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CN111276569B - 一种增强perc背钝化效果的电池制作方法 - Google Patents

一种增强perc背钝化效果的电池制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其中，制作方法包括打孔、清洗制绒、扩散、正面激光、刻蚀、退火、背面沉积钝化层、正面沉积氮化硅膜、背面开槽、丝网印刷、烧结退火的步骤；本发明在清洗制绒前先在硅片的背面形成若干个孔洞，使背面沉积钝化层时钝化层不仅覆盖在硅片上，还填充到孔洞内，不仅可以增加钝化层的面积，相同的镀膜时间内，沉积的钝化层含量和致密性都会增加，从而提高背钝化效果，提升太阳能电池的转换效率。

Description

一种增强PERC背钝化效果的电池制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种增强PERC背钝化效果的电池制作方法。
背景技术
近些年来，钝化发射极和背面电池(PERC)是光伏产业的研究重点之一。提高PERC电池效率的有效途径之一就是优化其表面钝化工艺。目前，针对PERC 电池背面的钝化工艺主要采用Al2O3/Si3N4叠层膜结构进行钝化。钝化分为化学钝化和体钝化，化学钝化主要利用Al2O3/Si3N4叠层膜中的氢原子去钝化硅基表面的悬挂键，从而降低表面态密度，减少载流子在硅片表面的复合。体钝化主要利用Al2O3表面带负电荷的性质，来吸引硅片产生的空穴，并阻碍电子的传入，达到载流子有效分离并抑制复合的作用。通过这两方面的钝化能有效增加载流子的传输寿命，提高短路电流以及开路电压，从而提高PERC电池的光电转换效率。
如何在现有研究基础上进一步优化背表面钝化效果，制成更高转换效率的 PERC电池是我们亟待研究和探索的方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种增强PERC背钝化效果的电池制作方法，有效提高电池的钝化效果，提高电池的光电转换效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其特征在于，包括：
(1)在硅片背面形成若干个孔洞，所述孔洞的直径为20～80μm，所述孔洞的深度为硅片厚度的3％～8％，孔洞的总面积为硅片面积的0.5％～5％；
(2)采用清洗制绒工艺对硅片进行清洗；
(3)在硅片表面进行磷扩散；
(4)对硅片正面进行激光重掺杂；
(5)对硅片背面进行刻蚀；
(6)对硅片进行退火处理；
(7)在步骤(6)得到的硅片背面沉积钝化层，所述钝化层覆盖在硅片的背面并填充到孔洞内，所述钝化层包括Al2O3层和Si3N4层；
(8)在硅片正面沉积氮化硅膜；
(9)对硅片背面进行激光开槽；
(10)在硅片背面印刷背电极和背电场；正面印刷正电极；
(11)将步骤(10)得到的硅片进行高温烧结，得到PERC电池成品。
作为上述方案的改进，步骤(1)中，采用激光对硅片的背面进行雕刻，雕刻速度为4500～5000mm/s，激光频率为40～50kHz。
作为上述方案的改进，步骤(1)中，采用皮秒激光对硅片的背面进行雕刻，激光波长为532nm。
作为上述方案的改进，步骤(7)中，所述Al2O3层的厚度为5～10nm，所述 Si3N4层的厚度为90～105nm。
作为上述方案的改进，步骤(2)中，采用KOH和H2O2混合液去除硅片表面油污和损伤层，在硅片表面形成金字塔绒面，并在孔洞内形成金字塔绒面；
清洗后的硅片的减重量为0.45～0.75g，绒面反射率为10.5％～11.5％。
作为上述方案的改进，步骤(3)中，采用POCl3作为磷源，通过液态源扩散的方式来制备PN结，扩散的温度为800～900℃，管内压力为50～200mBar，扩散后硅片的方阻为120～160Ω/sq。
作为上述方案的改进，步骤(4)中，硅片重掺杂区域方阻与掺杂区域方阻差值为20～40Ω/sq。
作为上述方案的改进，步骤(5)中，采用HCl、HNO3和HF混合溶液对硅片背面进行刻蚀并去除磷硅玻璃，使硅片背面的反射率为23％～29％，采用HF 溶液去除正面氧化层。
作为上述方案的改进，步骤(6)中，退火温度为650～750℃，退火时间为 900～1500秒。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明在清洗制绒前先在硅片的背面形成若干个孔洞，以使钝化层不仅覆盖在硅片上，还填充到孔洞内，这样不仅可以增加钝化层的面积，相同的镀膜时间内，沉积的钝化层含量和致密性都会提高，从而提高钝化效果，提高太阳能电池的转换效率。
本发明采用波长为532nm的皮秒激光来雕刻硅片，以形成本发明所需大小和深度的孔洞，不仅可以减少对硅片的损伤，还能实现大规模的生产，降低成本。
此外，本发明采用KOH和H2O2混合液去除硅片表面油污和损伤层，在这个过程中，硅片表面形成金字塔绒面，同时孔洞内的硅片也会形成金字塔绒面，可以进一步提高电池的转换效率。
