CN106129173A - 一种n型双面电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种N型双面电池的制造方法，包括：对硅片进行清洗和表面制绒；在所述硅片的正面和背面进行硼扩散，形成正面硼扩层和背面硼扩层，所述正面硼扩层的表面为硼硅玻璃；在所述硅片的正面制备SiNx掩膜；刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层；利用所述硼硅玻璃对所述硅片正面形成保护，在所述硅片的背面进行磷扩散，形成背面磷扩层，所述背面磷扩层的表面为磷硅玻璃；刻蚀掉所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃；在所述硅片的正面和背面制备SiNx钝化膜，并分别制备前电极和背电极。上述方法能够减少HF刻蚀的时间，避免了背面多孔硅的形成，从而有效降低电池背面的复合从而提高电池的并联电阻和开路电压，提高电池效率。
Description
技术领域
本发明属于光伏设备制造技术领域，特别是涉及一种N型双面电池的制造方法。
背景技术
1954年美国贝尔实验室制备出世界上第一块转换效率为6％的单晶硅太阳电池，经过科学家六十多年的不断探索，太阳电池取得了巨大的突破，最高转换效率已经达到了46％(聚光多结GaAs)。占据光伏市场多年的P型晶硅太阳电池逐渐展现出效率增长疲态、光衰幅度过大等劣势。虽然用Ga替代B原子掺杂可以避免光致衰减效应，但由此而引起的宽的电阻率分布范围以及Fe元素污染问题，依然会制约P型电池效率的进一步提高。N型太阳电池则得益于其高效率、低衰减的优势，成为光伏行业内新的研究热点。在高效N型技术方面，最典型的代表是美国SunPower公司的IBC电池和日本Panasonic公司的HIT电池。但这两种电池技术的缺点是生产设备非常昂贵、工艺复杂、制造成本很高，另外也具有很高的技术壁垒。而光伏行业的最终目标是降低发电成本，N型高效电池的研发必须避开复杂的技术路线以降低工艺成本。N型双面电池的技术路线较之常规P型电池只增加了背面扩散与钝化工艺，几乎所有设备均可采用现有量产设备进行开发，增加的设备与工艺成本很低，是最有可能实现量产的。
制备双面电池时，实现单面扩散的方法有：离子注入、单面刻蚀和涂胶扩散，这三种工艺都无法与现有常规多晶产线兼容，而且离子注入和单面刻蚀都需要引进昂贵的设备，而B胶则会在高温扩散工艺中引入有机物污染。与常规多晶产线兼容的方法是是正面B扩完利用SiNx薄膜做背面P扩散掩膜，然后再利用HF去除正面SiNx、BSG和背面PSG薄膜。但是这样就存在一个问题：SiNx薄膜经过P扩高温后，刻蚀速率很低，从而导致刻蚀时间过长，这样就会在背面形成多孔硅，而多孔硅会使背面比表面积增大，钝化效果变差，电池复合增加，降低电池效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种N型双面电池的制造方法，能够减少HF刻蚀的时间，避免了背面多孔硅的形成，从而有效降低电池背面的复合从而提高电池的并联电阻和开路电压，提高电池效率。
本发明提供的一种N型双面电池的制造方法，包括：
对硅片进行清洗和表面制绒；
在所述硅片的正面和背面进行硼扩散，形成正面硼扩层和背面硼扩层，所述正面硼扩层的表面为硼硅玻璃；
在所述硅片的正面制备SiNx掩膜；
刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层；
利用所述硼硅玻璃对所述硅片正面形成保护，在所述硅片的背面进行磷扩散，形成背面磷扩层，所述背面磷扩层的表面为磷硅玻璃；
刻蚀掉所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃；
在所述硅片的正面和背面制备SiNx钝化膜，并分别制备前电极和背电极。
优选的，在上述N型双面电池的制造方法中，
所述刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层包括：
利用刻蚀液的浓度、刻蚀速率以及所述SiNx掩膜的厚度，计算出刻蚀时间，然后根据所述刻蚀时间，刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层。
优选的，在上述N型双面电池的制造方法中，
所述刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层为：
利用浓度为5％至10％的HF溶液对折射率为2.1且厚度为30nm至40nm的SiNx掩膜刻蚀5分钟至10分钟。
优选的，在上述N型双面电池的制造方法中，
所述刻蚀掉所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃为：
