专利名称：一种太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种太阳能电池的制作方法，属于太阳能电池制造领域。
背景技术：
太阳能电池为一半导体组件，它能够将太阳光转为电能，因此太阳能电池的效率将与太阳能表面的吸光情形息息相关。在晶体硅太阳能电池的制作工艺中，常规的制作流程中得到的太阳能电池的受光面往往存在很多金属栅线，目的是用于收集电流和做组件的焊接点。一方面，金属栅线的存在阻挡了太阳光的吸收，降低了电池的转换效率，另一方面在组件生产过程中，因为正负极的焊盘是在电池片的两边，担心焊接过程中电池片的破裂，更大和更薄的电池片的使用受到了限制。US 7820475B2中公开了一种全背电极太阳能电池的制作方法，该专利文献中所公开的太阳能电池一方面由于所有金属栅线都在电池片的非受光面，可以充分吸收太阳光， 极大的提高了电池的转换效率，另一方面，由于正负极的焊接都在同一个平面，使组件的焊接变的更加方便，也利于更大和更薄电池片的使用，可进一步降低原料成本和提高组件输出功率。但是这种电池的PN结完全形成在电池的非受光面，在电池片的受光面形成的少数载流子的扩散长度必须能够大于电池片的厚度，少数载流子才能够到达空间电荷区并形成光生电流，因此对原始硅片的要求很高，一般要求使用少子寿命大于1毫秒的N型硅片， 原材料成本很高。CN 101710596A中公开了一种具有贯穿的小孔的太阳能电池，通过激光贯穿的小孔，用金属引线将太阳能电池正面的栅线连接至太阳能电池的背面形成电路，从而减少了对正面太阳光的阻挡。但是这种太阳能电池的正面仍然需要大量的栅线，这些栅线也会阻挡部分太阳光，转换效率上仍然不如全背电极太阳能电池。类似的，CN 101853899A中也公开了一种太阳能电池及其制作方法，其通过激光在扩散后的太能电池硅片上打出用于导电的通孔，但是最后仍然需要在太阳能电池正面印刷正面电极，因而也会阻挡部分太阳光，转换效率上也不如全背电极太阳能电池。上述现有技术中，通过在硅片上采用激光钻孔，可以部分克服正面电极阻挡太阳光过多的问题，从而对少数载流子的扩散长度没有很高的要求，也就是说对原材料硅片的质量可以放低，可以大幅度节省材料成本，且可以使用成本较为低廉的P型硅片。上述现有技术中，采用的是激光钻孔的方法，典型的156mm*156mm的太阳能电池片上，如果通孔密度在300/cm2，则需要在一个电池片上钻超过72000个通孔，目前的激光钻孔法大约达到1秒钻100个孔，孔的直径大约50微米，则每处理一片硅片需要12分钟，这是目前电池片大规模生产所不能忍受的，并且激光钻孔还容易造成硅片表面损伤，必须增加额外的损伤层去除步骤，对孔的大小的精度控制无法控制，限制了通孔的数量和增加了背面电极的短路的危险。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能电池的制作方法，以减少或避免前面所提到的问题。具体来说，本发明提出了一种太阳能电池的制作方法，其采用等离子刻蚀法在太阳能电池硅片上刻出大量通孔，速度快、效率高，而且在太阳能电池正面无需设置任何电极，拥有与全背电极太阳能电池近乎相同的优点，而对硅片的质量要求却低于全背电极太阳能电池。本发明提出了一种太阳能电池的制作方法，所述太阳能电池包括硅片，所述硅片具有正面和背面，所述正面为所述硅片正常使用时的受光面，所述背面为所述正面相对的一面，所述制作方法包括如下步骤A、对用于制作所述太阳能电池的硅片进行损伤层去除，并在所述硅片的背面形成氧化膜；B、采用等离子刻蚀法在所述硅片正面形成均勻分布的多个通孔，所述通孔的密度为100 500个/cm2,孔径为20-100微米；C、在所述硅片正面以及所述通孔中形成绒面；D、在所述硅片背面需要形成发射极电极的地方去除所述氧化膜，露出发射极电极区域，并去除所述发射极电极区域与所述通孔之间的所述氧化膜，并且在需要制作基极电极的地方保留所述氧化膜；E、在所述发射极区域以及所述通孔中扩散形成发射极；F、去除所述硅片背面保留的氧化膜，露出其下的基极电极区域；然后分别在所述发射极电极区域和基极电极区域位置形成金属电极。优选地，所述步骤E中进一步包括对所述硅片进行扩散之后去除形成于所述硅片表面的磷硅玻璃。优选地，其特征在于，所述步骤F中进一步包括去除所述硅片背面保留的氧化膜之后，在所述硅片正面形成厚度为500-1500 A的抗反射氮化膜。优选地，所述步骤F中进一步包括形成所述金属电极之后对所述硅片进行边缘绝缘刻蚀。优选地，所述步骤B中，所述等离子刻蚀法中的刻蚀气体为SF6、CHF3、Ar之一或其组合，刻蚀气体的压力为5-100毫托，刻蚀气体的流量为50-200流量标准升/分钟，源电极功率为100-1500W，偏置电极功率为1-10W。