專利名稱：一種基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著太陽(yáng)電池生產(chǎn)成本不斷降低以及太陽(yáng)電池效率的不斷提升，光伏產(chǎn)業(yè)在各國(guó)政府的政策支持下得到了快速發(fā)展，并成為近幾年新能源行業(yè)的領(lǐng)頭羊。為了實(shí)現(xiàn)更低的生產(chǎn)成本和更高的轉(zhuǎn)化效率，各部門及單位的研究人員提出了不同的新工藝、新方法、新結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)鋁背場(chǎng)工藝無法滿足薄硅片背面低復(fù)合速率的要求，背面接觸電池則被認(rèn)為是一種可以減少金屬一半導(dǎo)體接觸面積，鈍化背面大部分區(qū)域，有效地減少太陽(yáng)電池背面復(fù)合速率，增加背面反射性能，提高太陽(yáng)電池效率的有效方式。同時(shí)，對(duì)于擁有局域背場(chǎng)的背面點(diǎn)接觸太陽(yáng)電池，其性能相對(duì)沒有局域背場(chǎng)的背面點(diǎn)接觸太陽(yáng)電池更加優(yōu)異。目前背面接觸電池主要有背面點(diǎn)接觸電池及背面線接觸電池，制備它們的要點(diǎn)是在硅片背面介質(zhì)層制備出點(diǎn)電極或線電極，其余大部分仍舊保持低復(fù)合率的介質(zhì)層。而目前制備背面點(diǎn)接觸電極方式有絲網(wǎng)印刷腐蝕性漿料開孔、噴墨打印腐蝕性漿料開孔、光刻開孔、激光開孔等。光刻開孔產(chǎn)業(yè)化投入大，激光開孔容易造成很大熱損傷從而形成很大的復(fù)合中心，同時(shí)激光器的可靠性和穩(wěn)定性直接影響電池產(chǎn)品質(zhì)量，而絲網(wǎng)印刷腐蝕性漿料開孔精度不聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決以上問題，提供一種對(duì)電池表面的損傷較小，具有較高的生產(chǎn)效率，投入成本較低的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案一種基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，包括以下步驟；(I)在硅片襯底的兩面經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散爐形成η型層；(2)采用化學(xué)腐蝕溶液去除硅片襯底背面的η型層；(3)在硅片襯底的兩面通過熱氧化形成熱氧化層；(4)在硅片襯底背面鍍上一層氮化硅，與熱氧化層形成復(fù)合鈍化膜；(5)在硅片襯底背面絲網(wǎng)印刷有空心陣列圖案的無玻璃料鋁漿料層，并燒結(jié)；(6)在等離子刻蝕設(shè)備中通過等離子體去除硅片襯底背面空心圖案處的背面氮化娃層;(7)在硅片襯底前表面鍍上氮化硅，與熱氧化層形成雙層減反膜；(8)在硅片襯底背面絲網(wǎng)印刷有玻璃料鋁漿料層并烘干；
(9)在硅片襯底前表面印刷銀漿料圖案并烘干；(10)通過燒結(jié)爐高溫?zé)Y(jié)使做背電極的有玻璃料鋁漿料層燒穿薄熱氧化層，與硅片襯底形成局域歐姆接觸及局域鋁背場(chǎng)，前表面銀漿料電極燒穿雙層減反膜與硅片襯底形成歐姆接觸。進(jìn)一步，上述所述基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法， 還需在步驟(I)前對(duì)硅片襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工藝清洗及制絨，在步驟(I)后步驟(2)前對(duì)硅片襯底用氫氟酸清洗表面磷硅玻璃。進(jìn)一步，所述基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，步驟
(2)中的化學(xué)腐蝕溶液為HF/HN03的混合液，或者為NaOH或KOH溶液。進(jìn)一步，所述基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，步驟