利用浓度为5％至10％的HF溶液对所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃刻蚀10分钟至20分钟。
优选的，在上述N型双面电池的制造方法中，
所述在所述硅片的正面和背面制备SiNx钝化膜包括：
在所述硅片的正面制备折射率范围为2.04至2.11且厚度范围为60nm至80nm的SiNx钝化膜，在所述硅片的背面制备折射率范围为2.04至2.11且厚度范围为80nm至100nm的SiNx钝化膜。
优选的，在上述N型双面电池的制造方法中，
所述对硅片进行清洗和表面制绒包括：
对硅片进行清洗，并采用湿法化学腐蚀的方式在所述硅片的表面形成45°的正金字塔绒面。
优选的，在上述N型双面电池的制造方法中，
所述正面硼扩层的表面的硼硅玻璃的厚度为100nm至200nm。
优选的，在上述N型双面电池的制造方法中，
所述在所述硅片的正面制备SiNx掩膜为：
在所述硅片的正面利用等离子增强化学气相沉积方式制备厚度范围为10nm至80nm的SiNx掩膜。
优选的，在上述N型双面电池的制造方法中，
所述制备前电极和背电极包括：
采用丝网印刷、蒸发或溅射方式制备所述前电极和所述背电极。
优选的，在上述N型双面电池的制造方法中，
所述制备前电极和背电极包括：
采用丝网印刷Ag浆料的方式制备所述前电极，采用丝网印刷Al浆料的方式制备所述背电极，并进行烧结。
通过上述描述可知，本发明提供的N型双面电池的制造方法，由于包括：对硅片进行清洗和表面制绒；在所述硅片的正面和背面进行硼扩散，形成正面硼扩层和背面硼扩层，所述正面硼扩层的表面为硼硅玻璃；在所述硅片的正面制备SiNx掩膜；刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层；利用所述硼硅玻璃对所述硅片正面形成保护，在所述硅片的背面进行磷扩散，形成背面磷扩层，所述背面磷扩层的表面为磷硅玻璃；刻蚀掉所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃；在所述硅片的正面和背面制备SiNx钝化膜，并分别制备前电极和背电极，因此能够减少HF刻蚀的时间，避免了背面多孔硅的形成，从而有效降低电池背面的复合从而提高电池的并联电阻和开路电压，提高电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的第一种N型双面电池的制造方法的示意图；
图2-图8为与本申请实施例提供的第一种N型双面电池的制造方法的各步骤对应的器件示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想在于提供一种N型双面电池的制造方法，能够减少HF刻蚀的时间，避免了背面多孔硅的形成，从而有效降低电池背面的复合从而提高电池的并联电阻和开路电压，提高电池效率。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供的第一种N型双面电池的制造方法如图1所示，图1为本申请实施例提供的第一种N型双面电池的制造方法的示意图。该方法包括如下步骤：
S1：对硅片进行清洗和表面制绒；
在该步骤中，参考图2，可以选用的是P型的硅片1，采用成熟的单晶硅片碱制绒工艺，在其表面清洗干净之后制备金字塔形状的绒面2。
S2：在所述硅片的正面和背面进行硼扩散，形成正面硼扩层和背面硼扩层，所述正面硼扩层的表面为硼硅玻璃；
在该步骤中，参考图3，以硅片正面为例，形成了正面硼扩层3，在正面硼扩层3的上面为硼硅玻璃4，扩散完成后方阻约为60-200Ω/sq，结深为0.3-0.6um。
S3：在所述硅片的正面制备SiNx掩膜；
参考图4，在上述硼硅玻璃4的表面制作一层SiNx掩膜5，SiNx掩膜5的厚度与刻蚀工艺有关，确保刻蚀后SiNx能被完全刻蚀又不损坏正面的BSG厚度即可。
S4：刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层；
参考图5，利用SiNx掩膜能够防止正面的硼硅玻璃被刻蚀掉。刻蚀之后，只留下正面硼扩层3和硼硅玻璃4，在背面形成光滑的表面。刻蚀的工艺与SiNx刻蚀掩膜的厚度需要不断调整，背面的硼扩层和BSG需完全被刻蚀掉，正面SiNx刻蚀掩膜也应完全去除，但正面BSG薄膜需完整保留。
S5：利用所述硼硅玻璃对所述硅片正面形成保护，在所述硅片的背面进行磷扩散，形成背面磷扩层，所述背面磷扩层的表面为磷硅玻璃；
参考图6，在硅片的背面磷扩散之后，形成了背面磷扩层6，也就是n+层，在背面磷扩层6的表面为磷硅玻璃7，可以采用太阳能电池生产线上成熟的扩散工艺来实现，扩散完成后方阻约为80-100Ω/sq，结深约为0.3um。这里利用的硼硅玻璃形成对正面的保护，由于这种硼硅玻璃在后续流程中容易去除，因此避免了刻蚀时间过长导致的背面多孔硅形成。
S6：刻蚀掉所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃；
