CN104733555A - 一种高效n型双面太阳电池及其制备方法 - Google Patents

一种高效n型双面太阳电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高效N型双面太阳电池及其制备方法，其电池结构包括：N型硅片衬底、正面硼掺杂层、背面磷掺杂层、双面二氧化硅钝化层、双面氮化硅减反射层、双面电极；本发明还公布了该电池的制备方法，具体包括：1)双面制绒；2)正面扩硼；3)正面掩膜；4)背面清洗；5)背面扩磷；6)去除掩膜；7)双面钝化；8)双面镀膜；9)正背面电极；10)激光刻边。本发明是在N型硅片的正、背面都形成结，正、背面都有较高的光电转化效率，其组件输出功率要远远超过常规太阳电池输出功率20％以上，同时由于其制备工艺简单易行，适合大规模工业生产。

Description

一种高效N型双面太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种高效N型双面太阳电池及其制备方法。
背景技术
随着光伏技术的不断发展，高效、高稳定性、低成本的光伏电池将会成为光伏市场追求的主流产品。而N型双面太阳电池具有转换效率高、光致衰减低、稳定性好、性价比高，同时还具有双面发电等优点，在光伏市场上受到越来越多重视。
双面太阳电池因其正、背面皆能发生光电转换效应使其输出总功率要远远领先常规太阳电池输出功率。目前市场上已有部分N型双面太阳电池，但是背面转换效率相对较低，整体输出功率的提升不是较明显。为了使N型双面太阳电池更具市场竞争力，有必要开发一些新的制备工艺，提升N型双面太阳电池正面转换效率，同时使背面转换效率也能达到正面效率的90％以上。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种高效的N型双面太阳电池，该太阳电池正、背面皆具有较高的转化效率，在没有增加生产成本条件下，提高了其输出功率，提高了其性价比。本发明的另一目的是提供了上述高效N型双面太阳电池的制备方法，制备流程简单易控制，并有效的解决了正背面扩散导致的边缘交互的问题。
本发明所采用的技术方案为：一种高效N型双面太阳电池，包括N型单晶 硅衬底、正面扩硼形成的p+层、背面扩磷形成的n+层、双面热氧化生长钝化层、双面氮化硅减反射层、电池正极和电池负极；所述的N型单晶硅衬底的两面通过高温扩散分别形成p+层和n+层，在p+层和n+层上通过热氧化生长钝化层；在双面热氧化生长钝化层表面各镀有一层氮化硅减反射层；在正面氮化硅减反射层上设置电池正极；在背面氮化硅减反射层上设置电池负极。
本发明提供一种高效N型双面太阳电池的制备方法，具体步骤如下：
(1)双面制绒
选择N型单晶原硅片，用过氧化氢和氨水组成的混合液经稀释后在60～80℃中处理3～10min，去除硅片表面机械损伤层。将上述处理后硅片用浓度为1.6～2.0％、温度在70～90℃的氢氧化钾溶液及制绒缓冲剂进行腐蚀反应，然后用氢氟酸稀释液清洗，最后得到金字塔形状的绒面结构。
(2)正面扩硼
在经过双面制绒处理的硅片正面通过掺杂形成n+扩散层，扩散后方阻在40～100Ω/□。
(3)正面掩膜
将经过步骤(2)处理后的硅片通过PECVD设备在p+层上镀一层致密的氮化硅/氮氧化硅等掩膜；或通过丝网印刷技术、喷墨打印技术将掩膜材料均匀的覆盖在p+层上。
(4)背面清洗
将经过步骤(3)处理后硅片使用1～5％浓度的氢氟酸溶液去除因步骤(2)在背面形成的二氧化硅和硼硅玻璃薄层以及边缘掩膜层，通过1～5％浓度的碱液去除背面因扩撒绕射形成的硼掺杂层。
(5)背面扩磷
将经过背面清洗后的硅片用管式扩散炉完成磷扩散处理，按照双插单扩方式在背面形成n+扩散层，磷扩散后方阻在30～100Ω/□。
(6)去除掩膜
用氢氟酸和磷酸混合液去除掉氮化硅掩膜层，然后再经过中和清洗。
(7)双面钝化
将完成去除掩膜后的硅片在800～1000℃的炉内通入高纯氧气处理0.5～2小时，最后在硅片的正背面均形成一层致密的二氧化硅层。
(8)双面镀膜
将经过步骤(7)处理后的硅片正背面均采用PECVD设备沉积一层氮化硅或氮氧化硅减反射层。
(9)正背面电极 
采用丝网印刷的方法，在硅片的正背面分别使用不用的类型的浆料完成印刷，分别形成正面电极和背面电极，最后通过烘干、烧结得到双面电池。
