高效太陽能電池的金屬化制造方法
【專利摘要】一種高效太陽能電池的金屬化制造方法，步驟為：一：對硅片進行拋光和清洗后，進行化學蝕刻和表面制絨；二：在電池正反面同時進行磷摻雜，形成和制造出PN結(jié)；三：去除表面的磷硅玻璃；四：用管式擴散爐進行熱氧化，加工形成鈍化減反膜；五：用PECVD經(jīng)加工形成表面掩膜，然后用絲網(wǎng)印刷在掩膜層上蝕刻正電極圖形，并刷上一次薄銀漿；六：絲網(wǎng)印刷鋁背場和背電極，然后進行背部燒結(jié)，使銀硅金屬材料合金化，即燒結(jié)銀；七：在正面燒結(jié)銀的表面使用替代金屬化材料以增加柵線厚度，所使用替代金屬為：電沉積銀或者電沉積鎳+銅+錫；八：對電池片進行退火；九：完成電池片的功率測試，導電性測試，強度測試后，對完成電池片分選和包裝。成本低。
【專利說明】高效太陽能電池的金屬化制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及電池制造【技術(shù)領域】，尤其是一種高效太陽能電池的金屬化制造方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]目前市場上高效電池技術(shù)的應用無一例外都造成了成本上的增加，使得技術(shù)的推廣滯后，其中多晶太陽能電池有代表性的是MWT電池，主要是在于組件端的制作成本的增力口，另一方面，來自于原料和輔料廠家的材料性能提升使得優(yōu)勢差異越來越不明顯。有代表性的為:
1)以杜邦，賀利氏為代表的銀漿公司推出了適合90ohm甚至更高方阻的正面銀漿，使得選擇性發(fā)射極電池的優(yōu)勢受到影響；
2)近年來日本瑞士的網(wǎng)紗公司針對太陽能網(wǎng)印專門開發(fā)了400目18線徑，290目20線經(jīng)，325目16線經(jīng)等各種規(guī)格的網(wǎng)紗，使得細線條的印刷成為可能，現(xiàn)在行業(yè)中電池正電極柵線已經(jīng)可以做到60um的柵線寬度，LDSE電池的電鍍細柵線的優(yōu)勢受到了影響，MWT的電池的效率優(yōu)勢同樣有影響。
[0003]無論上述哪種高效電池其實都面臨著一個問題，就是封裝損失收益的問題。因為主要改善的是短波段的光譜響應，而這個響應在組件端的表現(xiàn)優(yōu)勢并不明顯，使得推廣難度很大。
[0004]為了改善這個問題，光伏電池在最近的一年內(nèi)對電池背表面的鈍化研究和技術(shù)推廣的速度加快了，眾多知名設備制造公司開始推出ALD鈍化設備和ALD-氮化硅鈍化設備，另外對于氮化硅-氮化硅和S102-氮化硅的鈍化膜技術(shù)研發(fā)及生產(chǎn)應用在很多電池制作公司中開始應用和使用。但是由于P型晶硅電池基材本身固有的拉棒鑄錠技術(shù)無法徹底消除的蹦氧復合體的存在，其導致LID高衰減問題也隨之而來。
[0005]現(xiàn)階段，美國和歐洲光伏雙反，以及各國政府相繼降低光伏補貼，中國光伏電池企業(yè)對低成本高效電池技術(shù)的迫切需求。
[0006]以往電池效率提升過度依賴于漿料技術(shù)，但是現(xiàn)在配合高方阻漿料技術(shù)發(fā)展面臨技術(shù)瓶頸。
[0007]如杜邦18A銀漿對比17F在效率提升上效果不太明顯。
[0008]正面銀漿的成本占到電池片非硅成本的至少40%。通過新技術(shù)降低正面金屬化成本，是降低非硅成本的有效手段和關鍵。為了降低太陽能電池的應用成本，并推動產(chǎn)業(yè)革命,必須要尋找一種低成本、高性能,并可綜合各種技術(shù)特點,適合規(guī)?；a(chǎn)的高效太陽能電池的表面金屬化制造的新技術(shù)。
[0009]太陽能電池表面的金屬均采用銀金屬，從而金屬成本高，銀電極的成本達到電池片總體非硅成本的40% ;另外，以現(xiàn)有的絲網(wǎng)印刷技術(shù)，不能在電池表面印刷很細且高寬度均勻的柵線(電極)，從而導致電池串聯(lián)電阻偏大，電池表面鈍化效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本 申請人:針對上述現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)中的缺點，提供一種高效太陽能電池的金屬化制造方法，從而大幅度降低太陽能電池制造成本，并能夠提升太陽能電池效率，工藝成熟簡單，適用于產(chǎn)業(yè)化應用的高效太陽能電池的金屬化制造方法。
