一种背接触太阳能电池的制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种背接触太阳能电池的制备方法。

背景技术：

太阳能电池是一种将光能转化为电能的半导体器件，较低的生产成本和较高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。对于目前常规太阳能电池，其p+掺杂区域接触电极和n+掺杂区域接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所遮挡反射，造成一部分光学损失。普通晶硅太阳能电池的正面金属电极的覆盖面积在7％左右，减少金属电极的正面覆盖可以直接提高电池的能量转化效率。

背接触电池，是一种将p+掺杂区域和n+掺杂区域均放置在电池背面(非受光面)的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。

背接触结构的太阳能电池是目前太阳能工业化批量生产的晶硅太阳能电池中能量转化效率最高的一种电池，它的高转化效率、低组件封装成本，一直深受人们青睐。现有技术制备背接触太阳能电池常用的工艺步骤如图10所示，需要两步高温扩散工艺才能形成正表面的n+轻掺杂区域和背表面的n+重掺杂区域，高温工艺过程复杂，成本高，且对硅基体的损伤较大。另外在背表面进行硼扩散之前必须额外设置背表面掩膜层以形成背表面局部p+掺杂区域，不仅增加了工艺的复杂性，还会提高电池片的生产成本。因此，通过减少高温工序及掩膜数量、降低成本的方法来制备高效背接触电池，一直以来都是一个巨大的挑战。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种背接触太阳能电池的制备方法。

本发明提供的一种背接触太阳能电池的制备方法，其技术方案为：

一种背接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、选择n型晶体硅基体，并对n型晶体硅基体的表面作制绒处理；

(2)、在步骤(1)处理后的n型晶体硅基体的正表面制备薄掩膜；

(3)、将步骤(2)处理后的n型晶体硅基体放入工业用扩散炉中对基体的正表面和背表面进行磷扩散处理，扩散温度为750-900℃，时间为60-180分钟，扩散过程中引入磷硅玻璃生长促进剂，扩散完成后，在正表面形成n+轻掺杂区域和磷硅玻璃层，在背表面形成n+重掺杂区域和磷硅玻璃层；

(4)、使用激光器在步骤(3)处理后的n型晶体硅基体的背表面形成穿透磷硅玻璃的槽状结构；

(5)、将步骤(4)处理后的n型晶体硅基体放入碱性抛光液中，刻蚀掉背表面未被磷硅玻璃覆盖的n+重掺杂区域；

(6)、对步骤(5)处理后的n型晶体硅基体进行背表面硼扩散处理，形成背表面p+掺杂区域；

(7)、将步骤(6)处理后的n型晶体硅基体进行清洗处理，去除正表面磷硅玻璃层、正表面薄掩膜及背表面的磷硅玻璃层；

(8)、在步骤(7)处理后的n型晶体硅基体的正表面设置钝化减反膜，在背表面设置钝化膜；

(9)、通过丝网印刷的方法在步骤(8)处理后的n型晶体硅基体的背表面n+重掺杂区域上印刷n+金属电极浆料，在背表面p+掺杂区域上印刷p+金属电极浆料，并进行烧结处理。

本发明提供的一种背接触太阳能电池的制备方法，还包括如下附属技术方案：

其中，步骤(2)中，所述薄掩膜为sio2、sinx或sioxny中的一种或几种的混合，其厚度为10nm-40nm。

其中，步骤(2)中，所述磷硅玻璃生长促进剂是水蒸气，磷硅玻璃层的厚度大于50nm。

其中，所述水蒸气通过氮气或者氧气鼓泡的方式携带进入扩散装置。

其中，通过氮气或氧气直接携带饱和水蒸气的方式进入扩散装置；携带水蒸气的氮气或氧气的流量为500-5000sccm。

其中，在步骤(3)中，磷扩散处理的磷源采用三氯氧磷，扩散温度为750-900℃，时间为60-180分钟；磷扩散后正表面n+轻掺杂区域的方阻为100-300ω/sqr，背表面n+重掺杂区域的方阻为50-100ω/sqr。

其中，步骤(5)中，碱性抛光液为koh、naoh、四甲基氢氧化铵或乙二胺溶液。

其中，步骤(6)中，硼扩散处理的硼源为三溴化硼，扩散温度为940-1000℃，时间为150-240分钟，硼扩散后的方阻为40-150ω/sqr。

其中，步骤(8)中，n型晶体硅正表面钝化减反膜的制备方法是：在n型晶体硅基体的正表面利用pecvd技术先沉积一层厚度为5～30nm的sio2介质膜，然后在sio2介质膜上再沉积一层厚度为40～80nm的sinx介质膜；背表面钝化膜的制备方法是：在n型晶体硅基体的背表面利用pecvd技术或ald技术先沉积一层厚度为4～20nm的alox介质膜，然后在alox介质膜的表面再沉积一层厚度为20～50nm的sinx介质膜。