参考图7，此时只留下正面硼扩层3和背面磷扩层6，由于所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃表面都是亲水的，而Si表面则是疏水性质。刻蚀至目视观测电池正面和背面都疏水，则表示所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃已经被完全去除。
S7：在所述硅片的正面和背面制备SiNx钝化膜，并分别制备前电极和背电极。
参考图8，在硅片正面和背面均制作SiNx钝化膜8，可以减小正面的光反射，又可以起到有效的表面钝化效果，并制作出前电极9和背电极10，最后采用烧结工艺，形成良好的欧姆接触，这样就完成了整个电池的制作。
通过上述描述可知，本申请实施例提供的上述第一种N型双面电池的制造方法，由于包括：对硅片进行清洗和表面制绒；在所述硅片的正面和背面进行硼扩散，形成正面硼扩层和背面硼扩层，所述正面硼扩层的表面为硼硅玻璃；在所述硅片的正面制备SiNx掩膜；刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层；利用所述硼硅玻璃对所述硅片正面形成保护，在所述硅片的背面进行磷扩散，形成背面磷扩层，所述背面磷扩层的表面为磷硅玻璃；刻蚀掉所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃；在所述硅片的正面和背面制备SiNx钝化膜，并分别制备前电极和背电极，因此能够减少HF刻蚀的时间，避免了背面多孔硅的形成，从而有效降低电池背面的复合从而提高电池的并联电阻和开路电压，提高电池效率。
本申请实施例提供的第二种N型双面电池的制造方法，是在上述第一种N型双面电池的制造方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层包括：
利用刻蚀液的浓度、刻蚀速率以及所述SiNx掩膜的厚度，计算出刻蚀时间，然后根据所述刻蚀时间，刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层。具体操作时，需要对工艺进行实时调整，保证二者能够同时被全部去除。
本申请实施例提供的第三种N型双面电池的制造方法，是在上述第一种N型双面电池的制造方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层为：
利用浓度为5％至10％的HF溶液对折射率为2.1且厚度为30nm至40nm的SiNx掩膜刻蚀5分钟至10分钟。例如浓度为10％的HF溶液的刻蚀速率为4nm/min，如果表面镀40nm的薄膜，则需要刻蚀10min。
本申请实施例提供的第四种N型双面电池的制造方法，是在上述第一种N型双面电池的制造方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述刻蚀掉所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃为：
利用浓度为5％至10％的HF溶液对所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃刻蚀10分钟至20分钟。利用上述多种工艺参数的配合，找到最佳方案，能够同时去除硼硅玻璃和磷硅玻璃。
本申请实施例提供的第五种N型双面电池的制造方法，是在上述第一种至第四种N型双面电池的制造方法中任一种方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述在所述硅片的正面和背面制备SiNx钝化膜包括：
在所述硅片的正面制备折射率范围为2.04至2.11且厚度范围为60nm至80nm的SiNx钝化膜，在所述硅片的背面制备折射率范围为2.04至2.11且厚度范围为80nm至100nm的SiNx钝化膜。这里的SiNx钝化膜可采用折射率渐变的多层薄膜。
本申请实施例提供的第六种N型双面电池的制造方法，是在上述第五种N型双面电池的制造方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述对硅片进行清洗和表面制绒包括：
对硅片进行清洗，并采用湿法化学腐蚀的方式在所述硅片的表面形成45°的正金字塔绒面。
本申请实施例提供的第七种N型双面电池的制造方法，是在上述第六种N型双面电池的制造方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述正面硼扩层的表面的硼硅玻璃的厚度为100nm至200nm。
本申请实施例提供的第八种N型双面电池的制造方法，是在上述第七种N型双面电池的制造方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述在所述硅片的正面制备SiNx掩膜为：
