專利名稱：一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法。具體而言，通過絲網(wǎng)印刷、鍍膜和清洗處理，使電池受光面非電極區(qū)域選擇性覆蓋阻隔層，使其在擴(kuò)散中形成輕摻雜區(qū)，電極區(qū)域形成重?fù)诫s區(qū)。擴(kuò)散后的硅片再銜接常規(guī)晶體硅太陽能電池制備工藝，制備晶體硅太陽能電池。
背景技術(shù)：
晶體硅太陽電池占據(jù)了光伏行業(yè)大部分的市場(chǎng)份額，進(jìn)一步提高效率，降低成本是國(guó)內(nèi)外晶體硅太陽電池研究領(lǐng)域的基本目標(biāo)。參見圖1，現(xiàn)有的常規(guī)晶體硅太陽電池采用的是等同擴(kuò)散的方法，整個(gè)電池受光面采用同一擴(kuò)散方式，電極區(qū)域與非電極區(qū)域薄層方塊電阻相同，一般在30-80 Q，以兼顧電極接觸區(qū)摻雜不能過低和受光面摻雜不能過高的要求，這種折衷的摻雜方式能保持低成本，但極大地限制太陽電池效率的提高。因此，制備選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池具有重大意義，它可以實(shí)現(xiàn)在電池正表面電極下面重?fù)诫s，而正表面非電極部分(受光部分)輕摻雜。從而使與金屬電極接觸的區(qū)域擴(kuò)散濃度很高，接觸電阻很小；而非電極的受光區(qū)域擴(kuò)散濃度較低，避免了由于發(fā)射區(qū)俄歇復(fù)合造成的電池電流的下降，這樣可有效提高晶體硅太陽電池的性能。目前國(guó)內(nèi)外廠家經(jīng)過多年研究，已存在多種能夠制備選擇性發(fā)射極太陽能電池的方法。例如，中電光伏的趙建華等人，在熱氧生長(zhǎng)后的硅片上開槽制備選擇性發(fā)射極電池，采用該技術(shù)手段的硅片必須經(jīng)過兩次高溫，對(duì)硅片自身損傷較大，開槽所用的化學(xué)漿料為氟化氫銨，屬于強(qiáng)酸性且易揮發(fā)的化學(xué)，在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化中對(duì)環(huán)境和員工健康有大的潛在危害。國(guó)外Centrotherm公司在采用激光在熱氧生長(zhǎng)后的娃片上激光開槽，同樣會(huì)對(duì)娃片造成二次損傷，且激光設(shè)備價(jià)格較為昂貴，非絕大多數(shù)企業(yè)能接受。Roth&Rau公司采用激光對(duì)表面涂覆磷源的輕擴(kuò)散硅片進(jìn)行二次擴(kuò)散，其缺點(diǎn)在于激光容易造成硅片表面的晶格損傷，造成二次擴(kuò)散區(qū)域復(fù)合大，限制電流的提高幅度。杜邦公司開發(fā)出了硅墨水漿料，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備選擇性發(fā)射極電池，由于硅墨水技術(shù)現(xiàn)為其獨(dú)有專利，其次，硅墨水的價(jià)格較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，克服現(xiàn)有的選擇性發(fā)射極的技術(shù)缺陷，提供新型的選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為—種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法，對(duì)電池受光面的電極區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s擴(kuò)散，非電極區(qū)域進(jìn)行輕摻雜擴(kuò)散，其特征在于在擴(kuò)散前利用絲網(wǎng)印刷、鍍膜和清洗處理，對(duì)電池受光面進(jìn)行選擇性的阻隔層制備，在高溫?cái)U(kuò)散過程中一次性形成電極區(qū)重?fù)诫s，非電極區(qū)輕摻雜。具體地，前述的制備方法，包括如下步驟
