一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法
2023-08-12 20:05:36
專利名稱：一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池生產技術領域，特別涉及一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法。
背景技術：
目前傳統單晶矽電池工藝路線主要是通過制絨一擴散一邊緣去PN結/磷矽玻璃清洗一PECVD (等離子體氣相沉積)鍍氮化矽膜一絲網印刷，該工藝路線已經很成熟，但目前已經很難在電池轉化效率上有個很大的突破。為此，各研究機構及企業研究各種高效電池，例如SE電池(申請號201010547938. 7)、HIT電池、N型電池(申請號201110271642. I) 等，但目前大多數高效電池在實驗設備上需要做很大的改進，其工藝路線複雜，因此生產成本很高，真正實現量產化還需要很長一段時間。常規的單晶矽制絨工藝是將矽片浸入到鹼液(NaOH、Κ0Η)中形成倒金字塔形的減反射絨面，這樣就造成單晶矽片兩面都形成絨面。理論上，我們只需要矽片正面(受光面)有絨面就可以了，矽片背面(背光面)的絨面由於沒有鈍化膜的保護，矽片背面在電池片製作工藝中很容易吸收雜質造成背面少數載流子複合，降低電池片效率。背面拋光單晶矽電池是一種背面拋光、正面制絨電池，與傳統單晶矽電池相比，有許多優點低背面少數載流子複合，高開路電壓(Uoc);擴散背面邊緣無磷摻雜，漏電流低；高背面反射率，長波段響應增強，提高Uoc、短路電流(Isc);背面鋁背場鈍化效果增強。諸如此，背面拋光單晶矽電池光電轉換效率將高於傳統的單晶矽電池。製備背面拋光單晶矽電池方法有很多種，目前主要是通過鏈式拋光，具體路線是制續一擴散一去憐娃玻璃一去背、邊緣PN結和背面拋光一PECVD (氣化娃膜)一絲網印刷，其主要的優點是通過鏈式反應槽設備，同步實現背面拋光、邊緣隔離及清洗的目的，大大簡化了工藝路線。而鏈式拋光主要的問題在於不能在現有常規的設備上實現；鏈式拋光設備比較昂貴,生產成本高。
發明內容
本發明的目的在於克服現有背面拋光單晶矽電池製備方法存在的工藝複雜、設備要求高、生產成本高的缺陷，提供一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法，能夠在現有的常規設備上運用，工藝簡單易行、生產成本低，而且不會對常規設備造成汙染。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是
一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法，所述的方法步驟如下
(I)拋光將單晶矽片置於濃度為O. 12-0. 16kg/L的NaOH水溶液中拋光1-lOmin，然後經過鹽酸酸洗，氫氟酸酸洗，水洗，甩幹，形成雙面拋光的單晶矽片；NaOH水溶液的濃度與拋光時間對拋光效果有著重要的影響，NaOH水溶液的濃度較低時，起到的是制絨的作用，只有NaOH水溶液的濃度較高，且合理時，才能起到較佳的拋光效果。同時，拋光時間的合理控制，也是保證拋光效果的關鍵因素。通過本發明的拋光處理，拋光效果好，單晶矽電池背面的反射率較高。(2)背面掩膜在雙面拋光的單晶矽片的背面採用PECVD法鍍一層氮化矽保護膜，獲得具有背面掩膜的拋光矽片；這樣能保護背面的拋光面在下一步制絨時不受影響。(3)正面制絨將具有背面掩膜的拋光矽片置於濃度為12_15g/L的NaOH水溶液中直接制絨12-18min，然後經過體積濃度為8%-12%的氫氟酸酸洗lmin_3min減少氮化矽保護膜的厚度，獲得背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片；由於背面有氮化矽保護膜的保護，背面不會受到影響，這樣就形成正面制絨，背面拋光的單晶矽矽片。本步驟經過第一次酸洗，可以減少氮化矽保護膜的厚度，為二次清洗完全除去氮化矽保護膜做好準備；殘留的氮化矽保護膜厚度為原始的50%左右，這樣在下一步擴散制PN結時，能保護矽片背面及邊緣不受影響，保證矽片的正面進行單面擴散。
