一種提高太陽能電池轉化效率的方法

2023-10-27 17:46:42

一種提高太陽能電池轉化效率的方法
【專利摘要】本發明涉及太陽能電池領域，尤其涉及一種提高太陽能電池轉化效率的方法，具體包括：將矽片基底清洗、擴散、蝕刻、減反射膜沉積；在經過減反射膜沉積後的矽片基底的背面印刷銀電極，同時將印刷了銀背電極的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾；在烘乾後印刷了銀背電極的矽片基底上印刷鋁背電場，同時將印刷了鋁被電場的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾；在烘乾後的印刷了鋁被電場的矽片基底上印刷正面銀柵電極，同時將印刷了正面銀柵電極的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾；將烘乾後的印刷了正面銀柵電極的矽片基底在氮氣氛圍中高溫燒結，形成太陽能電池。本發明中在烘乾和燒結工藝中分別將矽片基底置於氮氣氛圍中進行保護，提高了電極的金屬化質量，實現提高太陽能電池的轉換效率的目的。
【專利說明】一種提高太陽能電池轉化效率的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能電池領域，尤其涉及一種改善太陽能電池轉化效率的方法。

【背景技術】
[0002]近年來，環境保護成為了世界各國面臨的重要課題之一，採用清潔能源代替傳統能源，不僅可以改善居住環境，同時可以提高環境質量，尤其作為用於從太陽能產生電能的電池，尤為受到關注。
[0003]通常太陽能電池包括由半導體形成的基板和射極層、以及分別在基板和射極層上形成的電極，其中，形成基板和射極層的半導體存在不同的導電類型，如，P型和N型，從而在基板和射極層之間形成P-N結。當入射光在太陽能電池上時，半導體中的電子-空穴對通過光伏效應分離為電子和空穴，且分離出的電子移動到η型半導體，空穴移動到P型半導體，進而分別由電連接到射極層和基板的電極進行收集。
[0004]目前，生產量和使用量最大的是晶體矽太陽能電池，在製造的過程中，一般首先對具有平面結構的P型多晶矽進行溼法蝕刻，使其表面粗糙；隨後再採用離子擴散的方法在該晶片的襯底上形成PN結；接著採用等離子增強化學氣相沉積方法或現有的其他方法在該晶片表面形成抗反射層，以進一步提高最終得到的太陽能電池的表面反射率；最後，在晶片的底層通過絲網印刷技術，將接觸的銀和鋁製造在該晶片的底層，進行高溫燒結，得到太陽能電池。


【發明內容】

[0005]在太陽能電池的製造過程中，每個工藝流程都會影響電池的光電轉換效率，由於太陽能電池的轉換效率直接關係生產成本，因此，要降低生產成本，就必須儘可能提高太陽能電池的轉換效率，而在目前的工藝中，如果想再進一步改善工藝來提高太陽能電池的效率，可行性很低。針對上述問題，本發明提供了一種改善太陽能電池轉化率的方法，在烘乾和燒結過程中分別對矽片基底進行氮氣保護，使矽片上所印刷的電極與氧氣隔離不易被氧化，提高了電極的金屬化質量，從而提高太陽能電池的轉換效率。
[0006]本發明提供的提高太陽能電池轉化效率的方法，其技術方案如下:
[0007]一種提高太陽能電池轉化效率的方法，具體包括以下步驟:
[0008]SI將矽片基底通過化學腐蝕的方法進行清洗，隨後將所述清洗後的矽片基底置於擴散爐內進行擴散，隨後將所述擴散後的矽片基底進行蝕刻；最後將所述蝕刻後的矽片基底的擴散面進行減反射膜沉積；
[0009]S2在經過所述減反射膜沉積後的矽片基底的背面印刷銀背電極，同時將所述印刷了銀背電極的矽片基底在溫度範圍為100?200°C，氮氣流量為1000?20000ml/min的氛圍中烘乾10?20min ；
[0010]S3在所述烘乾後印刷了銀背電極的矽片基底上印刷鋁背電場，同時將所述印刷了鋁被電場的矽片基底在溫度範圍為100?200°C，氮氣流量1000?20000ml/min的氛圍中烘乾10?20min ；
[0011]S4在所述烘乾後的印刷了鋁背電場的矽片基底的正面印刷銀柵電極，同時將所述印刷了正面銀柵電極的矽片基底在溫度範圍為100?200°C，氮氣流量1000?20000ml/min的氛圍中烘乾10?20min ；
[0012]S5將所述烘乾後的印刷了正面銀柵電極的矽片基底在溫度範圍為500?800°C，氮氣流量1000?20000ml/min的氛圍中，燒結15?25min，形成太陽能電池。
[0013]具體地，當把P型半導體和N型半導體製作在一起時，在交界處，兩種載流子的濃度相差很大，因而P區的空穴必然向N區擴散，與此同時，N區的自由電子也必然向P區擴散，這種由於濃度差而產生的運動稱為擴散運動。
[0014]在太陽能電池的製作過程中，背電極通常使用銀漿印刷，銀漿直接印刷在P型矽表面，在燒結後銀與矽形成合金層，進而形成了無定型非晶高密度結構。
[0015]增加背電場是提高電池效率的有效途徑。如在P型材料的電池中，背面增加一層P+濃摻雜層，形成P+-P的結構，那麼在P+-P的界面就產生了一個由P區指向P+的內建電場。由於這個內建電場所分離出的光生載流子的積累，形成一個以P+端為正，P端為負的光生電壓，這個光生電壓與電池結構本身的PN結兩端的光生電壓極性相同，從而提高了開路電壓。另外，由於背電場的存在，使光生載流子受到加速，這也可以看作是增加了載流子的有效擴散長度，因而增加了這部分載流子的收集機率，短路電流也就得到提高。另外，背電場的存在迫使少數載流子遠離表面，複合率降低，使暗電流減少。
[0016]優選地，在步驟S2、步驟S4以及步驟S6中，分別採用絲網印刷銀背電極、鋁背電場以及正面銀柵電極。
[0017]優選地，在步驟S2中，所述印刷了銀背電極的矽片基底在溫度150?180°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中烘乾10?15min。
[0018]優選地，在步驟S3中，所述印刷了鋁被電場的矽片基底在溫度180?200°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中烘乾10?15min。
[0019]優選地，在步驟S4中，所述印刷了銀柵電極的矽片基底在溫度170?190°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中烘乾10?15min。
[0020]優選地，在步驟S5中，所述烘乾後的印刷了正面銀柵電極的矽片基底在烘乾爐中紅彡口 ?
