一種用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法
2023-06-20 08:29:51
專利名稱：一種用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法
技術領域：
本發明屬於高效晶體矽太陽電池技術領域，尤其涉及一種用於超小絨面高效太陽電池的前表面柵線接觸電極結構的製備方法。
背景技術：
近年來，能源緊缺問題和全球變暖的環境問題日益嚴重，人類對清潔的可再生能源需求空前急切，而光伏太陽能是一種重要的可再生能源，具有能源廣泛，地域限制少，安全可靠等諸多優勢。自1954年第一塊矽太陽電池應用至今，太陽電池經過了第一代單晶矽太陽電池，第二代薄膜電池的發展，其技術發展趨勢是成本降低，效率提高。目前市場應用的太陽電池以晶體矽電池為主，但成本高仍然是限制光伏產業發展的瓶頸。如何提高效率以降低成本成為太陽電池研究的關注點。從目前晶矽電池對太陽光的吸收角度看，太陽光照中很大一部分光由於電池表面的反射而損失掉，超小絨面能夠減小表面的反射光損失，起到很好的陷光作用，提高了短路電流，但同時引入了金屬電極的接觸問題，接觸面積小，接觸電阻較大。並且柵線電極的遮光率很大，使太陽光不能很好被利用。如果把這些損失的光有效地利用起來，則可以實現電池效率的顯著提高。
發明內容
(一 )要解決的技術問題有鑑於此，本發明 的主要目的在於提供一種用於超小絨面高效太陽電池的前表面柵線接觸電極結構的製備方法。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，包括:清洗矽襯底；在矽襯底表面製備超小絨面；從製備有超小絨面的矽襯底表面對娃襯底進行淡磷擴散；在淡磷擴散後的娃襯底表面沉積一層Si3N4減反射膜；利用雷射燒蝕方法對矽襯底表面的超小絨面進行雷射燒蝕，形成柵線電極的溝槽；利用化學清洗方法對雷射燒蝕區進行清洗，除去雷射燒蝕區堆積物及雷射燒蝕時造成的損傷層；對雷射燒蝕區進行二次濃磷擴散；以及絲網印刷機在雷射燒蝕區內採用精確對準方式印刷柵線電極。上述方案中，所述清洗矽襯底的步驟，是使用標準清洗液RCA對矽襯底進行清洗，然後再用去離子水清洗，氮氣吹乾。上述方案中，所述在矽襯底表面製備超小絨面的步驟中,超小絨面是使用HF和雙氧水混合溶液溼法腐蝕製備的。上述方案中，所述在矽襯底表面製備超小絨面的具體過程包括:將清洗後的矽襯底在HF和銀鹽溶液的混合溶液中腐蝕，時間30秒，然後將腐蝕後的矽襯底在HF和過氧化氫溶液的混合溶液中腐蝕3分鐘，最後矽襯底浸泡在濃HNO3中，去除殘留的銀顆粒，然後利用HF漂洗30秒，去離子水衝洗3遍以上，進而N2吹乾，得到帶有超小絨面的矽襯底。上述方案中，所述在淡磷擴散後的矽襯底表面沉積一層Si3N4減反射膜的步驟中，採用PECVD方法沉積Si3N4減反射膜，該Si3N4減反射膜的厚度為40nm-120nm。上述方案中，所述利用雷射燒蝕方法對矽襯底表面的超小絨面進行雷射燒蝕形成柵線電極的溝槽的步驟中，雷射波長為355nm、532nm或1064nm。上述方案中，所述利用雷射燒蝕方法對矽襯底表面的超小絨面進行雷射燒蝕形成柵線電極的溝槽的步驟中，燒蝕寬度依據柵線設計的寬度而定，比柵線寬度寬10微米-20微米。上述方案中，所述利用化學清洗方法對雷射燒蝕區進行清洗，除去雷射燒蝕區堆積物及雷射燒蝕時造成的損傷層的步驟中，化學清洗方法採用的清洗腐蝕液為稀KOH溶液。上述方案中，所述絲網印刷機在雷射燒蝕區內採用精確對準方式印刷柵線電極的步驟中，絲網印刷具有的對準精度達到I微米。上述方案中，該方法還包括:絲網印刷機在雷射燒蝕區內採用精確對準方式印刷柵線電極之後，對柵線電極進行退火處理。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:1、本發明提供的這種用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，利用雷射燒蝕和燒蝕區二次濃磷擴散的方法，結合絲網印刷電極技術，製備了一種應用於超小絨面面高效太陽電池的表面柵線。