其中，步骤(9)中，p+金属电极浆料为银铝浆，n+金属电极浆料为银浆。

本发明的实施包括以下技术效果：

本发明的背接触太阳能电池的制备方法工艺简单，仅需在高温磷扩散前制备正表面薄掩膜，即可一步形成正表面n+轻掺杂区域及背表面n+重掺杂区域；且高温磷扩散的同时形成了正表面磷硅玻璃层及背表面磷硅玻璃层，无需再额外设置介质膜掩膜，即可保证硼扩散过程中正表面n+轻掺杂区域和背表面n+重掺杂区域不会受到硼扩散的影响；从而极大地简化了工艺流程，减少了高温工序数目，节约了生产成本。

由此可见，本发明的制备方法工艺流程较为简单，且成本较低、安全可控，便于进行产业化推广。

附图说明

图1为本发明实施例的背接触太阳能电池的制备方法步骤一后的电池结构截面示意图。

图2为本发明实施例的背接触太阳能电池的制备方法步骤二后的电池结构截面示意图。

图3为本发明实施例的背接触太阳能电池的制备方法步骤三后的电池结构截面示意图。

图4为本发明实施例的背接触太阳能电池的制备方法步骤四后的电池结构截面示意图。

图5为本发明实施例的背接触太阳能电池的制备方法步骤五后的电池结构截面示意图。

图6为本发明实施例的背接触太阳能电池的制备方法步骤六后的电池结构截面示意图。

图7为本发明实施例的背接触太阳能电池的制备方法步骤七后的电池结构截面示意图。

图8为本发明实施例的背接触太阳能电池的制备方法步骤八后的电池结构截面示意图。

图9为本发明实施例的背接触太阳能电池的制备方法步骤九后的电池结构截面示意图。

图10为现有技术制备背接触太阳能电池常用的工艺步骤。

图11为本发明制备背接触太阳能电池的工艺步骤。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

具体实施例仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如图11所示，本发明提供的一种背接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

实施例：

(1)、选择156mm*156mm的n型晶体硅基体10，并对n型晶体硅基体10作制绒处理；n型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15ω·cm，优选1～5ω·cm；n型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选80～200μm；完成本步骤后的电池结构如图1所示。

(2)、气相沉积(使用等离子体增强化学pecvd)或低压化学气相沉积(lpcvd)的方法在步骤(1)处理后的n型晶体硅基体10正表面沉积薄掩膜11，薄掩膜11可以是sio2、sinx或sioxny，厚度为10～40nm。完成本步骤后的电池结构如图2所示。

(3)、将步骤(2)处理后的n型晶体硅基体10放入工业用扩散炉中对进行磷扩散。磷源采用三氯氧磷，扩散温度为750-900℃，时间为60-180分钟。通过增加扩散温度和扩散时间，提高了磷硅玻璃层的形成速度和厚度。扩散完成后，在正表面形成n+轻掺杂区域12及磷硅玻璃层13，在背表面形成n+重掺杂区域14及磷硅玻璃层15。磷扩散后正表面n+轻掺杂区域12的方阻为100-300ω/sqr。背表面n+重掺杂区域14的方阻为50-100ω/sqr。经过大量实验验证，磷硅玻璃层的厚度大于50nm时，磷硅玻璃层具备阻挡硼扩散的形成速度和厚度。特别的是，在增加扩散温度和扩散时间的基础上，引入磷硅玻璃生长促进剂以提高磷硅玻璃层的形成速度和厚度，本实施例的磷硅玻璃生长促进剂优选水蒸气，水蒸气可通过氮气或者氧气鼓泡的方式携带进炉管，也可通过氮气或氧气直接携带饱和水蒸气的方式进入炉管，携带水蒸气的氮气或者氧气的流量为500-5000sccm。水蒸气可以在同等的工艺条件下显著提高磷硅玻璃层的生长速度(磷硅玻璃即为含有磷的二氧化硅)。水蒸气与硅的反应方程式为：si+h2o→sio2+h2，氧气与硅的反应方程式为：si+o2＝sio2。正常氧化过程中，氧气与硅表面反应生成二氧化硅，后续的氧气需要穿过二氧化硅层才能继续与硅反应，而水蒸气在二氧化硅中的扩散速度和溶解度比氧气大，故而有水蒸气存在时磷硅玻璃层的形成速度和厚度均较氧气有明显提升。