[0021]優選地，在步驟S5中，所述烘乾後的印刷了正面銀柵電極的矽片基底在溫度650?800°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中，燒結15?25min，實現所述印刷了正面銀柵電極的矽片基底的金屬化。
[0022]本發明提供的提高太陽能電池轉化效率的方法，其有益效果在於:
[0023]1.本發明中在烘乾和燒結工藝中分別將矽片基底置於氮氣氛圍中進行保護，使矽片基底上印刷的電極在烘乾和燒結的過程中都與氧氣隔離，從而不易被氧化，進而提高電極的金屬化質量、以及提高短路電流和填充因子，實現提高太陽能電池的轉換效率的目的。
[0024]2.與傳統的烘乾、燒結工藝相比，本發明不改變原有設備，只是對工藝進行了改變，其操作簡單，以及可控性及可重複性強。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明:
[0026]圖1為本發明中提高太陽能電池轉化效率的方法流程示意圖。

【具體實施方式】
[0027]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面結合附圖和實施例對本發明進行具體的描述。下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例。對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]本發明提供了一種提高太陽能電池轉化效率的方法，具體包括以下步驟:
[0029]隨後將所述擴散後的矽片進行蝕刻；最後將所述刻蝕後的矽片的擴散面進行減反射膜沉積；
[0030]S2在經過所述減反射膜沉積後的矽片基底的背面印刷銀電極，同時將印刷了銀背電極的矽片基底在溫度範圍為100?200°C，氮氣流量為1000?20000ml/min的氛圍中烘乾 10 ?20min ；
[0031]S3在烘乾後印刷了銀背電極的矽片基底上印刷鋁背電場，同時將印刷了鋁被電場的矽片基底在溫度範圍為100?200°C，氮氣流量1000?20000ml/min的氛圍中烘乾10?20min ；
[0032]S4在烘乾後的印刷了鋁背電場的矽片基底正面上印刷正面銀柵電極，同時將印刷了正面銀柵電極的矽片基底在溫度範圍為100?200°C，氮氣流量1000?20000ml/min的氛圍中烘乾10?20min ；
[0033]S5將烘乾後的印刷了正面銀柵電極的矽片基底在溫度範圍為500?800°C，氮氣流量1000?20000ml/min的氛圍中，燒結15?25min，形成太陽能電池。
[0034]具體地，在步驟SI中，在矽片基底切片的過程中，會形成表面機械切痕和損傷，因此在本發明中，在製作太陽能電池的第一道工序就是採用化學腐蝕的方法去除矽片表面的損傷，其不僅可以除去矽片基底表面的損傷，還可以在矽片表面製作一層能減少光反射的絨面。具體地，將矽片基地置於，如氫氧化鈉與異丙醇混合液中進行清洗。
[0035]又太陽能電池的核心是P-N結，擴散即時太陽能電池製造的核心工序。具體地，本發明中採用P型矽片來製作太陽能電池，且採用磷擴散的方法在擴散爐中進行擴散，擴散的溫度高達850-900°C，使用這種方法制出的P-N結均勻、平整，且生產效率高。
[0036]在擴散的過程中，矽片的所有表面(包括邊緣)，都不可避免的擴散上磷，因而P-N結的正面手機的光生電子會沿著邊緣含磷的區域流到P-N結的背面，從而造成短路。本發明中，採用的是溼法蝕刻的方法，如使用硫酸、氫氟酸、氫氧化鉀、去離子水、硝酸、冷卻水等，實現矽片正面和背面的絕緣，同時去除矽片表面的磷矽玻璃層。
[0037]在步驟S2中，銀漿直接通過絲網印刷在P型矽表面，在燒結後銀與矽形成合金層，進而形成了無定型非晶高密度結構。其主要目的在於使得矽片基底獲得更好的歐姆接觸特性的同時獲得持久良好的附著特性。
[0038]進一步地，印刷了銀背電極的矽片基底在溫度150?180°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中供幹10?15min。
[0039]在步驟S3中，鋁被電場通過絲網印刷在印有銀背電極的矽片基底上，收集載流子。印刷鋁作為背電場的作用是可以作為P-P+形成高低結，從而降低背表面的複合，提高開壓；另外可以反射沒有被矽基底吸收的光，增加光吸收；再有鋁在燒結時可以吸收部分金屬雜質。
