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CN110299434A - 一种n型双面电池的制作方法 - Google Patents

一种n型双面电池的制作方法 Download PDF

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CN110299434A
CN110299434A CN201910645144.5A CN201910645144A CN110299434A CN 110299434 A CN110299434 A CN 110299434A CN 201910645144 A CN201910645144 A CN 201910645144A CN 110299434 A CN110299434 A CN 110299434A
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silicon
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袁占强
王学林
邱彦凯
涂宏波
吴宁浩
袁江芝
陈经纬
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Zhejiang Jinko Solar Co Ltd
Jinko Solar Co Ltd
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Zhejiang Jinko Solar Co Ltd
Jinko Solar Co Ltd
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    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H10F10/148—Double-emitter photovoltaic cells, e.g. bifacial photovoltaic cells
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

本申请公开了一种N型双面电池的制作方法，包括对N型的硅片进行预清洗，并在背面磷扩散形成N+层，去除表面的PSG、硅片边缘和正面的扩散层；在所述硅片的背面覆盖氮化硅层，去除正面氮化硅层，再在硅片正面制绒；在所述硅片正面进行硼扩散，制备PN结，然后去除BSG；在所述硅片正面制备钝化层和减反射层，并印刷和烧结，得到N型双面电池。这种方法是采用的先磷扩后硼扩的方式，而且利用背面的氮化硅层实现了隔离，因此无需使用等离子体刻蚀边缘，避免了等离子体损伤层的产生，也无需离子注入，避免了离子注入造成的高能轰击损伤，从而，该方法能够减少硅片表面的损伤和漏电，提升电池效率。

Description

一种N型双面电池的制作方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别是涉及一种N型双面电池的制作方法。
背景技术
太阳能电池是一种基于光伏效应，直接将光能转化为电能的器件，按照所使用硅片的导电类型的不同，可以区分为P型太阳能电池和N型太阳能电池，其中P型太阳能电池具有较高的光致衰减(LID)和较大的温度系数，导致其功率随着使用年限增加产生较大的衰减，并且在高温下工作的功率损失也较大，而N型太阳能电池对LID天然免疫，而且其温度系数较小，这就使其在高温下仍能保持较高的输出功率，此外，N型硅片的少子寿命较高，因此其未来的效率潜力比P型太阳能电池要大的多。
然而，在N型电池的制备中存在以下难点：其制程需要两步扩散即先进行硼扩散再进行磷扩散，由于需要进行这两步扩散，因此难以实现N+层与P+层的有效隔离，而且采用的激光隔离与等离子体刻蚀等技术，均会使硅片表面造成损伤，从而使其效率难以达到预期，而不隔离的话，就会造成较大的漏电流，使电池的转换效率降低，并且无法保障热斑可靠性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种N型双面电池的制作方法，能够减少硅片表面的损伤和漏电，提升电池效率。