(3)中熱氧層為厚度為5 50nm的二氧化硅層或厚度為5_100nm的鍍氧化鋁層。進(jìn)一步，所述基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，步驟 ⑷中氮化硅的厚度為40 300nm。進(jìn)一步，所述基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，步驟
(5)中空心陣列圖案占硅片襯底背面面積的O.5% 20% ;無玻璃料鋁漿料層可以用絲網(wǎng)印刷硅漿料層或有機(jī)掩膜代替，所述硅漿料層的厚度為5 30 μ m。進(jìn)一步，所述基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，步驟
(6)中的等離子體設(shè)備的氣源為CF4/02，或者CF4/H2或者CHF3/02，在完成步驟(6)后用氫氟酸溶液將前表面的氧化硅層去除，氫氟酸濃度為1% 49%進(jìn)一步，所述基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，步驟
(7)中雙層減反膜的厚度為40 lOOnm。進(jìn)一步，所述基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，步驟
(8)中有玻璃料鋁漿料層厚度為5 30μ m，步驟(9)中銀漿料圖案的厚度為5 30 μ m。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)采用等離子刻蝕技術(shù)蝕刻局域氮化娃,其蝕刻速度可達(dá)50nm/min,具有較高的生產(chǎn)效率，便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。(2)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)形成，可以保證點(diǎn)電極或線電極的圖形更小以及制備得到的背面鋁金屬一硅基底的接觸歐姆電阻低，并容易形成局域鋁背場(chǎng)，所得到的背面接觸電池轉(zhuǎn)化效率高。(3)無玻璃料的中間鋁漿料層作為背面鋁漿料層掩模，保證背面鋁漿料層無法燒穿二氧化硅/氮化硅復(fù)合鈍化膜，保證了背面大部分區(qū)域的鈍化性能。(4)采用絲網(wǎng)印刷和等離子刻蝕等傳統(tǒng)工藝制備背面點(diǎn)接觸電池或背面線接觸電池，其技術(shù)成熟，制造成本較低，適合規(guī)模化生產(chǎn)。


圖I是在硅片襯底的兩面經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散爐形成η型層的堿面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用化學(xué)腐蝕溶液去除硅片襯底背面的η型層后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是在硅片襯底的兩面通過熱氧化形成熱氧化層的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4在硅片襯底背面鍍上氮化硅后形成復(fù)合鈍化膜的截面結(jié)構(gòu)示意圖5是在硅片襯底背面絲網(wǎng)印刷有空心陣列圖案的無玻璃料鋁漿料層并燒結(jié)后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是在等離子刻蝕設(shè)備中通過等離子體去除硅片襯底背面空心圖案處的背面氮化硅截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是在硅片襯底前表面鍍上氮化硅，與熱氧化層形成雙層減反膜后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是在硅片襯底背面絲網(wǎng)印刷有玻璃料鋁漿料層并烘干后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是在硅片襯底前表面印刷銀漿料圖案并烘干后的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是通過燒結(jié)爐高溫?zé)Y(jié)使做背電極的有玻璃料鋁漿料燒穿熱氧化層，與硅片襯底形成局域歐姆接觸及局域鋁背場(chǎng)、前表面刷銀漿料電極燒穿減反膜與硅片襯底形成后歐姆接觸的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是背面點(diǎn)接觸電池結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是背面線接觸電池結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)示意圖。

