一種高效晶硅perc電池的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效晶硅PERC電池的制備方法，所述制造方法包括：提供硅片，并在所述硅片的正面形成絨面；在所述硅片的正面形成磷擴(kuò)散層，然后去除所述硅片的正面的PSG和周邊磷擴(kuò)散層；在所述硅片的正面形成SiNx減反層；在所述硅片的背面形成AlOx鈍化層；在所述硅片的背面形成SiNx保護(hù)層；對(duì)所述硅片進(jìn)行激光開窗，所述激光開窗工藝分兩次完成；對(duì)所述硅片進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種高效晶硅PERC電池，其采用本發(fā)明提供的制備方法制備而成。本發(fā)明提供的制備方法工藝簡單、成本低、且獲得的晶硅PERC電池效率高、外觀優(yōu)良。
【專利說明】
一種高效晶硅PERC電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及太陽能電池制造領(lǐng)域，具體地說涉及一種高效晶硅PERC電池的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]晶娃PERC電池是指純化發(fā)射區(qū)背面電池(Passivated emitter rear contactsolar cells)。背鈍化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效多晶硅電池的一種重要的技術(shù)手段，它的主要技術(shù)特征是在太陽能電池的背面鍍上一層鈍化膜。由于這層鈍化膜內(nèi)部的固定負(fù)電荷密度較尚，具有良好的場(chǎng)純化效應(yīng)、電池背面載流子的復(fù)合速率降低，能夠有效提尚晶娃電池的少子壽命，從而提高晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0003]隨著科技的不斷發(fā)展與設(shè)備的升級(jí)更新，背鈍化技術(shù)中鈍化膜的制備方法以及其性質(zhì)探索已較為穩(wěn)定成熟。然而要實(shí)現(xiàn)高效背鈍化晶硅電池的整線整合，仍然需要針對(duì)背鈍化工藝流程中的多個(gè)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新與調(diào)整。
[0004]對(duì)常規(guī)晶硅電池的生產(chǎn)工藝而言，目前大部分光伏廠家都是采用管式PECVD沉積晶硅電池的正面減反層SiNx薄膜。由于石墨舟片中間鏤空區(qū)域較大、硅片與石墨舟片接觸面積較小，因此這種設(shè)備制備的薄膜均勻性與硅片背面的導(dǎo)電狀態(tài)密切相關(guān)。在通常的背鈍化工藝流程中(ALD—背面保護(hù)層SiNx—正面減反層SiNx)，在沉積正面減反層時(shí)，硅片背面已經(jīng)沉積了介電性較強(qiáng)的AlOx和SiNx薄膜，這樣會(huì)導(dǎo)致在沉積正面SiNx薄膜時(shí)等離子體的分布不均勻，影響電池正面減反層的均勻性，使得背鈍化電池的光吸收量降低，最終導(dǎo)致電池效率降低。為了解決這一問題，在常規(guī)背鈍化工藝流程下，許多背鈍化電池廠家選擇以板式PECVD沉積正面減反層。而板式PECVD的使用，雖然可以解決正面SiNx薄膜均勻性變差、光學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的問題，但是板式PECVD的產(chǎn)能較低、設(shè)備自身的成本和維護(hù)成本較高，也是需要面對(duì)的嚴(yán)峻問題。
[0005]影響背鈍化電池電池效率的另一個(gè)問題是:背鈍化電池的串聯(lián)電阻較高。串聯(lián)電阻高與背面激光開窗工藝不良，導(dǎo)致鋁漿與硅不能形成很好的歐姆接觸，形成的“空洞”有關(guān)。當(dāng)背鈍化電池的“空洞”連續(xù)產(chǎn)生在相鄰的開窗位置，且具備一定的長度，在光致發(fā)光或電致發(fā)光的檢測(cè)設(shè)備下，會(huì)形成背面條狀的黑線區(qū)域，從而影響背鈍化電池的電性能。因此，良好的激光開窗工藝對(duì)高效背鈍化電池性能發(fā)揮著至關(guān)重要的作用
