一種全背電極太陽能電池的製作方法

2023-09-23 22:59:05

專利名稱：一種全背電極太陽能電池的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種太陽能電池的製作方法，尤其是一種全背電極太陽能電池的製作方法，屬於太陽能電池製造領域。
背景技術：
太陽能電池為一半導體組件，它能夠將太陽光轉為電能，因此太陽能電池的效率將與太陽能表面的吸光情形息息相關。在晶體矽太陽能電池的製作工藝中，常規的製作流程中得到的太陽能電池的受光面往往存在很多金屬柵線，目的是用於收集電流和做組件的焊接點。一方面，金屬柵線的存在阻擋了太陽光的吸收，降低了電池的轉換效率，另一方面在組件生產過程中，因為正負極的焊盤是在電池片的兩邊，擔心焊接過程中電池片的破裂，更大和更薄的電池片的使用受到了限制。US 7820475B2中公開了一種全背電極太陽能電池的製作方法，該專利文獻中所公開的太陽能電池一方面由於所有金屬柵線都在電池片的非受光面，可以充分吸收太陽光， 極大的提高了電池的轉換效率，另一方面，由於正負極的焊接都在同一個平面，使組件的焊接變的更加方便，也利於更大和更薄電池片的使用，可進一步降低原料成本和提高組件輸出功率。上述現有技術中，為了在太陽能電池背面既能形成發射極又能形成基極，採用了噴墨印刷或絲網印刷的方式形成相鄰的選擇性沉積的摻雜劑源，以製成全背電極的擴散區。也就是說，對於不同類型的擴散區，採用不同的印刷頭或相同印刷頭上不同組的噴嘴分別釋放不同的摻雜劑源。然而，在隨後對印刷到太陽能電池背面的摻雜劑源進行高溫擴散的過程中，加熱爐中的富磷氣體不僅會擴散到太陽能電池的正面，也會對印刷在太陽能電池背面的摻雜劑源造成影響，導致背面的摻雜擴散很難精確掌控，從而影響最後製成的太陽能電池的質量參差不齊，對於大規模的工業化生產和應用十分不利，這也是現有全背電極太陽能電池製造成本和價格居高不下的原因之一。另外，噴墨印刷或絲網印刷的精度不高，圖形較難對準；而若要形成相鄰的選擇性沉積的摻雜劑源區域，現有的噴墨印刷或絲網印刷設備均難以勝任，需要重新開發專有設備，成本和效率不佳。

發明內容
因此，本發明要解決的技術問題是提供一種全背電極太陽能電池的製作方法，以減少或避免前面所提到的問題。具體來說，本發明提出了一種全背電極太陽能電池的製作方法，所述太陽能電池包括矽片，所述矽片具有正面和背面，所述正面為所述矽片正常使用時的受光面，所述背面為所述正面相對的一面，所述太陽能電池的全部電極均形成於所述矽片的背面，所述製作方法包括如下步驟
A、對用於製作所述太陽能電池的矽片進行損傷層去除和正面制絨，並製得拋光的矽片背面；B、對所述矽片進行磷擴散，同時在所述矽片的正面形成正面場、在所述矽片的背面形成背面場；然後在所述矽片的正面和背面形成一層氧化膜；C、在所述矽片背面需要形成發射極電極的地方去除頂部的所述氧化膜和磷擴散後形成的所述背面場，在需要製作基極電極的地方保留所述氧化膜和所述背面場；D、以所述保留的氧化膜為掩膜，對所述矽片背面去除了所述氧化膜和所述背面場的地方進行擴散形成發射極；E、去除所述矽片背面保留的氧化膜，露出其下的基極；然後分別在所述發射極和基極位置形成金屬電極。優選地，所述步驟B中進一步包括對所述矽片進行磷擴散之後去除形成於所述矽片表面的磷矽玻璃。優選地，所述步驟E中進一步包括去除所述矽片背面保留的氧化膜之後，重新在所述矽片背面形成一層氧化膜。