a)硅片表面織構(gòu)處理；b)電池受光面第一次絲網(wǎng)印刷，將用于掩膜的漿料覆蓋在硅片受光表面需要制作電極的區(qū)域；c)在硅片上鍍膜，覆蓋電池受光面；d)鍍膜后的硅片進(jìn)行清洗，去除電極區(qū)域覆蓋的漿料及其上所 鍍薄膜；e)擴(kuò)散一次性形成電極區(qū)重?fù)诫s，非電極區(qū)輕摻雜；f)按常規(guī)太陽能電池生產(chǎn)工藝?yán)^續(xù)生產(chǎn)，刻蝕、清洗、鍍減反膜、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)。其中步驟b)所述的掩膜漿料，成分可為有機(jī)物、無機(jī)物或有機(jī)與無機(jī)混合物，其能滿足絲網(wǎng)印刷的需求即可。該掩膜漿料主要是起過渡作用，通過絲網(wǎng)印刷方式印刷到硅片上，再鍍膜，之后，該漿料和上面的鍍膜一起被清洗除去。其中，有機(jī)物包括但不限于乙基纖維素、卵磷脂、鄰苯二甲酸二丁酯等；高分子聚合物粉體，如環(huán)氧樹脂、聚胺酯丙烯酸脂、環(huán)氧丙烯酸脂等。無機(jī)物包括但不限于金屬粉(如銀粉)、合金粉(如銀鋅、錫、硅、銅、鎂、金、鋁等金屬中的兩種或兩種以上形成的合金)、玻璃粉末、金屬氧化物粉(如過渡金屬氧化物、二氧化錫、氧化鋅等)中的一種或混合物。有機(jī)與無機(jī)物混合物例如前述的金屬粉、玻璃粉、合金粉、金屬氧化物粉等與有機(jī)載體的混合物，有機(jī)載體例如乙基纖維素、松油醇、甘油、無水乙醇中的至少一種；或聚合物和有機(jī)溶劑混合溶解而成，聚合物例如乙基纖維素、硝酸纖維素、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨脂樹脂，丙烯酸樹脂中的一種或混合物；溶劑如前述的松油醇、松節(jié)油、甘油、無水乙醇、丙二醇丁醚、檸檬酸三乙酯、檸檬酸三丁酯、卵磷脂等中的一種或混合物。其中步驟c)所述的鍍膜實(shí)現(xiàn)方式可為磁控濺射、電子束蒸發(fā)、PECVD、PVD，sol-gel、旋涂等方式，鍍膜的材質(zhì)包括a -SiNx:H、Al203、Si02、非晶硅、微晶硅、TiO2等。鍍膜厚度可在5nm-500um之間。更佳地,在100nm-500nm之間。其中步驟d)所述的清洗方法采用包括化學(xué)藥液浸泡、超聲清洗等；這里的化學(xué)藥劑如溶劑，包括丙酮、乙醇、乙二醇、丁二醇、聚乙二醇等有機(jī)溶劑。其能夠清洗前述的漿料即可。其中步驟e)擴(kuò)散工藝形成的方塊電阻在20-400 Q，包括雙面或單面擴(kuò)散；其中步驟f)電池受光面第二次絲網(wǎng)印刷制備金屬化電極，印刷時(shí)使金屬化電極與步驟b)掩膜印刷圖形重疊；本發(fā)明首先采用絲網(wǎng)印刷的方式將用于掩膜的漿料覆蓋在硅片受光表面需要制作電極的區(qū)域，在硅片上鍍膜，覆蓋電池受光面；鍍膜后的硅片進(jìn)行清洗，去除電極區(qū)域覆蓋的漿料。由于掩膜極薄，掩膜下的漿料被清洗除去之后，涂覆于該漿料上的掩膜失去支撐，也被清洗除去，而其余地方的掩膜保留，從而形成無掩膜的區(qū)域(電極區(qū))以及掩膜區(qū)域(非電極區(qū))。在擴(kuò)散過程中，掩膜起半阻擋的作用。無掩膜的區(qū)域形成重?cái)U(kuò)散，有掩膜的區(qū)域形成輕擴(kuò)散。因而非電極區(qū)擴(kuò)散濃度較低，形成輕摻雜區(qū)、方阻大；電極區(qū)沒有阻隔層，擴(kuò)散濃度較高，形成重?fù)诫s區(qū)、方阻小。在絲網(wǎng)印刷前電極燒結(jié)金屬化時(shí)，由于電極區(qū)域擴(kuò)散濃度高，將有效降低電極與硅片的歐姆接觸電阻，提高電池的填充因子，制備出效率高于常規(guī)工藝的選擇性發(fā)射極太陽能電池。本發(fā)明采用絲網(wǎng)印刷工藝和鍍膜的方法，在硅片表面形成不同濃度的擴(kuò)散區(qū)，使其電極區(qū)域擴(kuò)散濃度高，非電極區(qū)域濃度低，整體工藝可一次擴(kuò)散完成，無需二次高溫?cái)U(kuò)散，對(duì)硅片損傷??；也無需昂貴的激光設(shè)備，利用現(xiàn)有的常規(guī)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)能大幅降低制備成本，以及滿足大規(guī)模常規(guī)工藝生產(chǎn)技術(shù)升級(jí)需求。