[0011]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種高效太陽能電池的金屬化制造方法，包括如下步驟:
第一步:對硅片進行拋光和清洗后，進行化學蝕刻和表面制絨；
第二步:在電池正反面同時進行磷摻雜，形成和制造出PN結(jié)；
第三步:去除表面的磷硅玻璃；
第四步:用管式擴散爐進行熱氧化，加工形成鈍化減反膜；
第五步:用PECVD經(jīng)加工形成表面掩膜，然后用絲網(wǎng)印刷在掩膜層上蝕刻正電極圖形，并刷上一次薄銀漿； 第六步:絲網(wǎng)印刷鋁背場和背電極，然后進行背部燒結(jié)，使銀硅金屬材料合金化，即燒結(jié)銀；
第七步:在正面燒結(jié)銀的表面使用替代金屬化材料以增加柵線厚度，所使用替代金屬為:電沉積銀或者電沉積鎮(zhèn)+銅+錫；
第八步:對電池片進行退火，已消除應力；
第九步:完成電池片的功率測試，導電性測試，強度測試后，對完成電池片分選和包裝。
[0012]作為上述技術(shù)方案的進一步改進:
第一步中，清洗采用化學噴淋清洗，并利用HF、HCL及添加劑合成的混酸對進行硅片清洗，清洗溫度為25°C ±5°C，清洗時間為:1 min-2min。
[0013]第四步中，表面減反膜是二氧化硅，其厚度為45μπι±10μπι。
[0014]第五步中，表面掩膜是氮化娃，其厚度為45 μ m± 10 μ m。
[0015]第五步中，絲網(wǎng)印刷電池的銀漿厚度為8 μ m±2 μ m。
[0016]第七步中，金屬化電極處理的厚度為10μπι±2μπι ;電池片電極總厚度為20 μ m±2 μ m。
[0017]本發(fā)明的有益效果如下:
(I)本發(fā)明大大降低生產(chǎn)制造成本，又可帶來高轉(zhuǎn)換效率的晶體硅太陽能電池表面金屬化技術(shù)。使用銅金屬導電替代原有的銀漿導電，因為其金屬化的顆粒小、致密度更高，帶來更高的導電性能；同時可以滿足淺結(jié)密柵進一步優(yōu)化的要求。特別適用于開發(fā)和量產(chǎn)高效率、低成本晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)領域。
[0018](2)本發(fā)明采用電沉積銅金屬替代傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷的銀金屬，太陽能電池表面金屬的成本可以大幅降低。原來電池片表面金屬成本占到電池片非硅成本的40%，使用銅金屬后，電池片表面金屬的成本將占到非硅成本的26%左右。成本降幅達到35%。
[0019](3)本發(fā)明中的電沉積銅金屬，由于銅金屬成分更加純凈，且為離子結(jié)合的排布方式，顆粒更小因此致密度更高等特性，對比傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷銀漿(80%含銀量)，提高了短路電流(Isc)，降低了串聯(lián)電阻(Rs)，整體導電性能增加約10%~15%。最總使得太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率得到提升(升幅約1%~2%)。
[0020](4)本發(fā)明使用電沉積鎳金屬層打底，可以很好的防止銅金屬和銀金屬的互相滲透，可以大大延長電池片的壽命，可以控制太陽能電池的效率不被過早衰竭。[0021](5)本發(fā)明所述的太陽能電池電極的最表面金屬為電沉積錫，相比較傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷工藝的燒結(jié)銀金屬的高熔點的特性，因為錫金屬的熔點低，可以實現(xiàn)電池片與焊帶的更好焊接，從而降低接觸電阻，實現(xiàn)更大電流的通過，也可以提升電池片效率和組件的實際發(fā)電功率。并且，由于電沉積錫的純凈性、顆粒微小和致密度高的特性，太陽能電池及組件的功率衰竭也很小。
[0022](6)本發(fā)明結(jié)合了半導體中金屬化制造的成熟工藝，改善和完善了目前太陽能電池的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝。在大幅降低了太陽能電池表面金屬的制造成本后，又提升了電池片的電池效率和降低了電池片的效率的衰竭率。更適應太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化和創(chuàng)新革新的剖切需求。
