用于制造背面钝化太阳能电池的组合物和方法与流程

用于制造背面钝化太阳能电池的组合物和方法相关申请的交叉引用本申请要求2012年11月14日提交的美国临时专利申请No.61/726,223和2013年3月14日提交的美国临时专利申请No.61/782,462的权益。这些申请中每一者的公开都在此以引用的方式完整地并入本文中。技术领域本发明涉及太阳能电池制造，且尤其是使用湿式蚀刻工艺制造背面钝化太阳能电池的组合物和方法。发明背景用于接触背面钝化太阳能电池的常规方法是使用硅片的激光烧蚀。在此类方法中，大功率激光器在电池的背表面上点火，此将所沉积的钝化层热烧蚀。此工艺具有若干缺点。首先，激光烧蚀对表面下面的硅的破坏降低了电池效率。其次，因为激光必须扫视整个表面区域，所以此工艺可能耗费时间。激光烧蚀无法在背表面上产生复杂的形状和高分辨率的细节。此外，此方法不能控制进入太阳能电池的深度。这是重要的，因为电池的最终效率可能依赖于切开表面的深度，且当激光烧蚀更多材料时，此一般对衬底产生更大的热损伤和对应更低的效率。因此本领域中需要改良的制造背面钝化太阳能电池的方法，其克服了常规方法的问题，例如激光烧蚀。发明概要描述了用于制造背面钝化硅太阳能电池的组合物和方法。描述了一种新颖的将背表面切开以使硅与常规铝粉浆接触的方法。描述了多种新颖的可丝网印刷的抗蚀剂。首先，可以将此类抗蚀剂印刷在背面钝化太阳能电池晶片的背面上。接着可以使用湿式蚀刻来去除钝化层，并接着可以去除抗蚀剂层。此外，其它湿式蚀刻步骤可以任选地用于将开口深化至硅中并增强BSF(背面场)。接着可以将铝粉浆印刷在目前蚀刻的电池的整个背部上。接着将整个电池烧制。在本发明的示例性实施方案中，可以选择不会烧穿钝化层的粉浆。附图说明图1描绘根据本发明的示例性实施方案的示例性背面钝化硅太阳能电池制造方法；图2展示在钝化太阳能电池上烧制的相同铝粉浆的两种SEM(扫描电子显微镜)影像，左侧使用常规方法，右侧根据本发明的示例性实施方案的方法；图2A和2B分别为图2的两个图的放大版本；以及图3描绘用于印刷根据本发明的示例性实施方案的抗蚀剂的示例性测试丝网图案。发明详述描述了制造背面钝化硅太阳能电池的方法。尤其是使用创新的抗蚀剂和湿式蚀刻制造背部钝化太阳能电池以连接电接触的组合物和方法。如上所述，具有背面钝化的常规硅太阳能电池优于未钝化的晶片，但是必须穿过非传导性钝化层与硅片背部进行电接触。下文中，描述了一种新颖的制备太阳能电池的背表面以使硅与常规铝粉浆接触的方法。在本发明的示例性实施方案中，首先，可以将可丝网印刷的抗蚀剂图案印刷在钝化晶片的背面上，如例如图1中所示。接着可以使用湿式蚀刻来去除钝化层且因此图案化，并接着可以去除抗蚀剂层。此外，其它湿式蚀刻步骤可以任选地用于将孔口深化至硅中且增强BSF(背面场)。最后，接着可以将铝粉浆印刷在整个背部上且烧制。在本发明的示例性实施方案中，可以选择不会烧穿钝化层的粉浆。湿式蚀刻技术比激光工艺高效，因为此类激光烧蚀工艺会引起破坏，如上所述。然而，在此以前，未曾研发出可以容许湿式化学蚀刻并入高通量背景中的解决方案。在本发明的示例性实施方案中，解决了与激光烧蚀有关的各个问题。此类示例性方法被简化，其中小的细节可以容易地使用高分辨率的可印刷抗蚀剂进行丝网印刷，且其中所述化学蚀刻不会破坏晶片。此外，本发明者已经观测到与激光烧制的接触相比，由所提出的方法产生的背面场(“BSF”)更厚且与周围更好地保持一致。其已经进一步观测到在湿式蚀刻样品上形成BSF大于激光烧制的孔口(示例性比较影像参见图2)。注意到，BSF是当铝粉浆和硅熔融时产生且随后在烧制期间固化的退化铝掺杂硅区域。此层使电接触附近的电场增强，并增加流向接触的载流子数量。