專利名稱：雙面高效陷光納米絨面的雙pn結晶硅太陽能電池制造方法
雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池制造工藝，具體涉及一種雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，屬于太陽能電池制造技術領域。
背景技術：
隨著世界人口的急劇增加和各國經濟的快速發(fā)展，對能源的需求越來越多；能源問題已成為一個國家長久快速發(fā)展的戰(zhàn)略性問題。目前大規(guī)模使用的傳統(tǒng)能源如石油和煤炭由于儲量有限，按目前的消耗量在幾十年后至一百多年后將會枯竭，同時目前頻繁的使用化石能源造成嚴重的大氣污染和溫室效應，因此對清潔可再生能源的需求也越來越迫切；太陽能電池作為清潔能源的一種由此得到了快速發(fā)展。自1954年貝爾實驗室報道第一 個商品化的Si太陽能電池以來，各種太陽能電池相繼問世。通過數十年來的不斷發(fā)展，太陽能電池從第一代的單晶硅太陽能電池、第二代的薄膜太陽能電池到現在第三代的高效太陽能電池，其制作成本逐步降低，轉換效率不斷提高。目前常規(guī)晶體硅電池轉換效率不斷提升，但還不是很高(大規(guī)模生產單晶18% -18. 5%，多晶16. 7-17. 2% )，但晶體硅電池目前在各種太陽能電池中，其市場比重占到了 90%以上，大規(guī)模的退出市場還需時日；因此提高轉換效率是降低成本的一種有效手段。常規(guī)晶體硅電池只能單面受光，而且由于硅的單一能帶的屬性，低于禁帶寬度的近紅外至紅外波段的光無法被有效地吸收和利用。此外，太陽能照射到地面，一部分光會被周圍環(huán)境散射到電池的背面，但背面被鋁背場完全覆蓋，根本無法利用雜散光。為了吸收利用光強較弱的雜散光，以及提高正面入射太陽光中的近紅外和紅外部分(900-1800nm)的吸收和利用，需要用到新奇物理特性的納米絨面。納米絨面用到了納米材料的一些新型物理性質，比如其在紅外波段的吸收能力、克服晶體硅電池弱光效應方面，可以有效地應用于晶體硅太陽能電池。因此，為解決上述技術問題，確有必要提供一種先進的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，以克服現有技術中的所述缺陷。

發(fā)明內容為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其利用納米絨面的特殊物理特性，吸收利用雜散光，并吸收紅外光，再加上雙Pn結電池結構，可以更加有效地利用光，較大幅度地提高電池效率。為實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其包括如下工藝步驟I)、利用濕法化學腐蝕方法在P型晶體硅襯底上正、反兩面制備納米絨面；2)、磷擴散在具有納米絨面的晶體硅襯底上，使正、背面形成雙面對稱PN結；3)、利用等離子增強化學氣相淀積方法在正面和背面生長Si3N4減反膜；
4)、利用激光刻蝕方法在背面激光刻蝕形成太陽能電池正極柵槽；5)、對背面具有正極柵槽的襯底進行精確的絲網印刷，形成正電極；6)、對正面和背面絲網印刷負電極；7)、退火合金，完成雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池。本發(fā)明的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法進一步為所述步驟I)中的晶體娃襯底為P型125mmX 125mm單晶娃片、156mmX 156mm單晶娃片或156X 156mm多晶硅片；厚度為50微米至250微米。本發(fā)明的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法進一步為所述步驟I)中濕法化學腐蝕方法具體為金屬誘導腐蝕的方法。 本發(fā)明的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法進一步為所述步驟I)采用的腐蝕液為鹽酸、氯化銀、氫氟酸的混合液，蝕時間控制在I分鐘-10小時之間。本發(fā)明的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法進一步為所述步驟2)在管式閉管擴散爐中擴散，晶體硅襯底放置時為單片獨立放置，擴散源為三氯氧磷；擴散出的雙PN結其結深在200-500nm之間。本發(fā)明的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法進一步為所述步驟3)中Si3N4減反膜的厚度為70-120nm。本發(fā)明的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法進一步為所述步驟4)所利用的激光波長為355nm ;刻蝕出的寬度大于70微米，深度大于500nm的正極柵槽；刻蝕完畢后，用0. 1-10%的NaOH或者KOH腐蝕液進行5s-300s的漂洗。本發(fā)明的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法進一步為所述步驟5)的正電極兩邊距離正極柵槽兩邊的距離達到10微米以上。