專利名稱：一種制備隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于硅太陽電池的制造方法。
背景技術(shù)：
目前一般的硅太陽電池設計和制造方法，發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)電極均位于電池正面， 這種結(jié)構(gòu)存在局限性。首先，盡管柵線電極所占面積很小，僅占電池正面面積8%，可依然阻 擋了部分陽光，使電池有效受光面積降低，降低了光生電流的密度，不利于提高太陽電池的 效率；其次，由于正負電極分別在電池的兩邊，需要用涂錫帶從一塊電池的正面焊接到另一 塊電池的背面，由于發(fā)射極電流通過的路徑很長，發(fā)射極串聯(lián)電阻增大，降低了集電極輸出 電流；再其次，在組件封裝時，發(fā)射極雙面連接方式使自動化生產(chǎn)的難度加大。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決前述常規(guī)硅太陽電池存在的問題，本發(fā)明提供了一種依靠導電小孔來收 集載流子，并傳遞到背面發(fā)射區(qū)電極上的隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池的一種制作方法。
本發(fā)明隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池的英文縮寫為EWT(Emitter Wr即Through)硅太 陽電池。 本發(fā)明提出的制備隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池方法是在P型硅片上通過激光打孔
和發(fā)射區(qū)磷擴散工藝把正面發(fā)射區(qū)引入背面局部發(fā)射區(qū)，將二者直接地連接在一起；激光
打孔和擴散阻擋層或發(fā)射區(qū)光刻決定了磷擴散位置，從而界定硅片背面p-n結(jié)；通過絲網(wǎng)
印刷間隔排列的正負電極及燒結(jié)連線，將正負電極全部交叉排列在背面，實現(xiàn)太陽電池的
完全背接觸互連方式。 本發(fā)明包括以下工藝步驟 (1)在p型硅片上激光打孔； (2)清洗硅片去掉硅片表面的污染物，用腐蝕液去除激光打孔產(chǎn)生的輻射損失層， 再進行表面織構(gòu)化； (3)用以下工藝中的一種或幾種界定硅片背面p-n結(jié)
a.沉積SiNx膜作為擴散阻擋層，或
b.絲網(wǎng)印刷擴散阻擋層，或
c.絲網(wǎng)印刷耐腐蝕漿料，或
d.激光刻槽法； (4)以P0C13為磷源在擴散爐內(nèi)進行擴散，獲得40-70 Q/ 口的發(fā)射區(qū)方塊電阻或 者110Q/ 口的前表面發(fā)射區(qū)方塊電阻，電池后表面20 Q/ 口的發(fā)射區(qū)方塊電阻；
(5)擴散結(jié)束后對硅片表面進行鈍化，即在硅片表面生長Si02或SiNx薄膜；
(6)在硅片背面用金屬漿料通過絲網(wǎng)印刷間隔排列與p型電極區(qū)域連接的正電極 和與n型電極區(qū)域連接的負電極后，烘干、燒結(jié)。 所述步驟(1)在p型硅片上激光打孔的密度為0. 5-lhole/mm2。
所述步驟(4)以P0C13為磷源在擴散爐內(nèi)進行擴散，獲得40-70 Q/口的發(fā)射區(qū)方 塊電阻或者110 Q/ 口的前表面發(fā)射區(qū)方塊電阻，電池后表面20Q/ 口的發(fā)射區(qū)方塊電阻。
所述步驟(6)通過兩次絲網(wǎng)印刷交叉排列的正負電極；或者利用其它方法制作太 陽電池的電極。 所述步驟(6)發(fā)射結(jié)結(jié)深大于0. 3iim，表面濃度大于10,toms/cm3，以防止旁路 電流的增加和結(jié)區(qū)的復合。。 所述步驟(6)在鏈式燒結(jié)爐中烘干的溫度為180-21(TC，燒結(jié)最高溫度為760°C ; 傳送硅片的網(wǎng)帶的前進速度為180mm/分鐘。 本發(fā)明在目前傳統(tǒng)硅太陽電池的工藝的基礎上，在p型硅片上通過激光打孔和發(fā) 射區(qū)磷擴散工藝把正面發(fā)射區(qū)引入背面局部發(fā)射區(qū)，將二者直接地連接在一起；激光打孔 和擴散阻擋層或發(fā)射區(qū)光刻決定了磷擴散位置，從而界定硅片背面p-n結(jié)；通過絲網(wǎng)印刷 間隔排列的正負電極及電極的燒結(jié)，將正負電極全部交叉排列在背面，實現(xiàn)太陽電池的完 全背接觸互連方式，制備出隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池。