[0040]進一步地，印刷了鋁被電場的矽片基底在溫度180?200°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中供幹10?15min。
[0041]在步驟S4中，柵線銀漿在燒結過程中能夠有效反射膜；同時銀層與矽片基底之間可以克服表面勢壘實現小電阻接觸；再有銀柵線能夠實現與矽片基底的牢固連接，使得其對酸鹼、水汽以及氧氣的侵蝕都有一定的抵抗作用，在本發明中，其主要用於收集電流。
[0042]進一步地，印刷了銀柵電極的矽片基底在溫度170?190°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中供幹10?15min。
[0043]在步驟S5中，燒結是製造太陽能電池的最後一步，目的就是乾燥印刷在矽片基底上的漿料，燃盡漿料中的有機組分，是漿料和矽片形成良好的歐姆接觸。高溫燒結結束後，整個太陽能電池製造過程也就完成了，在太陽下將太陽能電池正、負極連接上導線，就有電流通過了。
[0044]進一步地，烘乾後的印刷了正面銀柵電極的矽片基底在溫度650?800°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中，在燒結爐中燒結15?25min。
[0045]進一步地，在步驟S2、步驟S3和步驟S4中，都採用的是絲網印刷來印刷銀背電極、鋁背電場以及正面銀柵電極，其通過拉動掛條擠壓絲網至彈性形變，將絲網上的漿料通過絲網漏印在太陽能矽片上的一種印刷方式，以保證太陽能電池的正面接受足夠的光照。
[0046]實施例一:
[0047]本實施方式以矽片基底為P型單晶矽片為例，將純度為6N的單晶矽片按絲網印刷、烘乾、燒結工藝處理，具體步驟如下:
[0048]首先，在溫度為100°C，氮氣流量為1000ml/min的環境下，對已印刷背電極的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾10分鐘；
[0049]隨後，在溫度為100°C，氮氣流量為lOOOml/min的環境下，對已印刷背電極和背電場的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾10分鐘；
[0050]接著，在溫度為100°C，氮氣流量為lOOOml/min的環境下，對已印刷背電極、背電場和和柵電極的娃片基底在氮氣氛圍中烘乾10分鐘；
[0051]最後，在溫度為500°C，氮氣流量為1000ml/min的環境下，燒結15分鐘，使銀背電極、鋁背電場和銀柵電極與矽片金屬化，形成高質量的導電電極。
[0052]由上述步驟製成的太陽能電池，經測試，平均短路電流5.25A，平均填充因子78.16
[0053]實施例二:
[0054]本實施方式以矽片基底為P型單晶矽片為例，將純度為6N的單晶矽片按絲網印刷、烘乾、燒結工藝處理，具體步驟如下:
[0055]首先，在溫度為130°C，氮氣流量為3000ml/min的環境下，對已印刷背電極的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾17分鐘；
[0056]隨後，在溫度為140°C,氮氣流量為3000ml/min的環境下,對已印刷背電極和背電場的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾17分鐘；
[0057]接著，在溫度為150°C，氮氣流量為3000ml/min的環境下，對已印刷背電極、背電場和和柵電極的娃片基底在氮氣氛圍中烘乾17分鐘；
[0058]最後，在溫度為600°C，氮氣流量為3000ml/min的環境下，燒結20分鐘，使銀背電極、鋁背電場和銀柵電極與矽片金屬化，形成高質量的導電電極。
[0059]由上述步驟製成的太陽能電池，經測試，平均短路電流5.27A，平均填充因子78.57
[0060]實施例三:
[0061]本實施方式以矽片基底為P型單晶矽片為例，將純度為6N的單晶矽片按絲網印刷、烘乾、燒結工藝處理，具體步驟如下:
[0062]首先，在溫度為150°C，氮氣流量為5000ml/min的環境下，對已印刷背電極的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾15分鐘；