本步骤中，通过水蒸气参与形成的正表面磷硅玻璃层13、背表面磷硅玻璃层15非常致密且厚度较大，使得磷扩散形成的磷硅玻璃层具备阻挡硼扩散的能力，在进行硼扩散的时候，有效地保护了下方的n+轻掺杂区域12和n+重掺杂区域14，故而正表面n+轻掺杂区域12和背表面n+重掺杂区域14均不会受到硼掺杂的影响。现有技术中背表面进行硼扩散之前必须额外制备正表面掩膜和背表面掩膜，从而在进行硼扩散的时候，有效地保护正表面的n+轻掺杂区域和背表面的n+重掺杂区域不会受到硼掺杂的影响。基于本步骤中形成的磷硅玻璃层，后续的硼扩散过程之前，无需再沉积掩膜，简化了步骤，且工艺过程简单可控，对于n+重掺杂区域14，在高温下表面的磷扩散进入磷硅玻璃层中，使得表面磷浓度降低，从而减少表面复合，提高开路电压。对于n+轻掺杂区域12，表面沉积的磷必须穿过薄掩膜11后才能进行掺杂，在高温下只有部分获得足够高能量的磷才能穿过薄掩膜11形成下方的n+轻掺杂区域12，因此n+轻掺杂区域12的表面磷浓度和表面复合速率较低。完成本步骤后的电池结构如图3所示。

(4)、在步骤(3)处理后的n型晶体硅基体10的背表面磷硅玻璃层15上开槽形成条状结构，开槽方式为激光法，确保其完全穿透背表面磷硅玻璃层15。条状开口宽50～400μm,优选100～300μm。完成本步骤后的电池结构如图4所示。

(5)、将步骤(4)处理后的n型晶体硅基体浸入碱性溶液中去除背表面开槽处未被磷硅玻璃层覆盖的n+重掺杂区域，保留被磷硅玻璃层覆盖的n+重掺杂区域，从而形成局部n+重掺杂的背表面。其中所述碱性溶液是10％～30％的koh溶液、10％～30％的naoh溶液、10％～30％的四甲基氢氧化铵溶液或者10％～30％的乙二胺溶液；碱性溶液的温度为50-90℃，n型晶体硅基体浸入碱性溶液中的反应时间为1-10分钟，取出n型晶体硅基体后用去离子水清洗。完成本步骤后的电池结构如图5所示。

(6)将步骤(5)处理后的n型晶体硅基体10放入工业用扩散炉中进行硼扩散。硼源采用三溴化硼，扩散温度为900-1000℃，时间为60-240分钟，硼扩散后的方阻值为40-150ω/sqr。扩散完成后，在背表面形成局部p+掺杂区域16。完成本步骤后的电池结构如图6所示。

(7)将步骤(6)处理后的n型晶体硅基体10放入清洗机中，去除正表面的磷硅玻璃层13、正表面薄掩膜11、及背表面的磷硅玻璃层15，并对硅片表面进行清洗和烘干。其中清洗机中的溶液为5％～20％的hf溶液，清洗时间为2-5分钟。完成本步骤后的电池结构如图7所示。

(8)、在步骤(7)处理后的n型晶体硅基体10的正表面用pecvd(等离子增强化学气相沉积)的方式先沉积一层厚度为5～30nm的siox介质膜17，然后在siox介质膜17上再沉积一层sinx介质膜18，膜的厚度为40～80nm；在n型晶体硅基体10的背表面用pecvd或ald(原子层沉积)的方式制作一层alox介质膜19，膜的厚度为4～20nm，然后在alox介质膜19的表面再沉积一层sinx膜20，sinx膜20的厚度为20～50nm。硅基体正表面的siox介质膜17与sinx介质膜18的作用为硅基体正表面的钝化和光的减反射；硅基体背表面的alox介质膜19与sinx介质膜20的作用为硅基体背表面的钝化，同时sinx介质膜20也起到了对alox介质膜19的保护作用。完成本步骤后的电池结构如图8所示。

(9)、通过丝网印刷的方法在步骤(8)处理后的n型晶体硅基体10的背表面n+重掺杂区域14上印刷金属电极21，在背表面p+掺杂区域16上印刷金属电极22。金属电极21为银，金属电极22为银铝合金。印刷结束后将n型晶体硅基体10传送入带式烧结炉进行烧结形成欧姆接触。完成本步骤后的电池结构如图9所示。至此即完成本发明背接触太阳能电池的制作。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本本发明技术方案的实质和范围。