一種P型單晶太陽電池的製備方法與流程
2023-05-28 20:19:11 3
技術領域
本發明屬於太陽能電池領域，特別涉及一種P型單晶太陽電池的製備方法。
背景技術：
太陽能光伏作為潔淨能源的一種，是未來能源解決方案的候選之一。特別是經過近年來的發展，其應用日漸廣泛，工藝日趨成熟。光伏技術清潔，方便的特點也深入人心。但是，轉換效率不高導致其發電成本居高不下，限制了光伏發電的更大規模普及。目前光伏市場的主要產品是晶矽電池，包括單晶矽和多晶矽電池。
P型單晶矽電池是目前單晶市場的主流，製作工藝簡單，成本比N型單晶低。具有很強的市場競爭力。P型單晶矽電池具有以下兩種製備方法：
擴散制結：常規P型電池的擴散製作PN結，制結過程是在P型基體材料上生成導電類型不同的擴散層。擴散是物質分子或原子運動的一種現象。熱擴散制P-N結的方法是通過高溫使V族雜質滲入P型矽。最常用的V族雜質為磷。對擴散的要求是獲得適合於太陽能電池P-N結需要的結深和擴散層方塊電阻。淺結死層小，電池短波效應好，而淺結引起串聯電阻增加，只有提高細柵電極的密度，才能有效提高電池的填充因子，這樣就增加了工藝難度；結深太深，死層比較明顯。如果擴散濃度太大，則引起重摻雜效應，使電池的開路電壓和短路電流下降。在實際的電池製作中，考慮多方面的因素，太陽能電池的結深一般控制在0.1～1um，方塊電阻平均為55～120Ω。目前，P型晶矽太陽能電池所用的熱擴散方法主要是液態磷源擴散，這種工藝是通過氣體攜帶的方法將雜質磷源帶入擴散爐內實現的。
離子注入制結：離子注入制結與擴散原理不同，它利用電磁場對帶點的目標離子進行加速分選。目標離子高速撞擊進入矽片內部，通過調節加速電場的能量控制離子進入矽片的深度。通過束流和目標矽片的相對運動控制摻雜的濃度（劑量）。離子注入技術的突出特點是製作的PN結深度和摻雜濃度可準確調節，大面積PN結均勻一致。由於離子停留在矽片的位置受阻止機制的制約，摻雜離子的最概然分布在距表面一定深度的某位置，離子注入矽片的表面摻雜濃度比較低，這樣一來就顯著的避免了死層的出現，可以顯著提升電池片的短波響應。藉助之後的退火工藝，可以電激活的同時在矽片的表面形成一層氧化矽薄膜，這種熱生長的氧化層是非常優異的表面鈍化材料之一。
傳統的液態磷擴散制結，使得P型單晶矽電池正表面摻雜濃度比較高，作為比較好的複合中心存在，限制了電池效率的進一步提升。離子注入技術代替液態磷擴散，可以顯著降低電池的表面摻雜濃度，避免了死層出現，藉助熱退火工藝，在電池片表面形成具有良好鈍化效果的氧化矽。但是熱氧化對電池片的表面潔淨度要求較高。
關於單晶制絨，業內目前大多採用槽式的解決方案，工藝細節大同小異，最終的烘乾必不可少。烘乾時溫度常常高達70~100℃，時間長達7~10分鐘。在這種溼熱的環境中，烘乾氣流潔淨度亦不十分理想，最終會形成一種比較差的原生氧化矽層（<2nm）。制絨後的電池片在烘乾時表面形成一種比較差的氧化矽和表面玷汙，將這種電池片用於離子注入，熱氧化退火形成的氧化矽的質量就不能達到理想的效果，電池的前表面複合未能降低到理想的水平，嚴重限制了離子注入工藝的優勢。
技術實現要素：
本發明的目的是解決上述現有技術中存在的不足和問題，提出了一種P型單晶太陽電池的製備方法，該方法通過制絨後矽片的再清洗結合磷離子注入技術，顯著提高電池的開路電壓和短路電流，從而提升電池的轉化效率。
本發明採用的技術方案如下：
一種P型單晶太陽電池的製備方法，依次包括：
S1、對矽片進行制絨；
S2、對制絨後的矽片進行鹼液和酸液的漂洗，然後通過風刀吹乾；
S3、對矽片正面進行磷離子注入；
S4、對矽片進行退火；
S5、在矽片正面製作減反射氮化矽膜；
S6、在矽片的正面和背面印刷柵線電極，並燒結。
優選地，步驟S2中，對矽片依次進行鹼液漂洗、去離子水漂洗、酸液漂洗、去離子水漂洗。
更優選地，
