CN112164728A - 图形化的钝化接触太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于晶体硅太阳能电池技术领域，涉及一种图形化的钝化接触太阳能电池及其制造方法，包括衬底，衬底正面和背面分别设有正面钝化层和背面钝化层，衬底正面设有正面金属栅线，衬底背面设有背面金属栅线，衬底与背面金属栅线之间依次设有超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层，掺杂多晶硅层连接背面金属栅线，超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层的形状相同，每相邻的两条背面金属栅线之间还设有空白区，空白区的边缘形状与超薄隧穿氧化层或掺杂多晶硅层的边缘形状吻合。本发明采用一种背面图形化的钝化接触结构，能降低金属接触区域的载流子复合，同时具有良好的接触性能。
Description
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能电池技术领域，涉及一种图形化的钝化接触太阳能电池及其制造方法。
背景技术
在晶体硅太阳能电池中，由于金属和半导体接触区域存在的严重复合，制约着太阳能电池效率的提升。钝化接触技术是近年来显著提升光伏电池光电转换效率的技术。钝化接触(或接触钝化)结构是一种在晶体硅上叠加一层超薄的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层形成的结构，其中氧化硅作为钝化层、掺杂多晶硅作为载流子选择性接触材料，可以显著降低金属接触区域的载流子复合，同时具有良好的接触性能，从而极大地提升太阳能电池的效率。
然而，钝化接触技术固有的缺点在于掺杂多晶硅层的吸光系数较大，整面使用在晶体硅电池上的话会导致电流损失较多，不能够最大化提升太阳能电池的转换效率。因此，目前行业内也在研究局域钝化接触的方法，能够兼顾钝化接触和光的吸收。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法。
本发明的另一目的是提供一种图形化的钝化接触太阳能电池。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将单晶硅片经过制绒、扩散制结、刻蚀和抛光或二次制)后得到衬底，在衬底的正面和背面同时制备一层超薄隧穿氧化硅层，
在衬底正面和背面的隧穿氧化硅层上再制备一层非晶硅层，或者只在衬底背面超薄隧穿氧化硅层上再制备一层非晶硅层，
在非晶硅层上沉积一层掩膜，在衬底背面掩膜上印刷耐腐蚀油墨，之后用氢氟酸去除没有印刷耐腐蚀油墨区域的掩膜，再用氨水和双氧水的混合水溶液去除油墨，
去除衬底背面无掩膜保护区域的非晶硅层，以及正面的非晶硅层，之后用氢氟酸去除无非晶硅区域的隧穿氧化层以及剩下的掩膜，得到制程片，
将制程片在高温下进行硼扩散或磷扩散，激活掺杂原子，同时使非晶硅全部转变为多晶硅，形成掺杂多晶硅层，
在衬底的正面和背面分别制备钝化层，并印刷金属栅线，经过丝网印刷和烧结后，得到成品太阳能电池。
进一步的，隧穿氧化硅层厚度不超过2nm，非晶硅层的厚度为100-400nm。
一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
1)制绒：以P型或N型单晶硅片作为衬底，放置在制绒液中制成金字塔绒面，然后在体积浓度为1-10％的氢氟酸溶液中将硅片表面清洗干净，
2)扩散制结：对制绒后的硅衬底的两面进行磷扩散或硼扩散，以形成pn结，
3)刻蚀：采用单面刻蚀设备，去除衬底背面和边缘的磷硅玻璃层或硼硅玻璃层，
4)背面抛光或二次制绒：对背面进行抛光或二次制绒处理，以去除背面的扩散层，并形成抛光面或绒面，然后去除正面的磷硅玻璃层或硼硅玻璃层，
5)制备隧穿氧化层：在衬底的正面和背面同时制备一层超薄的隧穿氧化硅，
6)制备掺杂非晶硅层：采用LPCVD或PECVD设备在衬底的两面或背面沉积一层本征非晶硅层、硼掺杂或磷掺杂的非晶硅层，