1_硅片襯底；2_n型層；3_熱氧化層；4_背面氮化硅層；5_無玻璃料鋁漿料層；6_前表面氮化硅層；7_有玻璃料鋁漿料層；8_銀漿料圖案；9局域歐姆接觸及局域鋁背場(chǎng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)施例所述的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池制備方法，其具體步驟如下實(shí)施例I :步驟一將硅片襯底I放入高溫?cái)U(kuò)散爐中，以POCl3作為磷源，通過高溫?cái)U(kuò)散摻磷使娃片兩面均形成η型層2, η型層2的方塊電阻為40 50 Ω / □。步驟二 采用HF/HN03混合溶液通過單面蝕刻設(shè)備去除硅片襯底I背面的η型層 2，其中HF溶液濃度為49%，HNO3溶液濃度為69%，HF溶液與HNO3溶液體積比為I : 3 ;步驟三將硅片襯底I放入氧化爐中，在高溫下使硅片襯底I的兩面通過干法熱氧化形成熱氧化層3,所述熱氧化層3為二氧化娃層,其厚度為5 15nm。步驟四通過PECVD設(shè)備在硅片襯底I背面鍍上一層氮化硅(SiNx:H)，形成背面氮化硅層4，背面氮化硅層4與二氧化硅層形成二氧化硅/氮化硅復(fù)合鈍化膜，所述背面氮化硅層4的厚度為40 180nm。步驟五在硅片襯底I背面絲網(wǎng)印刷有空心陣列圖案的無玻璃料鋁漿料層5，并燒結(jié)，作為等離子刻蝕掩模，所述空心陣列圖案為正方形點(diǎn)陣列，其占背面面積的O. 5%，無玻璃料鋁漿料層5的厚度為5 10 μ m。步驟六在等離子刻蝕設(shè)備中通過等離子體去除硅片襯底I背面空心圖案處的氮化硅，該等離子設(shè)備的氣源為cf4/o2。步驟七通過PECVD設(shè)備在硅片襯底I前表面鍍上氮化硅，形成前表面氮化硅層 6,前表面氮化娃層6與二氧化娃層形成雙層減反膜,所述前表面氮化娃層6的厚度為40 70nmo
步驟八在硅片襯底I背面絲網(wǎng)印刷有玻璃料鋁漿料層7并烘干，有玻璃料鋁漿料層7的厚度為5 10 μ m。步驟九在硅片襯底I前表面印刷作為前電極的銀漿料圖案8，烘干，所述銀漿料圖案8的厚度為5 15μπι;步驟十通過燒結(jié)爐高溫?zé)Y(jié)使做背電極的有玻璃料鋁漿料層7燒穿薄二氧化硅層，與硅片襯底I形成局域歐姆接觸及局域鋁背場(chǎng)9，前表面銀漿料圖案8燒穿正表面二氧化硅/氮化硅減反膜與硅片襯底I形成歐姆接觸。所述硅片襯底I為P型單晶硅片襯底或P型多晶硅片，硅片襯底I的電阻率為 O. 5 Ω . cm I Ω . cm，厚度為100 170 μ m。在擴(kuò)散之前，需要對(duì)硅片襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工藝預(yù)清洗及制絨。同時(shí)，擴(kuò)散后的硅片襯底需要用先氫氟酸清洗表面磷硅玻璃，方可進(jìn)行下一步驟。該工藝制備出的電池為背面點(diǎn)接觸電池。實(shí)施例2 步驟一將硅片襯底I放入高溫?cái)U(kuò)散爐中，以POCl3作為磷源，通過高溫?cái)U(kuò)散摻磷使娃片兩面均形成η型層2, η型層2的方塊電阻為50 60 Ω / 口。步驟二 采用KOH溶液通過單面蝕刻設(shè)備去除硅片襯底I背面的η型層2，其中KOH 溶液濃度為20% ；步驟三將硅片襯底I放入氧化爐中，在高溫下使硅片襯底I兩面通過干法熱氧化形成熱氧化層3,該熱氧化層3為二氧化娃層,其厚度為35 50nm。步驟四通過PECVD設(shè)備在硅片襯底I背面鍍上一層氮化硅(SiNx:H)，形成背面氮化硅層4，背面氮化硅層4與二氧化硅層形成二氧化硅/氮化硅復(fù)合鈍化膜，所述背面氮化娃層4的厚度為60 180nm。