一种高效PERC晶体硅太阳能电池的制备方法及工艺与流程

本发明涉及一种太阳能电池制造工艺，具体地说是一种高效PERC晶体硅太阳能电池的制备工艺及方法。

背景技术：

随着晶体硅太阳电池技术的不断提高，传统结构的单晶硅太阳电池的量产转换效率已达19.2％，多晶硅太阳电池量产转换效率已达17.8％。传统结构电池效率已没有太大的提升空间，电池效率的提升必须依靠新型结构的晶体硅太阳电池发展。在目前已有的硅基体高效电池技术中，由于钝化发射极及背表面电池(PERC电池)将提升电池效率的工艺移至电池背面，因此其与其他的高效电池技术及新的提高电池效率的制造工艺有非常好的兼容性。PERC电池可与其他高效技术同时整合在硅太阳电池中。因此，如何进一步提高PERC电池的转换效率，降低生产成本，早日实现该技术的工业化推广成为目前的研究趋势。

目前业界较为通用的背面钝化方式为SiO₂或Al₂O₃与SiNx的叠层结构。相关研究表明，对比两种背钝化叠层结构，Al₂O₃背钝化电池平均转换效率要高出SiO₂背钝化电池0.3％左右，因此现主要采用的背钝化方式Al₂O₃与SiNx的叠层结构。常规的Al₂O₃PERC电池的生产工艺为制绒→扩散→刻蚀→镀Al₂O₃→镀背面SiNx→镀正面SiNx→激光开槽或开孔→丝网印刷→烧结→测试。

为了降低生产过程中的成本，相关研究主要从合理化生产工序的角度出发如：硅片背面先进行导电材料的印刷，然后再对背面进行镀膜钝化；背部印刷背电极主栅烧穿钝化层，从而与栅线状铝背场接触，上述两种方式都以省去激光或是化学开槽的步骤和设备投资，从而达到降低成本的目的。但就效率而言还不能达到采用激光开槽方式实现浆料与硅片欧姆接触的水平。从提高PERC电池转换效率的角度出发，研究人员提出在硅片层和钝化层之间设有锗硅合金层，拓宽局部背钝化电池的光吸收波长范围，进一步提高局部背钝化电池的转换效率，但这也增加了工艺的复杂和生产的成本。因此如何在生产成本和转换效率间取得平衡仍然是目前面临的难题。

在现有的生产工艺工序上做相关的技术改动，可以更好的把握这个平衡点。PERC电池主要采用ALD法背面制备三氧化二铝薄膜的方式，这就要求背表面具有良好的平整性，目前的研究主要集中在对背面进行抛光处理，这样不但解决了背面镀膜的平整性问题，而且可以进一步提高背面的钝化，提高PERC电池的效率。但由于扩散后边缘及背部边缘PN的存在，还存在刻蚀后镀膜均匀性的问题，若不采用刻蚀的方法去除边缘及背面的PN结，会造成漏电影响电池的效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够转换效率高，镀膜均匀性好，外形美观且不会漏电的高效PERC晶体硅太阳能电池的制备方法及工艺。

为了解决上述技术问题，本发明的高效PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，依次包括制绒、扩散、刻蚀，镀Al₂O₃、镀背面SiNx、镀正面SiNx、丝网印刷、烧结步骤，其特征在于：所述制绒和扩散之间还进行酸抛光或碱抛光，所述扩散包括双面扩散和单面扩散，所述镀背面SiNx和镀正面SiNx之间进行激光开槽或开孔。

所述烧结步骤之后进行测试。

一种高效PERC晶体硅太阳能电池的制备工艺，包括以下步骤：

A、制绒：取800pcs多晶硅片，采用配液制备去重为0.3-0.8g的绒面；

B、抛光：通过富硝酸体系进行酸抛光使背表面反射率达到27-35％或PE掩膜后进行碱抛光使背表面反射率达到30-40％，过HF槽去除掩膜；

C、扩散：扩散时各取400pcs分别进行单面扩散和双面扩散，以POCl₃为磷源，采用两步扩散的方式，沉积和推进时间分别为16-18min和12-14min，扩散温度为810-850℃；

D、刻蚀：经过配液体积比为HNO₃：HF＝10:1的刻蚀槽去除边缘与背面的PN结；

E、镀Al₂O₃：通过原子层沉积背面镀氧化铝薄膜，沉积厚度8-12nm；

F、镀背面SiNx：PECVD背面镀氮化硅，沉积厚度70-90nm；

G、激光开槽：然后经过激光开槽，开槽深度为95-105nm；

H、镀正面SiNx：正面PECVD渡氮化硅膜，沉积厚度70-90nm，镀膜温度为430-470℃；

I、丝网印刷：丝网印刷正背面金属浆料；

J：烧结：烧结炉峰值温度940-980℃下烧结制成PERC电池片。

采用上述的方法和工艺后，采用全新的双面扩散代替单面扩散同时结合背抛光到PERC生产工艺中，通过双面扩散磷吸杂吸除过渡金属杂质，削减缺陷的电子学效应，减少少数载流子的复合，从而提高少子寿命，实现转换效率的进一步提高，使双面扩散结合酸抛光或碱抛光的方式很好的进行配合，同时通过背面扩散制结，解决电池片刻蚀后镀膜均匀性的问题，从而改善背面渡膜的外观，在成本可控范围内实现PERC电池效率的大幅度提升。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的高效PERC晶体硅太阳能电池的制备方法及工艺作进一步详细说明。