优选地，所述步骤D中，使用激光刻蚀法一步完成去除所述氧化膜。优选地，所述步骤D中，去除所述氧化膜的步骤包括对需要去除所述氧化膜的位置使用喷墨法涂覆光刻胶后，利用等离子刻蚀或湿法刻蚀的方法完成。优选地，所述步骤E中，采用POCL3扩散形成所述发射极，扩散后形成的所述发射极的方块电阻为30-200 Ω /每方块。优选地，所述步骤A中，采用等离子增强化学气相沉淀方法形成所述氧化膜。优选地，所述步骤F中，采用丝网印刷和烧结形成所述金属电极。本发明采用了等离子体刻蚀的方法来取代激光钻孔来进行通孔刻蚀，可以满足大规模生产的需求，同时降低对电池片的损失，提高孔的尺寸的精度控制，再结合其他的工艺最后形成发射极贯通太阳能电池的制作流程，和全背极太阳能电池相比，发射极贯通结构允许使用少子寿命规格较低，价格低廉的P型硅片，是非常有潜力的低成本和高转化率的电池结构。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的太阳能电池硅片在去除损伤层之后，在硅片背面形成氧化膜的横截面示意图；图2显示的是在图1所示硅片上形成通孔后的情形；图3显示的是在图2基础上形成绒面的情形；图4显示的是在图3基础上去除部分氧化膜后的情形；图5显示的是在图4基础上扩散形成发射极的情形；图6显示的是在图5基础上去除全部氧化膜后的情形；图7显示的是在图6基础上形成金属电极之后的情形。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
。其中，相同的部件采用相同的标号。根据本发明的一个具体实施例的一种太阳能电池的制作方法可以参照图1-7进行详细描述，如图所示，本发明的太阳能电池的制作方法中，所述太阳能电池包括硅片1，在本实施例中，所述硅片1为P型硅片，所述硅片1具有正面10和背面20，所述正面10为所述硅片1正常使用时的受光面，所述背面20为所述正面10相对的一面，本发明的太阳能电池可以依照如下步骤流程进行制作，所述太阳能电池的制作方法包括如下步骤步骤A 对用于制作所述太阳能电池的硅片1进行损伤层去除，并在所述硅片1的背面20形成氧化膜30，如图1所示，其显示的是太阳能电池硅片1在去除损伤层之后，在硅片1背面20形成氧化膜30的横截面示意图。损伤层去除可使用氢氟酸硝酸混合物来进行。氧化膜30可以使用等离子增强化学气相沉淀方法来形成，最后形成的氧化膜30的厚度为 200-3000 A。步骤B 采用等离子刻蚀法在所述硅片1正面形成均勻分布的多个通孔40，所述通孔40的密度为100 500个/cm2，孔径为20-100微米，如图2所示，也就是在图1所示硅片1的基础上从正面形成通孔40。本步骤的等离子刻蚀法可以具体为定义正面图形；使用喷墨法进行光刻胶掩膜层的涂覆，光刻胶的厚度Ium-IOum ；使用SF6、CHF3、Ar之一或其组合作为刻蚀气体，刻蚀气体的压力为5-100毫托，刻蚀气体的流量为50-200流量标准升/分钟，源电极功率为 100-1500W，偏置电极功率为1-10W ；最后去除正面光刻胶和刻蚀副产物。去除正面光刻胶和刻蚀副产物可使用硫酸双氧水混合物。步骤C 在所述硅片1正面形成绒面11，同时在所述通孔40中也形成了绒面11， 如图3所示，其中，形成绒面11可使用硫酸双氧水混合物。
步骤D 在所述硅片1背面20需要形成发射极电极的地方去除所述氧化膜30，露出发射极电极区域50，并去除所述发射极电极区域50与所述通孔40之间的所述氧化膜 30，并且在需要制作基极电极的地方保留所述氧化膜30 ；如图4所示，其显示的是在图3基础上去除部分氧化膜30后的情形。本步骤中，可以使用激光刻蚀法一步完成去除所述氧化膜30，或者也可以对需要去除所述氧化膜30的位置使用喷墨法涂覆光刻胶后，利用等离子刻蚀或湿法刻蚀的方法完成。其中湿法刻蚀可以使用氢氟酸，等离子刻蚀可以使用含碳氟的气体(如C5F8)和氧气的混合物作为刻蚀气体。步骤E 在所述发射极电极区域50以及所述通孔40中扩散形成发射极12，如图5 所示，其显示的是在图4基础上扩散形成发射极12的情形。本步骤中，可以采用POCLdf 散形成所述发射极12，扩散后形成的所述发射极12的方块电阻为30-200 Ω /每方块。另外，对所述硅片1进行扩散之后还可以进一步包含去除形成于所述硅片1表面的磷硅玻璃的步骤，磷硅玻璃的去除可以使用氢氟酸或者BOE(缓冲氧化膜刻蚀剂)。