[0006]在背鈍化電池的結(jié)構(gòu)中，硅片背面沉積有氧化鋁和氮化硅保護(hù)層兩個(gè)介質(zhì)層，為了實(shí)現(xiàn)電池背面良好的歐姆接觸，通常會(huì)用激光開窗工藝將背面AlOx及SiNx保護(hù)層部分剝離。目前單次激光工藝存在以下問題:I)由于激光源能量呈高斯分布，在激光開窗邊緣的燒蝕效果會(huì)低于中心區(qū)域，為了避免在中心區(qū)域燒蝕深度過深，開窗區(qū)域邊緣的氮化硅容易去除不徹底;2)激光開窗使用的能量范圍較小:使用的能量過高，會(huì)造成硅片表面損傷，形成載流子復(fù)合中心;而使用的能量過低，背面鈍化層和保護(hù)層容易去除不徹底;3)單次激光的線寬較窄:受激光源本身的限制，單次激光開窗的寬度一般不大于50μπι，為了實(shí)現(xiàn)電池背面良好的歐姆接觸，需要適當(dāng)?shù)拈_窗比例，導(dǎo)致激光線間距進(jìn)一步縮小，這樣也會(huì)導(dǎo)致硅表面損傷增多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有背鈍化電池技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種高效晶硅PERC電池的制備方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種高效晶硅PERC電池的制備方法，所述制造方法包括:
[0009]a)提供硅片，并在所述硅片的正面形成絨面；
[0010]b)在所述硅片的正面形成磷擴(kuò)散層，然后去除所述硅片的正面的PSG和周邊磷擴(kuò)散層；
[0011]c)在所述硅片的正面形成SiNx減反層；
[0012]d)在所述硅片的背面形成AlOx鈍化層；
[0013]e)在所述硅片的背面形成SiNx保護(hù)層；
[0014]f)對(duì)所述硅片進(jìn)行激光開窗，所述激光開窗工藝分兩次完成；
[0015]g)對(duì)所述硅片進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】，在所述步驟e)和所述步驟f)之間還包括步驟:
[0017]h)在氫氛圍下，對(duì)所述硅片進(jìn)行退火。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述退火操作控制在5min?15min。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述步驟f)進(jìn)一步為:
[0020]完成第一次激光開窗；
[0021]第二次激光開窗以重疊激光工藝或并線工藝完成。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述SiNx減反層和/或所述SiNx保護(hù)層采用PECVD工藝制備。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述AlOx鈍化層采用ALD工藝制備。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述SiNx保護(hù)層的厚度在80nm?160nm之間。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述SiNx保護(hù)層的折射率在1.8?2.4之間。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，在進(jìn)行所述激光開窗工藝后，形成的激光圖形包括:全實(shí)線、虛實(shí)相間的線段、點(diǎn)狀圖形。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種高效晶硅PERC電池，所述晶硅PERC電池采用如本發(fā)明提供的任意一種制備方法制備而成。
[0028]本發(fā)明高效晶硅PERC電池的制備方法，優(yōu)先在電池正面沉積SiNx減反層，避免了硅片背面介質(zhì)層對(duì)正面SiNx減反層光學(xué)特性及均勻性的影響。利用管式PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposit1n，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)即可制備出光學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定、均勻性更優(yōu)的正面減反膜，而不用額外添加板式PECVD設(shè)備，在可以獲得高電池效率和優(yōu)良成品外觀的背鈍化電池的前提下，大大降低了設(shè)備采購、保養(yǎng)和運(yùn)營成本。
[0029]同時(shí)，激光開窗工藝采用二次完成，與化學(xué)刻蝕與常規(guī)的單次激光相比，不必增加新設(shè)備，工藝的穩(wěn)定性較高，能夠有效的減少單次激光開窗工藝對(duì)硅基底造成的損傷，減少背面載流子強(qiáng)復(fù)合中心。解決了單次激光開窗工藝的開窗邊緣燒蝕不完全及開窗線寬有限的問題。實(shí)現(xiàn)了在不降低開路電壓的前提下，有效降低串聯(lián)電阻、提升電池效率，并解決了背鈍化電池EL照片中背面黑線的問題。
[0030]本發(fā)明提供的制備方法，其背鈍化晶硅電池效率較常規(guī)背鈍化工藝的晶硅電池提升0.1%以上，較常規(guī)工藝制備的多晶電池效率提升達(dá)到了0.7%、較常規(guī)單晶電池效率提升達(dá)到1.0%。本發(fā)明提供的制備方法與常規(guī)晶硅工藝的兼容性較高，便于與其他高效技術(shù)結(jié)合，有效節(jié)省了生產(chǎn)成本，適于光伏產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品升級(jí)。
