CN112466990A - 一种高效异质结太阳能电池的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，包括如下步骤：用碱液对硅片进行抛光处理；对硅片进行高温及磷吸杂处理，在硅片正背表面沉积形成磷扩散层；通过碱溶液去除磷扩散层，形成硅片表面的织构化；在织构化的硅片正背面沉积非晶硅薄膜层；在非晶硅薄膜层上正背面沉积导电薄膜层；在导电薄膜层上正背面覆盖金属电极；固化金属电极；测试分选。本发明提供的一种异质结太阳能电池的制备工艺，极大程度上改善了生产过程中硅片品质问题带来的影响，从而进一步提升了异质结太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，更具体的说是涉及一种高效异质结太阳能电池的制备工艺。
背景技术
随着太阳能电池技术的发展，高效电池的开发越来越受重视。其中用非晶硅本征层(a-Si:H(i))钝化的硅基异质结太阳电池(HJT电池)是重点的研究方向之一。众所周知，硅基异质结太阳电池不仅有高的转化效率、高的开路电压，而且具有低的温度系数、无光致衰减(LID)、无电致衰减(PID)、低的制备工艺温度等优势。另外硅基异质结电池在保证高转化效率的同时，硅片厚度可减薄至100μm，有效减少了硅料耗量，并可用来制备可弯曲电池组件。
申请人的超高效异质结电池量产HJT电池平均效率已经达到23.8％，最高效率则突破至24.73％，双面率更是达到93％。由于具备双面发电的特性，在草地、水泥地面、雪地、反光布等场景下，组件背面可产生10％-30％额外发电量。功率温度系数低达-0.27％/℃，相比普通多晶组件，本申请人的异质结组件在75℃工作温度下可挽回34％的发电量损失。
基于以上异质结电池的优势，近年来得到了快速的发展，业内多家龙头企业开始进行布局，在效率达到23.8％这一水平后，基于原有的工艺路线已经不能满足当下对于电池转换效率的追求，如何突破现有工艺制备流程进一步提高HJT电池的量产效率，加速大面积产业化进程是HJT电池目前面临的挑战。
因此，如何提供一种高效异质结太阳能电池的制备工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种异质结太阳能电池的制备工艺，极大程度上改善了生产过程中硅片品质问题带来的影响，从而进一步提升了异质结太阳能电池的转换效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，包括如下步骤：
(1)用碱液对硅片进行抛光处理；
(2)对硅片进行高温及磷吸杂处理，在硅片正背表面沉积形成磷扩散层；
(3)通过碱溶液去除磷扩散层，形成硅片表面的织构化；
(4)在织构化的硅片正背面沉积非晶硅薄膜层；
(5)在非晶硅薄膜层上正背面沉积导电薄膜层；
(6)在导电薄膜层上正背面覆盖金属电极；
(7)固化金属电极；
(8)测试分选。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，步骤(1)中所述硅片为单晶硅衬底，导电类型为N型，并且所述硅片的厚度为90-180μm。
上述技术方案的有益效果为：由于相同掺杂浓度下N型单晶硅片比P型单晶硅片具有更高的少子寿命，同时比P型硅片更容易钝化，从光学方面无B-O复合衰减，综合考虑选择N型硅片；并且若硅片厚度小于90μm会导致碎片率的增加，厚度大于180μm会影响成本。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，步骤(1)中所述碱液选自KOH或者NaOH，并且碱液体积比为10-30％，抛光时间为5-60s，抛光反射率控制为15-30％。
上述技术方案的有益效果是：经过碱液抛光处理可以使硅片表面洁净度更高，同时避免污染吸杂使用的炉管，另外通过碱抛光去除了原有的酸抛光工序，可以将碱抛光整合到碱制绒工序中，降低设备成本。
酸抛光工序需要单独使用一台清洗设备进行酸抛光，然后使用单晶硅制绒设备进行制绒，本发明经过改进后扩散完可以直接采用碱抛光去除磷扩散层，而碱抛光工艺可以在制绒前的预清洗槽中进行，即整合到了异质结电池制绒工序中，节省了设备的运行成本。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，步骤(1)中所述抛光处理结束后，利用HCl和/或HF去除残余碱液，然后进行烘干操作；其中HCl和/或HF的体积百分比为7-21％，酸洗时间为100-150s，烘干温度为60-80℃。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，步骤(2)中所述高温及磷吸杂过程为：将磷源通过N2携带的方式通入炉管中，沉积温度控制在600-800℃，推进温度设置为800-1000℃，使磷源同氧气和硅发生反应形成单质磷，沉积在硅片正面和背面的表层，得到磷扩散层。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，所述磷扩散层的深度为0.3-2um，方阻控制在30-100Ω。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，步骤(1)中所述磷源选自三氯氧磷、三甲基磷、三乙基膦中的任意一种。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，步骤(3)中所述碱溶液为KOH或者NaOH，优选为KOH，通过体积百分比为1-7％的碱溶液去除磷扩散层，时间为40-80s；然后通过体积百分比为5-20％的碱液进行制绒，制绒温度为70-95℃，时间为60-100s，绒面的大小为1-7μm，进一步优选为3-5μm。