與傳統(tǒng)太陽電池相比，太陽電池有如下優(yōu)點 (1)顯著地提高了光生電流密度。這是因為本發(fā)明電池的正面不做金屬電極，沒有 任何遮擋，增加了電池的受光面積，而將正面發(fā)射區(qū)與背面局部發(fā)射區(qū)連接在一起的激光 穿孔所形成的圓柱面(nr2X硅電池高度)進一步增大了電池的受光面積；同時，激光穿孔 提供的發(fā)射區(qū)電流低阻通路縮短了發(fā)射區(qū)與基區(qū)相互連接的距離，減少了連線電阻，增大 了集電極電流； (2) —定密度的通過重磷擴散的n型硅穿孔能夠同時從電池的正面n擴散區(qū)和背 面n擴散區(qū)收集電荷，使得電池具有很高的電荷收集率，能夠利用低品質(zhì)的硅材料制備隱 蔽型發(fā)射極硅太陽電池； (3)正電極和負電極均排列在電池背面，既簡化了光伏組件的封裝，可以采用全新 的組件封裝模式進行共面連接，優(yōu)化了電池制作工藝，縮短了封裝時電池相互之間的間隔， 提高了封裝密度，降低了封裝難度，更容易實現(xiàn)工業(yè)自動化生產(chǎn)； (4)電池背面采用定域合金制背場的方法，既產(chǎn)生了內(nèi)建電場，同時減少金屬電極與 半導體界面的接觸面積，使金屬電極與半導體界面的高復合速率區(qū)面積減少，降低了電池背面 的表面復合，有利于注入電子向背面n擴散區(qū)擴散，形成較大的集電結(jié)電流，提高電池功率；
(5)電池的正面平整勻稱、外型美觀，提高了電池的美學性能。
圖1為本發(fā)明的主要工藝流程圖。 標號說明1-激光打孔，2-清洗、輻射損失去除、絨面制備，3-擴散，4-掩蔽發(fā)射 區(qū)，5_發(fā)射區(qū)腐蝕、去周邊結(jié)，6-去除掩蔽，7_氧化及表面鈍化，8-絲網(wǎng)印刷電極，9-燒結(jié)。
以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明硅太陽電池制作工藝流程。
以下實施例陳述的工藝方式并不限制本發(fā)明的保護范圍。
具體實施例方式
1.在125mmX 125mm的p型硅片上激光打孔，孔密度為0. 5hole/mm2。
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2.硅片的清洗、拋光、去除輻射損傷及制絨。
用以下步驟清洗除去硅片上的雜質(zhì) 1)用去離子水將硅片表面清洗數(shù)遍，去除硅片表面的大的雜質(zhì)顆粒。 2)用洗滌劑超聲清洗數(shù)遍，然后用大量的冷熱去離子水沖洗數(shù)遍，將硅片表面的
油脂去掉。 3)用濃硫酸將硅片煮至冒白煙，去除硅片表面的污染物。 制絨腐蝕液腐蝕時間為30分鐘，制絨結(jié)束后，用大量的冷熱去離子水交替沖洗數(shù)
遍。取出硅片后，烘干，以備擴散用。 3.硅太陽電池背面P-N結(jié)的界定。 用以下方式中的一種實現(xiàn)EWT硅太陽電池背面p-n結(jié)的界定
(1)沉積SiNx膜作為擴散阻擋層。擴散之前，在電池的背面先沉積上一層SiNx膜 或者是Si02膜，接著在P型區(qū)域上絲網(wǎng)印刷一層抗腐蝕漿料，第三步利用等離子刻蝕或機 械刻蝕或激光刻槽去掉SiNx層，最后去除抗腐蝕漿料。 (2)絲網(wǎng)印刷擴散阻擋層。在擴散之前，直接在電池的背面P型區(qū)域絲網(wǎng)印刷上擴 散阻擋層。 (3)絲網(wǎng)印刷耐腐蝕漿料。待擴散以后，在硅片的前表面和后表面的N型區(qū)域絲網(wǎng) 印刷耐腐蝕漿料，最后用腐蝕液去除P型區(qū)域的n型層。 (4)激光刻槽法。通過絲網(wǎng)印刷Ag/Al槳料共燒的辦法補償電池背面的n型層，燒 結(jié)后，直接用激光開槽實現(xiàn)電池背面p-n結(jié)的界定。
4.擴散 以P0C13為磷源，并且用一小股N2氣攜帶其進入擴散爐中。磷源在850°C _90(TC
進行三步擴散制備pn結(jié)。 5.氧化及表面鈍化 擴散結(jié)束后，用去離子水沖洗數(shù)遍，用工業(yè)氮氣吹干后進行高溫氧化，在硅片表面
生長出一層Si(^薄膜。 6.絲網(wǎng)印刷電極及燒結(jié) 隱蔽性發(fā)射極穿孔硅太陽電池的正負電極交叉排列在硅片背面，絲網(wǎng)印刷定位精 度要求嚴格。本發(fā)明根據(jù)電池的結(jié)構(gòu)特征，采用印刷兩次金屬漿料的方法印刷電極。每次 印刷的漿料先被烘干，然后在紅外鏈式燒結(jié)爐中進行共燒，同時形成電極的歐姆接觸。為了 獲得好的填充因子，一般的結(jié)深要超過O. 3ym，表面濃度大于102°atomS/Cm3，以防止旁路電 流的增加和結(jié)區(qū)的復合。 鏈式燒結(jié)爐中的溫度高低及其分布、傳送硅片的網(wǎng)帶的前進速度如下
(1)鏈式燒結(jié)爐中的溫度分布 印刷完漿料后將硅片置于180°C _2101:鏈式燒結(jié)爐中進行烘干，燒結(jié)最高溫度為 760°C。 (2)傳送硅片的網(wǎng)帶的前進速度
網(wǎng)帶的前進速度為每分鐘約180mm。
權(quán)利要求
