CN103746040A - 一种低成本、适合规模化量产的背接触电池生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本、适合规模化量产的背接触电池生产方法，应用于太阳电池的生产制造，本发明只使用一道激光工序（激光打孔），采取常规的单面扩散，孔洞附近采取特殊的防漏电保护措施，其他工序都和常规电池一致，工艺简单、增加设备投入低，同时产品性能和成品率优于现有方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种背接触电池生产方法，应用于太阳电池的生产制造。
背景技术
如图1所示，现有的常规太阳电池在正反两面各有2-4根银主栅线作为正负电极，这些主栅线不仅引起了较多的银浆消耗，同时因为遮挡入射光造成了电池效率的下降。而背接触太阳电池是通过特殊的设计将常规电池正面的银栅线移到背面，有效降低了银栅线遮挡而引起的功率损失，提高了入射太阳光的利用率和电池的光电转化效率。现在背接触电池中一个比较容易实现的方法就是所谓的金属穿孔缠绕结构，采用导电材料将电池正面产生的电流通过孔洞引到背面，典型的例子如荷兰国家能源研究中心（ECN）研制开发的MWT电池，如图2所示，电池的正面细栅汇聚的电流通过孔洞内的银浆引到背面。其工艺步骤如下：激光打孔、清洗制绒、双面扩散制备pn结、去磷硅玻璃、制备减反射膜、丝网印刷电极、烘干烧结、激光绝缘隔离周边和孔洞、测试分选。
和常规太阳电池相比，以上的MWT电池增加了激光打孔和绝缘隔离两道工序，同时需要将单面扩散改成双面扩散，由此需要增加一倍数量的扩散炉，这些增加的设备和工序显著提高了产线的投资和生产的成本，并不适合低成本规模化生产的需要，这也是目前该技术产业化较慢的重要原因。
发明内容
发明目的：针对现有技术工艺步骤复杂、设备投入和生产成本偏高的问题，本发明提供一种增加设备少、工艺简单的背接触电池生产方法，适合低成本、大产能的规模化生产的需求。
技术方案：一种低成本、适合规模化量产的背接触电池生产方法，只使用一道激光工序（激光打孔），采取常规的单面扩散，孔洞附近采取特殊的防漏电保护措施，其他工序都和常规电池一致，工艺简单、增加设备投入低，同时产品性能和成品率优于现有方案。
具体的方法如下步骤：
（1）使用激光器在晶体硅片上开孔；
（2）对打孔后的硅片进行前清洗与制绒，去除硅片表面和孔洞内的损伤层，降低光生载流子的复合速率，同时在硅片表面制成绒面降低反射率；
（3）在上述硅片衬底淀积掺杂源并进行扩散制备PN结，硅片采取常规的背靠背的方式插在扩散炉的石英卡槽里进行掺杂源扩散；常用的扩散源包括POCl3（针对P型硅片）和BBr3（针对N型硅片）；
（4）在太阳能电池的背表面，以孔洞为中心制备一层绝缘保护层；
（5）后清洗，去除太阳能电池周边及背面未被保护的背结，去磷硅玻璃；
（6）在太阳能电池的正面蒸镀减反膜；
（7）采用丝网印刷的方法印刷正面和背面电极；
（8）烘干、烧结或者退火以形成良好的欧姆接触。
需要说明的是：在步骤（3）的扩散环节，采用了现有成熟的背靠背单面扩散工艺，在单面扩散的过程中，部分的扩散源会从孔洞中扩散到背表面，扩散的范围为直径10mm左右，通过步骤（4）的保护掩膜（绝缘保护层）可以保留孔洞和周边部分PN结，防止漏电。
进一步地，步骤（4）中绝缘保护层的厚度为1~10mm，保护层的材料是耐酸碱性的有机或无机材料，制备方法包括丝网印刷、喷墨打印和镀膜等方式。
另外，对步骤（4）还需要说明的是，推荐的绝缘保护材料是石蜡和聚酯薄膜等抗酸碱性材料。这层绝缘保护也可以放在步骤（6）镀膜工序中同时进行，因为现在的部分常规电池也开始采取正反两面镀膜的方式，通过调整电池反面镀膜的类型和厚度同样可以起到孔洞附近绝缘保护的作用。
进一步地，步骤（6）中推荐使用氮化硅薄膜作为太阳能电池的正面蒸镀减反膜，可以备选的使用具有大的折射率，具有与硅处理的相容性且与硅有良好界面特性的其他材料（如可见光透明的介电材料，包括但不局限于TiO2或Al2O3、SiNxCy或SiNxOy等）。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的低成本、适合规模化量产的背接触电池生产方法，简化了现有技术工艺，减少了双面扩散和电池片周边和孔洞附近激光绝缘隔离的复杂工序，也大大减少了设备的投入和生产的成本，同时减少了激光对电池片的损失，适合规模化的生产需要。
附图说明
图1是现有技术中常规太阳电池正反两面平面图；
其中，1-电池正面主栅线电极，2-电池正面细栅线，3-电池背面主栅线电极，4-铝背场；
图2是目前背接触电池结构截面图；
其中，1-P型硅基片，2-激光孔洞，3-双面PN结扩散层，4-正面栅线电极，5-铝背场，6-背电极，7-激光绝缘隔离；
图3是本发明所述的背接触电池结构截面图；
其中，1-P型硅基片，2-激光孔洞，3-PN结扩散层，4-正面栅线电极，5-铝背场，6-背电极；
图4是本发明所述的背接触电池正反两面平面图；
1-孔洞电极，2-细栅线，3-背面电极，4-铝背场。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
通过本发明背接触电池生产方法生产的太阳能电池如图3所示，在方法实施过程中，只使用一道激光打孔工序，采取常规的单面扩散，孔洞附近采取特殊的放漏电保护措施，其他工序都和常规电池一致，工艺简单、增加设备投入低，同时产品性能和成品率优于现有方案，下面通过两个具体的实施例进行说明。
