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CN102176474A - 一膜多用的掩膜法制备的n型太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一膜多用的掩膜法制备的n型太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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张学玲
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Trina Solar Co Ltd
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Changzhou Trina Solar Energy Co Ltd
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Abstract

本发明涉及N型太阳能电池领域，特别是一种一膜多用的掩膜法制备的N型太阳能电池及其制备方法。该N型太阳能电池是：以n型直拉单晶硅为基体，硅片的背面是覆盖有SiO2和SiNx双层钝化膜的硼扩散制备的P型发射结，硅片的正面是磷扩散制备的前表面场，前表面场上覆盖有起钝化和减反射作用的薄膜。制备该N型太阳能电池的方法是：以n型直拉单晶硅为基体，首先通过硼扩散制备P型发射结，然后刻蚀掉正面的P型发射结，在硅片背面的P型发射结上制作SiO2薄膜，该SiO2薄膜既是后续磷扩散制备前表面场的掩膜，又是P型发射结的钝化膜，最后通过磷扩散制备前表面场。本发明的有益效果是：工艺过程简单，容易控制，成本低，光电转换效率高。

Description

一膜多用的掩膜法制备的N型太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及N型太阳能电池领域，特别是一种一膜多用的掩膜法制备的N型太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前，国内各大太阳能公司生产的晶体硅太阳能电池都是P型硅基体，但是由于n型硅基体对杂质的抵抗性较大，且没有光致衰减的问题，理论上可以取得更高的效率，事实上德国，美国，日本等发达国家对可再生能源尤其是太阳能资源非常重视，已经在n型太阳能电池的研究和生产方面取得了很大的突破。如德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)宣布，该机构研制的以n型单晶硅为基体的太阳能电池，其转换效率达到了23.4％。美国Sunpower公司的n型背接触太阳能电池，其最高效率达到24.3％，其已经实现量产多年，另外，日本三洋公司的HIT电池，其转换效率达到23％，且已经量产，不过，上述n型太阳能电池工艺过程复杂，成本高。在这种形势下，研究并生产适合大规模生产的N型晶体硅太阳电池意义非常重大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种适合大规模工业化生产的N型太阳能电池及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种一膜多用的掩膜法制备的N型太阳能电池，以n型直拉单晶硅为基体，硅片的背面是覆盖有钝化膜的硼扩散制备的P型发射结，硅片的正面是磷扩散制备的前表面场，前表面场上覆盖有钝化和减反射作用的薄膜。
硅片背面的钝化膜为SiO2和SiNx双层钝化膜，SiNx钝化膜在SiO2薄膜的外层。
一种一膜多用的掩膜法制备N型太阳能电池的方法，以n型直拉单晶硅为基体，首先通过硼扩散制备P型发射结，然后刻蚀掉正面的P型发射结，在硅片背面的P型发射结上制作SiO2薄膜，该SiO2薄膜即是后续磷扩散制备前表面场的掩膜，又是P型发射结的钝化膜，最后通过磷扩散制备前表面场。本发明的有益效果是：工艺过程简单，容易控制，成本低，光电转换效率高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1是本发明的电池结构示意图；
图中，1.基体，2.P型发射结，3.前表面场，4.SiO2薄膜，5.SiNx钝化膜，6.SiNx膜。
具体实施方式
如图1所示的一种一膜多用的掩膜法制备的N型太阳能电池，以n型直拉单晶硅为基体1，硅片的背面是覆盖有SiO2和SiNx双层钝化膜的硼扩散制备的P型发射结2，双层钝化膜中SiNx钝化膜5在SiO2薄膜4的外层。硅片的正面是磷扩散制备的前表面场3，前表面场3上覆盖有钝化和减反射作用的薄膜。
具体是这样实现的：
a)n型直拉单晶硅片表面形成正金字塔绒面结构以减少反射；
b)硼扩散源制备P型发射结2，方块电阻为20-150ohm/Sq；
c)酸混合液或激光或腐蚀性浆料刻蚀掉正面的P型发射结；
d)HF酸去BSG；
e)热氧化法生长SiO2薄膜4，或CVD方式单面沉积SiO2薄膜4，SiO2薄膜4的厚度为100-400nm。热氧化法生长SiO2薄膜4时，必须用混合酸腐蚀液或激光或腐蚀性浆料或等离子体或其他可以刻蚀SiO2的方法刻蚀非发射极面的SiO2薄膜，并清洗刻蚀反应物，CVD方式单面沉积方式制备的SiO2薄膜不需要混合酸溶液或激光或腐蚀性浆料或等离子体或其他可以刻蚀SiO2的方法刻蚀非发射极面SiO2薄膜这一步骤；
f)以SiO2薄膜4为磷扩散的掩膜层，磷扩散源制备前表面场3，方块电阻为10-150ohm/Sq；
g)等离子体刻蚀去除在硅片边缘形成的PN结；
h)HF酸清洗去除PSG及部分SiO2薄膜4，保留10-150nm SiO2薄膜4作为P型发射结2的钝化膜；
i)发射极面用PECVD方法沉积10-100nm，折射率为1.9-2.5之间的SiNx钝化膜5；
j)前表面场用PECVD方法沉积70-100nm，折射率为1.9-2.5的起钝化和减反射作用SiNx膜6；
k)背面印刷银铝浆；
l)烘干；
m)正面印刷银浆；
n)烧结。
实施例1：选择n型直拉单晶硅片，晶面(100)，掺杂浓度6Ωcm。
1、硅片经过常规的表面清洗及正金字塔表面织构化处理；
2、BBr3液态硼扩散源制备P型发射结2，扩散温度930℃，时间为50min，方块电阻为60ohm/Sq；
3、用RENA公司的后清洗机刻蚀掉背面P型发射结及同时去BSG；
4、用热氧化法生长SiO2薄膜4作为掩膜层，厚度为300nm；
5、用腐蚀性浆料刻蚀非发射极面的SiO2薄膜；
6、POCl3液态磷扩散源制备前表面场3，扩散温度850℃，时间为40min，方块电阻为40ohm/Sq；
7、等离子体刻蚀去除边缘PN结；
8、5％HF酸去PSG及部分SiO2薄膜4，时间为30s，最终SiO2薄膜4厚度为20nm；
9、背面PECVD沉积60nm，折射率为2.05的SiNx钝化膜5；
10、正面沉积70-100nm的折射率大于2.25的SiNx膜6；
11、背面印刷银铝浆；
12、烘干；
13、正面印刷银浆；
14、烧结。
该步骤制作的电池片经测试，效率为18.1％。