步骤F 去除所述硅片1背面20保留的氧化膜30，露出其下的基极电极区域60，如图6所示；然后分别在所述发射极电极区域50和基极电极区域60分别形成相应的金属电极51、61，如图7所示，其中，图7显示的是在图6基础上形成金属电极51、61之后的情形， 为表示清楚，图7中省略了图6中的部分附图标记，但是本领域技术人员可以根据图6加以参考。本步骤中，可以采用丝网印刷和烧结形成所述金属电极51、61。另外，在形成所述金属电极51、61之后，还可以进一步对所述硅片1进行边缘绝缘刻蚀。而且，在本步骤中，还可以进一步包括在所述硅片1的正面10形成厚度为 500-1500 A的抗反射氮化膜的步骤(图中未示出)，形成方式可以是等离子增强化学气相沉淀法。应当特别强调的是，本发明中，通过使太阳能电池上的小孔40本身扩散成为了发射极，使得小孔40可以连通正面的扩散区域，并且本发明还在太阳能电池背面的小孔40 周围也扩散出了可供连通发射极电极的区域50，使得本发明可以在背面的发射极电极区域 50设置金属电极51，从而使金属电极51可以通过小孔40扩散出的发射极连通太阳能电池的正面，无需如现有技术中那样在正面设置金属栅线，对太阳光的阻挡会小很多(由于小孔孔径很小，对阳光照射面积造成的损失几乎可以忽略不计)。另一方面，和全背电极太阳能电池相比，在电池片的受光面形成的少数载流子的扩散长度无需大于电池片的厚度，即本发明的发射极贯通结构允许使用少子寿命规格较低，价格低廉的P型硅片，是非常有潜力的低成本和高转化率的电池结构。虽然CN 101710596Α中同样公开了激光打孔之后扩散的步骤，但是，该现有技术中的小孔孔径要远大于本发明，而且小孔的密度也很小，仅仅只能作为穿过金属引线的路径使用。也就是说，即便该现有技术中的小孔在扩散之后也形成了与发射极类似的结构 (此处仅为假设，该现有技术中并无此种描述或者启示，申请人不认为该现有技术公开了这种技术方案)，但是，由于该现有技术并未在太阳能电池的背面设置发射极电极区域，也未将发射极电极区域与小孔连通，因此在实际使用过程中该现有技术中形成的小孔，并不能如本发明所描述的那样，自身成为发射极电路的一部分将正面与太阳能电池背面的金属电极连通起来，因此该现有技术中所形成的小孔仅仅是引线通道而已，其仍然需要在太阳能电池正面制作栅线以连通正面的发射极，与本发明所提供的小孔的结构(密度、孔径)以及作用(作为导电用的发射极)是完全不同的。总之，本发明中，受光面形成的少数载流子是通过小孔中形成的发射极直接导入背面的金属电极中，而上述现有技术中，受光面形成的少数载流子首先通过正面的栅线收集之后，经由小孔中形成的金属导线汇集到背面的栅线中，因而本发明中所形成的小孔与该现有技术中的小孔存在本质上的区别。同样，在CN 101853899A中，激光开孔是在扩散之后进行的，因而激光形成的通孔不可能如本发明所描述的那样通过扩散形成发射极，因此，该现有技术中所形成的小孔同样只能作为引线通道使用，与本发明所提供的小孔的结构以及作用也是完全不同的。本发明的另一个创新点就在于，采用了等离子体刻蚀的方法来取代激光钻孔来进行通孔刻蚀，可以满足大规模生产的需求，同时降低对电池片的损失，提高孔的尺寸的精度控制，再结合其他的工艺最后形成发射极贯通太阳能电池的制作流程，和全背极太阳能电池相比，发射极贯通结构允许使用少子寿命规格较低，价格低廉的P型硅片，是非常有潜力的低成本和高转化率的电池结构。虽然现有技术中也有通过等离子体刻蚀形成电路图案的技术方案，但是这些工艺都缺乏系统的优化处理，尤其是一些关键的技术参数都相当缺乏。而实际应用过程中，每一种不同的加工工艺步骤都是与具体参数密切相关的，例如，在本发明中，虽然有一些步骤与常规方式有些类似，但是由于加工工艺乃是存在一定的顺序的，每个步骤都会对其后的步骤产生影响，从而决定了后续步骤的参数。因此，在判断本发明与现有技术的区别以及创造性的时候，本领域技术人员应当明了，并非两个或者多个现有技术就可以毫无疑义的组合出本发明的各个步骤，从而能够获得同样的技术效果；相反，本领域技术人员更应该了解，为了获得特定的技术效果，本发明对各个步骤进行了精心的优化处理，从而依序获得了具备创造性的工艺流程，并且，本发明的工艺流程的次序安排与在前的参数选择存在必然的联系。例如，现有技术中就从未有人想到过通过等离子体刻蚀的方法在太阳能电池上形成密度为100 500个/cm2，孔径为20-100微米的通孔，以此构成贯通的发射极。在本发明中，刻蚀速度和刻蚀区域占总面积的百分比有关，假设通孔密度300/cm2，孔的直径为50 微米，刻开区域的比例大概占0. 5%，使用SF6作为主刻蚀气体，刻蚀速率可以达到3um/s， 则处理一片硅片需要1分钟，并且可以同时处理100-200片电池，完全满足电池片大规模生产的要求，另外等离子刻蚀法对电池片的损伤小并且孔的大小精度高，可以减少后续的去损伤层工序，还可降低后续金属电极工艺的要求。