(4)擴散制PN結對背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片的正面進行單面擴散，形成PN結，擴散方阻為70-80R方。 (5) 二次酸洗步驟(4)形成PN結的單晶矽片直接進入體積濃度為6%_8%氫氟酸酸洗4min-5min ;經過本步驟的酸洗，能完全去除氮化矽保護膜，露出拋光的背面，便於絲網印刷制電極；接下來的步驟實施時，均不會影響拋光的背面的拋光效果。(6)正面鍍氮化矽膜採用PECVD法在步驟(5)酸洗後的單晶矽片正面鍍一層氮化矽減反膜。(7)絲網印刷、燒結在步驟(6)處理完的單晶矽片的正面、背面通過絲網印刷制電極，經過燒結形成背面拋光單晶矽電池。絲網印刷制電極、燒結等均為現有技術。本發明通過掩膜法製備背面拋光單晶矽電池，利用了氮化矽膜的耐鹼性，保護了拋光面在制絨過程中不會形成絨面，從而形成單面制絨、單面拋光的矽片。本發明所涉及的掩膜法制單晶矽電池的優點在於，能夠在現有的常規設備上使用，簡單易行、生產成本低，而且不會對常規設備造成汙染。不僅如此，本發明去除了傳統單晶矽電池工藝中的等離子刻蝕工序，從而增加了電池片利用面積。作為優選，步驟(I)中鹽酸的體積濃度為8%-9%，鹽酸酸洗lmin-3min。作為優選，步驟(I)中氫氟酸的體積濃度為8%-12%，氫氟酸酸洗lmin-3min。作為優選，步驟(2)中氮化矽保護膜的厚度為30nm-60nm、折射率為2. 0-2. I。控制氮化矽保護膜的厚度能保證接下來的工藝中氫氟酸酸洗能將氮化矽保護膜清洗乾淨，折射率與氮化矽保護膜的緻密度有關，折射率大，緻密度高，這樣氮化矽保護膜難以清洗乾淨，拋光的背面無法顯露，導致無法絲網印刷電極，因此需要合理控制氮化矽保護膜的厚度及折射率。作為優選,步驟(6)中氮化娃減反膜的厚度為75nm-80nm。本發明的有益效果是能夠在現有的常規設備上運用，工藝簡單易行、生產成本低，而且不會對常規設備造成汙染。
具體實施例方式下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的具體說明。本發明中，若非特指，所採用的原料和設備等均可從市場購得或是本領域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常規方法。
實施例I
(1)拋光將單晶矽片(市售125單晶矽片)置於濃度為O.12kg/L的NaOH水溶液中拋光lmin，並觀察拋光效果，測反射率及厚度，見表I。然後經過體積濃度為8. 5%的鹽酸酸洗2min，體積濃度為10%的氫氟酸酸洗2min，水洗，甩幹，形成雙面拋光的單晶矽片；
(2)背面掩膜在雙面拋光的單晶矽片的背面採用PECVD法(現有技術在此不作詳述)鍍一層厚度為50nm、折射率為2. 05的氮化矽保護膜，獲得具有背面掩膜的拋光矽片；
(3)正面制絨將具有背面掩膜的拋光矽片置於濃度為13g/L的NaOH水溶液中直接制絨15min，然後經過體積濃度為10%的氫氟酸酸洗2min減少氮化矽保護膜的厚度，獲得背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片；
(4)擴散制PN結對背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片的正面進 行單面擴散，形成PN結(現有技術，在此不作詳述)，擴散方阻為75R$ ；
(5)二次酸洗步驟(4)形成PN結的單晶矽片直接進入體積濃度為7%氫氟酸酸洗4. 5min ；
(6)正面鍍氮化矽膜採用PECVD法在步驟(5)酸洗後的單晶矽片正面鍍一層厚度為78nm的氮化娃減反膜；
(7)絲網印刷、燒結在步驟(6)處理完的單晶矽片的正面、背面通過絲網印刷制電極，經過燒結形成背面拋光單晶矽電池，並測試電池片電性能，如表2。實施例2
(1)拋光將單晶矽片置於濃度為O.12kg/L的NaOH水溶液中拋光5min，並觀察拋光效果，測反射率及厚度，見表I。然後經過體積濃度為8. 5%的鹽酸酸洗2min，體積濃度為10%的氫氟酸酸洗2min，水洗，甩幹，形成雙面拋光的單晶矽片；
(2)背面掩膜在雙面拋光的單晶矽片的背面採用PECVD法(現有技術在此不作詳述)鍍一層厚度為50nm、折射率為2. 05的氮化矽保護膜，獲得具有背面掩膜的拋光矽片；