這種結構具有超低的遮光率和高效的陷光能力，應用在晶矽太陽電池上，電流密度高，埋柵電極深入矽襯底內部可增加對基區光生電子的收集，濃磷擴散降低濃磷區電阻功耗和柵線電極與襯底的接觸電阻功耗，提高了電池的開路電壓。2、本發明提供的這種用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，能夠有效利用雷射燒蝕和二次濃磷擴散的方法實現選擇性發射區，與金屬電極接觸區域擴散濃度很高，接觸電阻較小。將這種刻燒蝕區和絲網印刷電極對應起來於超小絨面太陽電池，能夠有效地增加了電池對入射光的吸收和利用。增加了光生電流，提高了電池轉換效率。3、本發明提供的這種用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，在部分與現有太陽能電池製備工藝兼容的前提下，提出了創新結構，並給出有效的製備方法，以提高晶矽太陽能電池的轉換效率，降低太陽能電池的生產成本。本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
本發明的上述和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1為依照本發明實施例的製備用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的方法流程圖； 圖2至圖9為依照本發明實施例的製備用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的工藝流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明通常涉及一種製備用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的方法。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本發明。此外，本發明可以在不同例子中重複參考數字和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關係。此外，本發明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用於性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特徵在第二特徵之「上」及/或「上方」的結構可以包括第一和第二特徵形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特徵形成在第一和第二特徵之間的實施例，這樣第一和第二特徵可能不是直接接觸。參考圖1，圖1示出了根據本發明實施例的製備用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的方法流程圖，具體包括以下步驟:在步驟101中，首先對矽襯底201進行清洗。其中矽襯底可以是P型矽襯底，也可以η型矽襯底。優選的，採用P型矽襯底。步驟101使用RCA標準清洗液80°C清洗,然後用去離子水清洗,氮氣吹乾。接著在步驟102中，將清洗後的矽襯底201在HF和銀鹽溶液的混合溶液中腐蝕，時間30秒，在矽襯底201表面形成銀顆粒202，如圖2所示；然後將腐蝕後的矽襯底201在HF和過氧化氫溶液的混合溶液中腐蝕3分鐘，使形成於矽襯底201表面的銀顆粒202進入矽襯底201表面，形成絨面20 3，如圖3所示；最後將矽襯底201浸泡在濃HNO3中，去除進入矽襯底201表面的銀顆粒202，然後利用HF漂洗30秒，去離子水衝洗3遍以上，進而N2吹乾，得到帶有超小絨面204的娃襯底201,如圖4所示。在步驟103中，對圖4所示的絨面矽襯底201表面進行磷的表面濃度在IO18-1O19Cm-3淡磷擴散，形成具有淡磷擴散的超小絨面205，如圖5所示。在步驟104中，在圖5中淡磷擴散後的矽襯底表面450度沉積70_100nm厚的Si3N4減反射膜206,如圖6所示。優選的，步驟104中的減反射膜不限於PECVD沉積Si3N4薄膜，還可以在700-980度之間通過幹法氧化或者溼法熱氧化生長SiO2薄膜。通過步驟104，形成的減反射膜厚度為80nm左右。在步驟105中，對生長完減反射膜206的矽襯底皮秒或者飛秒雷射進行時長為