如果在钝化层附近的BSF中存在任何破裂，那么当表面附近的带相反电荷的载流子与多数载流子重组时此可以引起分流。因此优良的BSF厚度和形状对高效率来说是至关紧要的，且当使用根据本发明的方法时，和常规方法对比，这些特征得到改良。根据本发明的示例性实施方案提供的商业优点是通量较高，而所需要的装备一般已经针对使用印刷/蚀刻/清洗方法的工厂而建立。因此，在本发明的示例性实施方案中，背部介电钝化层或堆叠可以例如通过使用可丝网印刷的抗蚀剂，接着湿式蚀刻工艺来切开。所述可丝网印刷的抗蚀剂可以包含本文中描述的新颖组合物之一，因此促进了在通量更大和分辨率大得多下湿式蚀刻工艺的使用。如所述，在过去，提供抗蚀剂并使用光刻法(即使用紫外光使抗蚀剂图案化，以选择性地使抗蚀剂显影，然后将显影的抗蚀剂洗去)或通过使用等离子体蚀刻将抗蚀剂图案化是耗费时间的。然而，由申请人/受让人SunChemicalofParsippany(NewJersey,USA)提供的最新一代抗蚀剂可以(i)在极高分辩率下丝网印刷，(ii)迅速固化，以及(ii)用作抗蚀剂以将图案蚀刻至钝化发射极背面接触(PERC)太阳能电池的太阳能电池背部中，以便(iv)接着可以将铝粉浆在钝化层顶部上烧制。此类由SunChemical提供的新颖抗蚀剂粉浆的实例为CXT-0597；XZ77；和ESTA-1150。示例性调配物描述于下表1中。此类抗蚀剂能够充分粘附衬底，从而保护印刷区域免受湿式化学蚀刻浴。此工艺可以例如仅仅去除钝化层，或例如还可以用于蚀刻硅背表面中的控制沟槽。接着可以使用剥离浴去除抗蚀剂,剥离浴将在不影响晶片暴露区域下迅速去除抗蚀剂。接着，需要时，可以使用不破坏钝化层的标准湿式蚀刻处方将另一沟槽湿式蚀刻至装置中。此类湿式蚀刻溶液的实例包括例如KOH或TMAH水溶液。在本发明的示例性实施方案中，可以使用具有极高分辩率的细线印刷能力的可丝网印刷的抗蚀剂。此技术提供了若干优点。首先，组合物可以被设计成具有容许使用丝网印刷工艺将高精度特征图案化至钝化层中的流变特征。其次，调配物优选地可以很好地粘附至钝化层，从而(i)将蚀刻剂的底切减至最少且(ii)提高对蚀刻剂的抗性。在本发明的示例性实施方案中，高精度可印刷性与蚀刻剂抗性的组合容许高精度图案化，这是PERC工艺的一个关键特征。抗蚀剂的组分可以优选地具有高水平的对蚀刻剂的抗性，使得印刷晶片可以经得起足够的暴露时间而无降解。因此，在蚀刻步骤期间钝化层的印刷保护区完整无损，然而，抗蚀剂组合物可以例如优选地仍在去除步骤期间快速地降解，以维护所述工艺的高通量方面。容易去除性是可印刷的抗蚀剂的重要特征。在本发明的示例性实施方案中，在抗蚀剂剥离步骤期间印刷的抗蚀剂可以优选地完全去除，使得在去除步骤后没有抗蚀剂残余物留下。在本发明的示例性实施方案中，抗蚀剂可以由以下组分中任一者或以下组分的各种组合构成：苯酚-甲醛树脂，例如酚醛清漆树脂或甲阶酚醛树脂；乙烯基聚合物或共聚物；乙酸乙烯酯聚合物或共聚物；松香树脂或改性松香树脂，例如顺丁烯二酸、反丁烯二酸、苯酚或以其它方式改性的松香或松香酯；松香聚酯；脂松香或脂松香的改性酯；虫胶；三聚氰胺或改性三聚氰胺树脂；环化橡胶；或硬沥青或硬沥青树脂。在一个实例中，酚醛清漆树脂可以在5％至50％范围内，但优选地在15％-25％wt/wt范围内(注意到除非另作说明，否则本文中描述的所有百分比都以重量计)。还包括乙烯基共聚物，例如2-丁烯酸、乙酸乙烯酯共聚物，在1％至40％范围内，但优选地在5％-15％范围内。在另一个实例中，系统可以包含虫胶、反丁烯二酸或顺丁烯二酸改性树脂、酚醛树脂和三聚氰胺树脂。虫胶可以在0.1％至30％范围内，且优选地在1％-10％范围内。顺丁烯二...