(10)激光刻边
使用激光器设备在双面电池正面沿硅片边缘完成刻边处理。
步骤(1)中所述的N型单晶原硅片的电阻率在1～12Ω·cm，其腐蚀反应的时间在20～30min。
步骤(2)中使用的扩散方式为三溴化硼(BBr3)源管式扩散，或离子注入法，或喷涂硼源在线式扩散，或旋涂硼源高温推进。
步骤(3)中作为掩膜的掩膜材料有两个显著作用特征：1)阻止磷原子扩散；2)耐弱氢氟酸、盐酸、强碱腐蚀；掩膜膜厚在50～150nm。
步骤(4)中HF酸洗处理时间在5～20min，碱液处理时间在10～40min。
步骤(5)中使用三氯氧磷(POCl3)作为扩散源。
步骤(6)中用于去除掩膜的混合液配比：氢氟酸：磷酸：去离子水＝(0.5～1.2)：(0.8～1.2)：10，混合液温度50～85℃，处理时间1～5min。
步骤(8)中正面减反射层膜厚70～90nm，背面减反射层膜厚70～100nm。
步骤(9)中正面电极副栅线宽50～80um，正面电极主栅线宽1.1～1.8mm；背面电极副栅线宽70～110um，背面电极主栅线宽1.1～1.8mm。
步骤(10)中要求刻蚀图形距硅片边缘0.2～0.5mm，槽深在2～20um，槽宽在20～100um。
发明原理：本发明在N型硅衬底上表面通过硼扩散形成p+层，与衬底构成PN结，利用掩膜材料特性在N型硅衬底下表面通过磷扩散形成n+层，与衬底构成一个高低结。最后去除掉掩膜，在上下表面用二氧化硅、氮化硅等材料来完成钝化处理，降低表面复合，提高少子寿命。最后在上下面通过丝网印刷技术形成正负电极，经过激光边缘刻蚀处理，最终提高并联，减少漏电，由于其双面结特性，使其正背面皆可受光发电。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的高效N型双面太阳电池，由于在制备过程中硼发射层上掩膜可以有效的阻挡磷原子的扩散，从而在形成背面高低结时没有对正面产生交互扩散影响；在正背面通过二氧化硅加氮化硅的钝化，有效的减少了少子复合，增加了电池开路电压，提高了正、背面光电转换效率；其制备过程简便、易操作、效率高、易实现大规模量产，性价比高。高效N型双面太阳电池组件输出功率较常规电池组件输出功率可高出10～20％。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的结构示意图；
图中：1、N型晶体硅，2、硼发射层，3、磷发射层，4、双面二氧化硅钝化层，5、双面氮化硅减反射层，6、正面电极，7、背面电极。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明提供一种高效的N型双面太阳电池，上表面为硼扩散形成的硼发射层2，硼发射层2上有二氧化硅钝化层4和减反射层5，并在上表面印刷电池正面电极6，下表面为磷扩散形成的磷发射层3，磷发射层上有二氧化硅钝化层4和建反射层5，并在下表面印刷电池背面电极7。
实施例一
上述N型双面太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择电阻率在1～12Ω·cm的N型单晶原硅片，用过氧化氢和氨水组成的混合液经稀释后在60～80℃中处理3～10min，去除硅片表面机械损伤层。将上述处理后硅片用浓度为1.6～2.0％、温度在70～90℃的氢氧化钾溶液及制绒缓冲剂进行腐蚀反应，时间控制在20～30min，然后用氢氟酸稀释液清洗，最后得到金字塔形状的绒面结构。
(2)在经过双面制绒处理的硅片正面通过掺杂形成n+扩散层，扩散方式为三溴化硼(BBr3)源管式扩散，或离子注入法，或喷涂硼源在线式扩散，或旋涂硼源高温推进，扩散后方阻在40～100Ω/□。
(3)将硼扩散后的硅片通过PECVD设备在p+层上镀一层致密的氮化硅/氮氧化硅等掩膜，掩膜膜厚在50～150nm；或通过丝网印刷技术、喷墨打印技术将 掩膜材料均匀的覆盖在p+层上。
(4)完成镀掩膜后硅片使用1～5％浓度的氢氟酸溶液去除因硼扩散在背面形成的二氧化硅和硼硅玻璃薄层以及边缘掩膜层，酸洗时间5～20min，通过1～5％浓度的碱液处理去除背面因扩撒绕射形成的硼掺杂层，处理时间10～40min。