步驟五在硅片襯底I背面絲網(wǎng)印刷有空心陣列圖案的無玻璃料鋁漿料層5，并燒結(jié)，作為等離子刻蝕掩模，所述空心陣列圖案為圓形點(diǎn)陣列，其占背面面積的10%，無玻璃料鋁漿料層5的厚度為10 15 μ m。步驟六在等離子刻蝕設(shè)備中通過等離子體去除硅片襯底I背面空心圖案處的氮化硅，該等離子設(shè)備的氣源為cf4/h2。步驟七通過PECVD設(shè)備在硅片襯底I前表面鍍上氮化硅，形成前表面氮化硅層6，前表面氮化硅層6與二氧化硅層形成雙層減反膜，所述前表面氮化硅層6的厚度為 50_80nm。步驟八在硅片襯底I背面絲網(wǎng)印刷有玻璃料鋁漿料層7并烘干，有玻璃料鋁漿料層7的厚度為10 15 μ m。步驟九在硅片襯底I前表面印刷作為前電極的銀漿料圖案8并烘干，銀漿料圖案 8的厚度為15 20μπι;步驟十通過燒結(jié)爐高溫?zé)Y(jié)使做背電極的有玻璃料鋁漿料層7燒穿薄二氧化硅層3，與硅片襯底I形成局域歐姆接觸及局域鋁背場(chǎng)9，前表面銀漿料圖案8燒穿正表面二氧化硅/氮化硅減反膜與硅片襯底I形成歐姆接觸。所述硅片襯底為P型單晶硅片襯底或P型多晶硅片，硅片襯底電阻率為I Ω. cm 3 Ω . cm,厚度為170 190 μ m。在擴(kuò)散之前，需要對(duì)硅片襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工藝預(yù)清洗及制絨。 同時(shí)，擴(kuò)散后的硅片襯底需要用先氫氟酸清洗表面磷硅玻璃，方可進(jìn)行下一步驟。該工藝制備出的電池為背面點(diǎn)接觸電池。實(shí)施例3 步驟一將硅片襯底I放入高溫?cái)U(kuò)散爐中，以POCl3作為磷源，通過高溫?cái)U(kuò)散摻磷使娃片兩面均形成η型層2, η型層2的方塊電阻為60 70 Ω / □。步驟二 采用NaOH溶液通過單面蝕刻設(shè)備去除硅片襯底I背面的η型層2，其中 KOH溶液濃度為20% ；步驟三將硅片襯底放入氧化爐中，在高溫下使硅片襯底I的兩面通過干法熱氧化形成熱氧化層3,其厚度為15 30nm。步驟四通過PECVD設(shè)備在硅片襯底I背面鍍上一層氮化硅(SiNx:H)，形成背面氮化硅層4，背面氮化硅層4與二氧化硅層形成二氧化硅/氮化硅復(fù)合鈍化膜，所述背面氮化娃層4的厚度為160 300nm。步驟五在硅片襯底I背面絲網(wǎng)印刷有空心陣列圖案的無玻璃料鋁漿料層5，并燒結(jié)，作為等離子刻蝕掩模，空心陣列圖案為長(zhǎng)方形線陣列，其占背面面積的20%，無玻璃料鋁漿料層5的厚度為15 30 μ m。步驟六在等離子刻蝕設(shè)備中通過等離子體去除硅片襯底I背面空心圖案處的氮化硅，該等離子設(shè)備的氣源為CHF3/02。步驟七通過PECVD設(shè)備在硅片襯底I前表面鍍上氮化硅，形成前表面氮化硅層 6，形成前表面氮化硅層6與二氧化硅層形成雙層減反膜，所述前表面氮化硅層6的厚度為 80 lOOnm。步驟八在硅片襯底I背面絲網(wǎng)印刷有玻璃料鋁漿料層7并烘干，有玻璃料鋁漿料層7的厚度為20 30 μ m。步驟九在硅片襯底I前表面印刷作為前電極的銀漿料圖案8并烘干，銀漿料圖案 8的厚度為20 30 μ m ;步驟十通過燒結(jié)爐高溫?zé)Y(jié)使做背電極的有玻璃料鋁漿料層7燒穿薄二氧化硅層3，與硅片襯底I形成局域歐姆接觸及局域鋁背場(chǎng)9，前表面銀漿料圖案8燒穿正表面二氧化硅/氮化硅減反膜與硅片襯底I形成歐姆接觸。所述硅片襯底為P型單晶硅片襯底或P型多晶硅片，硅片襯底電阻率為3 Ω . cm 10 Ω . cm,厚度為190 200 μ m。在擴(kuò)散之前，需要對(duì)硅片襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工藝預(yù)清洗及制絨。 同時(shí)，擴(kuò)散后的硅片襯底需要用先氫氟酸清洗表面磷硅玻璃，方可進(jìn)行下一步驟。該工藝制備出的電池為背面線接觸電池。本發(fā)明中熱氧化層還可以用厚度為5-100nm的鍍氧化鋁層代替。