優選地，所述步驟E中進一步包括形成所述金屬電極之後對所述矽片進行邊緣絕緣刻蝕。優選地，所述步驟C中，使用雷射刻蝕法一步完成去除所述氧化膜和所述背面場的步驟。優選地，所述雷射刻蝕法中的開槽寬度為1000-5000微米，深度大於2微米。優選地，所述步驟C中，去除所述氧化膜和所述背面場的步驟包括對需要去除所述氧化膜和所述背面場的位置使用噴墨法塗覆光刻膠後，利用等離子刻蝕的方法一步完成。優選地，所述步驟B中，所述磷擴散的擴散深度為0. 5-2微米。優選地，所述步驟D中，所述擴散形成發射極的步驟中的擴散深度為0.5-2微米。優選地，進一步包括在所述矽片正面形成厚度為500-1500 A的抗反射氮化膜。通過本發明所提供的方法最後形成的全背電極太陽能電池，其工藝簡單，電池效率高，並可方便的進行組件的焊接。另外，由於所採用的工藝無需專門設計的設備，成本低廉，生產的產品均一化好，適於大規模工業化生產和應用。


以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中，圖1顯示的是根據本發明的一個具體實施例的太陽能電池矽片單面制絨後的橫截面示意圖；圖2顯示的是在圖1所示矽片上進行磷擴散之後形成氧化膜以及正面形成抗反射氮化膜後的情形；圖3顯示的是在圖2基礎上形成發射極的情形；圖4顯示的是在圖3基礎上形成氧化膜的情形；圖5顯示的是在圖4基礎上形成金屬電極的情形。
具體實施例方式為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照

本發明的具體實施方式
。其中，相同的部件採用相同的標號。基於背景技術中的相關現有技術的描述，在本發明的下述實施例中，對於全背電極太陽能電池的結構和原理不再詳細說明，以節約篇幅。根據本發明的一個具體實施例的一種全背電極太陽能電池的製作方法可以參照圖1-5的流程進行詳細描述，如圖所示，本發明的全背電極太陽能電池的製作方法中，所述太陽能電池包括矽片1，在本實施例中，所述矽片1為N型矽片，所述矽片具有正面10和背面20，所述正面10為所述矽片1正常使用時的受光面，所述背面20為所述正面10相對的一面，所述太陽能電池的全部電極均形成於所述矽片1的背面20，所述製作方法包括如下步驟A、對用於製作所述太陽能電池的矽片1進行損傷層去除和正面制絨，並製得拋光的矽片背面20，如圖1所示，在矽片的正面10表面形成了一層絨面層11。關於損傷層去除和正面制絨的方法可以但不限於1.在使用氫氧化鉀和異丙醇混合物進行損傷層去除和雙面制絨完成後，再使用等離子法拋光矽片的背面；2.在使用氫氧化鉀和異丙醇混合物進行損傷層去除和雙面制絨完成後，使用硝酸氫氟酸混合物拋光矽片的背面；3.在使用硝酸和氫氟酸混合物進行損傷層去除之後，在矽片背面形成氧化膜保護層，再使用氫氧化鉀和異丙醇混合物進行正面的制絨，隨後去除背面的氧化膜保護層。B、對所述矽片進行磷擴散，同時在所述矽片的正面10形成正面場12、在所述矽片的背面20形成背面場22 ；然後在所述矽片的正面10和背面20形成一層氧化膜30，如圖2 所示。本步驟相對現有技術而言相當關鍵，在本步驟中，通過一次磷擴散就在矽片的正面10 和背面20形成了正面場12和背面場22，這樣就在背面20整個形成了可供後續選擇使用的基極，也就是後續步驟中只要剔除掉部分背面場22，剩下的部分就可以直接形成基極，而剔除掉背面場22的地方只要重新進行硼擴散就可以形成發射極，後面將對此詳細描述。