实施例1
背接触电池生产方法，包括以下具体步骤：
（1） 采用太阳能级P型单晶或者多晶硅片作为衬底；
（2） 按照图4所示激光开孔，孔洞的形状为圆形，直径在0.1~0.5mm；进一步地，使用激光器在晶体硅片上开孔，孔洞形状可以为圆形、方形或者锥形等，尺寸在0.05~1mm之间，孔洞的数量和分布不限于图4所示；
（3） 使用常规化学清洗和织构化方法进行清洗和织构化；
（4） 使用POCl3扩散源进行高温背靠背单面扩散，扩散方阻控制在40~120Ω/□；
（5） 在硅片背表面孔洞为圆心，制备直径2~8mm的圆形石蜡掩膜，制备方法为喷墨打印法或者丝网印刷法；
（6） 使用化学溶液进行化学后清洗，去除周边及背面未被有机薄层保护的背结、清洗有机薄层、去除扩散后硅衬底表面形成的磷硅玻璃；
（7） 用PECVD设备蒸镀SiNx减反膜，折射率在1.9~2.1之间，膜厚在70~90nm；
（8） 采用丝网印刷的方法印刷背电极、铝背场和正面栅线电极；
（9） 在链式炉中进行烘干和烧结。烧结后，正面和背面电极都形成良好的欧姆接触。
本实施例中采用的多晶硅片制备的背接触太阳电池经测试，电池的转换效率提高了0.5%。
实施例2
背接触电池生产方法，包括以下具体步骤：
（1） 采用太阳能级的P型单晶或者多晶硅片作为衬底；
（2） 按照图4所示激光开孔，孔洞的形状为圆形，直径在0.1~0.5mm；
（3） 使用常规化学清洗和织构化方法进行清洗和织构化；
（4） 使用POCl3扩散源进行高温背靠背单面扩散，扩散方阻控制在40~120Ω/□；
（5） 使用化学溶液进行化学后清洗，去除周边及背面pn结、去除扩散后硅衬底表面形成的磷硅玻璃；
（6） 在电池片正面蒸镀SiNx减反膜，折射率在1.9~2.1之间，膜厚在70~90nm；在电池片背面蒸镀AlOx/SiNx叠层钝化保护膜，AlOx厚度为5~50nm，SiNx为50~200nm，和常规背面钝化电池制备工序一致；
（7） 采用丝网印刷的方法印制正面和背面电极，和常规背面钝化电池制备方法相同；
（8） 在链式炉中进行烘干、烧结。烧结后，正面和背面电极都形成良好的欧姆接触；
本实施例中采用的多晶硅片制备的背接触太阳电池经测试，电池的转换效率提高1%。
Claims (5)
1. 一种低成本、适合规模化量产的背接触电池生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）使用激光器在晶体硅片上开孔；
（2）对打孔后的硅片进行前清洗与制绒，去除硅片表面和孔洞内的损伤层，降低光生载流子的复合速率，同时在硅片表面制成绒面降低反射率；
（3）在上述硅片衬底淀积掺杂源并进行扩散制备PN结，硅片采取背靠背的方式插在扩散炉的石英卡槽里进行掺杂源扩散；常用的扩散源包括POCl3和BBr3；
（4）在太阳能电池的背表面，以孔洞为中心制备一层绝缘保护层；
（5）后清洗，去除太阳能电池周边及背面未被保护的背结，去磷硅玻璃；
（6）在太阳能电池的正面蒸镀减反膜；
（7）采用丝网印刷的方法印刷正面和背面电极；
（8）烘干、烧结或者退火以形成良好的欧姆接触。
2. 如权利要求1所述的低成本、适合规模化量产的背接触电池生产方法，其特征在于，步骤（4）中绝缘保护层的厚度为1~10mm，保护层的材料是耐酸碱性的有机或无机材料，制备方法包括丝网印刷、喷墨打印和镀膜等方式。
3. 如权利要求1或2所述的低成本、适合规模化量产的背接触电池生产方法，其特征在于，步骤（4）中的绝缘保护材料是石蜡和聚酯薄膜等抗酸碱性材料。
4. 如权利要求3所述的低成本、适合规模化量产的背接触电池生产方法，其特征在于，步骤（4）中的绝缘保护层也可以放在步骤（6）镀膜工序中同时进行，因为现在的部分常规电池也开始采取正反两面镀膜的方式，通过调整电池反面镀膜的类型和厚度同样可以起到孔洞附近绝缘保护的作用。
5. 如权利要求1所述的低成本、适合规模化量产的背接触电池生产方法，其特征在于，步骤（6）中推荐使用氮化硅薄膜作为太阳能电池的正面蒸镀减反膜；可以备选的使用具有大的折射率，具有与硅处理的相容性且与硅有良好界面特性的其他材料；所述其他材料为可见光透明的介电材料，包括TiO2或Al2O3、SiNxCy或SiNxOy。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Fengying Inventor before: Lu Zhonglin Inventor before: Li Zhilei Inventor before: Sheng Wenting Inventor before: Zhang Fengming |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LU ZHONGLIN LI ZHILEI SHENG WENTING ZHANG FENGMING TO: ZHANG FENGYING |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140423 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |