CN103219430B - 一种分段式掩膜图形制备se电池方法 - Google Patents

Abstract

一种分段式掩膜图形制备SE电池方法,包括在扩散面上用SE刻蚀掩膜浆料形成SE掩膜图形的步骤，所述SE掩膜图形对应细栅线的部分是分段式的不连续形状，形成分段式SE掩膜涂料覆盖区。用本发明所述的分段式掩膜图形制备SE电池方法，通过将SE刻蚀掩膜将传统的直通式SE掩膜涂料覆盖区按一定规则改为多个分段式SE掩膜涂料覆盖区，可保证或提升电池片转换效率的目的，同时减少了SE浆料用料，降低了生产成本。

Description

一种分段式掩膜图形制备SE电池方法

技术领域

本发明属于太阳能电池制造领域，涉及一种分段式掩膜图形制备SE电池方法。

背景技术

在太阳能电池的众多参数中，发射极是最能影响转换效率的参数之一。适当提高方块电阻可提高开路电压和短路电流，但是在丝网印刷方式下，Ag（银）电极与低表面掺杂浓度发射极的接触电阻较大，最终会由于填充因子的下降从而引起转换效率降低。为了同时兼顾开路电压、短路电流和填充因子的需要，选择性发射极电池，即SE结构太阳能电池是比较理想的选择，即在电极接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。

传统结构的太阳电池n+扩散层方阻一般在40-50Ω/□，而SE（selective emitter选择性发射极）结构的太阳电池的浅扩散方阻一般在80-100Ω/□，在电极下的重掺方阻则低于40Ω/□。

目前在太阳能电池制造领域，SE效果电池的制备方法多且成熟，包括激光掺杂法，有二次扩散法，硅墨法，刻蚀掩膜法等等，其中刻蚀掩膜法的一种具体制备工艺如下：

（1）制绒硅片形成光陷阱表面；

（2）在绒面上扩散掺杂形成PN结；

（3）在扩散面上打印上起掩蔽作用的SE刻蚀掩膜浆料；

（4）在覆盖掩膜的片子上覆盖水膜；

（5）利用化学液去除硅片周边和背面多余的PN结；

（6）在SE刻蚀掩膜浆料的掩蔽作用下，利用化学液对硅片表面进行刻蚀；

（7）去除SE刻蚀掩膜浆料；

（8）磷硅玻璃的去除；

（9）镀氮化硅膜；

（10）印刷背面电极和背场；

（11）在SE刻蚀掩膜浆料掩膜对应位置处印刷正面电极；

（12）烧结，测试电性能；

其中步骤（3）中打印的SE刻蚀掩膜浆料图形和步骤（11）中正面银电极印刷的图形是一样的，一般采用H形,如图1（6为SE电池片，2为主栅线，1为细栅线）。其中， 在SE刻蚀掩膜浆料的保护下，该区域下达到重掺杂效果，使金属电极与硅片形成良好的欧姆接触，降低接触电阻；而非SE刻蚀掩膜浆料保护区域被刻蚀达到轻掺杂的效果，提高短波响应和钝化作用，从而提高短路电流和开路电压。由此实现了选择性发射极（SE-selectiveemiter）效果。

采用掩膜法制备SE电池在转换效率上较常规电池一般有0.3%左右的提升，但其较常规电池的生产工艺多了打印和去除SE刻蚀掩膜浆料的工序，这使得SE刻蚀掩膜制备成为除去硅片、金属浆料成本以外电池片制备成本的主要部分之一。由此可见，SE刻蚀掩膜图形的设计十分重要，在保证转换转换效率的情况下，尽可能的减少SE刻蚀掩膜浆料耗量是刻蚀掩膜法制备SE电池的工艺重点。

目前SE刻蚀掩膜太阳能电池正面电极细栅线一般采用H形,如图1。现在已有很多SE刻蚀掩膜电极栅线图形的设计，不断调整掩膜栅线的长度、宽度以及分辨率等达到降本增效，但降低SE刻蚀掩膜浆料耗量的空间有限。