在本步驟中，進行磷擴散後的矽片1的方塊電阻的範圍在30-200Ω/每方塊，擴散深度0. 5-2微米。另外，對所述矽片1進行磷擴散之後還可以進一步包含去除形成於所述矽片1表面的磷矽玻璃的步驟，磷矽玻璃的去除可以使用氫氟酸或者BOE (緩衝氧化膜刻蝕劑)。在本步驟中所形成的氧化膜30，在正面10起鈍化的作用，在背面20起到圖形形成和摻雜時的犧牲氧化層作用(下面將對此詳細描述)，氧化膜30的形成方式是熱擴散方式，所形成的氧化膜30的厚度為200-2000 A。另外，在本步驟中，還可以進一步包括在所述矽片1的正面10形成厚度為 500-1500 A的抗反射氮化膜13，形成方式可以是等離子增強化學氣相沉澱法。當然，本領域技術人員應當理解，由於抗反射氮化膜13形成於矽片1的正面10，並不會對矽片1的背面20造成影響，因此，形成抗反射氮化膜13的步驟也可以安排在後續的任何步驟之後，或者安排在最後完成。C、在所述矽片背面20需要形成發射極電極40的地方去除頂部的所述氧化膜30 和磷擴散後形成的所述背面場22，在需要製作基極電極50的地方保留所述氧化膜30和所述背面場22。
D、以所述保留的氧化膜30為掩膜，對所述矽片背面20去除了所述氧化膜30和所述背面場22的地方進行擴散形成發射極40，如圖3所示。正如前述步驟B中所述，上述步驟C、D中，矽片正面10上形成的氧化膜30—方面保護了正面場，另一方面，矽片背面20上形成的氧化膜30也可以作為掩膜使用，用以擴散形成發射極40。通過步驟B中的一次磷擴散就在矽片的正面10和背面20形成了正面場12和背面場22，然後通過步驟C、D形成發射極(基極實際上也已經完成)，可以很容易通過單獨的擴散步驟控制發射極和基極的擴散濃度、時間、深度等等參數，因為二者的擴散過程是相互沒有幹擾的。而現有技術(特別是US7820475B》中後續的加熱爐中的高溫擴散過程會對已經通過計算印刷到矽片背面的摻雜劑源的濃度造成汙染或者影響，例如，對於形成基極的摻雜劑源，加熱爐中的富磷氣體會使摻雜劑源的濃度升高，而對於形成發射極的摻雜劑源， 加熱爐中的富磷氣體會使摻雜劑源受到汙染，因而最終擴散形成發射極和基極所需的摻雜劑源的濃度、擴散時間、擴散深度等很難通過計算獲得，而只能由操作人員憑經驗操作；或者即便能夠對所有環節進行精密控制，但是卻會對設備的要求非常高，成本上也是難以承受的。另外，在一次磷擴散形成正面場12和背面場22的過程中，還可以控制背面場22 的摻雜濃度高於基極的摻雜濃度，可以起到降低體電阻和金屬電極的接觸電阻的作用，同時利用背面場22和矽片N區域的濃度差形成的內置電場來降低表面少子濃度。而後續步驟中，將無需形成基極的重摻雜部分去掉，還可形成選擇性的基極，輕摻雜的基極也有利於降低少子表面複合速率。圖案的形成方法也可使用噴墨法噴塗光刻膠後，由溼法或等離子刻蝕方法形成，也是連同氧化膜掩膜層和重摻雜的背面場一起刻開。亦即，在上述步驟C中，可以使用雷射刻蝕法一步完成去除所述氧化膜30和所述背面場22的步驟，所述雷射刻蝕法中的開槽寬度為1000-5000微米，深度大於2微米，隨後使用氫氧化鈉溶液去除雷射損傷層。或者，去除所述氧化膜和所述背面場的步驟也可以採用如下方式完成對需要去除所述氧化膜和所述背面場的位置使用噴墨法塗覆光刻膠後， 利用等離子刻蝕的方法一步完成；其中，氧化膜的刻蝕氣體為含碳氟(C5F8)的氣體和O2混合氣體，矽的刻蝕氣體為SF6/CHF3/Ar，隨後使用溼法藥液(硫酸雙氧水混合物)去除光刻膠，等離子刻蝕無需去除損傷層。