Claims (8)

1.一种一膜多用的掩膜法制备的N型太阳能电池，其特征是：以n型直拉单晶硅为基体(1)，硅片的背面是覆盖有钝化膜的硼扩散制备的P型发射结(2)，硅片的正面是磷扩散制备的前表面场(3)，前表面场(3)上覆盖有起钝化和减反射作用的薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种一膜多用的掩膜法制备的N型太阳能电池，其特征是：所述的硅片背面的钝化膜为SiO2和SiNx双层钝化膜，SiNx钝化膜(5)在SiO2薄膜(4)的外层。
3.一种一膜多用的掩膜法制备N型太阳能电池的方法，其特征是：以n型直拉单晶硅为基体(1)，首先通过硼扩散制备P型发射结(2)，然后刻蚀掉正面的P型发射结，在硅片背面的P型发射结(2)上制作SiO2薄膜(4)，该SiO2薄膜(4)即是后续磷扩散制备前表面场(3)的掩膜，又是P型发射结(2)的钝化膜，最后通过磷扩散制备前表面场(3)。
4.根据权利要求3所述的一种一膜多用的掩膜法制备N型太阳能电池的方法，其特征是：其具体步骤为：
a)n型直拉单晶硅片表面形成绒面结构以减少反射；
b)硼扩散制备P型发射结(2)，方块电阻为20-150ohm/Sq；
c)刻蚀掉正面的P型发射结；
d)去硼硅玻璃；
e)在硅片背面的P型发射结(2)上制作SiO2薄膜(4)，该SiO2薄膜(4)即是后续磷扩散制备前表面场的掩膜，又是P型发射结的钝化膜；
f)磷扩散制备前表面场(3)，方块电阻为10-150ohm/Sq；
g)去PSG及在边缘形成的PN结；
h)发射极面制作SiNx钝化膜(5)，前表面场制作具有钝化和减反射作用的SiNx膜(6)；
i)制作栅线。
5.根据权利要求4所述一种一膜多用的掩膜法制备N型太阳能电池的方法，其特征是：在硼扩散完成后，用混合酸溶液或激光或腐蚀性浆料刻蚀掉正面的P型发射结。
6.根据权利要求4所述一种一膜多用的掩膜法制备N型太阳能电池的方法，其特征是：SiO2薄膜(4)是用热氧化法生长形成的，须用混合酸溶液或激光或腐蚀性浆料或等离子体刻蚀非发射极面SiO2薄膜，发射极面的SiO2薄膜(4)的厚度为100-400nm。
7.根据权利要求4所述一种一膜多用的掩膜法制备N型太阳能电池的方法，其特征是：SiO2薄膜(4)是CVD方式单面沉积形成的，发射极面的SiO2薄膜(4)的厚度为100-400nm。
8.根据权利要求4、6或7所述一种一膜多用的掩膜法制备N型太阳能电池的方法，其特征是：在磷扩散后，需用低浓度HF酸去除PSG，同时保留P型发射极面部分SiO2薄膜(4)作为钝化膜，保留的SiO2薄膜(4)的厚度为10-150nm。
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