上列詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟；(1)在硅片襯底的兩面經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散爐形成η型層；(2)采用化學(xué)腐蝕溶液去除硅片襯底背面的η型層；(3)在硅片襯底的兩面通過熱氧化形成熱氧化層；(4)在娃片襯底背面鍍上一層氮化娃,與熱氧化層形成復(fù)合鈍化膜；(5)在硅片襯底背面絲網(wǎng)印刷有空心陣列圖案的無玻璃料鋁漿料層，并燒結(jié)；(6)在等離子刻蝕設(shè)備中通過等離子體去除硅片襯底背面空心圖案處的背面氮化硅層；(7)在硅片襯底前表面鍍上氮化硅，與熱氧化層形成雙層減反膜；(8)在硅片襯底背面絲網(wǎng)印刷有玻璃料鋁漿料層并烘干；(9)在硅片襯底前表面印刷銀漿料圖案并烘干；(10)通過燒結(jié)爐高溫?zé)Y(jié)使做背電極的有玻璃料鋁漿料層燒穿薄熱氧化層，與硅片襯底形成局域歐姆接觸及局域鋁背場(chǎng)，前表面銀漿料電極燒穿雙層減反膜與硅片襯底形成歐姆接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于在步驟(I)前對(duì)硅片襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工藝清洗及制絨，在步驟(I)后步驟(2)前對(duì)硅片襯底用氫氟酸清洗表面磷硅玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(2)中的化學(xué)腐蝕溶液為冊(cè)/順03的混合液，或者為NaOH或KOH溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(3)中熱氧層為厚度為5 50nm的二氧化娃層或厚度為5_100nm的鍍氧化鋁層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(4)中氮化硅的厚度為40 300nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(5)中空心陣列圖案占硅片襯底背面面積的O. 5% 20%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(5)中無玻璃料鋁漿料層可以用絲網(wǎng)印刷硅漿料層或有機(jī)掩膜代替， 所述娃衆(zhòng)料層的厚度為5 30 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(6)中的等離子體設(shè)備的氣源為CF4/02，或者CF4/H2，或者CHF3/02 ;在完成步驟(6)后用氫氟酸溶液將前表面的氧化硅層去除，氫氟酸濃度為1% 49%。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(7)中雙層減反膜的厚度為40 lOOnm。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(8)中有玻璃料鋁漿料層厚度為5 30 μ m，步驟(9)中銀漿料圖案的厚度為5 30 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于等離子刻蝕技術(shù)的背面接觸晶體硅太陽(yáng)電池的制備方法，在硅片襯底上通過熱氧化形成二氧化硅層和氮化硅，以形成雙層鈍化復(fù)合膜，隨后在硅片襯底背面絲網(wǎng)印刷有空心陣列圖案的、無玻璃料的鋁漿料層并燒結(jié)，將硅片放入等離子刻蝕設(shè)備中通過等離子體去除硅片襯底背面空心圖案處的氮化硅，隨后在硅片背面絲網(wǎng)印刷含玻璃料鋁漿料層，經(jīng)烘干燒結(jié)燒穿背面薄層二氧化硅，以形成背面點(diǎn)接觸電極或線接觸電極及局域鋁背場(chǎng)。本發(fā)明采用絲網(wǎng)印刷及等離子刻蝕等成熟技術(shù)，完成高效背面接觸電池的制備，其投入成本低，可產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，具有很大市場(chǎng)前景。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102593248SQ201210038628
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者劉家敬, 沈輝, 鄒禧武, 陳達(dá)明 申請(qǐng)人:中山大學(xué)