在上述步驟D中，所述擴散形成發射極的步驟中可以使用擴散法，離子注入法，雷射化學處理法和噴墨法等進行硼擴散，擴散後矽片1的方塊電阻範圍為30-200 Ω /每方塊， 擴散深度0. 5-2微米。Ε、最後去除所述矽片背面20保留的氧化膜30，露出其下的基極50 ；然後分別在所述發射極40和基極50位置形成金屬電極41、51，如圖5所示。本步驟中還可以進一步包括去除所述矽片背面20保留的氧化膜30之後，重新在所述矽片背面形成一層厚度為 200-2000ιΑ的氧化膜31，可以使用熱擴散方式或者化學氣相沉澱法方式，氧化膜31的厚度為200-2000 Α，如圖4所示。當然，本領域技術人員應當理解，也可以在不去除保留的氧化膜30的情況下直接形成氧化膜31，只是基極50位置的氧化膜層會明顯變厚而已，對後續操作會有些影響。同樣的，可以使用氫氟酸或者BOE(緩衝氧化膜刻蝕劑)去除所述矽片背面20保留的氧化膜30。另外，在形成所述金屬電極41、51之後還可以對所述矽片1進行邊緣絕緣刻蝕，可以使用等離子體刻蝕，也可使用雷射邊緣刻蝕。本步驟中，可以使用絲網印刷的方法，也可使用雷射轉移印刷法形成背面的基極 40和發射極50的金屬電極41、51，之後通過雷射局部燒結形成金屬和電池基極40、發射極 50的點接觸結構42、52。通過本發明所提供的方法最後形成的全背電極太陽能電池，其工藝簡單，電池效率高，並可方便的進行組件的焊接。另外，由於所採用的工藝無需專門設計的設備，成本低廉，生產的產品均一化好，適於大規模工業化生產和應用。應當特別強調的是，現有技術(尤其是US 7820475B2)中公開了多種形成全背電極觸點的方法，但是，無論是其所公開的任何一種實施例，都是先在背面形成選擇性沉積的摻雜劑源，然後對背面沉積的不同的摻雜劑源同時進行高溫擴散，而不同的摻雜劑源對於擴散溫度、時間等參數的要求是不同的，因而很難精確控制，對設備要求極高，而且還容易由於前面的選擇性沉積步驟控制不好而導致後面的擴散步驟形成的產品良品率不佳，另外，同時對不同的摻雜劑源進行擴散也容易導致不同摻雜劑源相互汙染。而本發明的創新點就在於，先通過擴散在整個背面形成基極擴散區(背面場)， 同時在正面也形成了正面場；然後去除背面場上的部分區域，再在去除了背面場的部分擴散形成發射極。也就是說，本發明的方法中，不同的摻雜劑源是分別進行擴散的，對基極進行擴散的時候，完全無需考慮發射極的問題，而對發射極進行擴散的時候，基極覆蓋有氧化層，也不會對基極造成任何汙染或者幹擾，對工藝的要求相對簡單，容易掌握，而且也可以利用現有的設備進行製作，成本低廉。本領域技術人員應當理解，雖然本發明是按照多個實施例的方式進行描述的，但是並非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案。說明書中如此敘述僅僅是為了清楚起見， 本領域技術人員應當將說明書作為一個整體加以理解，並將各實施例中所涉及的技術方案看作是可以相互組合成不同實施例的方式來理解本發明的保護範圍。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結合， 均應屬於本發明保護的範圍。
權利要求