(5)将经过背面清洗后的硅片用管式扩散炉完成磷扩散处理，扩散源为三氯氧磷(POCl3)，按照双插单扩方式在背面形成n+扩散层，磷扩散后方阻在30～100Ω/□。
(6)用氢氟酸和磷酸混合液去除掉氮化硅掩膜层，然后再经过中和清洗。去除掩膜的混合液配比：氢氟酸：磷酸：去离子水＝(0.5～1.2)：(0.8～1.2)：10，混合液温度50～85℃，处理时间1～5min。
(7)将完成去除掩膜后的硅片在800～1000℃的炉内通入高纯氧气处理0.5～2小时，最后在硅片的正背面均形成一层致密的二氧化硅层。
(8)将氧处理后的硅片正背面均采用PECVD设备沉积一层氮化硅或氮氧化硅减反射层，正面减反射层膜厚70～90nm，背面减反射层膜厚70～100nm。
(9)采用丝网印刷的方法，在硅片的正背面分别使用不用的类型的浆料完成印刷，分别形成正面电极和背面电极，最后通过烘干、烧结得到双面电池。正面电极副栅线宽50～80um，正面电极主栅线宽1.1～1.8mm；背面电极副栅线宽70～110um，背面电极主栅线宽1.1～1.8mm。
(10)使用激光器设备在双面电池正面沿硅片边缘完成刻边处理，刻蚀图形距硅片边缘0.2～0.5mm，槽深在2～20um，槽宽在20～100um。
实施例二
上述N型双面太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择电阻率在1～12Ω·cm的N型单晶原硅片，用过氧化氢和氨水组成的混合液经稀释后在60～80℃中处理3～10min，去除硅片表面机械损伤层。将上述处理后硅片用浓度为1.6～2.0％、温度在70～90℃的氢氧化钾溶液及制绒缓冲剂进行腐蚀反应，时间控制在20～30min，然后用氢氟酸稀释液清洗，最后得到金字塔形状的绒面结构。
(2)在经过双面制绒处理的硅片正面通过掺杂形成n+扩散层，扩散方式为三溴化硼(BBr3)源管式扩散，或离子注入法，或喷涂硼源在线式扩散，或旋涂硼源高温推进，扩散后方阻在40～100Ω/□。
(3)将硼扩散后硅片用浓度1～5％HF酸处理1～10min，去除掉因硼扩散形成的正面硼硅玻璃层以及背面形成的绕射层和二氧化硅层，通过1～5％浓度的碱液处理去除背面因扩撒绕射形成的硼掺杂层，处理时间10～40min。
(4)将酸洗后的硅片通过PECVD设备在p+层上镀一层致密的氮化硅/氮氧化硅等掩膜，掩膜膜厚在50～150nm；或通过丝网印刷技术、喷墨打印技术将掩膜材料均匀的覆盖在p+层上。
(5)完成镀掩膜后硅片使用1～5％浓度的氢氟酸溶液去除因硼扩散在背面形成的边缘掩膜层，酸洗时间5～20min。
(6)将经过背面清洗后的硅片用管式扩散炉完成磷扩散处理，扩散源为三氯氧磷(POCl3)，按照双插单扩方式在背面形成n+扩散层，磷扩散后方阻在30～100Ω/□。
(7)用氢氟酸和磷酸混合液去除掉氮化硅掩膜层，然后再经过中和清洗。去除掩膜的混合液配比：氢氟酸：磷酸：去离子水＝(0.5～1.2)：(0.8～1.2)：10，混合液温度50～85℃，处理时间1～5min。
(8)将完成去除掩膜后的硅片在800～1000℃的炉内通入高纯氧气处理 0.5～2小时，最后在硅片的正背面均形成一层致密的二氧化硅层。
(9)将氧处理后的硅片正背面均采用PECVD设备沉积一层氮化硅或氮氧化硅减反射层，正面减反射层膜厚70～90nm，背面减反射层膜厚70～100nm。
(10)采用丝网印刷的方法，在硅片的正背面分别使用不用的类型的浆料完成印刷，分别形成正面电极和背面电极，最后通过烘干、烧结得到双面电池。正面电极副栅线宽50～80um，正面电极主栅线宽1.1～1.8mm；背面电极副栅线宽70～110um，背面电极主栅线宽1.1～1.8mm。
(11)使用激光器设备在双面电池正面沿硅片边缘完成刻边处理，刻蚀图形距硅片边缘0.2～0.5mm，槽深在2～20um，槽宽在20～100um。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高效N型双面太阳电池，其特征在于：包括N型单晶硅衬底、正面扩硼形成的p+层、背面扩磷形成的n+层、双面热氧化生长钝化层、双面氮化硅减反射层、电池正极和电池负极；所述的N型单晶硅衬底的两面通过高温扩散分别形成p+层和n+层，在p+层和n+层上通过热氧化生长钝化层；在双面热氧化生长钝化层表面各镀有一层氮化硅减反射层；在正面氮化硅减反射层上设置电池正极；在背面氮化硅减反射层上设置电池负极。
