N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其工艺流程包括：N型单晶硅正面激光开槽，制绒并对其清洗，正面扩散形成PN结，去背结和硼硅玻璃，背面离子注入P并退火，双面镀膜，背面局部区域开膜和电极制作。该制备方法减少了遮光面积，增加了光生电流，能更好的收集硅片产生的电流，同时在金属与硅片之间形成良好的欧姆接触；制备步骤简单，设备投入少，与传统生产线的兼容性高；克服传统刻槽埋栅电池电极结合力、导电性能差等缺点。
【专利说明】N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池制造领域，具体是一种N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法。
【背景技术】
[0002]在煤炭石化燃料使用日趋广泛，环境污染日益严重的背景下，利用太阳能这一清洁可再生能源发电，受到世界各国的青睐，刻槽埋栅电池具有金属栅线遮光面积小，接触电阻损失小，较高电流收集效率等优点，在未来光伏的技术应用中具有一定的优势地位。
[0003]目如N型晶体娃做衬底,具有较闻的少子寿命,可以减少光载流子在太阳电池表面和体内复合等优点，一直视为制作高效电池片的首要选择。本发明不同于传统刻槽埋栅电池电极的制作方法，通过喷墨打印一层镍作为种子层后，再电镀铜形成导电层的方式，并利用N型晶体硅做衬底，融合了背面点接触以及刻槽埋栅等技术元素制作出高效电池，解决现有技术空白。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种融合了背面点接触和喷墨打印、电镀以及刻槽埋栅等技术元素的N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，利用N型晶体硅做衬底并融合了背面点接触以及刻槽埋栅等技术元素制作出高效电池，解决现有技术空白。
[0005]技术方案:本发明所述的一种N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，具体步骤包括:
(a):N型单晶硅正面激光开槽
选择电阻率为0.3 Ω cnTlO Ω cm的N型硅片，在激光的脉冲能量为0.05uj~0.8uJ，频率为50KHz~5000KHz的条件下，采用ns激光器在在衬底一侧开槽，槽宽为5unT50um，深为5um~IOOum,开槽间距为0.5mm ;
(b):制绒并对其清洗
将浓度为0.5%~2%的氢氧化钠溶液在75V~80°C时对N型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为10%~12%的盐酸和浓度为89TlO%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
(c):正面扩散形成PN结
在温度为600-1000°C的扩散炉中，采用BBr3进行硼扩散，使N型晶体硅的扩散面方阻为20-90 ohm/sq，形成PN结；或者先在N型晶体的刻槽面注入硼源，在离子束能量为15keV、离子注入量为1X15 cm^ 9X15 cm_2，再在温度为600-1000°C的退火炉中退火，退火后的N型晶体娃方阻为20-90 ohm/sq,形成PN结；
(d):去背结和硼娃玻璃
在刻蚀设备中，在室温条件下，将浓度为8%~10%的氢氟酸和浓度为35%~40%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘，然后再用浓度为7%~12%的氢氟酸和浓度为35%~40%的硝酸混合后去除表面的硼硅玻璃，再烘干；
(e):背面离子注入磷并退火
在N型硅衬底的背面离子注入磷并进行退火处理，退火温度为600°C -1000°C，形成N+层，退火后的方阻范围为20_100ohm/sq ；
(f)双面镀膜
在衬底的正面采用等离子化学气相沉积的方法制备50nnT100nm的减反射膜，背面镀50nnT100nm的减反射膜；或在衬底的正面用原子沉积的方式沉积氧化铝，然后在氧化铝的表面沉积氮化硅得到厚度为50nnT100nm减反射膜,背面镀50nnT100nm减反射膜；
(g)背面局部区域开膜
N型硅衬底的背面采用激光的方法开膜，开膜的图形是孔径为50unT400um的圆，或者是宽度为5(T200um的线，开膜率为50%~90% ;或者在N型硅衬底的背面采用印刷Merk BES浆料，从而去除氮化硅膜或氧化硅膜的方法开膜，开膜的图形是孔径为50unT400um的圆，或者是宽度为5(T200um的线，开膜率为50%~90% ；