上述技术方案的有益效果是：虽然NaOH具有更低的价格但增加了电势诱导衰减现象PID产生的风险，因此优选KOH溶液，形成的晶面为(111)，受光面为绒面结构呈金字塔结构，这样有利于降低光在硅片表面的反射损失，绒面的大小为1-7μm，综合电性能方法等参数平衡的考量优选3-5μm。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，步骤(4)包括：
A、通过等离子体化学气相沉积或者催化化学气相沉积，在织构化的硅片正背面沉积本征非晶硅，本征非晶硅层的厚度为5-20nm；
B、通过等离子体化学气相沉淀或者催化化学气相沉积，在本征非晶硅层的正背面沉积掺杂非晶硅，掺杂非晶硅呈N/P或P/N的异型对称结构(即正面采用P型掺杂非晶硅膜层或N型掺杂非晶硅膜层，背面采用N型掺杂非晶硅膜层或P型掺杂非晶硅层)，其中P型掺杂非晶硅的膜层厚度为5-20nm，N型掺杂非晶硅的膜层厚度为5-30nm。
上述技术方案的有益效果是：作为异质结电池的钝化层合并形成PN结。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，步骤(5)中通过磁控溅射或者反应等离子体沉积的方式沉积导电薄膜层。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，所述导电薄膜层包括但不限于ITO、IWO、AZO，并且所述导电薄膜层的厚度为60-120nm，方阻为30-80Ω。
上述技术方案的有益效果是：上述限定可以最大程度的发挥TCO透明导电薄膜的透光和导电的作用。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，步骤(6)覆盖金属电极的实现方式为丝网印刷，所述金属电极包括垂直分布的主栅和副栅，主栅线数为0-20，栅线宽度为0-1.2mm，副栅线数为80-200，栅线宽度为20-60μm。
上述技术方案的有益效果是：上述限定可以更好的收集少数载流子。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，所述金属电极为银电极。
上述技术方案的有益效果是：金属银电极可以实现更优的导电性能。
优选的，在上述一种高效异质结太阳能电池的制备工艺中，步骤(7)中所述固化温度为170-210℃，时间为5-40min。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，具有以下优势：
(1)通过引入高温和磷吸杂结合这一工序，形成新的异质结电池生产流程，使各家硅片供应商的硅片品质提升至同一水平，产线生产过程中的制程稳定性提升，电池片成品效率的离散性降低，同时通过吸杂处理实现异质结太阳能电池的转换效率的提升；
(2)本发明通过增加吸杂前处理工序，及优化去除磷扩散层的方式方法，更进一步提升了太阳能电池的光电转换效率，同时使去除磷扩散层和制绒的工序完美结合，将原有的酸去除PSG工序整合到制绒工序中，大大提高了制程的生产能力。
具体实施方式
下面将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。
实施例1
A、对N型厚度为180μm的单晶硅片进行抛光处理，碱液选用NaOH，药液体积百分比20％，抛光时间20s，然后利用HCL和/或HF去除残余的碱，酸体积百分比为10％，酸洗时间100s，然后在65℃的温度下进行烘干，正背面进行抛光，抛光反射率控制在20％；
B、对N型厚度为180μm的单晶硅片进行磷吸杂处理，沉积温度800℃，推进温度900℃，形成扩散层深度0.7μm，方阻为50Ω，在硅片正背表面形成磷扩散层；
C、通过采用KOH对做完B工序表面的硅片进行抛光处理即去除磷硅玻璃，碱液体积百分比7％，时间60s，然后进行制绒，制绒的碱液体积百分比位10％，温度为80℃，时间为800s，绒面的大小为3um；
D、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，正背面本征非晶硅厚度为10nm，P型非晶硅厚度为15nm，N型非晶硅厚度为20nm；
E、通过磁控溅射沉积ITO薄膜，正背面ITO薄膜厚度为100nm，方阻60Ω；
F、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，主栅宽度为0.9mm，主栅数目为9，正背面银副栅线宽度为40μm，线数为100；
G、固化温度200℃，时间30min；
H、进行测试电池的电性能,电池量产平均效率为24.2％。
实施例2
A、对N型厚度为180μm的单晶硅片进行抛光处理，碱液选用KOH，药液体积百分比30％，抛光时间30s，然后利用HCL或HF去除残余的碱，酸体积百分比为7％，酸洗时间120s，然后在65℃的温度下进行烘干，正背面进行抛光，抛光反射率控制在30％；
B、对N型厚度为180μm的单晶硅片进行磷吸杂处理，沉积温度800℃，推进温度900℃，形成扩散层深度0.7μm，方阻为50Ω，在硅片正背表面形成磷扩散层；
C、通过采用KOH对做完B工序表面的硅片进行抛光处理即去除磷硅玻璃，碱液体积百分比为10％，时间为60s，然后进行制绒，制绒碱液体积百分比位15％，温度为80℃，时间为800s，绒面的大小为4um；
D、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，正背面本征非晶硅厚度为10nm，P型非晶硅厚度为15nm，N型非晶硅厚度为20nm；
E、通过磁控溅射沉积ITO薄膜，正背面ITO薄膜厚度为100nm，方阻60Ω；
F、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，主栅宽度为0.9mm，主栅数目为9，正背面银副栅线宽度为40μm，线数为100；
G、固化温度200℃，时间30min；
H、进行测试电池的电性能,电池量产平均效率为24.25％。
对比例1