附图说明
图1是本发明硅片形成孔洞后的结构示意图；
图2是本发明PERC电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供一种增强PERC背钝化效果的电池制作方法，包括：
(1)在硅片背面形成若干个孔洞；
参见图1，采用激光对硅片1的背面进行雕刻，以形成若干个孔洞8。本发明在清洗制绒前先在硅片的背面形成若干个孔洞，有效提钝化层的钝化效果，提高太阳能电池的转换效率。
需要说明的是，孔洞的直径、深度和孔洞的总面积对太阳能电池的背面钝化效果起着重要的影响。
若孔洞的深度太浅，则在清洗制绒后，孔洞容易消失；若孔洞深度太深，则对硅片造成较大机械损伤，影响太阳能电池的转换效率。优选的，所述孔洞的深度为硅片厚度的3％～8％。本发明硅片的厚度为180±10μm，孔洞的深度优选为7～9μm。
若孔洞的直径太小，则难以提高钝化效果，开压Uoc低；若孔洞的直径过大，则对硅片的损伤较大，硅片容易碎裂。优选的，所述孔洞的直径为20～80μm。更优的，所述孔洞的直径为40～60μm。
为了进一步提高钝化效果，本发明的孔洞大小相同，且呈阵列式排布，相邻孔洞的间距相等。
此外，孔洞的总面积不能太多，也不能太少。优选的，孔洞的总面积为硅片面积的0.5％～5％。孔洞的总面积决定的孔洞的数量。
由于硅片容易碎裂，若要在硅片上形成本发明的孔洞，则需要波长为532nm 的皮秒激光来雕刻硅片。皮秒激光对硅片的损伤小，且可以形成本发明所需大小和深度的孔洞，此外，波长为532nm的激光可快速形成所需孔洞，且对硅片损伤小，可实现大规模的生产，且成本低。
激光频率和雕刻速度的大小，会影响孔洞的形成。优选的，激光频率为40～50 kH，雕刻速度为4500～5000mm/s。
(2)采用清洗制绒工艺对硅片进行清洗；
采用清洗制绒工艺对硅片进行清洗，对硅片打孔造成的损伤进行修复并除去硅片表面的油污。
具体的，采用KOH和H2O2混合液去除硅片表面油污和损伤层，在这个过程中会减薄硅片，同时孔洞的深度会减少，且硅片表面形成金字塔绒面，孔洞内的硅片也会形成金字塔绒面。
具体的，清洗后的硅片的减重量为0.45～0.75g，绒面反射率为10. 5％～11.5％。
(3)在硅片表面进行磷扩散；
具体的，采用POCl3作为磷源，通过液态源扩散的方式来制备PN结，扩散的温度为800～900℃，管内压力为50～200mBar，扩散后硅片的方阻为 120～160Ω/sq；提升硅片的表面方阻，可降低表面掺杂浓度，不仅可以提高电池的短波效应，提高短路电流；而且可以使表面复合导致的暗饱和电流减小，开路电压增大；优化电池性能。
(4)对硅片正面进行激光重掺杂；
使用帝尔激光进行正面掺杂；激光掺杂提升了电极区掺杂浓度；降低了银浆与硅片之间的欧姆接触，进而提高了填充因子；提升了太阳能电池的性能。优选的，重掺杂后，硅片重掺杂区域方阻与掺杂区域方阻差值为20～40Ω/sq，优选的为20～30Ω/sq；重掺杂电极区方阻在此范围内可提升太阳能电池转化效率。
(5)对硅片背面进行刻蚀；
其中采用HCl、HNO3和HF混合溶液对硅片背面进行刻蚀并去除磷硅玻璃，使硅片背面的反射率为23％～29％；采用HF溶液去除正面的氧化层。
(6)对硅片进行退火处理；
使用热氧进行退火处理；优选的，退火温度为650～750℃，退火时间为 900～1500秒。本发明的退火处理可以修复硅片表面的缺陷并形成SiO2氧化层来增加电池抗PID的性能。
此外，本发明的退火处理还可以降低结区复合，提高开路电压，提高产品良率。
(7)在步骤(6)得到的硅片背面沉积钝化层，所述钝化层覆盖在硅片的背面并填充到孔洞内；
本发明的钝化层可以钝化背面的悬挂键以及各种缺陷，减少载流子的复合。优选的，所述钝化层的厚度为95～120nm。
具体的，所述钝化层包括Al2O3层和Si3N4层，其中，Al2O3层的厚度为 5～15nm，Si3N4层的厚度为90～105nm。
本发明的钝化层不仅覆盖在硅片上，还填充到孔洞内，这样不仅可以增加钝化层的面积，相同的镀膜时间内，沉积的钝化层含量和致密性都会提高，从而提高钝化效果，提高太阳能电池的转换效率。
(8)在硅片正面沉积氮化硅膜；
本发明的氮化硅膜用来减少光的反射，增加太阳光的吸收效率来产生更多的光生载流子并钝化缺陷，增加少子寿命。优选的，沉积厚度为70～90nm。
(9)对硅片背面进行激光开槽；
其中，采用激光在在硅片背面开槽，经过后续的烧结来形成良好的欧姆接触。激光开槽光斑的直接为35～45μm。
(10)在硅片背面印刷背电极和背电场；正面印刷正电极；
(11)将步骤(10)得到的硅片进行高温烧结，形成PERC电池成品。
参见图2，本发明制备得到的PERC电池，包括硅片1、N型发射极2、正面氮化硅3、正银电极4、背面氧化铝5、背面氮化硅6和铝背场7，其中，所述硅片的背面设有孔洞8，所述背面氧化铝5覆盖在硅片1的背面并填充到孔洞 8内，所述背面氮化硅6设置在背面氧化铝5上，铝背场7局部贯穿背面钝化层延伸到硅片1内。