(h)电极制作
采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印厚度为5-100um，宽度为5-60um的镍层形成正极，采用丝网印刷的方法在电池的背面印刷银铝浆而形成局部点接触式的负极，并在400°C~800°C的温度下在烧结炉中进行共烧，烧结后的电池片通过电镀的方式在镍层上镀一层起导电作用的铜层，或者在镍层上喷印一层起导电作用的铜层，铜层的厚度为5 um~30um,宽度为5 um~90um。
[0006]步骤c中所述的扩散面和刻槽面位于同一侧。
[0007]步骤f中衬底正面的减反射膜为氧化硅和氮化硅复合膜或氧化铝和氮化硅复合膜，衬底反面的减反射膜为氮化硅膜或氧化硅膜，所述的氧化硅氮化硅复合膜是在氧化硅膜的基础上生长一层氮化硅膜，所述的氧化铝氮化硅复合膜是在氧化铝膜的基础上生长一层氮化娃膜。
[0008]步骤h中喷墨打印的图案的宽度与刻槽宽度一致，喷墨打印的图案的高度大于或等于所刻槽的深度。
[0009]有益效果:与现有技术相比，本发明所述的N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法具有以下优点:
1、减少了遮光面积，增加了光生电流，能更好的收集硅片产生的电流，同时在金属与硅片之间形成良好的欧姆接触；
2、制备步骤简单，设备投入少，与传统生产线的兼容性高；
3、克服传统刻槽埋栅电池电极结合力、导电性能差等缺点。
【具体实施方式】
[0010] 本发明提出的一种N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其工艺流程的步骤包括:N型单晶硅正面激光开槽、制绒并对其清洗、正面扩散形成PN结、去背结和硼硅玻璃、背面离子注入P并退火、双面镀膜、背面局部区域开膜和电极制作。
[0011]实施例1选择电阻率为0.3 Ω cm的N型硅片，在激光的脉冲能量为0.05uJ，频率为50KHzHz的条件下，采用ns激光器在在衬底一侧按照正电极图形开槽，槽宽为5um，深为5um，开槽间距为 0.5mm ；
将浓度为0.5%的氢氧化钠溶液在75°C时对N型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为10%的盐酸和浓度为8%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
在温度为600°C的扩散炉中，采用BBr3进行硼扩散，使N型晶体硅的扩散面方阻为20ohm/sq,形成 PN 结；
在刻蚀设备中，在室温条件下，将浓度为8%的氢氟酸和浓度为35%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘，然后再用浓度为7%的氢氟酸和浓度为35%的硝酸混合后去除表面的硼硅玻璃，再烘干；
然后在N型硅衬底的背面离子注入磷并进行退火处理，退火温度为600°C，形成N+层，退火后的方阻范围为20ohm/sq ；
在衬底的正面采用等离子化学气相沉积的方法制备50nm氧化硅氮化硅复合膜，背面镀50nm的氮化硅膜；
N型硅衬底的背面采用激光的方法开膜，开膜的图形是孔径为50um的圆，开孔率为
50% ；
采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印厚度为5um，宽度为5um的镍层形成正极，所述的镍层与刻槽图案相匹配，采用丝网印刷的方法在电池的背面印刷银铝浆而形成局部点接触式的负极，并在400 V的温度下在烧结炉中进行共烧，烧结后的电池片通过电镀的方式在镍层上镀一层起导电作用的铜层，铜层的厚度为5 um，宽度为5 um。
[0012] 实施例2
选择电阻率为0.4Ω cm的N型硅片，在激光的脉冲能量为0.luj，频率为IOOKHz的条件下，采用ns激光器在在衬底一侧按照正电极图形开槽，槽宽为lOum，深为15um，开槽间距为 0.56mm ;
用浓度为0.51%的氢氧化钠溶液在76°C时对N型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为10.1%的盐酸和浓度为8.2%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
在温度为700°C的扩散炉中，采用BBr3进行硼扩散，使N型晶体硅的扩散面方阻为25ohm/sq,形成 PN 结；