(3)正面制絨將具有背面掩膜的拋光矽片置於濃度為13g/L的NaOH水溶液中直接制絨15min，然後經過體積濃度為10%的氫氟酸酸洗2min減少氮化矽保護膜的厚度，獲得背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片；
(4)擴散制PN結對背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片的正面進行單面擴散，形成PN結(現有技術，在此不作詳述)，擴散方阻為75R$ ；
(5)二次酸洗步驟(4)形成PN結的單晶矽片直接進入體積濃度為7%氫氟酸酸洗4. 5min ；
(6)正面鍍氮化矽膜採用PECVD法在步驟(5)酸洗後的單晶矽片正面鍍一層厚度為78nm的氮化娃減反膜；
(7)絲網印刷、燒結在步驟(6)處理完的單晶矽片的正面、背面通過絲網印刷制電極，經過燒結形成背面拋光單晶矽電池，並測試電池片電性能，如表2。實施例3
(1)拋光將單晶矽片置於濃度為O.12kg/L的NaOH水溶液中拋光lOmin，並觀察拋光效果，測反射率及厚度，見表I。然後經過體積濃度為8. 5%的鹽酸酸洗2min，體積濃度為10%的氫氟酸酸洗2min，水洗，甩幹，形成雙面拋光的單晶矽片；
(2)背面掩膜在雙面拋光的單晶矽片的背面採用PECVD法(現有技術在此不作詳述)鍍一層厚度為50nm、折射率為2. 05的氮化矽保護膜，獲得具有背面掩膜的拋光矽片；
(3)正面制絨將具有背面掩膜的拋光矽片置於濃度為13g/L的NaOH水溶液中直接制絨15min，然後經過體積濃度為10%的氫氟酸酸洗2min減少氮化矽保護膜的厚度，獲得背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片；
(4)擴散制PN結對背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片的正面進行單面擴散，形成PN結(現有技術，在此不作詳述)，擴散方阻為75R$ ；
(5)二次酸洗步驟(4)形成PN結的單晶矽片直接進入體積濃度為7%氫氟酸酸洗
4.5min ；
(6)正面鍍氮化矽膜採用PECVD法在步驟(5)酸洗後的單晶矽片正面鍍一層厚度為78nm的氮化娃減反膜；
(7)絲網印刷、燒結在步驟(6)處理完的單晶矽片的正面、背面通過絲網印刷制電極，經過燒結形成背面拋光單晶矽電池，並測試電池片電性能，如表2。實施例4
(1)拋光將單晶矽片置於濃度為O.16kg/L的NaOH水溶液中拋光lmin，然後經過體積濃度為8%的鹽酸酸洗3min，體積濃度為12%的氫氟酸酸洗lmin，水洗，甩幹，形成雙面拋光的單晶矽片；
(2)背面掩膜在雙面拋光的單晶矽片的背面採用PECVD法(現有技術在此不作詳述)鍍一層厚度為30nm、折射率為2. O的氮化矽保護膜，獲得具有背面掩膜的拋光矽片；
(3)正面制絨將具有背面掩膜的拋光矽片置於濃度為12g/L的NaOH水溶液中直接制絨18min，然後經過體積濃度為8%的氫氟酸酸洗Imin減少氮化矽保護膜的厚度，獲得背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片；
(4)擴散制PN結對背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片的正面進行單面擴散，形成PN結(現有技術，在此不作詳述)，擴散方阻為701^ ；
(5)二次酸洗步驟(4)形成PN結的單晶矽片直接進入體積濃度為6%氫氟酸酸洗4min ；
(6)正面鍍氮化矽膜採用PECVD法在步驟(5)酸洗後的單晶矽片正面鍍一層厚度為75nm的氮化娃減反膜；
(7)絲網印刷、燒結在步驟(6)處理完的單晶矽片的正面、背面通過絲網印刷制電極，經過燒結形成背面拋光單晶矽電池，並測試電池片電性能，發現鍍30nm厚的氮化矽保護膜並不影響背面拋光單晶矽電池的電性能特性。實施例5
(1)拋光將單晶矽片置於濃度為O.14kg/L的NaOH水溶液中拋光3min，然後經過體積濃度為9%的鹽酸酸洗lmin，體積濃度為8%的氫氟酸酸洗3min，水洗，甩幹，形成雙面拋光的單晶矽片；
(2)背面掩膜在雙面拋光的單晶矽片的背面採用PECVD法(現有技術在此不作詳述)鍍一層厚度為60nm、折射率為2. I的氮化矽保護膜，獲得具有背面掩膜的拋光矽片；