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)流程示意圖；圖中，A.去除硅片表面損傷，形成減反射表面結(jié)構(gòu)及化學(xué)清洗；B.在卩0(13氣氛中進(jìn)行擴(kuò)散；C.清洗并去除周邊PN結(jié)；D表面鈍化及減反射膜制備；E絲網(wǎng)印刷正、背面電極及背表面電場(chǎng)及燒結(jié)形成歐姆接觸。圖2為本發(fā)明選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)流程示意圖。圖中，A.去除硅片表面損傷，形成減反射表面結(jié)構(gòu)；B絲網(wǎng)印刷阻隔漿料；C.硅片鍍膜處理；D.清洗去除阻隔漿料；E.在POCl3氣氛中進(jìn)行擴(kuò)散；F.去除周邊PN結(jié)；G.表面鈍化及沉積減反射層；
H.絲網(wǎng)印刷正、背面電極及背表面電場(chǎng)及燒結(jié)形成歐姆接觸。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例I :如圖2所示，選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法。其工藝過程如下I、進(jìn)行化學(xué)清洗，去除硅片表面損傷，形成具有減反射作用的表面織構(gòu)形狀2、采用與受光面電極分布相同的網(wǎng)板對(duì)硅片印刷漿料，漿料成分含有SiO2，重量比為40%，其余60%為有機(jī)粘合劑含量為20%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，16%丙二醇丁醚，3. 5%鄰苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纖維素3、將步驟2處理后的硅片在250°C中進(jìn)行SiO2的PECVD鍍膜，厚度為250nm4、將步驟3處理后的硅片在酒精中進(jìn)行超聲波清洗lOmin，然后在去離子水中進(jìn)行超聲波清洗lOmin，甩干硅片；5、將步驟4處理后的硅片在POCl3中擴(kuò)散，擴(kuò)散后電極區(qū)域的方塊電阻控制在40 Q6、將步驟5處理后的硅片進(jìn)行邊緣刻蝕和清洗處理，所用化學(xué)藥劑為15%氫氟酸；7、將步驟6處理后的硅片進(jìn)行a _SiNx:H減反射膜制備；8、將步驟7處理后的硅片進(jìn)行絲網(wǎng)印刷正反面電極，燒結(jié)金屬化處理。實(shí)施例2 :如圖2所示，選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法。其工藝過程如下I、去除硅片表面損傷，形成具有減反射作用的表面織構(gòu)形狀，并進(jìn)行化學(xué)清洗2、米用與受光面電極分布相同的網(wǎng)板對(duì)娃片印刷衆(zhòng)料,衆(zhòng)料成分含有SiO2,重量比為40%，其余60%為有機(jī)粘合劑含量為20%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，16%丙二醇丁醚，3. 5%鄰苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纖維素3、將步驟2處理后的硅片在常溫真空環(huán)境中進(jìn)行Al2O3的PECVD鍍膜，厚度為IOOnm4、將步驟3處理后的硅片在酒精中進(jìn)行超聲波清洗lOmin，然后在去離子水中進(jìn)行超聲波清洗lOmin，甩干硅片5、將步驟4處理后的硅片在POCl3中擴(kuò)散，擴(kuò)散后電極區(qū)域的方塊電阻控制在55 Q6、將步驟5處理后的硅片進(jìn)行邊緣刻蝕和清洗處理，所用化學(xué)藥劑為15%氫氟酸7、將步驟6處理后的硅片進(jìn)行a _SiNx:H減反射膜制備8、將步驟7處理后的硅片進(jìn)行絲網(wǎng)印刷正反面電極，燒結(jié)金屬化處理。