在刻蚀设备中，在室温条件下，将浓度为8.5%的氢氟酸和浓度为35.5%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘，然后再用浓度为7.5%的氢氟酸和浓度为36%的硝酸混合后去除表面的硼硅玻璃，再烘干；
然后在N型硅衬底的背面离子注入磷并进行退火处理，退火温度为700°C，形成N+层，退火后的方阻范围为30ohm/sq ；
在衬底的正面采用等离子化学气相沉积的方法制备60nm氧化铝氮化硅复合膜，背面镀80nm的氧化硅膜；
N型硅衬底的背面采用激光的方法开膜，开膜的图形是宽度为50um的线，开孔率为
72% ； 采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印厚度为16um，宽度为IOum的镍层形成正极，所述的镍层与刻槽图案相匹配，采用丝网印刷的方法在电池的背面印刷银铝浆而形成局部点接触式的负极，并在450°C的温度下在烧结炉中进行共烧，烧结后的电池片通过电镀的方式在镍层上镀一层起导电作用的铜层，铜层的厚度为16um，宽度为lOum。
[0013]实施例3
选择电阻率为0.5Ω cm的N型硅片，在激光的脉冲能量为0.2uJ，频率为200KHz的条件下，采用ns激光器在在衬底一侧按照正电极图形开槽，槽宽为20um，深为30um，开槽间距为 0.9mm ;
用浓度为0.53%的氢氧化钠溶液在77°C时对N型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将10.1%的盐酸和8.6%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
在N型晶体的刻槽面注入硼源，在离子束能量为15keV、离子注入量为1X15 cm—2，再在温度为600°C的退火炉中退火，退火后的N型晶体硅方阻为20 ohm/sq，形成PN结；
在刻蚀设备中，在室温条件下，将浓度为8.5%的氢氟酸和浓度为38%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘，然后再用浓度为7.6%的氢氟酸和浓度为35.6%的硝酸混合后去除表面的硼硅玻璃，再烘干；
然后在N型硅衬底的背面离子注入磷并进行退火处理，退火温度为650°C，形成N+层，退火后的方阻范围为26ohm/sq ；
在衬底的正面用原子沉积的方式沉积氧化铝，然后在氧化铝的表面沉积氮化硅得到厚度为90nm的氧化铝氮化硅复合膜,背面镀80nm氮化硅膜；
在N型硅衬底的背面采用印刷Merk BES浆料，从而去除氮化硅膜的方法开膜，开膜的图形是孔径为50um的圆，开膜率为72% ；
采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印厚度为35um，宽度为20um的镍层形成正极，所述的镍层与刻槽图案相匹配，采用丝网印刷的方法在电池的背面印刷银铝浆而形成局部点接触式的负极，并在420°C的温度下在烧结炉中进行共烧，烧结后的电池片通过电镀的方式在镍层上镀一层起导电作用的铜层，铜层的厚度为12um，宽度为20um。
[0014]实施例4
选择电阻率为0.8Ω cm的N型硅片，在激光的脉冲能量为0.2uJ，频率为400KHz的条件下，采用ns激光器在在衬底一侧按照正电极图形开槽，槽宽为25um，深为35um，开槽间距为 0.9mm ;
用浓度为0.56%的氢氧化钠溶液在79°C时对N型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为10.6%的盐酸和浓度为8.6%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
先在N型晶体的刻槽面注入硼源，在离子束能量为15keV、离子注入量为9X15 cm—2，再在温度为750°C的退火炉中退火，退火后的N型晶体硅方阻为40 ohm/sq，形成PN结；
在刻蚀设备中，在室温条件下，将浓度为9.2%的氢氟酸和浓度为39%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘，然后再用浓度为9.6%的氢氟酸和浓度为39%的硝酸混合后去除表面的硼硅玻璃，再烘干；
然后在N型硅衬底的背面离子注入磷并进行退火处理，退火温度为860°C，形成N+层，退火后的方阻范围为86ohm/sq ；
在衬底的正面用原子沉积的方式沉积氧化硅，然后在氧化硅的表面沉积氮化硅得到厚度为95nm氧化硅氮化硅复合膜，背面镀SOnm氧化硅膜；