一種制備隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池的方法，包括以下步驟(1)在p型硅片上激光打孔；(2)清洗硅片去掉硅片表面的污染物，用腐蝕液去除激光打孔產(chǎn)生的輻射損失層，再進行表面織構(gòu)化；(3)用以下工藝中的一種或幾種界定硅片背面p-n結(jié)a.沉積SiNx膜作為擴散阻擋層，或b.絲網(wǎng)印刷擴散阻擋層，或c.絲網(wǎng)印刷耐腐蝕漿料，或d.激光刻槽法；(4)以POCl3為磷源在擴散爐內(nèi)進行擴散，獲得40-70Ω/□的發(fā)射區(qū)方塊電阻或者110Ω/□的前表面發(fā)射區(qū)方塊電阻，電池后表面20Ω/□的發(fā)射區(qū)方塊電阻；(5)擴散結(jié)束后對硅片表面進行鈍化，即在硅片表面生長SiO2或SiNx薄膜；(6)在硅片背面用金屬漿料通過絲網(wǎng)印刷間隔排列與p型電極區(qū)域連接的正電極和與n型電極區(qū)域連接的負電極后，烘干、燒結(jié)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備隱蔽型發(fā)射極穿孔硅太陽電池的方法，其特征是步驟 (1)在p型硅片上激光打孔密度為0. 5-lhole/mm2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的制備隱蔽型發(fā)射極穿孔硅太陽電池的方法，其特征是步驟 (4)采用磷源在850°C _9001:進行三步擴散制備pn結(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的制備隱蔽型發(fā)射極穿孔硅太陽電池的方法，其特征是步驟 (6)通過兩次絲網(wǎng)印刷交叉排列的正負電極；或者利用其它方法制作太陽電池的電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備隱蔽型發(fā)射極穿孔硅太陽電池的方法，其特征是步驟 (6)通過兩次絲網(wǎng)印刷交叉排列的正負電極；或者利用其它方法制作太陽電池的電極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的制備隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池的方法，其特征是步驟(6) 發(fā)射結(jié)結(jié)深大于0. 3 i！ m，表面濃度大于102°atomS/Cm3，以防止旁路電流的增加和結(jié)區(qū)的復合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池的方法，其特征是步驟(6)發(fā) 射結(jié)結(jié)深大于0. 3 i！ m，表面濃度大于102°atomS/Cm3，以防止旁路電流的增加和結(jié)區(qū)的復合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池的方法，其特征是步驟(6)發(fā) 射結(jié)結(jié)深大于O. 3ym，表面濃度大于102°atomS/Cm3，以防止旁路電流的增加和結(jié)區(qū)的復合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池的方法，其特征是步驟(6)發(fā) 射結(jié)結(jié)深大于O. 3ym，表面濃度大于1(Tatoms/cm3，以防止旁路電流的增加和結(jié)區(qū)的復合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的制備隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池的方法，其特征是步驟(6) 在鏈式燒結(jié)爐中烘干的溫度為180-21(TC，燒結(jié)最高溫度為76(TC ;傳送硅片的網(wǎng)帶的前進 速度為180mm/分鐘。
全文摘要
一種制備隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池的方法，本發(fā)明方法采用二次擴散工藝，包括1-激光打孔，2-清洗、輻射損失去除、絨面制備，3-擴散，4-掩蔽發(fā)射區(qū)，5-發(fā)射區(qū)腐蝕、去周邊結(jié)，6-去除掩蔽，7-氧化及表面鈍化，8-絲網(wǎng)印刷電極，9-燒結(jié)。本發(fā)明可以較好的制備出隱蔽型發(fā)射極硅太陽電池。
文檔編號H01L31/18GK101752460SQ20091021829
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者劉祖明, 廖華, 李景天, 楊培志, 涂潔磊, 申蘭先, 趙恒利, 馬遜, 龍維緒 申請人:云南師范大學