【附圖說明】
[0031]通過閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0032]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明提供的高效晶硅PERC電池的制備方法的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的流程示意圖；
[0033]圖2所示為本發(fā)明采用的重疊激光開窗工藝所形成的開窗圖形的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3所示為本發(fā)明采用的并線激光開窗工藝所形成的開窗圖形的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
[0037]參考圖1，圖1所示為根據(jù)本發(fā)明提供的高效晶硅PERC電池的制備方法的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的流程示意圖。本發(fā)明提供的制造方法包括:
[0038]步驟SlOl，提供硅片，并在所述硅片的正面形成絨面。在硅片的正面形成絨面。所述硅片為單晶硅、多晶硅或者準(zhǔn)單晶硅。在硅片的表面形成絨面，可以有效提高硅片的陷光作用。通?？梢圆捎酶g性溶液對(duì)硅片的表面進(jìn)行腐蝕，以形成絨面。一般情況下，用堿性溶液處理后，可在硅片的表面得到金字塔狀絨面;用酸性溶液處理后，可在硅片的表面得到蟲孔狀絨面。絨面大小為微米級(jí)尺寸。當(dāng)然，還可以采用干法制絨的方式來形成絨面，如反應(yīng)離子刻蝕制絨，其形成的絨面為納米量級(jí)。
[0039]步驟S102，在所述硅片的正面形成磷擴(kuò)散層，然后去除所述硅片的正面的PSG和周邊磷擴(kuò)散層。可采用以POCl3為磷源在硅片正面進(jìn)行P的熱擴(kuò)散，形成磷擴(kuò)散層。還可以先在娃片的正面噴涂磷酸或其他含磷的摻雜源，然后通過快速熱退火(R a P i d ThermalAnealing)處理，完成娃片的正面磷擴(kuò)散。
[0040]之后去除所述娃片正面的PSG(Phospho Silicate Glass，磷娃玻璃)和周邊磷擴(kuò)散層。在太陽能電池片生產(chǎn)制造過程中，可以通過化學(xué)腐蝕法也即把硅片放在腐蝕性溶液(如氫氟酸、氫氧化鈉等各類酸/堿或有機(jī)溶液)中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟娃酸，以去除擴(kuò)散制結(jié)后在娃片表面形成的一層P SG。
[0041]為了減少太陽能電池的表面反射，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，需要繼續(xù)執(zhí)行步驟S103，在所述硅片的正面形成SiNx減反層。優(yōu)選的，所述SiNx減反層采用PECVD工藝制備。采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種常規(guī)方法。優(yōu)選的，將硅片100置于氫氣氣氛的管式PECVD爐中，溫度400°C?800°C，退火5min?30min;然后將爐管抽真空至OPa?50Pa，去除殘余氣體；恒定壓強(qiáng)Imin?2min，充入娃燒和氨氣，沉積SiNx減反層。
[0042]進(jìn)一步的，執(zhí)行步驟S104，在所述硅片的背面形成AlOx鈍化層。優(yōu)選的，所述AlOx鈍化層采用ALD(Atomic Layer Deposit1n，原子層沉積)工藝制備。
[0043]值得注意的是，步驟S103和步驟S104的配合十分重要，在形成AlOx鈍化層之前，先在硅片正面形成SiNx減反層，可以保證SiNx減反層具有穩(wěn)定的光學(xué)特性和良好的均勻性；同時(shí)，SiNx減反層還能夠?qū)N結(jié)形成良好的保護(hù)，避免PN結(jié)受到ALD機(jī)臺(tái)中石墨托盤的摩擦或沾污。
[0044]步驟S105，在所述硅片的背面形成SiNx保護(hù)層。優(yōu)選的，所述SiNx保護(hù)層采用PECVD工藝制備。優(yōu)選的，所述SiNx保護(hù)層的厚度在80nm?160nm之間，例如:80nm，120nm或160nmo優(yōu)選的，所述SiNx保護(hù)層的折射率在1.8?2.4之間，例如:1.8，2.1或者2.4。
[0045]更為優(yōu)選的，在所述步驟S105和所述步驟S106之間還包括步驟:在氫氛圍下，對(duì)所述硅片進(jìn)行退火。這一步驟的加入，可以有效地提高電池正面SiNx減反層、背面SiNx保護(hù)層中的氫含量，減少硅表面懸掛鍵，提升電池的鈍化效果，從而提升背鈍化電池效率。優(yōu)選的，所述退火操作控制在5min?15min，例如:5min、10min或者15min。