在N型硅衬底的背面采用印刷Merk BES浆料，从而去除氧化硅膜的方法开膜，开膜的图形是宽度为200um的线，开膜率为79% ；
采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印厚度为38um，宽度为25um的镍层形成正极，所述的镍层与刻槽图案相匹配，采用丝网印刷的方法在电池的背面印刷铝银浆而形成局部点接触式的负极，并在780°C的温度下在烧结炉中进行共烧，烧结后的电池片通过电镀的方式在镍层上镀一层起 导电作用的铜层，铜层的厚度为29um，宽度为25um。
[0015]实施例5
选择电阻率为1.8 Ω cm的N型硅片，在激光的脉冲能量为0.7uJ，频率为4000KHz的条件下，采用ns激光器在在衬底一侧按照正电极图形开槽，槽宽为40um，深为90um，开槽间距为1.4mm ；
用浓度为0.59%的氢氧化钠溶液在79°C时对N型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为11.9%的盐酸和浓度为9.6%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
在温度为900°C的扩散炉中，采用BBr3进行硼扩散，使N型晶体硅的扩散面方阻为80ohm/sq,形成 PN 结；
在刻蚀设备中，在室温条件下，将浓度为9.8%的氢氟酸和浓度为39.5%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘，然后再用浓度为11%的氢氟酸和浓度为39%的硝酸混合后去除表面的硼硅玻璃，再烘干；
然后在N型硅衬底的背面离子注入硼并进行退火处理，退火温度为900°C，形成矿层，退火后的方阻范围为90ohm/sq ；
在衬底的正面采用等离子化学气相沉积的方法制备90nm氧化铝氮化硅复合膜，背面镀80nm的氧化硅膜；
N型硅衬底的背面采用激光的方法开膜，开膜的图形是宽度为200um的线，开孔率为
79% ；
采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印厚度为90um，宽度为40um的镍层形成正极，所述的镍层与刻槽图案相匹配，采用丝网印刷的方法在电池的背面印刷银铝浆而形成局部点接触式的负极，并在790°C的温度下在烧结炉中进行共烧，烧结后的电池片通过电镀的方式在镍层上喷印一层起导电作用的铜层，铜层的厚度为29um，宽度为40um。
[0016]实施例6
选择电阻率为?ο Ω Cm的N型硅片，在激光的脉冲能量为0.8uJ，频率为5000KHZ的条件下，采用ns激光器在在衬底一侧按照正电极图形开槽，槽宽为50um，深为lOOum，开槽间距为1.5mm ；
用浓度为2%的氢氧化钠溶液在80 V时对N型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为12%的盐酸和浓度为10%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质；
在温度为1000°C的扩散炉中，采用BBr3进行硼扩散，使N型晶体硅的扩散面方阻为90ohm/sq,形成 PN 结；
在刻蚀设备中，在室温条件下，将浓度为10%的氢氟酸和浓度为40%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘，然后再用浓度为12%的氢氟酸和浓度为40%的硝酸混合后去除表面的硼硅玻璃，再烘干；
然后在N型硅衬底的背面离子注入硼并进行退火处理，退火温度为1000°C，形成N+层，退火后的方阻范围为100ohm/sq ；
在衬底的正面采用等离子化学气相沉积的方法制备IOOnm氧化铝氮化硅复合膜，背面镀80nm的氧化硅膜；
N型硅衬底的背面采用激光的方法开膜，开膜的图形是孔径为200um的圆，开孔率为
80% ；
采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印厚度为lOOum，宽度为50um的镍层形成正极，所述的镍层与刻槽图案相匹配，采用丝网印刷的方法在电池的背面印刷银铝浆而形成局部点接触式的负极，并在800°C的温度下在烧结炉中进行共烧，烧结后的电池片通过电镀的方式在镍层上镀一层起导电作用的铜层，铜层的厚度为30um，宽度为90um。