【具體實施方式】
[0023]本實施例的高效太陽能電池的金屬化制造方法，包括如下步驟:
第一步:對硅片進行拋光和清洗后，進行化學蝕刻和表面制絨；
第二步:在電池正反面同時進行磷摻雜，形成和制造出PN結(jié)；
第三步:去除表面的磷硅玻璃；
第四步:用管式擴散爐進行熱氧化，加工形成鈍化減反膜；
第五步:用PECVD經(jīng)加工形成表面掩膜，然后用絲網(wǎng)印刷在掩膜層上蝕刻正電極圖形，并刷上一次薄銀漿；
第六步:絲網(wǎng)印刷鋁背場和背電極，然后進行背部燒結(jié)，使銀硅金屬材料合金化，即燒結(jié)銀；
第七步:在正面燒結(jié)銀的表面使用替代金屬化材料以增加柵線厚度，所使用替代金屬為:電沉積銀或者電沉積鎳+銅+錫；最終實現(xiàn)電池電極的高徑比增大，導電效率增大。
[0024]第八步:對電池片進行退火，已消除應力；
第九步:完成電池片的功率測試，導電性測試，強度測試后，對完成電池片分選和包裝。
[0025]第一步中，清洗采用化學噴淋清洗，并利用HF、HCL及添加劑合成的混酸對進行硅片清洗，清洗溫度為25°C ±5°C，清洗時間為:1 min-2min。
[0026]第四步中，表面減反膜是二氧化硅，其厚度為45μπι±10μπι。
[0027]第五步中，表面掩膜是氮化娃，其厚度為45 μ m± 10 μ m。
[0028]第五步中，絲網(wǎng)印刷電池的銀漿厚度為8μπι±2μπι。
[0029]第七步中，金屬化電極處理的厚度為10μπι±2μπι ;電池片電極總厚度為20 μ m±2 μ m。
[0030]單面晶體硅電池，包括如下步驟:
一:硅片表面制絨；二:擴散，完成PN結(jié)；三:去除磷硅玻璃；四:加工完成二氧化硅膜(鈍化減反膜)；五:加工完成氮化硅膜(表面掩膜)；六:用絲網(wǎng)印刷在正面電池電極上印刷一層薄銀漿IOym);七:絲網(wǎng)印刷鋁背場和背銀電極；八:燒結(jié)，使銀硅金屬合金化；九:對電池正面燒結(jié)銀面上再進行技術(shù)化處理(電沉積銀和電沉積鎳+銅+錫)，目的增加柵線的高度；十:對電池片進行退火；十一:完成電池片的功率測試，導電性測試，強度測試；十二:對完成電池片分選和包裝。
[0031]雙面晶體硅電池，包括如下步驟: 一:硅片表面制絨；二:擴散，完成PN結(jié)；三:去除磷硅玻璃；四:加工完成二氧化硅膜(鈍化減反膜)；五:加工完成氮化硅膜(表面掩膜)；六:在電池片的正反面的電極上均用絲網(wǎng)印刷一層薄銀漿(< ΙΟμπΟ;七:燒結(jié)，使銀硅金屬合金化；八:對電池正面燒結(jié)銀面上再進行金屬化處理，以增加柵線的厚度；九:對電池片進行退火；十:完成電池片的功率測試，導電性測試，強度測試；十一:對完成電池片分選和包裝。
[0032]實施例一 單晶單面太陽能電池:
單晶硅片經(jīng)過堿制絨后，使用PSG設備進行拋光和化學清洗，經(jīng)制絨后并完成擴散，然后在電池正反面完成20nm的二氧化硅薄膜，接著完成60nm的氮化硅膜的制備，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在電池片正面制作的第一層柵線，高度在8 μ m±2 μ m左右，然后在用絲網(wǎng)印刷技術(shù)完成鋁背場和背電極的制造。經(jīng)過背部燒結(jié)后。用本發(fā)明的新型技術(shù)，將電池片正面電極的柵線擴展到40um的寬度，在原先高度上再疊加10um±2ym，經(jīng)過退火后，最終實現(xiàn)高轉(zhuǎn)化和低成本的單晶硅單面電池。
[0033]實施例二 單晶雙面太陽能電池:
單晶硅片經(jīng)過堿制絨后，使用PSG設備進行拋光和化學清洗，經(jīng)制絨后并完成擴散，然后在電池正反面完成20nm的二氧化硅薄膜，接著完成60nm的氮化硅膜的制備，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在電池片正反兩面均在電極上制作第一層柵線，高度在8 μ m±2 μ m左右(無需制備鋁背場和背電極)。用本發(fā)明的新型技術(shù)，將電池片正面電極的柵線擴展到40um的寬度，在原先高度上再疊加10um±2 μ m，經(jīng)過退火后，最終實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率和低成本的單晶硅雙面電池。