實(shí)施例3 :如圖2所示，選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法。其工藝過程如下 I、去除硅片表面損傷，形成具有減反射作用的表面織構(gòu)形狀，并進(jìn)行化學(xué)清洗2、采用與受光面電極分布相同的網(wǎng)板對(duì)硅片印刷漿料，漿料成分含有SiO2，濃度為40%，60%為有機(jī)粘合劑含量為20%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，16%丙二醇丁醚，3. 5%鄰苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纖維素3、將步驟2處理后的硅片在200°C中進(jìn)行非晶硅的PECVD鍍膜，厚度為250nm4、將步驟3處理后的硅片在酒精中進(jìn)行超聲波清洗lOmin，然后在去離子水中進(jìn)行超聲波清洗lOmin，甩干硅片5、將步驟4處理后的硅片在POCl3中擴(kuò)散，擴(kuò)散后電極區(qū)域的方塊電阻控制在40 Q6、將步驟5處理后的硅片進(jìn)行邊緣刻蝕和清洗處理，所用化學(xué)藥劑依次為15%的KOH溶液和10% HF溶液7、將步驟6處理后的硅片進(jìn)行a _SiNx:H減反射膜制備8、將步驟7處理后的硅片進(jìn)行絲網(wǎng)印刷正反面電極，燒結(jié)金屬化處理。實(shí)施例4 :如圖2所示，選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法。其工藝過程如下I、去除硅片表面損傷，形成具有減反射作用的表面織構(gòu)形狀，并進(jìn)行化學(xué)清洗2、采用與受光面電極分布相同的網(wǎng)板對(duì)硅片印刷漿料，漿料含玻璃粉40 %-60%,其余部分為有機(jī)粘合劑，含量為5^-10%乙基纖維素；15-20%松油20^-30%丁二醇。3、將步驟2處理后的硅片在200°C中進(jìn)行非晶硅的PVD鍍膜，厚度為500nm4、將步驟3處理后的硅片在酒精中進(jìn)行超聲波清洗lOmin，然后在去離子水中進(jìn)行超聲波清洗lOmin，甩干硅片5、將步驟4處理后的硅片在POCl3中擴(kuò)散，擴(kuò)散后電極區(qū)域的方塊電阻控制在20 Q6、將步驟5處理后的硅片進(jìn)行邊緣刻蝕和清洗處理，所用化學(xué)藥劑依次為15%的KOH溶液和10% HF溶液7、將步驟6處理后的硅片進(jìn)行a-SiNx:H減反射膜制備8、將步驟7處理后的硅片進(jìn)行絲網(wǎng)印刷正反面電極，燒結(jié)金屬化處理。實(shí)施例5 實(shí)施例3 :如圖2所示，選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法。其工藝過程如下I、去除硅片表面損傷，形成具有減反射作用的表面織構(gòu)形狀，并進(jìn)行化學(xué)清洗
2、米用與受光面電極分布相同的網(wǎng)板對(duì)娃片印刷衆(zhòng)料,衆(zhòng)料成分含有Si02,含量為為50%，另50%為有機(jī)粘合劑，具體含量為15%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，11%丙二醇丁醚，3. 5%鄰苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纖維素3、將步驟2處理后的硅片在200°C中進(jìn)行非晶硅的PECVD鍍膜，厚度為50nm ；4、將步驟3處理后的硅片在酒精中進(jìn)行超聲波清洗lOmin，然后在去離子水中進(jìn)行超聲波清洗lOmin，甩干硅片5、將步驟4處理后的硅片在P0C13中擴(kuò)散，擴(kuò)散后電極區(qū)域的方塊電阻控制在40 Q6、將步驟5處理后的硅片進(jìn)行邊緣刻蝕和清洗處理，所用化學(xué)藥劑依次為15%的KOH溶液和10% HF溶液
7、將步驟6處理后的硅片進(jìn)行a-SiNx:H減反射膜制備8、將步驟7處理后的硅片進(jìn)行絲網(wǎng)印刷正反面電極，燒結(jié)金屬化處理。
權(quán)利要求