(3)正面制絨將具有背面掩膜的拋光矽片置於濃度為15g/L的NaOH水溶液中直接制絨12min，然後經過體積濃度為12%的氫氟酸酸洗3min減少氮化矽保護膜的厚度，獲得背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片；(4)擴散制PN結對背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片的正面進行單面擴散，形成PN結(現有技術，在此不作詳述)，擴散方阻為80R方；
(5)二次酸洗步驟(4)形成PN結的單晶矽片直接進入體積濃度為8%氫氟酸酸洗5min ；
(6)正面鍍氮化矽膜採用PECVD法在步驟(5)酸洗後的單晶矽片正面鍍一層厚度為80nm的氮化娃減反膜；
(7)絲網印刷、燒結在步驟(6)處理完的單晶矽片的正面、背面通過絲網印刷制電極，經過燒結形成背面拋光單晶矽電池，並測試電池片電性能，發現鍍80nm厚的氮化矽保護膜並不影響背面拋光單晶矽電池的電性能特性。
權利要求
1.一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法，其特徵在於所述的方法步驟如下 (1)拋光將單晶矽片置於濃度為O.12-0. 16kg/L的NaOH水溶液中拋光1-lOmin，然後經過鹽酸酸洗，氫氟酸酸洗，水洗，甩幹，形成雙面拋光的單晶矽片； (2)背面掩膜在雙面拋光的單晶矽片的背面採用PECVD法鍍一層氮化矽保護膜，獲得具有背面掩膜的拋光娃片； (3)正面制絨將具有背面掩膜的拋光矽片置於濃度為12-15g/L的NaOH水溶液中直接制絨12-18min，然後經過體積濃度為8%-12%的氫氟酸酸洗lmin_3min減少氮化矽保護膜的厚度，獲得背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片； (4)擴散制PN結對背面殘留一定厚度氮化矽保護膜的正面制絨的單晶矽片的正面進行單面擴散，形成PN結，擴散方阻為70-801^ ； (5)二次酸洗步驟(4)形成PN結的單晶矽片直接進入體積濃度為6%-8%氫氟酸酸洗4min_5min ； (6)正面鍍氮化矽膜採用PECVD法在步驟(5)酸洗後的單晶矽片正面鍍一層氮化矽減反膜； (7)絲網印刷、燒結在步驟(6)處理完的單晶矽片的正面、背面通過絲網印刷制電極，經過燒結形成背面拋光單晶矽電池。
2.根據權利要求I所述的一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法，其特徵在於步驟(I)中鹽酸的體積濃度為8%-9%，鹽酸酸洗lmin-3min。
3.根據權利要求I所述的一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法，其特徵在於步驟(I)中氫氟酸的體積濃度為8%-12%，氫氟酸酸洗lmin-3min。
4.根據權利要求I或2或3所述的一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法，其特徵在於步驟(2)中氮化矽保護膜的厚度為30nm-60nm、折射率為2. 0-2. I。
5.根據權利要求I或2或3所述的一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法，其特徵在於步驟(6)中氮化娃減反膜的厚度為75nm-80nm。
全文摘要
本發明公開了一種掩膜法製作背面拋光單晶矽電池的方法，其目的在於克服現有背面拋光單晶矽電池製備方法存在的工藝複雜、設備要求高、生產成本高的缺陷。本發明主要步驟為拋光-背面掩膜-正面制絨-擴散制PN結-二次酸洗-正面鍍氮化矽膜-絲網印刷、燒結。本發明能夠在現有的常規設備上運用，工藝簡單易行、生產成本低，而且不會對常規設備造成汙染。
文檔編號H01L31/18GK102969391SQ20121030609
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月27日 優先權日2012年8月27日
發明者陳金燈, 韓健鵬, 呂紹傑, 吳敏 申請人:橫店集團東磁股份有限公司