7)制备图形化的掩膜：采用APCVD或PECVD在衬底的背面沉积一层掩膜，然后在衬底的背面掩膜上印刷耐腐蚀油墨，然后在体积浓度为1-5％的氢氟酸溶液中去除非油墨保护区域的掩膜，再利用氨水和双氧水的混合水溶液去除油墨材料，
8)制备图形化的钝化接触区：在刻蚀液中去除背面无掩膜保护区域的掺杂非晶硅层，以及正面的非晶硅层，然后在体积浓度为1-10％的氢氟酸溶液中去除无非晶硅层区域的隧穿氧化层以及剩下的掩膜，得到制程片，
9)高温激活和扩散：将步骤8所得制程片放置在850-1050℃的条件下进行硼扩散或磷扩散，激活掺杂原子，使非晶硅全部转变为多晶硅，形成掺杂多晶硅层，
10)钝化：在衬底的正面和背面分别制备钝化层，钝化层由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镓、氧化锌或氧化钛中的一种或几种组成，
11)激光开槽：对于P型衬底，背面需要用激光烧蚀打开钝化层，再印刷金属栅线，对于N型衬底直接印刷金属栅线，
12)丝网印刷、烧结：对完成步骤11的制程片进行丝网印刷和烧结，得到成品太阳能电池。
进一步的，制绒液包括重量比为1-20％的KOH溶液，制绒温度为80摄氏度左右，刻蚀液包括重量比为1-20％的KOH溶液。
进一步的，在步骤5中，超薄隧穿氧化硅层厚度不超过2nm，采用热氧法、湿化学法、PECVD法或准分子源干氧法制备。
进一步的，在步骤6中，非晶硅层厚度为100-400nm。
进一步的，在步骤7中，所述的印刷图形为若干个相互连接的三角形，若干个三角形的形状、大小相同，且底边在同一直线上。
一种图形化的钝化接触太阳能电池，包括衬底，衬底正面和背面分别设有正面钝化层和背面钝化层，衬底正面设有正面金属栅线，衬底背面设有背面金属栅线，所述的衬底与背面金属栅线之间依次设有超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层，掺杂多晶硅层连接背面金属栅线，超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层的形状相同，每相邻的两条背面金属栅线之间还设有空白区，所述的空白区的边缘形状与超薄隧穿氧化层或掺杂多晶硅层的边缘形状吻合。
进一步的，所述的掺杂多晶硅层包括金属接触区域和非金属接触区域，所述的金属接触区域的形状、大小与背面金属栅线的形状、大小相同，所述的非金属接触区域包括若干个相互连接的三角形。
进一步的，隧穿氧化硅厚度不超过2nm，掺杂多晶硅层厚度为100-400nm。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
本发明采用一种背面图形化的钝化接触结构，在晶体硅衬底的背面即不受光面叠加一层超薄的隧穿氧化层钝化晶体硅表面，再叠加一层掺杂多晶硅层作为载流子选择性接触材料，降低金属接触区域的载流子复合，同时具有良好的接触性能。
此外，在兼顾钝化接触的同时，为了降低掺杂多晶硅层对光的吸收，减少电流损失，而采用局域钝化接触的结构。该结构采用图形化的局域接触隧穿氧化层和多晶硅层，这种图形包括金属栅线和晶体硅衬底之间的接触区域，但又不限于此，可以在钝化接触和光吸收损失之间取得较好的平衡。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明的图形化的局域钝化接触结构示意图。
图中：衬底11、超薄隧穿氧化层12、掺杂多晶硅层13、正面钝化层14、背面钝化层15、背面金属栅线16、正面金属栅线17、空白区18、非金属接触区域21、金属接触区域22。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，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、完整的描述。
实施例1
一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
如图1和图2所示，将单晶硅片经过制绒、扩散制结、刻蚀和抛光后得到衬底11，在衬底11的正面和背面同时制备一层超薄隧穿氧化硅层12，超薄隧穿氧化硅层12厚度不超过2nm，
