一種製備隱蔽型發射極矽太陽電池的方法

2023-04-29 07:22:41

專利名稱：一種製備隱蔽型發射極矽太陽電池的方法
技術領域：
本發明屬於矽太陽電池的製造方法。
背景技術：
目前一般的矽太陽電池設計和製造方法，發射區和發射區電極均位於電池正面， 這種結構存在局限性。首先，儘管柵線電極所佔面積很小，僅佔電池正面面積8%，可依然阻 擋了部分陽光，使電池有效受光面積降低，降低了光生電流的密度，不利於提高太陽電池的 效率；其次，由於正負電極分別在電池的兩邊，需要用塗錫帶從一塊電池的正面焊接到另一 塊電池的背面，由於發射極電流通過的路徑很長，發射極串聯電阻增大，降低了集電極輸出 電流；再其次，在組件封裝時，發射極雙面連接方式使自動化生產的難度加大。

發明內容
為了解決前述常規矽太陽電池存在的問題，本發明提供了一種依靠導電小孔來收 集載流子，並傳遞到背面發射區電極上的隱蔽型發射極矽太陽電池的一種製作方法。
本發明隱蔽型發射極矽太陽電池的英文縮寫為EWT(Emitter Wr即Through)矽太 陽電池。 本發明提出的製備隱蔽型發射極矽太陽電池方法是在P型矽片上通過雷射打孔
和發射區磷擴散工藝把正面發射區引入背面局部發射區，將二者直接地連接在一起；雷射
打孔和擴散阻擋層或發射區光刻決定了磷擴散位置，從而界定矽片背面p-n結；通過絲網
印刷間隔排列的正負電極及燒結連線，將正負電極全部交叉排列在背面，實現太陽電池的
完全背接觸互連方式。 本發明包括以下工藝步驟 (1)在p型矽片上雷射打孔； (2)清洗矽片去掉矽片表面的汙染物，用腐蝕液去除雷射打孔產生的輻射損失層， 再進行表面織構化； (3)用以下工藝中的一種或幾種界定矽片背面p-n結
a.沉積SiNx膜作為擴散阻擋層，或
b.絲網印刷擴散阻擋層，或
c.絲網印刷耐腐蝕漿料，或
d.雷射刻槽法； (4)以P0C13為磷源在擴散爐內進行擴散，獲得40-70 Q/ 口的發射區方塊電阻或 者110Q/ 口的前表面發射區方塊電阻，電池後表面20 Q/ 口的發射區方塊電阻；
(5)擴散結束後對矽片表面進行鈍化，即在矽片表面生長Si02或SiNx薄膜；
(6)在矽片背面用金屬漿料通過絲網印刷間隔排列與p型電極區域連接的正電極 和與n型電極區域連接的負電極後，烘乾、燒結。 所述步驟(1)在p型矽片上雷射打孔的密度為0. 5-lhole/mm2。
所述步驟(4)以P0C13為磷源在擴散爐內進行擴散，獲得40-70 Q/口的發射區方 塊電阻或者110 Q/ 口的前表面發射區方塊電阻，電池後表面20Q/ 口的發射區方塊電阻。
所述步驟(6)通過兩次絲網印刷交叉排列的正負電極；或者利用其它方法製作太 陽電池的電極。 所述步驟(6)發射結結深大於0. 3iim，表面濃度大於10,toms/cm3，以防止旁路 電流的增加和結區的複合。。 所述步驟(6)在鏈式燒結爐中烘乾的溫度為180-21(TC，燒結最高溫度為760°C ; 傳送矽片的網帶的前進速度為180mm/分鐘。 本發明在目前傳統矽太陽電池的工藝的基礎上，在p型矽片上通過雷射打孔和發 射區磷擴散工藝把正面發射區引入背面局部發射區，將二者直接地連接在一起；雷射打孔 和擴散阻擋層或發射區光刻決定了磷擴散位置，從而界定矽片背面p-n結；通過絲網印刷 間隔排列的正負電極及電極的燒結，將正負電極全部交叉排列在背面，實現太陽電池的完 全背接觸互連方式，製備出隱蔽型發射極矽太陽電池。