目前，SE刻蚀掩膜正面电极的细栅线与电池片本体的连接采用SE刻蚀掩膜浆料，SE刻蚀掩膜浆料的形状以直通式为主。采用直通式的全连接不仅会增加后续金属电极与半导体接触层的复合，增加转换效率损耗，同时增加了SE刻蚀掩膜浆料的耗量。

发明内容

为克服传统SE电池制造工艺SE刻蚀掩膜浆料消耗量大，成本较高的技术缺陷，本发明提供一种分段式掩膜图形制备SE电池方法。

本发明所述分段式掩膜图形制备SE电池方法,包括在扩散面上用SE刻蚀掩膜浆料形成SE掩膜图形的步骤，所述SE掩膜图形对应细栅线的部分是分段式的不连续形状，形成分段式SE掩膜涂料覆盖区。

优选的，还包括形成细栅线电极的步骤，所述形成细栅线电极的步骤包括先后顺序可对调的以下A、B两个步骤；

A.与分段式SE掩膜涂料覆盖区重叠的细栅线电极部分采用能穿透氮化硅膜的电极浆料印刷；

B. 与分段式SE掩膜涂料覆盖区不相重叠的细栅线电极部分采用不能穿透氮化硅膜的电极浆料印刷。

优选的，所述分段式SE掩膜涂料覆盖区为间隔排列的长方形、正方形、圆形、椭圆形、竹节形中的一种；所述竹节形是由粗节和位于粗节两端的细节构成的形状。

优选的，所述分段式的不连续形状中每段分段式SE掩膜涂料覆盖区的长度a相同，相邻两段分段式SE掩膜涂料覆盖区的间距b相同，且a:b=100：1至1:200。

进一步的，所述细栅线为互相平行的直线，相邻细栅线之间的间距相同；

在任意一段SE掩膜图形的中心点为圆心，a+b为半径的圆上，该段分段式SE掩膜涂料覆盖区所处细栅线的邻近两根细栅线上各自有两段分段式SE掩膜涂料覆盖区的中心点。

更进一步的，a:b=1：6.26。

采用本发明所述的分段式掩膜图形制备SE电池方法，通过将SE刻蚀掩膜将传统的直通式SE掩膜涂料覆盖区按一定规则改为多个分段式SE掩膜涂料覆盖区，每段分段式SE掩膜涂料覆盖区与主栅线相离或相连。其中，分段式SE掩膜涂料覆盖区用以满足实现SE电池结构的要求，可保证或提升电池片转换效率的目的，同时减少了SE浆料用料，降低了生产成本；而调整分段式SE掩膜涂料覆盖区之间间距大小可大幅度降低SE刻蚀掩膜浆料耗量，从而达到降本增效的目的。

附图说明

图1示出本发明所述SE电池片示意图；

图2示出本发明的一种具体实施方式示意图；

图3示出本发明的另一具体实施方式示意图；

图4示出本发明的再一具体实施方式示意图；

各图中附图标记名称为：1.细栅线 2.主栅线 3.分段式SE掩膜涂料覆盖区 4.粗节 5.细节6.SE电池片；

图中字母标记为：a. 分段式SE涂料覆盖区长度；

                b. 分段式SE涂料覆盖区间距；

                c.平行细栅线间距。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明所述一种分段式掩膜图形制备SE电池方法,包括在扩散面上用SE刻蚀掩膜浆料形成SE掩膜图形的步骤，所述SE掩膜图形对应细栅线的部分是分段式的不连续形状，形成分段式SE掩膜涂料覆盖区3。

在太阳能电池制造工艺中，为同时兼顾开路电压、短路电流和填充因子的需要，选择性发射极电池是比较理想的选择，即在栅电极接触部位进行重掺杂，在栅电极之间位置进行轻掺杂，实现选择性发射极（SE）效果。

选择性发射极工艺的栅电极图形分为主栅线和细栅线，主栅线作为主干连接通路，驱动能力相对较强，但覆盖区域有限，与主栅线连接的大量细栅线覆盖了太阳能电池板的大部分区域。对太阳能电池的转换效率具有决定性影响。如图1所示给出使用SE工艺的栅线图像的一种具体实施方式，较粗的主栅线2有两根，贯穿太阳能电池板，众多细栅线互相平行且都与主栅线连接。为减小栅线与太阳能电池板的接触电阻，在栅线覆盖区需要进行重掺杂，利用SE掩膜图形对需要进行重掺杂的区域进行定义。