[0046]步驟S106，對(duì)所述硅片進(jìn)行激光開窗，所述激光開窗工藝分兩次完成。
[0047]在完成第一次激光開窗之后，執(zhí)行第二次激光開窗工藝。這種圖形的激光燒蝕方法是先以較低的激光功率，進(jìn)行第一遍激光開窗；第二次激光開窗以重疊激光工藝或并線工藝完成。參考圖2，重疊激光工藝是指以不位移、稍低的激光功率再次雕刻圖形;參考圖3，并線工藝是指一定量的位移、相同的功率再次激光雕刻。優(yōu)選的，在進(jìn)行所述激光開窗工藝后，形成的激光圖形包括但不限于:全實(shí)線、虛實(shí)相間的線段、點(diǎn)狀圖形。
[0048]進(jìn)行兩次激光開窗操作，能夠有效的修復(fù)單次激光對(duì)硅基底的損傷，減少背面載流子強(qiáng)復(fù)合中心;開窗線寬可調(diào)范圍大(40μπι?ΙΟΟμπι);解決了單次激光開窗工藝的開窗邊緣燒蝕不完全及開窗線寬有限的問題;實(shí)現(xiàn)在不降低開路電壓的前提下，降低串聯(lián)電阻、減少背鈍化電池EL照片中黑線的目的。
[0049]最后，執(zhí)行步驟S107，對(duì)所述硅片進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，以形成正電極和/或背電極。完成高效晶硅PERC電池的制備。
[0050]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種高效晶硅PERC電池，所述晶硅PERC電池采用本發(fā)明提供的制備方法制備而成。
[0051 ]本發(fā)明提供的制備方法工藝簡單，只需要在現(xiàn)有生產(chǎn)線上進(jìn)行改進(jìn)即可，成本低；能夠顯著提高電池的效率。
[0052]雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對(duì)于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。
[0053]此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對(duì)于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效晶硅PERC電池的制備方法，其特征在于，所述制造方法包括: a)提供硅片，并在所述硅片的正面形成絨面； b)在所述硅片的正面形成磷擴(kuò)散層，然后去除所述硅片的正面的PSG和周邊磷擴(kuò)散層； c)在所述硅片的正面形成SiNx減反層； d)在所述硅片的背面形成AlOx鈍化層； e)在所述硅片的背面形成SiNx保護(hù)層； f)對(duì)所述硅片進(jìn)行激光開窗，所述激光開窗工藝分兩次完成； g)對(duì)所述硅片進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟e)和所述步驟f)之間還包括步驟: h)在氫氛圍下，對(duì)所述硅片進(jìn)行退火。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述退火操作控制在5min?15min。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟f)進(jìn)一步為: 完成第一次激光開窗； 第二次激光開窗以重疊激光工藝或并線工藝完成。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所述SiNx減反層和/或所述SiNx保護(hù)層采用PECVD工藝制備。6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所述AlOx鈍化層采用ALD工藝制備。7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所述SiNx保護(hù)層的厚度在80nm?160nm之間。8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所述SiNx保護(hù)層的折射率在1.8?2.4之間。9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，在進(jìn)行所述激光開窗工藝后，形成的激光圖形包括:全實(shí)線、虛實(shí)相間的線段、點(diǎn)狀圖形。10.一種高效晶硅PERC電池，其特征在于，所述晶硅PERC電池采用如權(quán)利要求1?9所述的制備方法制備而成。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK106057971SQ201610422149
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】王娟, 單偉, 殷涵玉, 王仕鵬, 黃海燕, 陸川
【申請(qǐng)人】浙江正泰太陽能科技有限公司