一種太陽能電池及其製備方法與流程
2023-08-12 21:34:21
本發明涉及光伏技術領域，更具體地說，涉及一種太陽能電池，還涉及一種太陽能電池製備方法。
背景技術：
太陽能是目前國內外發展的能源之一，利用太陽能電池吸收太陽能轉換為電能，具有非常大的潛力和前途來替代傳統能源。在各種太陽能電池中，矽基太陽能電池佔到了市場總份額的90％。在矽基太陽能電池製備過程中，常規電池的製備流程是制絨-擴散-刻蝕-鍍減反射膜-絲網印刷-燒結，然而，較高的生產成本和低效率一直是困擾矽基電池發展的因素，提高太陽能電池的轉化效率和降低生產成本是我們面對的巨大挑戰。
因此，如何通過改變電池絨面和電池結構來提高提高電池轉換效率的同時降低生產成本是本領域技術人員急需要解決的技術問題。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明提供一種太陽能電池製備方法，改善了太陽能電池的絨面結構，降低對太陽能電池的入射光損失，進而提高太陽能電池的轉換效率，降低成本。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種太陽能電池製備方法，包括：
步驟S1：製備等離子反應刻蝕RIE矽片；
步驟S2：在所述等離子反應刻蝕RIE矽片表面進行PN結擴散，形成PN結擴散層，在所述PN結擴散層的表面印刷副柵圖案；
步驟S3：覆蓋所述副柵圖案蒸鍍減反射膜，在所述等離子反應刻蝕RIE矽片的背面製備背電極；
步驟S4：在所述減反射膜上印刷主柵圖案，所述主柵圖案中的主柵線與所述副柵圖案中的副柵線相互垂直，進行燒結後形成太陽能電池。
優選的，在上述太陽能電池製備方法中，所述步驟S1中，所述製備等離子反應刻蝕RIE矽片包括：
對選取的矽片進行清洗制絨，形成第一絨面層；
在所述第一絨面層上進行反應離子刻蝕，形成第二絨面層，得到等離子反應刻蝕RIE矽片。
優選的，在上述太陽能電池製備方法中，所述步驟S1中，所述製備等離子反應刻蝕RIE矽片之後，還包括：
對所述等離子反應刻蝕RIE矽片進行刻蝕清洗從而去除邊緣磷矽玻璃以及碎屑。
優選的，在上述太陽能電池製備方法中，所述步驟S2中，在所述等離子反應刻蝕RIE矽片表面進行PN結擴散之前，還包括：
對所述等離子反應刻蝕RIE矽片依次進行HF酸洗、ID水洗以及KOH鹼洗。
本發明還提供一種太陽能電池，包括等離子反應刻蝕RIE矽片，以及在所述等離子反應刻蝕RIE矽片的正面依次設置的PN結擴散層、副柵圖案、減反射膜以及主柵圖案，所述主柵圖案中的主柵線與所述副柵圖案中的副柵線相互垂直。
優選的，在上述太陽能電池中，所述等離子反應刻蝕RIE矽片為正表面依次設置的第一絨面層以及第二絨面層的矽片。
優選的，在上述太陽能電池中，所述矽片為金剛線切割多晶矽片。
優選的，在上述太陽能電池中，所述金剛線切割多晶矽片的厚度範圍為168nm～212nm範圍，面積範圍為150mm*150mm～160mm*160mm。
優選的，在上述太陽能電池中，所述減反射膜為SixNy減反射膜，所述SixNy減反射膜的膜厚範圍為75～85nm，折射率範圍為2.05～2.15。
優選的，在上述太陽能電池中，所述主柵線的條數範圍為2～6根，所述副柵線的條數範圍為90～120根。
從上述技術方案可以看出，本發明所提供的一種太陽能電池製備方法，包括：步驟S1：製備等離子反應刻蝕RIE矽片；步驟S2：在所述等離子反應刻蝕RIE矽片表面進行PN結擴散，形成PN結擴散層，在所述PN結擴散層的表面印刷副柵圖案；步驟S3：覆蓋所述副柵圖案蒸鍍減反射膜，在所述等離子反應刻蝕RIE矽片的背面製備背電極；步驟S4：在所述減反射膜上印刷主柵圖案，所述主柵圖案中的主柵線與所述副柵圖案中的副柵線相互垂直，進行燒結後形成太陽能電池。