本发明中，对应细栅线覆盖区域的SE掩膜图形采用分段式的不连续形状，形成分段式SE掩膜涂料覆盖区，如前所述，SE掩膜图形对应的太阳能电池片表面形成重掺杂区，因此与细栅线连接的重掺杂区也是分段式的不连续形状。相对直通式电极，不仅减少了SE浆料的损耗，而且减少了金属电极与半导体接触层的复合，提高了电池转换效率。

传统细栅线印刷步骤为一次印刷，利用SE掩膜在太阳能电池板表面形成不连续的重掺杂区域以后，在太阳能电池板表面整体镀上一层氮化硅膜以形成绝缘，印刷电极时，电极浆料采用能穿透氮化硅膜的浆料印刷，以与氮化硅膜下的重掺杂区形成良好的低阻接触。

SE掩膜图形采用分段式形状后，细栅线的印刷可以采用二次印刷方法，即形成细栅线电极的步骤包括先后顺序可对调的以下A、B两个步骤；

A.与分段式SE掩膜涂料覆盖区重叠的细栅线电极部分采用能穿透氮化硅膜的电极浆料印刷；

B.与分段式SE掩膜涂料覆盖区不相重叠的细栅线电极部分采用不能穿透氮化硅膜的电极浆料印刷。

由于传统的可以穿透氮化硅膜的电极浆料成本昂贵，远高于不能穿透氮化硅膜的电极浆料，因此对分段式的不连续重掺杂区形状，在分段式SE掩膜涂料覆盖区重叠的细栅线电极部分采用能穿透氮化硅膜的电极浆料印刷，不相重叠的细栅线电极部分采用不能穿透氮化硅膜的电极浆料印刷。由于印刷掩膜可以采用分段式SE浆料印刷的掩膜，因此无须增加新的掩膜成本，而相对昂贵的能穿透氮化硅膜的电极印刷浆料用量减少，因此采用二次印刷可以节省细栅线电极的制造成本。

所述分段式SE掩膜涂料覆盖区形状可以为间隔排列的长方形、正方形、圆形、椭圆形、竹节形中的一种；如图4所示，所述竹节形是由粗节4和位于粗节两端的细节5构成的形状。正面电极图形需要和SE掩膜图形精确对准，而现有技术条件下对准精度不是很非常高，所以采用竹节形的电极形状可以降低在制造过程中对准方面带来的风险，提高对准精度。

优选的，所述分段式的不连续形状中每段分段式SE掩膜涂料覆盖区的长度a相同，相邻两段分段式SE掩膜涂料覆盖区的间距b相同，且a:b=100：1至1:200。间距越大则浆料用量越少，但间距增大则电池片与栅电极间的接触电阻增大，增大传输损耗，因此需要综合考虑。

本发明提供一种优选的实施方式，所述细栅线为互相平行的直线，相邻细栅线之间的间距相同；

在任意一段SE掩膜图形的中心点为圆心，a+b为半径的圆上，该段分段式SE掩膜涂料覆盖区所处细栅线的邻近两根细栅线上各自有两段分段式SE掩膜涂料覆盖区的中心点。如图2至4所示，对间距相同平行排列的细栅线形状，属于同一细栅线的各个分段式SE掩膜涂料覆盖区的间距相同，一个分段式SE掩膜涂料覆盖区X周围最接近的六段分段式SE掩膜涂料覆盖区的中心点形成一个正六边形，X的中心点位于该正六边形的几何中心，使得所有发射区的电子均能在最短距离，即在小于等于以细栅线中心为圆心的等径圆半径内被每段分段细栅线电极所收集。

下面给出本发明的若干实施例：

实施例一、

如图2，细栅线1由直通式分为由a:b=1:1组成的分段式细栅线，每段分段式SE掩膜涂料覆盖区采用长方形形状，分段式SE掩膜涂料覆盖区之间的分布可采用正六边形进行排布，使得所有发射区的电子均能在最短距离，即在小于等于以分段式SE掩膜涂料覆盖区中心为圆心的等径圆半径内被每段分段式SE掩膜涂料覆盖区连接的细栅线电极所收集。此方案可在保证转换效率的同时，降低50%的SE刻蚀掩膜细栅线浆料耗量。