與傳統太陽電池相比，太陽電池有如下優點 (1)顯著地提高了光生電流密度。這是因為本發明電池的正面不做金屬電極，沒有 任何遮擋，增加了電池的受光面積，而將正面發射區與背面局部發射區連接在一起的雷射 穿孔所形成的圓柱面(nr2X矽電池高度)進一步增大了電池的受光面積；同時，雷射穿孔 提供的發射區電流低阻通路縮短了發射區與基區相互連接的距離，減少了連線電阻，增大 了集電極電流； (2) —定密度的通過重磷擴散的n型矽穿孔能夠同時從電池的正面n擴散區和背 面n擴散區收集電荷，使得電池具有很高的電荷收集率，能夠利用低品質的矽材料製備隱 蔽型發射極矽太陽電池； (3)正電極和負電極均排列在電池背面，既簡化了光伏組件的封裝，可以採用全新 的組件封裝模式進行共面連接，優化了電池製作工藝，縮短了封裝時電池相互之間的間隔， 提高了封裝密度，降低了封裝難度，更容易實現工業自動化生產； (4)電池背面採用定域合金制背場的方法，既產生了內建電場，同時減少金屬電極與 半導體界面的接觸面積，使金屬電極與半導體界面的高複合速率區面積減少，降低了電池背面 的表面複合，有利於注入電子向背面n擴散區擴散，形成較大的集電結電流，提高電池功率；
(5)電池的正面平整勻稱、外型美觀，提高了電池的美學性能。


圖1為本發明的主要工藝流程圖。 標號說明1-雷射打孔，2-清洗、輻射損失去除、絨面製備，3-擴散，4-掩蔽發射 區，5_發射區腐蝕、去周邊結，6-去除掩蔽，7_氧化及表面鈍化，8-絲網印刷電極，9-燒結。
以下結合附圖進一步說明本發明矽太陽電池製作工藝流程。
以下實施例陳述的工藝方式並不限制本發明的保護範圍。
具體實施例方式
1.在125mmX 125mm的p型矽片上雷射打孔，孔密度為0. 5hole/mm2。
4
2.矽片的清洗、拋光、去除輻射損傷及制絨。
用以下步驟清洗除去矽片上的雜質 1)用去離子水將矽片表面清洗數遍，去除矽片表面的大的雜質顆粒。 2)用洗滌劑超聲清洗數遍，然後用大量的冷熱去離子水衝洗數遍，將矽片表面的
油脂去掉。 3)用濃硫酸將矽片煮至冒白煙，去除矽片表面的汙染物。 制絨腐蝕液腐蝕時間為30分鐘，制絨結束後，用大量的冷熱去離子水交替衝洗數
遍。取出矽片後，烘乾，以備擴散用。 3.矽太陽電池背面P-N結的界定。 用以下方式中的一種實現EWT矽太陽電池背面p-n結的界定
(1)沉積SiNx膜作為擴散阻擋層。擴散之前，在電池的背面先沉積上一層SiNx膜 或者是Si02膜，接著在P型區域上絲網印刷一層抗腐蝕漿料，第三步利用等離子刻蝕或機 械刻蝕或雷射刻槽去掉SiNx層，最後去除抗腐蝕漿料。 (2)絲網印刷擴散阻擋層。在擴散之前，直接在電池的背面P型區域絲網印刷上擴 散阻擋層。 (3)絲網印刷耐腐蝕漿料。待擴散以後，在矽片的前表面和後表面的N型區域絲網 印刷耐腐蝕漿料，最後用腐蝕液去除P型區域的n型層。 (4)雷射刻槽法。通過絲網印刷Ag/Al槳料共燒的辦法補償電池背面的n型層，燒 結後，直接用雷射開槽實現電池背面p-n結的界定。
4.擴散 以P0C13為磷源，並且用一小股N2氣攜帶其進入擴散爐中。磷源在850°C _90(TC
進行三步擴散製備pn結。 5.氧化及表面鈍化 擴散結束後，用去離子水衝洗數遍，用工業氮氣吹乾後進行高溫氧化，在矽片表面
生長出一層Si(^薄膜。 6.絲網印刷電極及燒結 隱蔽性發射極穿孔矽太陽電池的正負電極交叉排列在矽片背面，絲網印刷定位精 度要求嚴格。本發明根據電池的結構特徵，採用印刷兩次金屬漿料的方法印刷電極。每次 印刷的漿料先被烘乾，然後在紅外鏈式燒結爐中進行共燒，同時形成電極的歐姆接觸。為了 獲得好的填充因子，一般的結深要超過O. 3ym，表面濃度大於102°atomS/Cm3，以防止旁路電 流的增加和結區的複合。 鏈式燒結爐中的溫度高低及其分布、傳送矽片的網帶的前進速度如下