0.5s-10s的雷射燒蝕，形成柵線電極的溝槽207，雷射波長為355nm、532nm或1064nm，如圖7所示。在步驟106中，對進行了雷射燒蝕的矽襯底表面的溝槽燒蝕區進行K0H、HF酸的化學清洗，以除去燒蝕區堆積物和雷射損傷層。在步驟107中，對燒蝕區進行750-980度下表面濃度在1019-1021cnT3 二次濃磷擴散，如圖8所示。在步驟108中，在對圖8燒蝕區二次濃磷擴散完的矽襯底溝槽燒蝕區絲網印刷電極，絲網印刷有著良好的對準精度，達到I微米左右；絲印完畢後再700-950度退火1-9分鐘便形成良好的歐姆接觸，如圖9所示。需要指出的是，上述關於步驟101到步驟108的具體實施例方式僅為簡單清楚描述本發明原理的示意性舉例，並非對本發明作任何形式上的限制，尤其是一些可通過現有工藝實現的步驟。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明。本領域普通技術人員顯然可知，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。本發明與現有技術相比具有以下明顯的優點和有益效果:1、雷射燒蝕再進行絲網印刷電極結構與傳統的超小絨面晶體矽結構相比，能夠有效降低串聯電組，提聞短路電流；2、雷射燒蝕再進行絲網印刷電極結構對太陽電池載流子傳輸方面有輔助效果，能夠減少載流子傳輸路徑，提高載流子收集效率，增加光生電流密度；3、採用雷射燒蝕和二次濃磷擴散的辦法，實現了選擇性發射區，與金屬電極接觸的區域擴散濃度很高，接觸電阻較小，發射區的薄層電阻可以較大；在工藝製備方面較其他工藝有如下實用優點:1、本發明採 用雷射燒蝕的工藝，採用的技術較為成熟，雷射燒蝕的區域一定要大於柵線的寬度(依據網板的設計尺寸和絲印後的延展寬度而定)；這種技術在大面積、多品種太陽電池的研究或生產中，顯得十分方便、靈活； 2、本發明採用的二次濃磷擴散的方法，實現了選擇性的發射區，與金屬電極接觸區域擴散濃度很高，接觸電阻較小，發射區的薄層電阻可以較大；3、本發明採用的絲網印刷電極的方法，採用的技術較為成熟，簡單方便；4、製備的結構基本全採用矽基材料，原料充足，成本較低，且矽加工工藝相當成熟，有利於規模化生產的推廣應用。綜上所述，本發明為用於超小絨面高效太陽電池的柵線電極結構及其製備方法，在部分與現有太陽能電池製備工藝兼容的前提下，提出了創新結構，以提高晶矽太陽能電池的轉換效率，降低太陽能電池的生產成本。從而走向實用化，創造價值。本發明具有上述諸多的優點及實用價值，在技術上有較大的進步，並產生了好用及實用的效果，從而更加適於實用。雖然關於示例實施例及其優點已經詳細說明，應當理解在不脫離本發明的精神和所附權利要求限定的保護範圍的情況下，可以對這些實施例進行各種變化、替換和修改。對於其他例子，本領域的普通技術人員應當容易理解在保持本發明保護範圍內的同時，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發明的應用範圍不局限於說明書中描述的特定實施例的工藝、機構、製造、物質組成、手段、方法及步驟。從本發明的公開內容，作為本領域的普通技術人員將容易地理解，對於目前已存在或者以後即將開發出的工藝、機構、製造、物質組成、手段、方法或步驟，其中它們執行與本發明描述的對應實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結果，依照本發明可以對它們進行應用。因此，本發明所附權利要求旨在將這些工藝、機構、製造、物質組成、手段、方法或步驟包 含在其保護範圍內。
權利要求
1.一種用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，其特徵在於，包括: 清洗矽襯底； 在矽襯底表面製備超小絨面； 從製備有超小絨面的矽襯底表面對矽襯底進行淡磷擴散； 在淡磷擴散後的矽襯底表面沉積一層Si3N4減反射膜； 利用雷射燒蝕方法對矽襯底表面的超小絨面進行雷射燒蝕，形成柵線電極的溝槽； 利用化學清洗方法對雷射燒蝕區進行清洗，除去雷射燒蝕區堆積物及雷射燒蝕時造成的損傷層； 對雷射燒蝕區進行二次濃磷擴散；以及 絲網印刷機在雷射燒蝕區內採用精確對準方式印刷柵線電極。