步驟S2中，鹼液為質量濃度為3~10%的KOH溶液，
和/或，
步驟S2中，酸液為質量濃度為5~15%的HF溶液或NH4F溶液。
優選地，步驟S2中，所述鹼液和酸液採用輥輪帶液的方式對矽片進行清洗，並通過調節輥輪的轉速和藥液循環流量調節清洗速度。
優選地，步驟S1中，對矽片進行鹼制絨以在矽片表面形成金字塔絨面結構。
優選地，步驟S3中，步驟S3中，注入劑量為1~8e15cm-2,加速電場能量為5-15KeV，注入結深為0.3-0.8um。
優選地，步驟S4中，退火溫度為750~950℃，退火時間為5~25min。
優選地，步驟S4中，在退火時，向封閉的退火爐管中通入氮氣和氧氣，退火後的正面發射極方阻在65~90Ω之間。
優選地，步驟S5中，通過PECVD在矽片正面製作減反射氮化矽膜，所述減反射氮化矽膜的厚度為75~90nm，折射率為2.02~2.10。
優選地，步驟S6中，進行矽片正背面銀柵線電極和背面鋁背場的印刷和燒結。
本發明採用以上方案，相比現有技術具有如下優點：
本發明的P型單晶太陽電池的製備方法通過鹼、酸漂洗，保證了離子注入時矽片表面十分理想的清潔度，結合離子注入技術，使得P型電池片表面摻雜濃度比較低，幾乎無死層的特點，顯著提升電池片的效率。該方法重複性好，性能穩定，適合工業化大規模應用。
附圖說明
附圖1為本發明的一種P型單晶太陽電池的製備方法的流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特徵能更易於被本領域的技術人員理解。
參照附圖1所示，本發明的一種P型單晶太陽電池的製備方法，依次包括如下步驟：
S1、對P型單晶矽片進行鹼制絨，在矽片表面形成具有陷光作用的金字塔絨面結構。這種絨面的結構的表面反射率只有9~10%，可以起到較好的陷光作用，提高了電池片對光的吸收。
S2、隨後對制絨後的矽片進行鹼液和酸液的漂洗，鹼液和酸液採用輥輪帶液的方法對矽片進行清洗，可通過調節輥輪速度和藥液循環流量調節清洗速度而達到最優的效果。具體的工藝為質量濃度為3~10%的KOH稀溶液漂洗，去離子水漂洗，質量濃度為5~15%的HF漂洗，去離子水漂洗，最後風刀快速吹掃。酸清洗溶液不限於HF溶液，還可以是同樣有弱酸性的NH4F等溶液。目的是為了去除制絨烘乾階段形成的較差的表面氧化矽。
S3、隨後對矽片進行正面的磷離子注入，注入劑量為1~8e15cm-2,加速電場能量為5~15KeV，注入結深為0.3~0.8um。
S4、對矽片進行退火，完成磷的電激活。退火溫度為750~950℃，退火時間為5~25min。與此同時，在高溫過程中，向封閉的退火爐管中通入適量氧氣，矽片表面可以形成緻密的氧化矽層，從而達到比較理想的鈍化效果，可以顯著提升電池的開路電壓和短路電流。退火後的正面發射極方阻在65Ω-90Ω之間。
S5、在矽片正面使用PECVD製作減反射氮化矽（SiNx）膜，與金字塔絨面一起形成很好的陷光結構，更重要的是氮化矽可以進一步起到表面鈍化的作用。氮化矽膜的厚度為75~90nm，折射率為2.02~2.10。
S6、進行正背面銀柵線電極和背面鋁背場的印刷和燒結。
本發明使用簡單的鹼、酸漂洗工藝，保證了離子注入時矽片表面十分理想的清潔度。結合離子注入技術P型電池片表面摻雜濃度比較低，幾乎無死層的特點，顯著提高電池的開路電壓和短路電流，從而提升電池的轉化效率。該方案重複性好，性能穩定，適合工業化大規模應用。
上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，是一種優選的實施例，其目的在於熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限定本發明的保護範圍。凡根據本發明的精神實質所作的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。