本发明提供的一种N型双面电池的制作方法包括：
对N型的硅片进行预清洗，并在背面磷扩散形成N+层，去除表面的PSG、硅片边缘和正面的扩散层；
在所述硅片的背面覆盖氮化硅层，去除正面氮化硅层，再在硅片正面制绒；
在所述硅片正面进行硼扩散，制备PN结，然后去除BSG；
在所述硅片正面制备钝化层和减反射层，并印刷和烧结，得到N型双面电池。
优选的，在上述N型双面电池的制作方法中，所述在所述硅片的背面覆盖氮化硅层为：
采用水平镀膜的方式，在所述硅片的背面沉积厚度为70nm至110nm的氮化硅层。
优选的，在上述N型双面电池的制作方法中，在所述硅片的正面制备钝化层与减反射层为：
利用PECVD或ALD的方式制备氧化铝层作为钝化层，并利用PECVD的方式制备氮化硅层作为减反射层。
优选的，在上述N型双面电池的制作方法中，所述对N型硅片进行预清洗包括：
利用KOH溶液粗抛，去除硅片表面损伤层和杂质；
利用KOH溶液和H2O2溶液清洗，去除硅片表面的有机残留物；
利用KOH和制绒添加剂在硅片表面制备微结构绒面；
利用KOH溶液粗抛，使硅片表面的粗糙度减小；
利用KOH溶液和H2O2溶液清洗，去除反应残留物；
利用HF溶液清洗，去除氧化层；
对硅片进行水洗、提拉和烘干。
优选的，在上述N型双面电池的制作方法中，所述在背面磷扩散形成N+层包括：
利用氮气为载气且三氯氧磷为磷源，在硅片背面进行磷扩散，形成的硅片方阻为70～130Ω/□。
优选的，在上述N型双面电池的制作方法中，所述去除表面的PSG、硅片边缘和正面的扩散层包括：
将硅片背面朝上，在硅片表面覆盖一层水膜对N+层形成保护，利用HNO3和HF的混酸去除掉硅片边缘与正面的扩散层；
利用KOH溶液去除硅片正面的多孔硅；
利用HF溶液，去除PSG与正面的氧化层，并水洗和风干。
优选的，在上述N型双面电池的制作方法中，所述去除正面氮化硅层，再在硅片正面制绒包括：
利用浓度为0.5％至2％的HF清洗去除背镀过程中绕镀到正面的氮化硅层；
利用KOH溶液和H2O2溶液清洗去除硅片表面留存杂质；
利用KOH溶液和制绒添加剂在硅片表面形成反射率为11％至13％的金字塔减反射结构；
使用KOH溶液和H2O2溶液清洗表面残留；
使用HF溶液清洗硅片表面；
对所述硅片进行水洗、慢提拉和烘干。
优选的，在上述N型双面电池的制作方法中，所述在所述硅片正面进行硼扩散，制备PN结包括：
利用BBr3为硼源，在800℃至1100℃下硅片正面形成掺杂硼的P+层，在硅片表面形成PN结。
优选的，在上述N型双面电池的制作方法中，所述去除BSG包括：
利用浓度为2％至10％的HF溶液，清洗硅片表面去除BSG。
优选的，在上述N型双面电池的制作方法中，所述在所述硅片正面制备钝化层和减反射层包括：
利用三甲基铝与N2O等离子体放电的方式，在硅片正面形成厚度为4nm至25nm的Al2O3钝化层，或者使用三甲基铝与H2O反应，在硅片正面形成厚度为4nm至25nm的Al2O3钝化层；
利用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成厚度为55nm至85nm的氮化硅减反射层。
通过上述描述可知，本发明提供的上述N型双面电池的制作方法，由于先对N型的硅片进行预清洗，并在背面磷扩散形成N+层，去除表面的PSG、硅片边缘和正面的扩散层，然后在所述硅片的背面覆盖氮化硅层，去除正面氮化硅层，再在硅片正面制绒，再在所述硅片正面进行硼扩散，制备PN结，然后去除BSG，最后在所述硅片正面制备钝化层和减反射层，并印刷和烧结，得到N型双面电池，可以看出这种方法是采用的先磷扩后硼扩的方式，而且利用背面的氮化硅层实现了隔离，因此无需使用等离子体刻蚀边缘，避免了等离子体损伤层的产生，也无需离子注入，避免了离子注入造成的高能轰击损伤，从而，该方法能够减少硅片表面的损伤和漏电，提升电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种N型双面电池的制作方法的示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种N型双面电池的制作方法，能够减少硅片表面的损伤和漏电，提升电池效率。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供的一种N型双面电池的制作方法的实施例如图1所示，图1为本申请提供的一种N型双面电池的制作方法的示意图，该方法包括如下步骤：