在太阳能高效电池中少子寿命是太阳电池设计及生产中的一个重要参数，它是体寿命τ_b和表面寿命τ_s的综合关系式：

$\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_{eff}}=\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_b}+\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_s}---\left(1\right)$

${\mathrm{\τ}}_s=\frac{d}{2s}---\left(2\right)$

式中为材料的厚度d为材料表面的复合速率，如果材料表面的复合速率s足够小，则少子寿命τ_eff≈τ_b，背面镀膜前采用抛光的方式可以有效的降低表面复合速率，在此前提下通过双面扩散磷吸杂进一步改善体寿命，从而提高PERC电池的少子寿命，实现转换效率的提高。

本发明的高效PERC晶体硅太阳能电池的制备方法，依次包括制绒、扩散、刻蚀，镀Al₂O₃、镀背面SiNx、镀正面SiNx、丝网印刷、烧结步骤，制绒和扩散之间还进行酸抛光或碱抛光，所述扩散包括双面扩散和单面扩散，镀背面SiNx和镀正面SiNx之间进行激光开槽或开孔，烧结步骤之后进行测试。

本发明公开以下三个实施例对其具体工艺作详细说明：

实施例一：取800pcs多晶硅片，采用配液体积比为HNO₃：HF＝4:1的富硝酸体系制备去重为0.3-0.4g的绒面；通过配液体积比为HNO₃：HF＝10:1的富硝酸体系进行酸抛光使背表面反射率达到27-35％；扩散时各取400pcs分别进行单面扩散和双面扩散，以POCl₃为磷源，采用两步扩散的方式，沉积和推进时间分别为15min和13min，扩散温度约为830℃；经过配液体积比为HNO₃：HF＝10:1的刻蚀槽去除边缘与背面的PN结；通过原子层沉积(ALD)背面镀氧化铝薄膜，沉积厚度约10nm；然后PECVD背面镀氮化硅，沉积厚度70-90nm；然后经过激光开槽，开槽深度约为100nm；正面PECVD渡氮化硅膜，沉积厚度70-90nm，镀膜温度约为450℃；丝网印刷正背面金属浆料，烧结炉峰值温度960℃下烧结制成PERC电池片；采用双面扩散的转换效率可以达到18.8％，双面扩散的转换效率要比单面扩散高出约0.3％。

实施例二：取800pcs单晶硅片，通过配液体积比为NaOH：Addition＝4:1的碱槽，制绒时间1100s，温度80℃，制备去重为0.4-0.8g的绒面；通过配液体积比为HNO₃：HF＝10:1的富硝酸体系进行酸抛光使背表面反射率达到27-35％；扩散时各取400pcs分别进行单面扩散和双面扩散，以POCl₃为磷源，采用两步扩散的方式，沉积和推进时间分别为15min和13min，扩散温度约为830℃；经过配液体积比为HNO₃：HF＝10:1的刻蚀槽去除边缘与背面的PN结；通过原子层沉积(ALD)背面镀氧化铝薄膜，沉积厚度约10nm；然后PECVD背面镀氮化硅，沉积厚度70-90nm；然后经过激光开槽，开槽深度约为100nm；正面PECVD渡氮化硅膜，沉积厚度70-90nm，镀膜温度约为450℃；丝网印刷正背面金属浆料，烧结炉峰值温度960℃下烧结制成PERC电池片；采用双面扩散的转换效率可以达到20.5％，双面扩散的转换效率要比单面扩散高出约0.2％。

实施例三：取800pcs单晶硅片，通过配液体积比为NaOH：Addition＝4:1的碱槽，制绒时间为1100s，温度80℃，制备去重为0.4-0.8g的绒面；PE掩膜后进行碱抛光使背表面反射率达到30-40％，过HF槽去除掩膜；扩散时各取400pcs分别进行单面扩散和双面扩散，以POCl₃为磷源，采用两步扩散的方式，沉积和推进时间分别为15min和13min，扩散温度约为830℃；经过配液体积比为HNO₃：HF＝10:1的刻蚀槽去除边缘与背面的PN结；通过原子层沉积(ALD)背面镀氧化铝薄膜，沉积厚度约10nm；然后PECVD背面镀氮化硅，沉积厚度70-90nm；然后经过激光开槽，开槽深度约为100nm；正面PECVD渡氮化硅膜，沉积厚度70-90nm，镀膜温度约为450℃；丝网印刷正背面金属浆料，烧结炉峰值温度960℃下烧结制成PERC电池片；采用双面扩散的转换效率可以达到20.6％，双面扩散的转换效率要比单面扩散高出约0.2％。