2.一种如权利要求1所述的高效N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)双面制绒
选择N型单晶原硅片，用过氧化氢和氨水组成的混合液经稀释后在60～80℃中处理3～10min，去除硅片表面机械损伤层；将上述处理后硅片用浓度为1.6～2.0％、温度在70～90℃的氢氧化钾溶液及制绒缓冲剂进行腐蚀反应，然后用氢氟酸稀释液清洗，最后得到金字塔形状的绒面结构；
(2)正面扩硼
在经过双面制绒处理的硅片正面通过掺杂形成p+扩散层，扩散后方阻在40～100Ω/□；
(3)正面掩膜
将经过步骤(2)处理后的硅片通过PECVD设备在p+层上镀一层致密的氮化硅/氮氧化硅等掩膜；或通过丝网印刷技术、喷墨打印技术将掩膜材料均匀的覆盖在n+层上；
(4)背面清洗
将经过步骤(3)处理后硅片使用1～5％浓度的氢氟酸溶液去除因步骤(2)在背面形成的二氧化硅和硼硅玻璃薄层以及边缘掩膜层，再通过1～5％浓度的碱液去除掉背面因扩撒绕射形成的硼掺杂层；
(5)背面扩磷
将经过背面清洗后的硅片用管式扩散炉完成磷扩散处理，按照双插单扩方式在背面形成n+扩散层，磷扩散后方阻在30～100Ω/□；
(6)去除掩膜
用氢氟酸和磷酸混合液去除掉氮化硅掩膜层，然后再经过中和清洗；
(7)双面钝化
将完成去除掩膜后的硅片在800～1000℃的炉内通入高纯氧气处理0.5～2小时，最后在硅片的正背面均形成一层致密的二氧化硅层；
(8)双面镀膜
将经过步骤(7)处理后的硅片正背面均采用PECVD设备沉积一层氮化硅或氮氧化硅减反射层；
(9)正背面电极
采用丝网印刷的方法，在硅片的正背面分别使用不用的类型的浆料完成印刷，分别形成正面电极和背面电极，最后通过烘干、烧结得到双面电池；
(10)激光刻边
使用激光器设备在双面电池正面沿硅片边缘完成刻边处理。
3.如权利要求2所述的一种高效N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中所述的N型单晶原硅片的电阻率在1～12Ω·cm，其腐蚀反应的时间在20～30min。
4.如权利要求2所述的一种高效N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中使用的扩散方式为三溴化硼(BBr3)源管式扩散，或离子注入法，或喷涂硼源在线式扩散，或旋涂硼源高温推进。
5.如权利要求2所述的一种高效N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中作为掩膜的掩膜材料膜厚在50～150nm。
6.如权利要求2所述的一种高效N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中清洗用HF酸洗时间在5～20min，碱液处理时间在10～40min。
7.如权利要求2所述的一种高效N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中使用三氯氧磷(POCl3)作为扩散源。
8.如权利要求2所述的一种高效N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的步骤(6)中用于去除掩膜的混合液配比：氢氟酸：磷酸：去离子水＝(0.5～1.2)：(0.8～1.2)：10，混合液温度50～85℃，处理时间1～5min。
9.如权利要求2所述的一种高效N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的步骤(8)中正面减反射层膜厚70～90nm，背面减反射层膜厚70～100nm。
10.如权利要求2所述的一种高效N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的步骤(9)中正面电极副栅线宽50～80μm，背面电极副栅线宽70～110μm；所述的步骤(10)中要求刻蚀图形距硅片边缘0.2～0.5mm，槽深在2～20μm，槽宽在20～100μm。
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