S1：对N型的硅片进行预清洗，并在背面磷扩散形成N+层，去除表面的PSG、硅片边缘和正面的扩散层；
需要说明的是，先利用预清洗的步骤去除硅片表面的污染物和损伤层，然后形成的N+层作为电池片的增强背电场。
S2：在所述硅片的背面覆盖氮化硅层，去除正面氮化硅层，再在硅片正面制绒；
该步骤中对于在背面覆盖氮化硅层采用的方式并不限制，可以采用传统的镀膜方式，另外，在硅片正面制绒可以但不限于采用碱制绒的方式，在正面制作金字塔结构。
S3：在所述硅片正面进行硼扩散，制备PN结，然后去除BSG；
在该步骤中，去除BSG的操作具体为利用氢氟酸清洗去除正面硼扩散产生的硼硅玻璃BSG。
S4：在所述硅片正面制备钝化层和减反射层，并印刷和烧结，得到N型双面电池。
具体的，在该步骤中可以先在背面印刷银浆，之后烘干，再在硅片正面印刷银浆或银铝浆，之后再烘干，然后将硅片传输至烧结炉，升温至700℃至900℃进行金属化烧结，使银浆或银铝浆与硅片形成良好的欧姆接触，制成成品电池。
在上述方法中，硼扩散放在最后的工序，可以有效减少经过多道工序造成的划伤，而且，使用氮化硅作为阻挡层，形成磷扩散与硼扩散的隔离带，避免了N+与P+层的直接接触，直接避免了漏电，同时避免了使用激光消融方式隔离带来的损伤，或者使用等离子体刻蚀隔离带来的叠片划伤和等离子体损伤，另外，利用硼扩散的高温对磷扩散的磷元素进行二次推进，具有低表面浓度与深结的优点，也能提升N型双面太阳能电池的效率，这种方法可以进行量产。
通过上述描述可知，本申请提供的上述N型双面电池的制作方法的实施例中，由于先对N型的硅片进行预清洗，并在背面磷扩散形成N+层，去除表面的PSG、硅片边缘和正面的扩散层，然后在所述硅片的背面覆盖氮化硅层，去除正面氮化硅层，再在硅片正面制绒，再在所述硅片正面进行硼扩散，制备PN结，然后去除BSG，最后在所述硅片正面制备钝化层和减反射层，并印刷和烧结，得到N型双面电池，可以看出这种方法是采用的先磷扩后硼扩的方式，而且利用背面的氮化硅层实现了隔离，因此无需使用等离子体刻蚀边缘，避免了等离子体损伤层的产生，也无需离子注入，避免了离子注入造成的高能轰击损伤，从而，该方法能够减少硅片表面的损伤和漏电，提升电池效率。
在一个具体的N型双面电池的制作方法的实施例中，所述在所述硅片的背面覆盖氮化硅层可以为：采用水平镀膜的方式，在所述硅片的背面沉积厚度为70nm至110nm的氮化硅层，也就是说将硅片水平放置在硅片支撑点上进行镀膜，这样就在重力作用下保持静止不动，无需像现有技术那样使用卡点来固定导致卡点位置无法沉积起阻挡作用的氮化硅层，从而镀出来的氮化硅层完全覆盖住硅片表面，而没有任何漏点，更好的保证后续不会出现损伤和漏电，进一步提升电池效率，当然这仅是一个优选方案，还可以采用其他任意镀膜方式，此处并不限制。
在另一个实施例中，在所述硅片的正面制备钝化层与减反射层可以为：利用PECVD或ALD的方式制备氧化铝层作为钝化层，并利用PECVD的方式制备氮化硅层作为减反射层，更具体的，可以采用如下方式：利用三甲基铝与N2O等离子体放电的方式，在硅片正面形成厚度为4nm至25nm的Al2O3钝化层，或者使用三甲基铝与H2O反应，在硅片正面形成厚度为4nm至25nm的Al2O3钝化层；利用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成厚度为55nm至85nm的氮化硅减反射层。
在又一个实施例中，对N型硅片进行预清洗的步骤可以具体包括：
利用KOH溶液粗抛，去除硅片表面损伤层和杂质；
利用KOH溶液和H2O2溶液清洗，去除硅片表面的有机残留物；
利用KOH和制绒添加剂在硅片表面制备微结构绒面，最终的反射率达到31％；
利用KOH溶液粗抛，使硅片表面的粗糙度减小；
利用KOH溶液和H2O2溶液清洗，去除反应残留物；
利用HF溶液清洗，去除氧化层，以增加硅片的脱水性；