(1)鏈式燒結爐中的溫度分布 印刷完漿料後將矽片置於180°C _2101:鏈式燒結爐中進行烘乾，燒結最高溫度為 760°C。 (2)傳送矽片的網帶的前進速度
網帶的前進速度為每分鐘約180mm。
權利要求
一種製備隱蔽型發射極矽太陽電池的方法，包括以下步驟(1)在p型矽片上雷射打孔；(2)清洗矽片去掉矽片表面的汙染物，用腐蝕液去除雷射打孔產生的輻射損失層，再進行表面織構化；(3)用以下工藝中的一種或幾種界定矽片背面p-n結a.沉積SiNx膜作為擴散阻擋層，或b.絲網印刷擴散阻擋層，或c.絲網印刷耐腐蝕漿料，或d.雷射刻槽法；(4)以POCl3為磷源在擴散爐內進行擴散，獲得40-70Ω/□的發射區方塊電阻或者110Ω/□的前表面發射區方塊電阻，電池後表面20Ω/□的發射區方塊電阻；(5)擴散結束後對矽片表面進行鈍化，即在矽片表面生長SiO2或SiNx薄膜；(6)在矽片背面用金屬漿料通過絲網印刷間隔排列與p型電極區域連接的正電極和與n型電極區域連接的負電極後，烘乾、燒結。
2. 根據權利要求1所述的製備隱蔽型發射極穿孔矽太陽電池的方法，其特徵是步驟 (1)在p型矽片上雷射打孔密度為0. 5-lhole/mm2。
3. 根據權利要求1、2所述的製備隱蔽型發射極穿孔矽太陽電池的方法，其特徵是步驟 (4)採用磷源在850°C _9001:進行三步擴散製備pn結。
4. 根據權利要求1、2所述的製備隱蔽型發射極穿孔矽太陽電池的方法，其特徵是步驟 (6)通過兩次絲網印刷交叉排列的正負電極；或者利用其它方法製作太陽電池的電極。
5. 根據權利要求3所述的製備隱蔽型發射極穿孔矽太陽電池的方法，其特徵是步驟 (6)通過兩次絲網印刷交叉排列的正負電極；或者利用其它方法製作太陽電池的電極。
6. 根據權利要求1、2所述的製備隱蔽型發射極矽太陽電池的方法，其特徵是步驟(6) 發射結結深大於0. 3 i！ m，表面濃度大於102°atomS/Cm3，以防止旁路電流的增加和結區的複合。
7. 根據權利要求3所述的製備隱蔽型發射極矽太陽電池的方法，其特徵是步驟(6)發 射結結深大於0. 3 i！ m，表面濃度大於102°atomS/Cm3，以防止旁路電流的增加和結區的複合。
8. 根據權利要求4所述的製備隱蔽型發射極矽太陽電池的方法，其特徵是步驟(6)發 射結結深大於O. 3ym，表面濃度大於102°atomS/Cm3，以防止旁路電流的增加和結區的複合。
9. 根據權利要求5所述的製備隱蔽型發射極矽太陽電池的方法，其特徵是步驟(6)發 射結結深大於O. 3ym，表面濃度大於1(Tatoms/cm3，以防止旁路電流的增加和結區的複合。
10. 根據權利要求1、2所述的製備隱蔽型發射極矽太陽電池的方法，其特徵是步驟(6) 在鏈式燒結爐中烘乾的溫度為180-21(TC，燒結最高溫度為76(TC ;傳送矽片的網帶的前進 速度為180mm/分鐘。
全文摘要
一種製備隱蔽型發射極矽太陽電池的方法，本發明方法採用二次擴散工藝，包括1-雷射打孔，2-清洗、輻射損失去除、絨面製備，3-擴散，4-掩蔽發射區，5-發射區腐蝕、去周邊結，6-去除掩蔽，7-氧化及表面鈍化，8-絲網印刷電極，9-燒結。本發明可以較好的製備出隱蔽型發射極矽太陽電池。
文檔編號H01L31/18GK101752460SQ20091021829
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月8日 優先權日2009年12月8日
發明者劉祖明, 廖華, 李景天, 楊培志, 塗潔磊, 申蘭先, 趙恆利, 馬遜, 龍維緒 申請人:雲南師範大學