72根，一般细栅线的宽度为80μm，金属化面积占背面面积4%，；细栅线采用穿透性银铝浆印刷形成穿透性银铝浆栅线，以此来形成局域铝背场。
在上述方法中，进行区域性印刷，因此形成后的电池背表面只有部分区域被金属覆盖，从电池背面入射的光同样可以产生电能，这样就形成双面电池结构，可有效增加实际工作发电效率。同时在背面钝化层上丝网印刷高穿透性的银铝浆，形成自对准的局域铝背场，可实现好的欧姆接触。
然后丝网印刷正面电极；烧结以形成良好的欧姆接触；
最后进行测试和分选。
在本发明中。相比常规的太阳电池生产工艺，本发明太阳电池生产工艺增加了背面钝化层，可以大大降低背表面的复合速率，提高背反射，增加光生载流子的收集。
本发明丝网印刷具有腐蚀性的银铝浆于背面钝化层上，烧结时银铝浆穿透钝化层对背表面进行反应，与硅接触自对准形成局域铝背场。与光刻、激光烧结、激光开口等工艺相比，工艺过程简单，适合批量生产。
电池背表面只有部分区域被金属覆盖，从电池背面入射的光同样可以产生电能，这样就形成双面电池结构，可有效增加实际工作发电效率。
本发明使用的设备和传统的太阳电池设备相兼容，不需要增加设备，工艺成本较低，产能较大，具有非常好的产业前景。
实施例2，
本实施例与实施例1的区别在于：先用化学溶液对P硅片进行清洗和制绒，去除损伤层，形成织构化减反结构；在扩散炉管中，采三氯氧磷液态源扩散，形成P-N结；采用酸或碱的化学溶液清洗背结和周边，采用盐酸、氢氟酸和水的混合溶液清洗磷硅玻璃；在电池的正面，PECVD制备氮化硅膜减反射膜；在电池的背面，PECVD制备三氧化二铝/氮化硅叠层钝化膜；
然后进行丝网印刷栅线，包括背面主栅和细栅线，印刷背面主栅和印刷细栅线同时进行，背面主栅和印刷细栅线均采用穿透性银铝浆印刷形成穿透性银铝浆栅线；金属化面积占总面积7%；
最后丝网印刷正面电极；烧结以形成良好的欧姆接触；测试、分选。
本发明采用能穿透背面钝化层的银铝浆对背表面进行丝网印刷，形成背面栅线结构，烧结后在栅线接触区域形成局域铝背场，实现低的电极接触电阻，同时具有对栅线进行钝化的作用。太阳电池工作时，电池产生的光生电流汇集到细栅线，再进一步汇集背面主栅。
基于上述两种方法，实现本发明的步骤可依次为前清洗、制绒→扩散制PN结→周边和背面刻蚀→蒸镀正面SiNx减反膜→蒸镀背面Al2O3或/和SiNx钝化膜→丝网印刷背电极→丝网印刷正电极→烧结。
如上所述，则能很好的实现本发明。
三氧化二铝或者二氧化硅钝化层或者碳化硅钝化层或者非晶硅钝化层
这里可以用以下两种方式描述：
（1）
背面钝化层的里层为三氧化二铝钝化层或二氧化硅钝化层或碳化硅或非晶硅、外层为氮化硅；
（2）
背面钝化层的里层为三氧化二铝钝化层、外层为氮化硅；
背面钝化层的里层为二氧化硅钝化层、外层为氮化硅；
背面钝化层的里层为碳化硅钝化层、外层为氮化硅；
背面钝化层的里层为非晶硅钝化层、外层为氮化硅；
Claims (10)
1.一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其特征在于：包括如下步骤；
步骤1：对硅片进行前清洗与制绒；前清洗以去除硅片表面的损伤层为准，同时在电池正表面制成绒面；
步骤2：以上述硅片作为硅衬底淀积掺杂源并进行扩散制备p-n结；
步骤3：后清洗，以去除背结、周边和磷硅玻璃为准；
步骤4：在硅片的正面蒸镀减反膜；
步骤5：在硅片的背面形成背面钝化层，背面钝化层采用硅化物作为钝化层或者采用与硅片处理工艺相兼容且和硅片表面形成良好的钝化特性的材料作为钝化层；
步骤6：在硅片的背面采用局域丝网印刷方法形成栅线，然后烧结实现局铝背场，以实现栅线和硅片的良好接触为准，所述栅线包括轴线互相垂直且接触的背面主栅和细栅线，细栅线为高穿透性的银铝浆栅线；
步骤7：采用常规的丝网印刷的方法，在电池正面制作正面电极；
步骤8：烧结火退火以便形成良好的欧姆接触；
步骤9：测试、分选。
2.根据权利要求1所述的一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其特征在于：步骤2中的掺杂源为含磷掺杂剂的化合物或混合物；其淀积方法为喷涂或印刷或气态源扩散。
3.根据权利要求1所述的一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其特征在于：
在步骤5中，当背面钝化层的层数为1层时：
背面钝化层为三氧化二铝钝化层或者二氧化硅钝化层或者碳化硅钝化层或者非晶硅钝化层；
当背面钝化层为层数是2的叠层结构时：
背面钝化层的里层为三氧化二铝钝化层或二氧化硅钝化层或碳化硅或非晶硅钝化层，外层为氮化硅钝化层；
其中里层位于硅片背面与外层之间。
4.根据权利要求1所述的一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其特征在于：在步骤5中，背面钝化层的形成方法为等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）或者溅射法或者溶胶凝胶法或者原子层沉积法（ALD）。
5.根据权利要求1所述的一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其特征在于：在步骤6中，若先印刷背面主栅后印刷细栅线时，背面主栅为非穿透性银浆栅线；若印刷背面主栅和印刷细栅线同时进行时，背面主栅为穿透性银铝浆栅线。
6.根据权利要求1所述的一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其特征在于：在步骤4中，所述减反膜采用氮化硅薄膜或者采用大折射率、且与硅处理工艺相兼容、与硅有良好界面特性的材料A。
7.根据权利要求6所述的一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其特征在于：材料A为可见光透明的介电材料。
8.根据权利要求6所述的一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其特征在于：材料A为TiO2材料或Al2O3材料或SiNxCy材料或SiNxOy材料。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其特征在于：所述硅片为P型硅片。
10.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种背面钝化双面太阳电池的生产方法，其特征在于：在步骤3中，去除背结和周边的方法为采用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液去除背结和周边，去除磷硅玻璃的方法为采用盐酸、氢氟酸和水的混合溶液去除磷硅玻璃。
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