对硅片进行水洗、提拉和烘干，最终硅片的表面反射率为31％。
在一个更具体的实施例中，所述在背面磷扩散形成N+层的步骤可以包括：
利用氮气为载气且三氯氧磷为磷源，在硅片背面进行磷扩散，形成的硅片方阻为70～130Ω/□，此面作为太阳能电池的背面。
在一个N型双面电池的制作方法的优选实施例中，所述去除表面的PSG、硅片边缘和正面的扩散层的步骤可以具体包括：
将硅片背面朝上，在硅片表面覆盖一层水膜对N+层形成保护，利用HNO3和HF的混酸去除掉硅片边缘与正面的扩散层，由于背面水膜的覆盖作用，导致正面与边缘的磷扩层被去除掉，而背面的磷扩层被保存下来；
利用KOH溶液去除硅片正面的多孔硅；
利用HF溶液，去除PSG与正面的氧化层，增加脱水性，然后进行水洗和风干。
在另一个N型双面电池的制作方法的优选实施例中，所述去除正面氮化硅层，再在硅片正面制绒的步骤可以具体包括：
利用浓度为0.5％至2％的HF清洗去除背镀过程中绕镀到正面的氮化硅层，以保证后续绒面的均匀形成；
利用KOH溶液和H2O2溶液清洗去除硅片表面留存杂质；
利用KOH溶液和制绒添加剂在硅片表面形成反射率为11％至13％的金字塔减反射结构，反射率控制11～13％；
使用KOH溶液和H2O2溶液清洗表面残留；
使用HF溶液清洗硅片表面，增强硅片的疏水性；
对所述硅片进行水洗、慢提拉和烘干。
又一个N型双面电池的制作方法的优选实施例中，所述在所述硅片正面进行硼扩散，制备PN结的步骤可以具体包括：
利用BBr3为硼源，在800℃至1100℃下硅片正面形成掺杂硼的P+层，在硅片表面形成PN结，由于氮化硅层的阻挡作用，在硅片的边缘与背面，硼无法扩散进去，从而避免了P+层与N+层的接触而产生漏电。
在另外的一个N型双面电池的制作方法的实施例中，所述去除BSG的还可以具体包括：利用浓度为2％至10％的HF溶液，清洗硅片表面去除BSG。需要注意的是，HF不仅能够去除BSG，也可以减薄氮化硅，因此需要控制HF浓度与BSG层厚度的匹配，避免造成氮化硅层去除过多。
下面提供一个具体的例子对上述方法进行说明：
1、预清洗：1)KOH粗抛，温度控制65℃，3％浓度；2)KOH+H2O2清洗，温度为65℃，KOH浓度1.5％，H2O2浓度1％；3)KOH+添加剂制绒，KOH浓度为1.5％，温度70℃；4)KOH粗抛，温度为65℃，KOH浓度为3％，最终的反射率达到31％；5)KOH+H2O2清洗，温度为65℃，KOH浓度为1.5％，H2O2浓度为1％；6)HF清洗，HF浓度为5％；7)水洗，慢提拉，烘干，最终形成硅片表面的反射率为31％。
2、磷扩散：使用氮气为载气，三氯氧磷为磷源的情况下，磷源的流量为0.8L/min，同时通入N2流量10L/min，O2流量2.5L/min，沉积温度为780℃，沉积时间为13min，形成的方阻为100Ω/□，此面作为太阳能电池的背面。
3、去PSG与背面刻蚀：1)硅片背面朝上，在硅片表面覆盖一层水膜，然后经过HNO3+HF的混酸槽，由于背面水膜的覆盖作用，导致正面与边缘的磷扩层被去除掉，而正面的磷扩层被保存下来；2)经过KOH槽，去除正面的多孔硅；3)经过HF槽，去除背面的磷硅玻璃层与正面的氧化层，增加脱水性，4)水洗与风干。
4、背面镀膜采用水平镀膜的方式，使用SiH4与NH3采用等离子体放电的方式，在其表面沉积一层氮化硅层，厚度为85nm。
5、去绕镀与制绒工序：1)使用浓度为1％左右的HF，清洗去除背镀过程中绕镀到正面的氮化硅；2)KOH+H2O2清洗去除硅片表面留存杂质，温度控制65℃，KOH浓度1.5％，H2O2浓度1％；3)KOH+制绒添加剂的方式在硅片表面形成金字塔减反射结构，KOH浓度为1.5％，温度70℃，反射率控制12％；4)再次使用KOH+H2O2清洗表面残留，KOH浓度1.5％，H2O2浓度1％；5)使用3％浓度的HF清洗，增强硅片的疏水性；6)水洗、慢提拉、烘干。
6、硼扩散：即使用BBr3为硼源，硼源的流量为0.8L/min，同时通入N2流量10L/min，O2流量2.0L/min，沉积温度为990℃，沉积时间为13min，形成的方阻为100Ω/□，此面作为太阳能电池的正面。
7、去BSG：利用4％的HF，清洗硅片表面，去除BSG，同时保证氮化硅层的厚度为67nm至87nm。