[0034]實施例三
多晶單面太陽能電池:
多晶硅片經(jīng)過酸制絨后，使用PSG設備進行拋光和化學清洗，經(jīng)制絨后并完成擴散，然后在電池正反面完成20nm的二氧化硅薄膜，接著完成60nm的氮化硅膜的制備，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在電池片正面制作的第一層柵線，高度在8 μ m±2 μ m左右，然后在用絲網(wǎng)印刷技術(shù)完成鋁背場和背電極的制造。經(jīng)過背部燒結(jié)后。用本發(fā)明的新型技術(shù)，將電池片正面電極的柵線擴展到40um的寬度，在原先高度上再疊加10um±2ym，經(jīng)過退火后，最終實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率和低成本的單晶硅單面電池。
[0035]實施例四 多晶雙面太陽能電池:
多晶硅片經(jīng)過堿制絨后，使用PSG設備進行拋光和化學清洗，經(jīng)制絨后并完成擴散，然后在電池正反面完成20nm的二氧化硅薄膜，接著完成60nm的氮化硅膜的制備，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在電池片正反兩面均在電極上制作第一層柵線，高度在8 μ m±2 μ m左右(無需制備鋁背場和背電極)。用本發(fā)明的新型技術(shù)，將電池片正面電極的柵線擴展到40um的寬度，在原先高度上再疊加10um± 2 μ m,經(jīng)過退火后，最終實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率和低成本的多晶硅雙面電池。
[0036]以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利要求，在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，可以作任何形式的修改。
【權(quán)利要求】
1.一種高效太陽能電池的金屬化制造方法，其特征在于:包括如下步驟: 第一步:對硅片進行拋光和清洗后，進行化學蝕刻和表面制絨； 第二步:在電池正反面同時進行磷摻雜，形成和制造出PN結(jié)； 第三步:去除表面的磷硅玻璃； 第四步:用管式擴散爐進行熱氧化，加工形成鈍化減反膜； 第五步:用PECVD經(jīng)加工形成表面掩膜，然后用絲網(wǎng)印刷在掩膜層上蝕刻正電極圖形，并刷上一次薄銀漿； 第六步:絲網(wǎng)印刷鋁背場和背電極，然后進行背部燒結(jié)，使銀硅金屬材料合金化，即燒結(jié)銀； 第七步:在正面燒結(jié)銀的表面使用替代金屬化材料以增加柵線厚度，所使用替代金屬為:電沉積銀或者電沉積鎮(zhèn)+銅+錫； 第八步:對電池片進行退火，已消除應力； 第九步:完成電池片的功率測試，導電性測試，強度測試后，對完成電池片分選和包裝。
2.如權(quán)利要求1所述的高效太陽能電池的金屬化制造方法，其特征在于:第一步中，清洗采用化學噴淋清洗，并利用HF、HCL及添加劑合成的混酸對進行硅片清洗，清洗溫度為25 0C ±5°C，清洗時間為:1 min-2min。
3.如權(quán)利要求1所述的高效太陽能電池的金屬化制造方法，其特征在于:第四步中，表面減反膜是二氧化硅，其厚度為45 μ m± 10 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的高效太陽能電池的金屬化制造方法，其特征在于:第五步中，表面掩膜是氮化娃，其厚度為45 μ m± 10 μ m。
5.如權(quán)利要求1所述的高效太陽能電池的金屬化制造方法，其特征在于:第五步中，絲網(wǎng)印刷電池的銀漿厚度為8 μ m± 2 μ m。
6.如權(quán)利要求1所述的高效太陽能電池的金屬化制造方法，其特征在于:第七步中，金屬化電極處理的厚度為10 μ m±2 μ m ；電池片電極總厚度為20 μ m±2 μ m。
【文檔編號】H01L31/18GK103943729SQ201410184949
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】肖笛, 黃永遠, 羅紅軍, 肖廣源 申請人:上海華友金裕微電子有限公司