[0063]隨後，在溫度為180°C,氮氣流量為5000ml/min的環境下,對已印刷背電極和背電場的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾15分鐘；
[0064]接著，在溫度為170°C，氮氣流量為5000ml/min的環境下，對已印刷背電極、背電場和和柵電極的娃片基底在氮氣氛圍中烘乾15分鐘；
[0065]最後，在溫度為650°C,氮氣流量為5000ml/min的環境下,燒結15分鐘,使銀背電極、鋁背電場和銀柵電極與矽片金屬化，形成高質量的導電電極。
[0066]由上述步驟製成的太陽能電池，經測試，平均短路電流5.29A，平均填充因子78.92。
[0067]實施例四:
[0068]本實施方式以矽片基底為P型單晶矽片為例，將純度為6N的單晶矽片按絲網印刷、烘乾、燒結工藝處理，具體步驟如下:
[0069]首先，在溫度為170°C，氮氣流量為10000ml/min的環境下，對已印刷背電極的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾13分鐘；
[0070]隨後，在溫度為190°C，氮氣流量為lOOOOml/min的環境下，對已印刷背電極和背電場的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾13分鐘；
[0071]接著，在溫度為180°C，氮氣流量為lOOOOml/min的環境下，對已印刷背電極、背電場和和柵電極的娃片基底在氮氣氛圍中烘乾13分鐘；
[0072]最後，在溫度為750°C，氮氣流量為10000ml/min的環境下，燒結20分鐘，使銀背電極、鋁背電場和銀柵電極與矽片金屬化，形成高質量的導電電極。
[0073]由上述步驟製成的太陽能電池，經測試，平均短路電流5.35A，平均填充因子80.06。
[0074]實施例五:
[0075]本實施方式以矽片基底為P型單晶矽片為例，將純度為6N的單晶矽片按絲網印刷、烘乾、燒結工藝處理，具體步驟如下:
[0076]首先，在溫度為180°C，氮氣流量為15000ml/min的環境下，對已印刷背電極的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾10分鐘；
[0077]隨後，在溫度為200°C，氮氣流量為15000ml/min的環境下，對已印刷背電極和背電場的娃片基底在氮氣氛圍中烘乾10分鐘；
[0078]接著，在溫度為190°C,氮氣流量為15000ml/min的環境下,對已印刷背電極、背電場和和柵電極的娃片基底在氮氣氛圍中烘乾10分鐘；
[0079]最後，在溫度為800°C，氮氣流量為15000ml/min的環境下，燒結25分鐘，使銀背電極、鋁背電場和銀柵電極與矽片金屬化，形成高質量的導電電極。
[0080]由上述步驟製成的太陽能電池，經測試，平均短路電流5.31A，平均填充因子79.67。
[0081]實施例六:
[0082]本實施方式以矽片基底為P型單晶矽片為例，將純度為6N的單晶矽片按絲網印刷、烘乾、燒結工藝處理，具體步驟如下:
[0083]首先，在溫度為190°C，氮氣流量為18000ml/min的環境下，對已印刷背電極的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾18分鐘；
[0084]隨後，在溫度為170°C，氮氣流量為18000ml/min的環境下，對已印刷背電極和背電場的娃片基底在氮氣氛圍中烘乾18分鐘；
[0085]接著，在溫度為180°C,氮氣流量為18000ml/min的環境下,對已印刷背電極、背電場和和柵電極的娃片基底在氮氣氛圍中烘乾18分鐘；
[0086]最後，在溫度為600°C，氮氣流量為18000ml/min的環境下，燒結23分鐘，使銀背電極、鋁背電場和銀柵電極與矽片金屬化，形成高質量的導電電極。
[0087]由上述步驟製成的太陽能電池，經測試，平均短路電流5.29A，平均填充因子78.95
[0088]實施例七:
[0089]本實施方式以矽片基底為P型單晶矽片為例，將純度為6N的單晶矽片按絲網印刷、烘乾、燒結工藝處理，具體步驟如下:
[0090]首先，在溫度為200°C，氮氣流量為20000ml/min的環境下，對已印刷背電極的矽片基底在氮氣氛圍中烘乾20分鐘；
[0091]隨後，在溫度為200°C，氮氣流量為20000ml/min的環境下，對已印刷背電極和背電場的娃片基底在氮氣氛圍中烘乾20分鐘；