在本製備方法中，製備等離子反應刻蝕RIE矽片，即在幹刻後的絨面上擴散形成PN結擴散層，然後在電池PN擴散層的正上方先印刷一層副柵圖案，即無主柵電極，擴散刻蝕完就直接印刷副柵圖案，是為了增強矽片與金屬柵線之間形成更好的歐姆接觸，因為反射越低，電池絨面凹凸形貌越明顯，與漿料的接觸兼容性越差；然後再鍍減反射膜，鈍化沒有被柵線遮住的區域，其次還能氧化印刷柵線使用的漿料內包含的氧化物；最後印刷帶有主柵圖案，目的是為了提高主細柵線的高寬比，能提高收集載流子的能力，增強電池電極與矽片之間的歐姆接觸，以及主柵收集匯流的作用，從而提高電池電性能的轉換效率。
本發明還提供了一種太陽能電池，具有上述有益效果。
附圖說明
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，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，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，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種太陽能電池製備方法流程圖；
圖2為本發明實施例提供的一種無主柵太陽能電池結構俯視圖；
圖3為本發明實施例提供的一種有主柵太陽能電池結構俯視圖；
圖4為本發明實施例提供的一種太陽能電池結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1，圖1為本發明實施例提供的一種太陽能電池製備方法流程圖。圖2為本發明實施例提供的一種無主柵太陽能電池結構俯視圖；圖3為本發明實施例提供的一種有主柵太陽能電池結構俯視圖。
在一種具體的實施方式中，提供了一種太陽能電池製備方法，包括：
步驟S1：製備等離子反應刻蝕RIE矽片16。
其中，選用厚度在210±10mm之間的多晶矽片，如選用類型的156x156尺寸的金剛線切割的多晶矽片，其厚度在190±220nm範圍內。對多晶矽片前清洗制絨，去除原片本身的損失層及雜質，形成第一絨面層，其中減薄量控制在0.25～0.35g之間。把上述做好的多晶片置入RIE設備中進行反應離子幹刻，也就是RIE刻蝕，最終形成一種孔直徑達200～500um大小形狀的第二絨面層，外觀呈現為黑色。
步驟S2：在所述等離子反應刻蝕RIE矽片16表面進行PN結擴散，形成PN結擴散層13，在所述PN結擴散層13的表面印刷副柵圖案。
其中，具有PN結擴散層13的電池，其表面方阻範圍在90～130Ω之間，上述擴散好的多晶矽片上進行絲網印刷，只印不帶主柵的細柵線，並且烘乾，形成一種無主柵電池。需要指出的是，細柵的根數不做具體限定，根據實際需要進行設定。
步驟S3：覆蓋所述副柵圖案蒸鍍減反射膜14，在所述等離子反應刻蝕RIE矽片16的背面製備背電極15。
其中，在上述無主柵的電池片上進行PECVD鍍膜，形成一種減反射膜14，如SixNy減反射膜14並覆蓋整個電池片正表面，對上述鍍好膜的多晶片背面印刷銀鋁漿，形成背電極15和背電場。
步驟S4：在所述減反射膜14上印刷主柵圖案，所述主柵圖案中的主柵線12與所述副柵圖案中的副柵線11相互垂直，進行燒結後形成太陽能電池。
其中，對上述鍍好膜的多晶片正面印刷銀漿，並在上述形成的無主柵電池上進行二次印刷，這次印刷使用的是帶有主柵圖案的掩膜板，形成一種主柵與細柵互相垂直，燒結後融為一體的正電極。
需要指出的是主柵條數已經副柵線11即細柵線條數不做限定，根據具體情況進行限定，均在保護範圍內。例如，主柵條數可以在2～6根之間，細柵條數在90～120根之間。