在衬底11正面和背面的超薄隧穿氧化硅层12上再制备一层非晶硅层，或者只在衬底11背面超薄隧穿氧化硅层12上再制备一层非晶硅层，非晶硅层的厚度为100-400nm。
在非晶硅层上沉积一层掩膜，在衬底11背面掩膜上印刷耐腐蚀油墨，之后用氢氟酸去除没有印刷耐腐蚀油墨区域的掩膜，在用氨水和双氧水的混合水溶液去除油墨，
去除衬底11背面无掩膜保护区域的非晶硅层，以及正面的非晶硅层，之后用氢氟酸去除无非晶硅区域的隧穿氧化层以及剩下的掩膜，得到制程片，
将制程片在高温下进行硼扩散或磷扩散，激活掺杂原子，同时使非晶硅全部转变为多晶硅，形成掺杂多晶硅层13，
在衬底11的正面和背面分别制备钝化层，并印刷金属栅线，经过丝网印刷和烧结后，得到成品太阳能电池。
实施例2
一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：如图1和图2所示，
1)制绒：以P型或N型单晶硅片作为衬底11，放置在制绒液中制成金字塔绒面，然后在体积浓度为1-10％的氢氟酸溶液中将硅片表面清洗干净，
2)扩散制结：对制绒后的硅衬底的两面进行磷扩散或硼扩散，以形成pn结，
3)刻蚀：采用单面刻蚀设备，去除衬底11背面和边缘的磷硅玻璃层或硼硅玻璃层，
4)背面抛光：对背面进行抛光处理，以去除背面的扩散层，并形成抛光面，然后去除正面的磷硅玻璃层或硼硅玻璃层，
5)制备隧穿氧化层：在衬底11的正面和背面同时制备一层超薄的隧穿氧化硅，
6)制备掺杂非晶硅层：采用LPCVD或PECVD设备在衬底11的两面或背面沉积一层本征非晶硅层、硼掺杂或磷掺杂的非晶硅层，
7)制备图形化的掩膜：采用APCVD或PECVD在衬底的背面沉积一层掩膜，然后在衬底的背面掩膜上印刷耐腐蚀油墨，然后在体积浓度为1-5％的氢氟酸溶液中去除非油墨保护区域的掩膜，再利用氨水和双氧水的混合水溶液去除油墨材料，
8)制备图形化的钝化接触区：在刻蚀液中去除背面无掩膜保护区域的掺杂非晶硅层，以及正面的非晶硅层，然后在体积浓度为1-10％的氢氟酸溶液中去除无非晶硅层区域的超薄隧穿氧化层以及剩下的掩膜，得到制程片，
9)高温激活和扩散：将步骤8所得制程片放置在850-1050℃的条件下进行硼扩散或磷扩散，激活掺杂原子，使非晶硅全部转变为多晶硅，形成掺杂多晶硅层13，
10)钝化：在衬底11的正面和背面分别制备钝化层，钝化层由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镓、氧化锌或氧化钛中的一种或几种组成，
11)激光开槽：对于P型衬底，背面需要用激光烧蚀打开钝化层，再印刷金属栅线，对于N型衬底直接印刷金属栅线，掺杂多晶硅层13接触金属栅线，
12)丝网印刷、烧结：对完成步骤11的制程片进行丝网印刷和烧结，得到成品太阳能电池。
制绒液包括重量比为1-20％的KOH溶液，制绒温度为80摄氏度左右，刻蚀液包括重量比为1-20％的KOH溶液。制绒液和刻蚀液均可采用市售产品。
在步骤5中，超薄隧穿氧化硅12层厚度为厚度不超过2nm，在本实施例中为0.5-1.5nm，采用热氧法、湿化学法、PECVD法或准分子源干氧法制备。
在步骤6中，非晶硅层厚度为100-400nm。
在步骤7中，所述的印刷图形为若干个相互连接的三角形，若干个三角形的形状、大小相同，且底边在同一直线上。
其中，背面金属栅线，如P型衬底为铝栅线，N型衬底为银栅线，正面金属栅线，如P型衬底为银栅线，N型衬底为银铝栅线。
本实施例提出的一种图形化的钝化接触太阳能电池，相比栅线局域钝化接触太阳能电池，只需要改变背面印刷油墨所采用的网版图形，其它工序几乎不变，适合大规模产业化应用。通过调整非金属接触区的面积占比，可以在钝化接触和光吸收损失之间取得更好的平衡，进一步提高晶硅太阳能电池的转化效率。
实施例3
一种图形化的钝化接触太阳能电池，具体实施和制备方法如下：