本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见， 本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合， 均应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述太阳能电池包括硅片，所述硅片具有正面和背面，所述正面为所述硅片正常使用时的受光面，所述背面为所述正面相对的一面， 所述制作方法包括如下步骤A、对用于制作所述太阳能电池的硅片进行损伤层去除，并在所述硅片的背面形成氧化膜；B、采用等离子刻蚀法在所述硅片正面形成均勻分布的多个通孔，所述通孔的密度为 100 500个/cm2，孔径为20-100微米；C、在所述硅片正面以及所述通孔中形成绒面；D、在所述硅片背面需要形成发射极电极的地方去除所述氧化膜，露出发射极电极区域，并去除所述发射极电极区域与所述通孔之间的所述氧化膜，并且在需要制作基极电极的地方保留所述氧化膜；E、在所述发射极区域以及所述通孔中扩散形成发射极；F、去除所述硅片背面保留的氧化膜，露出其下的基极电极区域；然后分别在所述发射极电极区域和基极电极区域位置形成金属电极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述步骤E中进一步包括对所述硅片进行扩散之后去除形成于所述硅片表面的磷硅玻璃。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述步骤F中进一步包括去除所述硅片背面保留的氧化膜之后，在所述硅片正面形成厚度为500-1500 A的抗反射氮化膜。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述步骤F中进一步包括形成所述金属电极之后对所述硅片进行边缘绝缘刻蚀。
5.根据权利要求1-4之一所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述步骤B中， 所述等离子刻蚀法中的刻蚀气体为SF6、CHF3、Ar之一或其组合，刻蚀气体的压力为5-100毫托，刻蚀气体的流量为50-200流量标准升/分钟，源电极功率为100-1500W，偏置电极功率为 I-IOff0
6.根据权利要求1-4之一所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述步骤D中， 使用激光刻蚀法一步完成去除所述氧化膜。
7.根据权利要求1-4之一所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述步骤D中， 去除所述氧化膜的步骤包括对需要去除所述氧化膜的位置使用喷墨法涂覆光刻胶后，利用等离子刻蚀或湿法刻蚀的方法完成。
8.根据权利要求1-4之一所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述步骤E中， 采用POCL3扩散形成所述发射极，扩散后形成的所述发射极的方块电阻为30-200 Ω /每方块。
9.根据权利要求1-4之一所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述步骤A中， 采用等离子增强化学气相沉淀方法形成所述氧化膜。
10.根据权利要求1-4之一所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述步骤F中， 采用丝网印刷和烧结形成所述金属电极。
全文摘要
一种太阳能电池的制作方法，其采用等离子刻蚀法在太阳能电池硅片正面形成均匀分布的多个通孔；然后在太阳能电池背面的发射极区域和通孔中扩散形成发射极；最后分别在背面的发射极电极区域和基极电极区域位置形成金属电极。本发明采用了等离子体刻蚀的方法来取代激光钻孔来进行通孔刻蚀，可以满足大规模生产的需求，同时降低对电池片的损失，提高孔的尺寸的精度控制，再结合其他的工艺最后形成发射极贯通太阳能电池的制作流程，和全背极太阳能电池相比，发射极贯通结构允许使用少子寿命规格较低，价格低廉的P型硅片，是非常有潜力的低成本和高转化率的电池结构。
文档编号H01L31/18GK102208492SQ20111013332
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者杨华 申请人:上海采日光伏技术有限公司