1.一種全背電極太陽能電池的製作方法，其特徵在於，所述太陽能電池包括矽片，所述矽片具有正面和背面，所述正面為所述矽片正常使用時的受光面，所述背面為所述正面相對的一面，所述太陽能電池的全部電極均形成於所述矽片的背面，所述製作方法包括如下步驟A、對用於製作所述太陽能電池的矽片進行損傷層去除和正面制絨，並製得拋光的矽片背面；B、對所述矽片進行磷擴散，同時在所述矽片的正面形成正面場、在所述矽片的背面形成背面場；然後在所述矽片的正面和背面形成一層氧化膜；C、在所述矽片背面需要形成發射極電極的地方去除頂部的所述氧化膜和磷擴散後形成的所述背面場，在需要製作基極電極的地方保留所述氧化膜和所述背面場；D、以所述保留的氧化膜為掩膜，對所述矽片背面去除了所述氧化膜和所述背面場的地方進行擴散形成發射極；E、去除所述矽片背面保留的氧化膜，露出其下的基極；然後分別在所述發射極和基極位置形成金屬電極。
2.根據權利要求1所述的全背電極太陽能電池的製作方法，其特徵在於，所述步驟B中進一步包括對所述矽片進行磷擴散之後去除形成於所述矽片表面的磷矽玻璃。
3.根據權利要求2所述的全背電極太陽能電池的製作方法，其特徵在於，所述步驟E中進一步包括去除所述矽片背面保留的氧化膜之後，重新在所述矽片背面形成一層氧化膜。
4.根據權利要求3所述的全背電極太陽能電池的製作方法，其特徵在於，所述步驟E中進一步包括形成所述金屬電極之後對所述矽片進行邊緣絕緣刻蝕。
5.根據權利要求1-4之一所述的全背電極太陽能電池的製作方法，其特徵在於，所述步驟C中，使用雷射刻蝕法一步完成去除所述氧化膜和所述背面場的步驟。
6.根據權利要求5所述的全背電極太陽能電池的製作方法，其特徵在於，所述雷射刻蝕法中的開槽寬度為1000-5000微米，深度大於2微米。
7.根據權利要求1-4之一所述的全背電極太陽能電池的製作方法，其特徵在於，所述步驟C中，去除所述氧化膜和所述背面場的步驟包括對需要去除所述氧化膜和所述背面場的位置使用噴墨法塗覆光刻膠後，利用等離子刻蝕的方法一步完成。
8.根據權利要求1-4之一所述的全背電極太陽能電池的製作方法，其特徵在於，所述步驟B中，所述磷擴散的擴散深度為0. 5-2微米。
9.根據權利要求1-4之一所述的全背電極太陽能電池的製作方法，其特徵在於，所述步驟D中，所述擴散形成發射極的步驟中的擴散深度為0. 5-2微米。
10.根據權利要求1-4之一所述的全背電極太陽能電池的製作方法，其特徵在於，進一步包括在所述矽片正面形成厚度為500-1500 A的抗反射氮化膜。
全文摘要
一種全背電極太陽能電池的製作方法，其對矽片進行損傷層去除和正面制絨之後進行磷擴散，同時形成正面場和背面場；然後在所述矽片的正面和背面形成一層氧化膜；之後，在所述矽片背面需要形成發射極電極的地方去除氧化膜和背面場，在需要製作基極電極的地方保留氧化膜和背面場；最後，以保留的氧化膜為掩膜，對所述矽片背面去除了所述氧化膜和所述背面場的地方進行擴散形成發射極。通過本發明所提供的方法最後形成的全背電極太陽能電池，其工藝簡單，電池效率高，並可方便的進行組件的焊接。另外，由於所採用的工藝無需專門設計的設備，成本低廉，生產的產品均一化好，適於大規模工業化生產和應用。
文檔編號H01L31/18GK102208493SQ20111013334
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月20日 優先權日2011年5月20日
發明者楊華 申請人:上海採日光伏技術有限公司