将P型或N型单晶硅片作为衬底，进行常规的制绒。经过氢氟酸和RCA标准清洗后，进行磷扩散或硼扩散形成pn结。后清洗去除硅衬底背面的磷硅玻璃层或硼硅玻璃层。然后对背面进行抛光处理，以去除背面的扩散层。接着在硅衬底的正面和背面同时用热氧法制备一层厚度为1-2nm的超薄隧穿氧化硅，再采用LPCVD设备在硅衬底的正面和背面同时沉积一层厚度为100-300nm的硼掺杂或磷掺杂的非晶硅层。采用APCVD或PECVD在硅衬底的背面沉积一层掩膜，然后在掩膜上印刷耐腐蚀油墨，印刷图形如图2所示。在体积浓度为1-5％的氢氟酸溶液中去除非油墨保护区域的掩膜，再利用氨水和双氧水的混合水溶液去除油墨材料。在KOH和刻蚀添加剂的混合水溶液中去除背面无掩膜保护区域的掺杂非晶硅，以及正面的非晶硅。然后在体积浓度为1-10％的氢氟酸溶液中去除无非晶硅区域的隧穿氧化层以及剩下的掩膜材料。在850-1050摄氏度的条件下，对掺杂原子进行高温激活处理，并使非晶硅层全部转变为多晶硅层。对制程片的正面和背面分别制备相应的钝化膜。对于P型硅衬底，需要用激光烧蚀打开背面钝化膜，对于N型硅衬底则不需要。接着进行常规的丝网印刷和烧结，形成电学接触，得到成品太阳能电池。
本实施例提出的一种图形化的钝化接触太阳能电池，相比栅线局域钝化接触太阳能电池，只需要改变背面印刷油墨所采用的网版图形，其它工序几乎不变，适合大规模产业化应用。通过调整非金属接触区的面积占比，可以在钝化接触和光吸收损失之间取得更好的平衡，进一步提高晶硅太阳能电池的转化效率。
实施例4
一种图形化的钝化接触太阳能电池，包括衬底11，衬底11正面和背面分别设有正面钝化层14和背面钝化层15，衬底11正面设有正面金属栅线17，衬底11背面设有背面金属栅线16，其特征在于，所述的衬底11与背面金属栅线16之间依次设有超薄隧穿氧化层12和掺杂多晶硅层13，掺杂多晶硅层13连接背面金属栅线16，超薄隧穿氧化层12和掺杂多晶硅层13的形状相同，每相邻的两条背面金属栅线16之间还设有空白区18，所述的空白区18的边缘形状与超薄隧穿氧化层12或掺杂多晶硅层13的边缘形状吻合。
本实施例中，空白区18为衬底背面去除超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层的区域。
掺杂多晶硅层13包括金属接触区域22和非金属接触区域21，所述的金属接触区域22的形状、大小与背面金属栅线16的形状、大小相同，所述的非金属接触区域21包括若干个相互连接的三角形。
非金属接触区域21设计成三角形，能够更好地收集两根栅线中间的电流，降低串阻损失。通过调整非金属接触区域21的隧穿氧化层/掺杂多晶硅层的面积占比，可以在钝化接触和光吸收损失之间取得更好的平衡。因此这种背面图形化的钝化接触结构，在兼顾钝化接触的同时，还能够降低掺杂多晶硅层对光的吸收，减少电流损失。
隧穿氧化硅厚度不超过2nm，本实施例中为0.5-1.5nm，掺杂多晶硅层13厚度为100-400nm。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神。
Claims (10)
1.一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将单晶硅片经过制绒、扩散制结、刻蚀和抛光或二次制绒后得到衬底，在衬底的正面和背面同时制备一层超薄隧穿氧化硅层，
在衬底正面和背面的隧穿氧化硅层上再制备一层非晶硅层，或者只在衬底背面超薄隧穿氧化硅层上再制备一层非晶硅层，
在非晶硅层上沉积一层掩膜，在衬底背面掩膜上印刷耐腐蚀油墨，之后用氢氟酸去除没有印刷耐腐蚀油墨区域的掩膜，再用氨水和双氧水的混合水溶液去除油墨，
去除衬底背面无掩膜保护区域的非晶硅层，以及正面的非晶硅层，之后用氢氟酸去除无非晶硅区域的隧穿氧化层以及剩下的掩膜，得到制程片，
将制程片在高温下进行硼扩散或磷扩散，激活掺杂原子，同时使非晶硅全部转变为多晶硅，形成掺杂多晶硅层，
在衬底的正面和背面分别制备钝化层，并印刷金属栅线，经过丝网印刷和烧结后，得到成品太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，其特征在于，隧穿氧化硅层厚度不超过2nm，非晶硅层的厚度为100-400nm。