1.一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法，對(duì)電池受光面的電極區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s擴(kuò)散，非電極區(qū)域進(jìn)行輕摻雜擴(kuò)散，其特征在于在擴(kuò)散前利用絲網(wǎng)印刷、鍍膜和清洗處理，對(duì)電池受光面進(jìn)行選擇性的阻隔層制備，在高溫?cái)U(kuò)散過程中一次性形成電極區(qū)重?fù)诫s，非電極區(qū)輕摻雜。
2.如權(quán)利要求I所述的一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法，包括如下步驟 a)硅片表面織構(gòu)處理； b)電池受光面第一次絲網(wǎng)印刷，將用于掩膜的漿料覆蓋在硅片受光表面需要制作電極的區(qū)域； c)在硅片上鍍膜，覆蓋電池受光面； d)鍍膜后的硅片進(jìn)行清洗，去除電極區(qū)域覆蓋的漿料及其上所鍍薄膜； e)擴(kuò)散一次性形成電極區(qū)重?fù)诫s，非電極區(qū)輕摻雜； f)按常規(guī)太陽能電池生產(chǎn)工藝?yán)^續(xù)生產(chǎn)，包括刻蝕、清洗、鍍減反膜、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于 步驟b)所用的掩膜漿料，成分為無機(jī)物、有機(jī)物或無機(jī)有機(jī)混合物。
4.如權(quán)利要求2所述的一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于 步驟c)鍍膜的實(shí)現(xiàn)方式包括磁控濺射、電子束蒸發(fā)、PECVD, PVD、sol-gel、旋涂法。
5.如權(quán)利要求2所述的一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于 步驟c)鍍膜的材質(zhì)包括0-51隊(duì):1^1203、5102、非晶硅、微晶硅、1102。
6.如權(quán)利要求2所述的一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于 步驟c)鍍膜厚度在5nm-500um之間。
7.如權(quán)利要求2所述的一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟e)擴(kuò)散工藝形成的方塊電阻在20-400 Q，包括雙面或單面擴(kuò)散。
8.如權(quán)利要求2所述的一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于 步驟f)電池受光面第二次絲網(wǎng)印刷制備金屬化電極時(shí)，使金屬化電極與步驟b)第一次絲網(wǎng)印刷掩膜印刷圖形重疊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池的制備方法，屬于太陽能電池領(lǐng)域。本發(fā)明在原有晶體硅太陽能電池工藝和設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過絲網(wǎng)印刷、鍍膜和清洗處理對(duì)電池受光面非電極區(qū)域選擇性地覆蓋阻隔層，使其在擴(kuò)散時(shí)形成輕摻雜區(qū)，電極區(qū)域形成重?fù)诫s區(qū)，再按常規(guī)晶體硅太陽能電池生產(chǎn)流程繼續(xù)制備太陽能電池。本發(fā)明采用的方法簡(jiǎn)單高效、成本低廉，克服了傳統(tǒng)選擇性發(fā)射極晶體硅太陽能電池需要激光處理或二次高溫?cái)U(kuò)散的缺陷，制備的電池效率高，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)B41M1/12GK102709378SQ201210005
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者肖海東, 賴江海, 陳永虹, 黃惠東 申請(qǐng)人:南安市三晶陽光電力有限公司