本發(fā)明的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法進一步為所述步驟6)的印刷完畢后在200°C熱處理并加以固化。本發(fā)明的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法還可為所述步驟7)采用鏈式燒結爐進行退火合金。與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果首先，本發(fā)明所采用的高效陷光的納米絨面，這與傳統(tǒng)的金字塔絨面等，在陷光物理機制上有著根本的不同，在工藝方面體現在本方法利用催化化學腐蝕，只需配置溶液進行腐蝕即可，降低了工藝成本和復雜度。其次，本發(fā)明的雙面pn結方式，通過結構的改變來充分利用散射的雜散光和正面入射太陽光中近紅外和紅外波段的光，其中雙面Pn結采用的是一步工藝來完成，工藝步驟大為簡化，其步驟簡單，且與現有工藝結合，不引入設備成本。最后，采用激光刻槽工藝和精確絲網印刷對準工藝，確保了正負電極的互不干擾，以及電子和空穴的引出。最終實現雙面吸收光，雙面發(fā)電，提高了電池的效率。

圖I為本發(fā)明的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法的流程圖。
圖2為p型晶體硅的示意圖。圖3為化學腐蝕制備出雙面納米絨面的示意圖。圖4為對納米絨面襯底進行雙面磷擴散形成雙PN結的示意圖。圖5為利用管式離子增強化學氣相淀積設備淀積雙面Si3N4膜后的示意圖。圖6為背面利用激光刻槽刻透背部pn結的示意圖。圖7為利用精確對準絲印刷技術在背面槽線內印刷正電極漿料示意圖。 圖8為正面和背面絲網印刷負電極的示意圖。圖9-1為絲印電極后正面的俯視圖。圖9-2為絲印電極后背面的俯視圖。
具體實施方式請參閱說明書附圖I至附圖9-2所示，本發(fā)明為一種雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其包括如下工藝步驟步驟101 :用濕法化學腐蝕方法在P型晶體硅襯底上正、反兩面制備納米絨面；其中，所述晶體娃襯底為P型125mmX 125mm單晶娃片、156mmX 156mm單晶娃片或156X 156mm多晶硅片；厚度為50微米至250微米；所述濕法化學腐蝕方法具體為金屬誘導腐蝕的方法；所采用的腐蝕液為鹽酸、氯化銀、氫氟酸的混合液，蝕時間控制在I分鐘-10小時之間。步驟102 :磷擴散在具有納米絨面的晶體硅襯底上，使正、背面形成雙面對稱PN結；其中，擴散過程在管式閉管擴散爐中擴散，晶體硅襯底放置時為單片獨立放置，擴散源為三氯氧磷；擴散出的雙PN結其結深在200-500nm之間，擴散完后利用酸洗去掉正背面的磷硅玻璃。步驟103 :利用等離子增強化學氣相淀積方法在正面和背面生長Si3N4減反膜；該Si3N4減反膜的厚度為70-120nm，生長過程中力求正、背兩面的Si3N4膜各方面的特性一致；步驟104 :利用激光刻蝕方法在背面激光刻蝕形成太陽能電池正極柵槽；其中，所述激光的波長為355nm ;刻蝕出的寬度大于70微米，深度大于500nm的正極柵槽；刻蝕完畢后，用0. 1-10%的NaOH或者KOH腐蝕液進行5s-300s的漂洗，去除刻蝕過程中的損傷層；步驟105 :對背面具有正極柵槽的襯底進行精確的絲網印刷，形成正電極；正電極兩邊距離正極柵槽兩邊的距離達到10微米以上，避免柵線與槽壁之間出現連接短路的情況；柵線的寬度需要依據槽的寬度來設計絲印網板，以確保此項重要工作的完成；完后背面槽中的正電極，進行低溫固化熱處理，以確保形態(tài)的固定；步驟106 :對正面和背面絲網印刷負電極；印刷完畢后在200°C熱處理并加以固化；背面正電極柵線形成叉指狀結構；步驟107 :退火合金，完成雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池；其中，該步驟采用鏈式燒結爐常規(guī)階梯式升溫方式進行正面、背面的電極合金處理，處理過程無特殊氣氛保護。圖2至圖9是本發(fā)明的一個具體實施例。如圖2中步驟201所示，選取的晶硅基板為商用125單晶或者156多晶都可，襯底類型為P型襯底；單晶電阻率為0. 5-3 Q cm，多晶電阻率為0. 5-6 Q cm。
如圖3中步驟301所示，利用規(guī)?；臉悠坊ɑ@，采用HF+HC1+A1C1的濕法腐蝕液(體積比為I : 3 1)，溫度選用45度，采用水浴加熱，將厚度為180微米的單晶或者多晶硅片表面催化腐蝕出納米絨面；腐蝕完后用鹽酸在25度浸泡，而后去除掉多余的金屬顆粒，并用去尚子水沖洗干凈。如圖4中步驟401所示，將正反兩面制備好絨面結構的晶硅基板放置入擴散爐中，進行擴散。擴散爐溫度可在300°C至1300°C變 化。我們取擴散溫度在850-950°C之間，擴散源為液態(tài)P0C13。擴散出的雙面PN結其結深在200-500nm之間，結深由擴散時間來確定，擴散完畢后所形成的方塊電阻約在20-50 Q/ □變化。由于擴散過程中，會在電池表面形成磷硅玻璃，它會影響電池的效率，因此用HF酸、HN03酸和水的混合腐蝕液來消除磷硅玻璃，清除完磷硅玻璃后用去離子水清洗干凈并烘干，以備接下來的制備減反膜工藝。如圖5中步驟501所示，為了制備減反膜，將基片再放入到管式PECVD中，采用相互獨立放置的模式，雙面生長Si3N4膜，膜厚控制在70-120nm之間。對于晶硅電池的單層減反膜情況來說，其對光的減反效果可達到最佳。如圖6中步驟601所示，利用工作波長為1064nm的激光刻蝕機對背面進行刻蝕，刻蝕深度在20微米左右，寬度為120微米，將背部的pn結刻透，而后采用I %濃度的KOH腐蝕液對刻蝕損傷進行腐蝕30s，完成開槽過程。但刻蝕寬度一定要大于下一步工藝中絲網印刷電極的寬度。因此，此步驟中刻蝕圖形的設計一定要與下一步驟中的絲網印刷的圖形統(tǒng)一起來。如圖7中，先如步驟701所示，通過C⑶精確對準，將絲網印刷的鋁漿電極印刷于柵槽線內，印刷的電極寬度一定要小于柵槽線的寬度，而且要印刷在柵槽線以內，不可有絲毫的漿料在柵槽線以外。印刷完畢后在200°C熱處理并加以固化，柵線寬度在100微米，并