8、正面钝化层与减反射层制备，使用三甲基铝TMA与H2O反应，在硅片表面形成Al2O3钝化，厚度为8nm；然后使用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成正面的氮化硅层，氮化硅层的厚度为72nm。
9、印刷与烧结，其过程为：1)硅片背面印刷银浆，浆料的印刷重量为90mg，然后烘干；2)硅片正面印刷银浆或银铝浆，重量为90mg，之后进行烘干；3)硅片被传输至烧结炉，经过升温至810℃的高温烧结后，制成太阳能电池的成品。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种N型双面电池的制作方法，其特征在于，包括：
对N型的硅片进行预清洗，并在背面磷扩散形成N+层，去除表面的PSG、硅片边缘和正面的扩散层；
在所述硅片的背面覆盖氮化硅层，去除正面氮化硅层，再在硅片正面制绒；
在所述硅片正面进行硼扩散，制备PN结，然后去除BSG；
在所述硅片正面制备钝化层和减反射层，并印刷和烧结，得到N型双面电池。
2.根据权利要求1所述的N型双面电池的制作方法，其特征在于，所述在所述硅片的背面覆盖氮化硅层为：
采用水平镀膜的方式，在所述硅片的背面沉积厚度为70nm至110nm的氮化硅层。
3.根据权利要求1所述的N型双面电池的制作方法，其特征在于，
在所述硅片的正面制备钝化层与减反射层为：
利用PECVD或ALD的方式制备氧化铝层作为钝化层，并利用PECVD的方式制备氮化硅层作为减反射层。
4.根据权利要求1所述的N型双面电池的制作方法，其特征在于，所述对N型硅片进行预清洗包括：
利用KOH溶液粗抛，去除硅片表面损伤层和杂质；
利用KOH溶液和H2O2溶液清洗，去除硅片表面的有机残留物；
利用KOH和制绒添加剂在硅片表面制备微结构绒面；
利用KOH溶液粗抛，使硅片表面的粗糙度减小；
利用KOH溶液和H2O2溶液清洗，去除反应残留物；
利用HF溶液清洗，去除氧化层；
对硅片进行水洗、提拉和烘干。
5.根据权利要求1所述的N型双面电池的制作方法，其特征在于，所述在背面磷扩散形成N+层包括：
利用氮气为载气且三氯氧磷为磷源，在硅片背面进行磷扩散，形成的硅片方阻为70～130Ω/□。
6.根据权利要求1所述的N型双面电池的制作方法，其特征在于，所述去除表面的PSG、硅片边缘和正面的扩散层包括：
将硅片背面朝上，在硅片表面覆盖一层水膜对N+层形成保护，利用HNO3和HF的混酸去除掉硅片边缘与正面的扩散层；
利用KOH溶液去除硅片正面的多孔硅；
利用HF溶液，去除PSG与正面的氧化层，并水洗和风干。
7.根据权利要求1所述的N型双面电池的制作方法，其特征在于，所述去除正面氮化硅层，再在硅片正面制绒包括：
利用浓度为0.5％至2％的HF清洗去除背镀过程中绕镀到正面的氮化硅层；
利用KOH溶液和H2O2溶液清洗去除硅片表面留存杂质；
利用KOH溶液和制绒添加剂在硅片表面形成反射率为11％至13％的金字塔减反射结构；
使用KOH溶液和H2O2溶液清洗表面残留；
使用HF溶液清洗硅片表面；
对所述硅片进行水洗、慢提拉和烘干。
8.根据权利要求1所述的N型双面电池的制作方法，其特征在于，所述在所述硅片正面进行硼扩散，制备PN结包括：
利用BBr3为硼源，在800℃至1100℃下硅片正面形成掺杂硼的P+层，在硅片表面形成PN结。
9.根据权利要求1所述的N型双面电池的制作方法，其特征在于，所述去除BSG包括：
利用浓度为2％至10％的HF溶液，清洗硅片表面去除BSG。
10.根据权利要求1所述的N型双面电池的制作方法，其特征在于，所述在所述硅片正面制备钝化层和减反射层包括：
利用三甲基铝与N2O等离子体放电的方式，在硅片正面形成厚度为4nm至25nm的Al2O3钝化层，或者使用三甲基铝与H2O反应，在硅片正面形成厚度为4nm至25nm的Al2O3钝化层；
利用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成厚度为55nm至85nm的氮化硅减反射层。
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