[0092]接著，在溫度為200°C，氮氣流量為20000ml/min的環境下，對已印刷背電極、背電場和和柵電極的娃片基底在氮氣氛圍中烘乾20分鐘；
[0093]最後，在溫度為800°C，氮氣流量為20000ml/min的環境下，燒結25分鐘，使銀背電極、鋁背電場和銀柵電極與矽片金屬化，形成高質量的導電電極。
[0094]由上述步驟製成的太陽能電池，經測試，平均短路電流5.3A，平均填充因子80.12
[0095]與此同時，本發明對使用傳統工藝獲得的太陽能電池進行了測量，得到的結果為:平均短路電流5.22A，平均填充因子77.34。
[0096]從上述實施例和對比例中可以看出，本發明中在烘乾和燒結工藝中分別將矽片基底置於氮氣氛圍中進行保護，使矽片基底上印刷的電極在烘乾和燒結的過程中都與氧氣隔離，從而不易被氧化，進而提高電極的金屬化質量、以及提高短路電流和填充因子，實現提高太陽能電池的轉換效率的目的。
[0097]以上對發明的具體實施例進行了詳細描述，但本發明並不限制於以上描述的具體實施例，其只是作為範例。對於本領域技術人員而言，任何對該系統進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離發明的精神和範圍下所做出的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
【權利要求】
1.一種提高太陽能電池轉化效率的方法，其特徵在於，包括以下步驟: Si將矽片基底通過化學腐蝕的方法進行清洗，隨後將所述清洗後的矽片基底置於擴散爐內進行擴散，隨後將所述擴散過後的矽片基底進行蝕刻，最後將蝕刻後的矽片基底進行減反射膜沉積； S2在經過所述減反射膜沉積後的矽片基底的背面印刷銀電極，同時將所述印刷了銀背電極的矽片基底在溫度範圍為100?200°C，氮氣流量為1000?20000ml/min的氛圍中烘乾 10 ?20min ； S3在所述烘乾後印刷了銀背電極的矽片基底上印刷鋁背電場，同時將所述印刷了鋁被電場的矽片基底在溫度範圍為100?200°C，氮氣流量1000?20000ml/min的氛圍中烘乾10 ?20min ； S4在所述烘乾後的印刷了鋁被電場的矽片基底上印刷正面銀柵電極，同時將所述印刷了正面銀柵電極的矽片基底在溫度範圍為100?200°C，氮氣流量1000?20000ml/min的氛圍中烘乾10?20min ； S5將所述烘乾後的印刷了正面銀柵電極的矽片基底在溫度範圍為500?800°C，氮氣流量1000?20000ml/min的氛圍中，燒結15?25min，形成太陽能電池。
2.如權利要求1所述提高太陽能電池轉化效率的方法，其特徵在於: 在步驟S2、步驟S3以及步驟S4中，分別採用絲網印刷銀背電極、鋁背電場以及正面銀柵電極。
3.如權利要求1所述提高太陽能電池轉化效率的方法，其特徵在於: 在步驟S2中，所述印刷了銀背電極的矽片基底在溫度150?180°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中供幹10?15min。
4.如權利要求1所述提高太陽能電池轉化效率的方法，其特徵在於: 在步驟S3中，所述印刷了鋁被電場的矽片基底在溫度180?200°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中供幹10?15min。
5.如權利要求1所述提高太陽能電池轉化效率的方法，其特徵在於: 在步驟S4中，所述印刷了銀柵電極的矽片基底在溫度170?190°C，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中供幹10?15min。
6.如權利要求1所述提高太陽能電池轉化效率的方法，其特徵在於: 在步驟S5中，所述烘乾後的印刷了正面銀柵電極的矽片基底在烘乾爐中燒結。
7.如權利要求1所述提高太陽能電池轉化效率的方法，其特徵在於: 在步驟S5中，所述烘乾後的印刷了正面銀柵電極的矽片基底在溫度650?800 V，氮氣流量5000?15000ml/min的氛圍中，燒結15?25min，實現所述印刷了正面銀柵電極的矽片基底的金屬化。
【文檔編號】H01L31/20GK104241454SQ201410499180
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】蘇青峰, 張根發, 劉長柱 申請人:上海聯孚新能源科技集團有限公司