下面将以具体实施例来进一步阐述本发明
实施例1
(1)打孔：采用波长为532nm的皮秒激光对硅片背面进行打孔，形成 490*490个孔洞，孔洞的直径为50μm，深度为7μm，硅片的厚度为180μm；
(2)清洗制绒：采用KOH和H2O2混合液去除硅片表面油污和损伤层，清洗后的硅片的减重量为0.55g，绒面反射率为11％；
(3)扩散：采用POCl3作为磷源制备PN结，扩散温度为850℃，管内压力为100mBar，扩散后硅片的方块电阻为140Ω/sq；
(4)正面激光：采用激光进行正面掺杂，硅片重掺杂区域方阻与为掺杂区域方阻差值为30Ω/sq；
(5)背面刻蚀：采用HCl、HNO3和HF混合溶液对背面进行刻蚀，去除背面磷硅玻璃，采用HF溶液去除正面氧化层；
(6)退火：对硅片进行退火处理，退火温度为700℃，退火时间为1100秒；
(7)背面沉积钝化层，所述钝化层包括Al2O3层和Si3N4层，其中，Al2O3层的厚度为8nm，Si3N4层的厚度为95nm；
(8)正面沉积氮化硅膜，其厚度为80nm；
(9)对硅片背面进行激光开槽，激光开槽光斑的直接为40μm；
(10)浆料印刷：通过丝网印刷工艺，在硅片背面印刷背电极和背电场，正面印刷正电极；
(11)烧结：在500℃下烧结得到PERC电池成品。
对比例1
对比例1与实施例1相比，只少了步骤(1)，其他步骤均相同。
与对比例1相比，实施例1制作所得的太阳能电池，其光电转化效率提高 0.1％，开路电压Uoc提高0.3mV，填充因子FF提高0.3％。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其特征在于，包括：
(1)在硅片背面形成若干个孔洞，所述孔洞的直径为20～80μm，所述孔洞的深度为硅片厚度的3％～8％，孔洞的总面积为硅片面积的0.5％～5％；
(2)采用清洗制绒工艺对硅片进行清洗制绒，在硅片表面形成金字塔绒面，并在孔洞内形成金字塔绒面；
(3)在硅片表面进行磷扩散；
(4)对硅片正面进行激光重掺杂；
(5)对硅片背面进行刻蚀；
(6)对硅片进行退火处理；
(7)在步骤(6)得到的硅片背面沉积钝化层，所述钝化层覆盖在硅片的背面并填充到孔洞内，所述钝化层包括Al2O3层和Si3N4层；
(8)在硅片正面沉积氮化硅膜；
(9)对硅片背面进行激光开槽；
(10)在硅片背面印刷背电极和背电场，正面印刷正电极；
(11)将步骤(10)得到的硅片进行高温烧结，得到PERC电池成品。
2.如权利要求1所述的增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其特征在于，步骤(1)中，采用激光对硅片的背面进行雕刻，雕刻速度为4500～5000mm/s，激光频率为40～50kHz。
3.如权利要求2所述的增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其特征在于，步骤(1)中，采用皮秒激光对硅片的背面进行雕刻，激光波长为532nm。
4.如权利要求1所述的增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其特征在于，步骤(7)中，所述Al2O3层的厚度为5～10nm，所述Si3N4层的厚度为90～105nm。
5.如权利要求1所述的增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其特征在于，步骤(2)中，采用KOH和H2O2混合液去除硅片表面油污和损伤层，在硅片表面形成金字塔绒面，并在孔洞内形成金字塔绒面；
清洗后的硅片的减重量为0.45～0.75g，绒面反射率为10.5％～11.5％。
6.如权利要求1所述的增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其特征在于，步骤(3)中，采用POCl3作为磷源，通过液态源扩散的方式来制备PN结，扩散的温度为800～900℃，管内压力为50～200mBar，扩散后硅片的方阻为120～160Ω/sq。
7.如权利要求1所述的增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其特征在于，步骤(4)中，硅片重掺杂区域方阻与掺杂区域方阻差值为20～40Ω/sq。
8.如权利要求1所述的增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其特征在于，步骤(5)中，采用HCl、HNO3和HF混合溶液对硅片背面进行刻蚀并去除磷硅玻璃，使硅片背面的反射率为23％～29％；采用HF溶液去除正面的氧化层。
9.如权利要求1所述的增强PERC背钝化效果的电池制作方法，其特征在于，步骤(6)中，退火温度为650～750℃，退火时间为900～1500秒。
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