[0017]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该【技术领域】的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于:其工艺流程包括:N型单晶硅正面激光开槽-制绒并对其清洗-正面扩散形成PN结-去背结和硼硅玻璃-背面离子注入P并退火-双面镀膜-背面局部区域开膜-电极制作。
2.根据权利要求1所述的一种N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于:具体步骤包括: (a):N型单晶硅正面激光开槽 选择电阻率为0.3 Ω cnTlO Ω cm的N型硅片，在激光的脉冲能量为0.05ιι-0.8uJ，频率为50KHz~5000KHz的条件下，采用ns激光器在在衬底一侧开槽，槽宽为5unT50um，深为5um~100um,开槽间距为0.5mm ; (b):制绒并对其清洗 将浓度为0.5%~2%的氢氧化钠溶液在75°C~80°C时对N型单晶硅表面进行化学腐蚀，制备出三角形的陷光结构绒面，然后将浓度为10%~12%的盐酸和浓度为89TlO%氢氟酸混合后对绒面进行清洗，除去表面杂质； (c):正面扩散形成PN结 在温度为600-1000°C的扩散炉中，采用BBr3进行硼扩散，使N型晶体硅的扩散面方阻为20-90 ohm/sq，形成PN结；或者先在N型晶体的刻槽面注入硼源，在离子束能量为15keV、离子注入量为1X15 cm-2~9X15 cm_2，再在温度为600-1000°C的退火炉中退火，退火后的N型晶体娃方阻为20-90 ohm/sq,形成PN结； (d):去背结和硼娃玻璃 在刻蚀设备中，在室温条件下，将浓度为8%~10%的氢氟酸和浓度为35%~40%的硝酸混合后，刻蚀硅片的背表面和边缘，然后再用浓度为7%~12%的氢氟酸和浓度为35%~40%的硝酸混合后去除表面的硼硅玻璃，再烘干； (e):背面离子注入磷并退火 在N型硅衬底的背面离子注入磷并进行退火处理，退火温度为600°C -1000°C，形成N+层，退火后的方阻范围为20_100ohm/sq ； (f)双面镀膜 在衬底的正面采用等离子化学气相沉积的方法制备50nnT100nm的减反射膜，背面镀50nnT100nm的减反射膜；或在衬底的正面用原子沉积的方式沉积氧化铝，然后在氧化铝的表面沉积氮化硅得到厚度为50nnT100nm减反射膜,背面镀50nnT100nm减反射膜； (g)背面局部区域开膜 N型硅衬底的背面采用激光的方法开膜，开膜的图形是孔径为50unT400um的圆，或者是宽度为5(T200um的线，开膜率为50%~90% ;或者在N型硅衬底的背面采用印刷Merk BES浆料，从而去除氮化硅膜或氧化硅膜的方法开膜，开膜的图形是孔径为50unT400um的圆，或者是宽度为5(T200um的线，开膜率为50%~90% ； (h)电极制作 采用喷墨打印技术在电池的正面开槽处喷印厚度为5-100um，宽度为5-60um的镍层形成正极，采用丝网印刷的方法在电池的背面印刷银铝浆而形成局部点接触式的负极，并在400°C~800°C的温度下在烧结炉中进行共烧，烧结后的电池片通过电镀的方式在镍层上镀一层起导电作用的铜层，或者在镍层上喷印一层起导电作用的铜层，铜层的厚度为5 um~30um,宽度为5 um~90um。
3.根据权利要求2所述的N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于:步骤c中所述的扩散面和刻槽面位于同一侧。
4.根据权利要求2所述的N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于:步骤f中衬底正面的减反射膜为氧化硅和氮化硅复合膜或氧化铝和氮化硅复合膜，衬底反面的减反射膜为氮化硅膜或氧化硅膜。
5.根据权利要求4所述的N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于:所述的氧化硅氮化硅复合膜是在氧化硅膜的基础上生长一层氮化硅膜，所述的氧化铝氮化硅复合膜是在氧化铝膜的基础上生长一层氮化硅膜。
6.根据权利要求2所述的N型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法，其特征在于:步骤h中喷墨打印的图案的 宽度与刻槽宽度一致，喷墨打印的图案的高度大于或等于所刻槽的深度。
【文档编号】H01L31/18GK104009120SQ201410218129
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】孙海平, 高艳涛, 邢国强 申请人:奥特斯维能源（太仓）有限公司