2.根據權利要求1所述的用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，其特徵在於，所述清洗矽襯底的步驟，是使用標準清洗液RCA對矽襯底進行清洗，然後再用去離子水清洗，氮氣吹乾。
3.根據權利要求1所述的用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，其特徵在於，所述在矽襯底表面製備超小絨面的步驟中，超小絨面是使用HF和雙氧水混合溶液溼法腐蝕製備的。
4.根據權利要求3所述的用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，其特徵在於，所述在矽襯底表 面製備超小絨面的具體過程包括: 將清洗後的矽襯底在HF和銀鹽溶液的混合溶液中腐蝕，時間30秒，然後將腐蝕後的矽襯底在HF和過氧化氫溶液的混合溶液中腐蝕3分鐘，最後矽襯底浸泡在濃HNO3中，去除殘留的銀顆粒，然後利用HF漂洗30秒，去離子水衝洗3遍以上，進而N2吹乾，得到帶有超小絨面的矽襯底。
5.根據權利要求1所述的用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，其特徵在於，所述在淡磷擴散後的矽襯底表面沉積一層Si3N4減反射膜的步驟中，採用PECVD方法沉積Si3N4減反射膜，該Si3N4減反射膜的厚度為40nm-120nm。
6.根據權利要求1所述的用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，其特徵在於，所述利用雷射燒蝕方法對矽襯底表面的超小絨面進行雷射燒蝕形成柵線電極的溝槽的步驟中，雷射波長為355nm、532nm或1064nm。
7.根據權利要求1所述的用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，其特徵在於，所述利用雷射燒蝕方法對矽襯底表面的超小絨面進行雷射燒蝕形成柵線電極的溝槽的步驟中，燒蝕寬度依據柵線設計的寬度而定，比柵線寬度寬10微米-20微米。
8.根據權利要求1所述的用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，其特徵在於，所述利用化學清洗方法對雷射燒蝕區進行清洗，除去雷射燒蝕區堆積物及雷射燒蝕時造成的損傷層的步驟中，化學清洗方法採用的清洗腐蝕液為稀KOH溶液。
9.根據權利要求1所述的用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，其特徵在於，所述絲網印刷機在雷射燒蝕區內採用精確對準方式印刷柵線電極的步驟中，絲網印刷具有的對準精度達到I微米。
10.根據權利要求1所述的用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，其特徵在於，該方法還包括:絲網印刷機在雷射燒蝕區內採用精確對準方式印刷柵線電極之後，對柵線電極進行退火處理 。
全文摘要
本發明公開了一種用於超小絨面高效太陽電池的電極結構的製備方法，包括清洗矽襯底；在矽襯底表面製備超小絨面；對矽襯底進行淡磷擴散；在淡磷擴散後的矽襯底表面沉積一層Si3N4減反射膜；對矽襯底表面的超小絨面進行雷射燒蝕，形成柵線電極的溝槽；對雷射燒蝕區進行清洗，除去雷射燒蝕區堆積物及雷射燒蝕時造成的損傷層；對雷射燒蝕區進行二次濃磷擴散；以及絲網印刷機在雷射燒蝕區內採用精確對準方式印刷柵線電極。本發明製備的電極結構，具有超低的遮光率和高效的陷光能力，應用在晶矽太陽電池上，電流密度高，可增加對基區光生電子的收集，降低濃磷區電阻功耗和柵線電極與襯底的接觸電阻功耗，提高了電池的開路電壓。
文檔編號H01L31/18GK103219425SQ201310122650
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月10日 優先權日2013年4月10日
發明者賈銳, 楊勇洲, 陳晨, 金智, 劉新宇 申請人:中國科學院微電子研究所