在本製備方法中，製備等離子反應刻蝕RIE矽片16，多晶電池的反射率一般大於20％，而通過RIE技術，可把反射率做到小於20％以下，反射率越低，說明吸收的光子越多，提高電流。在幹刻後的絨面上擴散形成PN結擴散層13，然後在電池PN擴散層的正上方先印刷一層副柵圖案，即無主柵電極，擴散刻蝕完就直接印刷副柵圖案，是為了增強矽片與金屬柵線之間形成更好的歐姆接觸，因為反射越低，電池絨面凹凸形貌越明顯，與漿料的接觸兼容性越差；然後再鍍減反射膜14，鈍化沒有被柵線遮住的區域，其次還能氧化印刷柵線使用的漿料內包含的氧化物；最後印刷帶有主柵圖案，目的是為了提高主細柵線的高寬比，能提高收集載流子的能力，增強電池電極與矽片之間的歐姆接觸，以及主柵收集匯流的作用，從而提高電池電性能的轉換效率。
在上述太陽能電池製備方法的基礎上，所述步驟S1中，所述製備等離子反應刻蝕RIE矽片16包括：
對選取的矽片進行清洗制絨，形成第一絨面層；
在所述第一絨面層上進行反應離子刻蝕，形成第二絨面層，得到等離子反應刻蝕RIE矽片16。
其中，製備時Cl2氣體的流量控制在400～1200sccm之間，O2氣體的流量控制在900～2000sccm之間，SF6氣體的輸入和輸出流量分別為600～700sccm和500～650sccm之間，反應時間為3～5sec，反應壓力為20～24pa，功率範圍在1000～2000W之間，做出的電池外觀呈黑色，反射率控制在1％～20％的絨面層。形成一種圓孔直徑達100～800nm大小形狀的納米結構絨層的等離子反應刻蝕RIE矽片16。
在上述太陽能電池製備方法的基礎上，所述步驟S1中，所述製備等離子反應刻蝕RIE矽片16之後，還包括：
對所述等離子反應刻蝕RIE矽片16進行刻蝕清洗從而去除邊緣磷矽玻璃以及碎屑。
其中，多晶片進行刻蝕清洗，去除邊緣的磷矽玻璃和修整開槽後留在電池表面的碎屑及損傷部分其次，刻蝕下料端裝有O3發生器，經過O3發生器的電池具有強的鈍化效果，能提高電池自身的抗衰能力。
所述步驟S2中，在所述等離子反應刻蝕RIE矽片16表面進行PN結擴散之前，還包括：
對所述等離子反應刻蝕RIE矽片16依次進行HF酸洗、ID水洗以及KOH鹼洗。
具體的，把上述幹刻好的多晶片置入清洗設備進行修復，其過程為：HF酸洗、去離子水ID水洗、KOH鹼洗10～50S時長、ID水洗、HF+HNO3混合溶液洗、ID水洗、加熱後ID水洗60s～120s、烘乾。
本發明還提供一種太陽能電池，包括等離子反應刻蝕RIE矽片16，以及在所述等離子反應刻蝕RIE矽片16的正面依次設置的PN結擴散層13、副柵圖案、減反射膜14以及主柵圖案，所述主柵圖案中的主柵線12與所述副柵圖案中的副柵線11相互垂直。
進一步的，在上述太陽能電池中，所述等離子反應刻蝕RIE矽片16包括矽片，以及在所述矽片正表面依次設置的第一絨面層、第二絨面層以及PN結擴散層13。
進一步的，在上述太陽能電池中，所述減反射膜14為SixNy減反射膜14，所述SixNy減反射膜14的膜厚範圍為75～85nm，折射率範圍為2.05～2.15。
進一步的，在上述太陽能電池中，所述主柵線12的條數範圍為2～6根，所述副柵線11的條數範圍為90～120根。
需要指出的是，主柵線12的條數和副柵線11的條數包括但不限於上述範圍，根據具體情況進行設定，均在保護範圍內。
進一步的，在上述太陽能電池中，所述矽片為金剛線切割多晶矽片。
其中，該電池選用的矽片為金剛線切割多晶，成本上比常規砂漿線切的多晶便宜。矽片還可以選用其它類型，均在保護範圍內。
進一步的，在上述太陽能電池中，所述金剛線切割多晶矽片的厚度範圍為168nm～212nm範圍，面積範圍為150mm*150mm～160mm*160mm。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。