在所述硅片的正面利用等离子增强化学气相沉积方式(PECVD:Plasma enhancedchemical vapor deposition)制备厚度范围为10nm至80nm的SiNx掩膜。
本申请实施例提供的第九种N型双面电池的制造方法，是在上述第八种N型双面电池的制造方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述制备前电极和背电极包括：
采用丝网印刷、蒸发或溅射方式制备所述前电极和所述背电极。
本申请实施例提供的第十种N型双面电池的制造方法，是在上述第八种N型双面电池的制造方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述制备前电极和背电极包括：
采用丝网印刷Ag浆料的方式制备所述前电极，采用丝网印刷Al浆料的方式制备所述背电极，并进行烧结。
综上所述，本申请实施例提供的上述各种方法，将SiNx掩膜刻蚀工艺应用于N型太阳能电池刻蚀与扩散工艺，单面扩散方法简单，与常规多晶硅量产线兼容，工艺成本低，而且避免了高温扩散工艺中有机物污染。在大部分与现有常规太阳能电池制备工艺兼容的前提下，简化了N型双面电池的工艺，避免了昂贵设备的引入，降低了N型双面电池的制造成本。从而走向实用化，创造价值。本发明具有上诸多的优点及实用价值，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，从而更加适于实用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种N型双面电池的制造方法，其特征在于，包括：
对硅片进行清洗和表面制绒；
在所述硅片的正面和背面进行硼扩散，形成正面硼扩层和背面硼扩层，所述正面硼扩层的表面为硼硅玻璃；
在所述硅片的正面制备SiNx掩膜；
刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层；
利用所述硼硅玻璃对所述硅片正面形成保护，在所述硅片的背面进行磷扩散，形成背面磷扩层，所述背面磷扩层的表面为磷硅玻璃；
刻蚀掉所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃；
在所述硅片的正面和背面制备SiNx钝化膜，并分别制备前电极和背电极。
2.根据权利要求1所述的N型双面电池的制造方法，其特征在于，
所述刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层包括：
利用刻蚀液的浓度、刻蚀速率以及所述SiNx掩膜的厚度，计算出刻蚀时间，然后根据所述刻蚀时间，刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层。
3.根据权利要求1所述的N型双面电池的制造方法，其特征在于，
所述刻蚀掉所述SiNx掩膜和所述背面硼扩层为：
利用浓度为5％至10％的HF溶液对折射率为2.1且厚度为30nm至40nm的SiNx掩膜刻蚀5分钟至10分钟。
4.根据权利要求1所述的N型双面电池的制造方法，其特征在于，
所述刻蚀掉所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃为：
利用浓度为5％至10％的HF溶液对所述硼硅玻璃和所述磷硅玻璃刻蚀10分钟至20分钟。
5.根据权利要求1-4任一项所述的N型双面电池的制造方法，其特征在于，
所述在所述硅片的正面和背面制备SiNx钝化膜包括：
在所述硅片的正面制备折射率范围为2.04至2.11且厚度范围为60nm至80nm的SiNx钝化膜，在所述硅片的背面制备折射率范围为2.04至2.11且厚度范围为80nm至100nm的SiNx钝化膜。
6.根据权利要求5所述的N型双面电池的制造方法，其特征在于，
所述对硅片进行清洗和表面制绒包括：
对硅片进行清洗，并采用湿法化学腐蚀的方式在所述硅片的表面形成45°的正金字塔绒面。
7.根据权利要求6所述的N型双面电池的制造方法，其特征在于，
所述正面硼扩层的表面的硼硅玻璃的厚度为100nm至200nm。
8.根据权利要求7所述的N型双面电池的制造方法，其特征在于，
所述在所述硅片的正面制备SiNx掩膜为：
在所述硅片的正面利用等离子增强化学气相沉积方式制备厚度范围为10nm至80nm的SiNx掩膜。
9.根据权利要求8所述的N型双面电池的制造方法，其特征在于，
所述制备前电极和背电极包括：
采用丝网印刷、蒸发或溅射方式制备所述前电极和所述背电极。
10.根据权利要求8所述的N型双面电池的制造方法，其特征在于，
所述制备前电极和背电极包括：
采用丝网印刷Ag浆料的方式制备所述前电极，采用丝网印刷Al浆料的方式制备所述背电极，并进行烧结。
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