A、对N型厚度为180μm的单晶硅片进行磷吸杂处理，沉积温度750℃，推进温度900℃，形成扩散层深度0.5μm，方阻为70Ω，在硅片正背表面形成磷扩散层，后通过HNO3和HF去除扩散层；
B、通过采用KOH对做完A工序表面的硅片进行制绒处理，绒面大小3um。
C、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，正背面本征非晶硅厚度为10nm，P型非晶硅厚度为15nm，N型非晶硅厚度为20nm；
D、通过磁控溅射沉积ITO薄膜，正背面ITO薄膜厚度为100nm，方阻60Ω。
E、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，主栅宽度为0.9mm，主栅数目为9，正背面银副栅线宽度为40μm，线数为100；
F、固化温度200℃；
对电池的电性能进行测试，电池量产平均效率为24.0％。
对比例2
A、对N型厚度为180μm的单晶硅片进行制绒处理，形成金字塔绒面，去除杂质离子及进行表面清洁；
B、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，正背面本征非晶硅厚度为10nm，P型非晶硅厚度为15nm，N型非晶硅厚度为20nm；
C、通过磁控溅射沉积ITO薄膜，正背面ITO薄膜厚度为100nm，方阻60Ω
D、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，主栅宽度为0.9mm，主栅数目为9，正背面银副栅线宽度为40μm，线数为100；
E、固化温度200℃。
F、对电池的电性能进行测试，电池量产平均效率为23.8％。
通过实施例1-2及对比例1-2可以看出，本发明公开的异质结太阳能电池的制备工艺制备得到的HJT电池的电性能更加优异，将电池平均效率提高0.2％-0.4％左右。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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)
1.一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用碱液对硅片进行抛光处理；
(2)对硅片进行高温及磷吸杂处理，在硅片正背表面沉积形成磷扩散层；
(3)通过碱溶液去除磷扩散层，形成硅片表面的织构化；
(4)在织构化的硅片正背面沉积非晶硅薄膜层；
(5)在非晶硅薄膜层上正背面沉积导电薄膜层；
(6)在导电薄膜层上正背面覆盖金属电极；
(7)固化金属电极；
(8)测试分选。
2.根据权利要求1所述的一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中所述硅片为单晶硅衬底，导电类型为N型，并且所述硅片的厚度为90-180μm。
3.根据权利要求1所述的一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中所述碱液选自KOH或者NaOH，并且碱液体积比为10-30％，抛光时间为5-60s，抛光反射率控制为15-30％。
4.根据权利要求1所述的一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中所述抛光处理结束后，利用HCl和/或HF去除残余碱液，然后进行烘干操作；其中HCl和/或HF的体积百分比为7-21％，酸洗时间为100-150s，烘干温度为60-80℃。
5.根据权利要求1所述的一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中所述高温及磷吸杂过程为：将磷源通过N2携带的方式通入炉管中，沉积温度控制在600-800℃，推进温度设置为800-1000℃，使磷源同氧气和硅发生反应形成单质磷，沉积在硅片正面和背面的表层，得到磷扩散层。
6.根据权利要求1所述的一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中所述碱溶液为KOH或者NaOH，通过体积百分比为1-7％的碱溶液去除磷扩散层，时间为40-80s；然后通过体积百分比为5-20％的碱液进行制绒，制绒温度为70-95℃，时间为60-100s，绒面的大小为1-7μm。
7.根据权利要求1所述的一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，其特征在于，步骤(4)包括：
A、通过等离子体化学气相沉积或者催化化学气相沉积，在织构化的硅片正背面沉积本征非晶硅，本征非晶硅层的厚度为5-20nm；
B、通过等离子体化学气相沉淀或者催化化学气相沉积，在本征非晶硅层的正背面沉积掺杂非晶硅，掺杂非晶硅呈N/P或P/N的异型对称结构，其中P型掺杂非晶硅的膜层厚度为5-20nm，N型掺杂非晶硅的膜层厚度为5-30nm。
8.根据权利要求1所述的一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，其特征在于，步骤(5)中通过磁控溅射或者反应等离子体沉积的方式沉积导电薄膜层；所述导电薄膜层包括ITO、IWO、AZO，并且所述导电薄膜层的厚度为80-120nm，方阻为30-80Ω。
9.根据权利要求1所述的一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，其特征在于，步骤(6)覆盖金属电极的实现方式为丝网印刷，所述金属电极包括垂直分布的主栅和副栅，主栅线数为0-20，栅线宽度为0-1.2mm，副栅线数为80-200，栅线宽度为20-60μm。
10.根据权利要求1所述的一种高效异质结太阳能电池的制备工艺，其特征在于，步骤(7)中所述固化温度为170-210℃，时间为5-40min。
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