3.一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制绒：以P型或N型单晶硅片作为衬底，放置在制绒液中制成金字塔绒面，然后在体积浓度为1-10％的氢氟酸溶液中将硅片表面清洗干净，
2)扩散制结：对制绒后的硅衬底的两面进行磷扩散或硼扩散，以形成pn结，
3)刻蚀：采用单面刻蚀设备，去除衬底背面和边缘的磷硅玻璃层或硼硅玻璃层，
4)背面抛光：对背面进行抛光或二次制绒处理，以去除背面的扩散层，并形成抛光面或绒面，然后去除正面的磷硅玻璃层或硼硅玻璃层，
5)制备隧穿氧化层：在衬底的正面和背面同时制备一层超薄隧穿氧化硅，
6)制备掺杂非晶硅层：采用LPCVD或PECVD设备在衬底的两面或背面沉积一层本征非晶硅层、硼掺杂或磷掺杂的非晶硅层，
7)制备图形化的掩膜：采用APCVD或PECVD在衬底的背面沉积一层掩膜，然后在衬底的背面掩膜上印刷耐腐蚀油墨，然后在体积浓度为1-5％的氢氟酸溶液中去除非油墨保护区域的掩膜，再利用氨水和双氧水的混合水溶液去除油墨材料，
8)制备图形化的钝化接触区：在刻蚀液中去除背面无掩膜保护区域的掺杂非晶硅层，以及正面的非晶硅层，然后在体积浓度为1-10％的氢氟酸溶液中去除无非晶硅层区域的隧穿氧化层以及剩下的掩膜，得到制程片，
9)高温激活和扩散：将步骤8所得制程片放置在850-1050℃的条件下进行硼扩散或磷扩散，激活掺杂原子，使非晶硅全部转变为多晶硅，形成掺杂多晶硅层，
10)钝化：在衬底的正面和背面分别制备钝化层，钝化层由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镓、氧化锌或氧化钛中的一种或几种组成，
11)激光开槽：对于P型衬底，背面需要用激光烧蚀打开钝化层，再印刷金属栅线，对于N型衬底直接印刷金属栅线，
12)丝网印刷、烧结：对完成步骤11的制程片进行丝网印刷和烧结，得到成品太阳能电池。
4.根据权利要求3所述的一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，其特征在于，制绒液包括重量比为1-20％的KOH溶液，制绒温度为80摄氏度左右，刻蚀液包括重量比为1-20％的KOH溶液。
5.根据权利要求3所述的一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，其特征在于，在步骤5中，超薄隧穿氧化硅层厚度不超过2nm，采用热氧法、湿化学法、PECVD法或准分子源干氧法制备。
6.根据权利要求3所述的一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，其特征在于，在步骤6中，非晶硅层厚度为100-400nm。
7.根据权利要求3所述的一种图形化的钝化接触太阳能电池的制造方法，其特征在于，在步骤7中，所述的印刷图形为若干个相互连接的三角形，若干个三角形的形状、大小相同，且底边在同一直线上。
8.一种图形化的钝化接触太阳能电池，包括衬底，衬底正面和背面分别设有正面钝化层和背面钝化层，衬底正面设有正面金属栅线，衬底背面设有背面金属栅线，其特征在于，所述的衬底与背面金属栅线之间依次设有超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层，掺杂多晶硅层连接背面金属栅线，超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层的形状相同，每相邻的两条背面金属栅线之间还设有空白区，所述的空白区的边缘形状与超薄隧穿氧化层或掺杂多晶硅层的边缘形状吻合。
9.根据权利要求8所述的一种图形化的钝化接触太阳能电池，其特征在于，所述的掺杂多晶硅层包括金属接触区域和非金属接触区域，所述的金属接触区域的形状、大小与背面金属栅线的形状、大小相同，所述的非金属接触区域包括若干个相互连接的三角形。
10.根据权利要求8所述的一种图形化的钝化接触太阳能电池，其特征在于，隧穿氧化硅厚度不超过2nm，掺杂多晶硅层厚度为100-400nm。
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