实施例二、

如图3，细栅线由直通式分为由a:b=1:6.26组成的分段式SE掩膜涂料覆盖区，每段采用圆形形状，分段式SE掩膜涂料覆盖区之间的分布可采用正六边形进行排布，使得所有发射区的电子均能在最短距离，即在小于等于以分段式SE掩膜涂料覆盖区中心为圆心的等径圆半径内被每段分段细栅线电极所收集。此方案可在保证转换效率的同时，降低86.2%的SE刻蚀掩膜细栅线浆料耗量。

实施例三、

如图4，细栅线SE掩膜浆料图形由直通式分为由a:b=3:1组成的分段式SE掩膜涂料覆盖区，每段采用竹节形形状，分段式SE掩膜涂料覆盖区之间的分布可采用正六边形进行排布，使得所有发射区的电子均能在最短距离，即在小于等于以细栅线中心为圆心的等径圆半径内被每段分段式SE掩膜涂料覆盖区连接的细栅线电极所收集。此方案可在保证转换效率的同时，降低33.3%的SE刻蚀掩膜细栅线浆料耗量。

上述各个实施例中，a为分段式SE掩膜涂料覆盖区的长度，b为相邻两段分段式SE掩膜涂料覆盖区的间距，可见实施例2的SE浆料节约效果最好。

采用本发明所述的分段式掩膜图形制备SE电池方法，通过将SE刻蚀掩膜将传统的直通式SE掩膜涂料覆盖区按一定规则改为多个分段式SE掩膜涂料覆盖区，每段分段式SE掩膜涂料覆盖区与主栅线相离或相连。其中，分段式SE掩膜涂料覆盖区用以满足实现SE电池结构的要求，可保证或提升电池片转换效率的目的，同时减少了SE浆料用料，降低了生产成本；而调整分段式SE掩膜涂料覆盖区之间间距大小可大幅度降低SE刻蚀掩膜浆料耗量，从而达到降本增效的目的。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种分段式掩膜图形制备SE电池方法,包括在扩散面上用SE刻蚀掩膜浆料形成SE掩膜图形的步骤，其特征在于：所述SE掩膜图形对应细栅线的部分是分段式的不连续形状，形成分段式SE掩膜涂料覆盖区（3）。

2.如权利要求1所述一种分段式掩膜图形制备SE电池方法，还包括形成细栅线电极的步骤，其特征在于：所述形成细栅线电极的步骤包括先后顺序可对调的以下A、B两个步骤；

A.与分段式SE掩膜涂料覆盖区重叠的细栅线电极部分采用能穿透氮化硅膜的电极浆料印刷；

B. 与分段式SE掩膜涂料覆盖区不相重叠的细栅线电极部分采用不能穿透氮化硅膜的电极浆料印刷。

3.如权利要求1所述一种分段式掩膜图形制备SE电池方法，其特征在于：所述分段式SE掩膜涂料覆盖区（3）为间隔排列的长方形、正方形、圆形、椭圆形、竹节形中的一种；所述竹节形是由粗节（4）和位于粗节两端的细节（5）构成的形状。

4.如权利要求1所述一种分段式掩膜图形制备SE电池方法，其特征在于：所述分段式的不连续形状中每段分段式SE掩膜涂料覆盖区（3）的长度a相同，相邻两段分段式SE掩膜涂料覆盖区的间距b相同，且a:b=100：1至1:200。

5.如权利要求4所述一种分段式掩膜图形制备SE电池方法，其特征在于：所述细栅线（1）为互相平行的直线，相邻细栅线之间的间距相同；

在任意一段SE掩膜图形的中心点为圆心，a+b为半径的圆上，该段分段式SE掩膜涂料覆盖区所处细栅线的邻近两根细栅线上各自有两段分段式SE掩膜涂料覆盖区的中心点。

6.如权利要求5所述一种分段式掩膜图形制备SE电池方法，其特征在于：a:b=1：6.26。