與槽壁沒有任合接觸。如圖8中步驟801和802所示，用絲網印刷機在背面和正面絲印銀柵線；背面絲印銀柵線時，印刷的過程中一定不要與背部正電極漿料有任合的接觸或者重合；印刷完畢后在200°C熱處理并加以固化。最后按照大規(guī)模生產線的退火合金方式，對正面的負電極、背正的正電極和負電極進行從300°C至900°C的階梯式熱退火處理，最終完成一種雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅高效太陽能電池制造。如圖9-1中的901分別正面絲印負電極的俯視圖，圖9-2中的902和903是背面絲印正電極和負電極的俯視圖，圖中可以看出902和903成叉指狀，絕對不能重合。以上所述制備工藝，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其特征在于包括如下工藝步驟 1)、利用濕法化學腐蝕方法在P型晶體硅襯底上正、反兩面制備納米絨面； 2)、磷擴散在具有納米絨面的晶體硅襯底上，使正、背面形成雙面對稱PN結； 3)、利用等離子增強化學氣相淀積方法在正面和背面生長Si3N4減反膜； 4)、利用激光刻蝕方法在背面激光刻蝕形成太陽能電池正極柵槽； 5)、對背面具有正極柵槽的襯底進行精確的絲網印刷，形成正電極； 6)、對正面和背面絲網印刷負電極； 7)、退火合金，完成雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池。
2.如權利要求I所述的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟I)中的晶體娃襯底為P型125mmX 125mm單晶娃片、156mmX 156mm單晶硅片或156 X 156mm多晶硅片；厚度為50微米至250微米。
3.如權利要求2所述的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟I)中濕法化學腐蝕方法具體為金屬誘導腐蝕的方法。
4.如權利要求3所述的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟I)采用的腐蝕液為鹽酸、氯化銀、氫氟酸的混合液，蝕時間控制在I分鐘-10小時之間。
5.如權利要求I所述的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟2)在管式閉管擴散爐中擴散，晶體硅襯底放置時為單片獨立放置，擴散源為三氯氧磷；擴散出的雙PN結其結深在200-500nm之間。
6.如權利要求I所述的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟3)中Si3N4減反膜的厚度為70-120nm。
7.如權利要求I所述的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟4)所利用的激光波長為355nm;刻蝕出的寬度大于70微米，深度大于500nm的正極柵槽；刻蝕完畢后，用0. 1-10%的NaOH或者KOH腐蝕液進行5s-300s的漂洗。
8.如權利要求I所述的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟5)的正電極兩邊距離正極柵槽兩邊的距離達到10微米以上。
9.如權利要求I所述的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟6)的印刷完畢后在200°C熱處理并加以固化。
10.如權利要求I所述的雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其特征在于所述步驟7)采用鏈式燒結爐進行退火合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙面高效陷光納米絨面的雙PN結晶硅太陽能電池制造方法，其包括如下工藝步驟硅片正面和背面制備納米絨面、正反兩面擴散形成PN結、背面激光刻蝕鉆孔、背面和正面絲網印刷柵線電極、合金退火形成歐姆接觸。本發(fā)明使用納米絨面技術，再使用雙PN結電池技術，可以使得電池效率得到有效的提升，而且這些技術都與傳統(tǒng)生產線兼容，不需要額外增加過多的設備，避免了在設備上投入過多的龐大支出。
文檔編號H01L31/18GK102738309SQ20121023823
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權日2012年7月11日
發(fā)明者王成林 申請人:遼寧朝陽太陽能科技有限公司