一种抗PID效应的高效黑硅电池片的制备方法与流程

本发明涉及一种抗pid效应的高效黑硅电池片的制备方法，属于黑硅电池
技术领域：
。
背景技术：
：近年来，晶硅太阳能电池占据着光伏市场90％的份额，晶硅市场总量仍在快速扩大，但增量部分以单晶为主，多晶市场因多晶电池转换效率提升潜力略逊于单晶，增长速度明显放缓。度电成本的降低主要依靠组件功率的提升及制造成本的下降，黑硅电池技术是实现多晶电池进一步提效的必由之路。黑硅电池技术主要通过反应离子刻蚀、金属离子辅助刻蚀、光刻技术等方法在硅片表面制备出微结构，从而增强硅片表面陷光特性，提高光吸收。黑硅虽然具备优异的减反射效果但是同时具有较大的比表面积，导致表面复合速率变大，少子寿命降低，这对后续工艺中的电池表面钝化及组件抗pid性能产生不利影响。为保证黑硅组件抗pid性能达标，电池制备过程中需提高sih4流量增强表面钝化效果，该工艺变动导致的结果就是提高了sinx折射率，降低了sinx的减反效果，抑制黑硅电池的低反射率优势。为进一步提高黑硅电池的电池转换效率，同时改善黑硅电池组件抗pid性能等问题。技术实现要素：本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种抗pid效应的高效黑硅电池片的制备方法，适用于高效多晶黑硅电池及其它具有复杂绒面结构的单、多晶电池的生产。本发明的技术方案，本发明涉及一种抗pid效应的高效黑硅电池片的制备方法，用于多晶太阳能电池片的生产，首先通过常规工艺进行黑硅制绒、扩散，随后将酸刻蚀去除psg后的硅片放入到扩散炉中进行预钝化处理，最后进行pecvd镀膜和丝网印刷，得到抗pid效应的高效黑硅电池片。图1为常规工艺路线与预钝化工艺路线图。其主要差异在于：常规硅片扩散后通过酸刻蚀去除扩散导致的psg后通过pecvd沉积钝化膜和丝网印刷电极制备成电池。而预钝化工艺则是将酸刻蚀去除psg后的硅片放入到扩散炉中进行预钝化处理，而其他生产步骤与常规路线相同。一种抗pid效应的高效黑硅电池片的制备方法，其通过预钝化工艺制备致密氧化层，不仅起到表面钝化效果提高电池开路电压，同时提高抗pid性能。一种抗pid效应的高效黑硅电池片的制备方法，所述pecvd工序通过调整硅烷流量，最大程度发挥黑硅电池低反射率优势，提高黑硅电池短路电流。进一步地，具体步骤如下：(1)黑硅制绒：采用金属催化化学腐蚀法mcce制备多晶黑硅绒面，得到纳米级孔洞结构；(2)扩散：在高温条件下，以氮气为载体将磷源三氯氧磷(pocl3)带入扩散炉中进行表面掺杂形成pn结；扩散中包含两次沉积过程，第一次沉积过程中小氮流量为1200-1800ml/min，第二次沉积过程中小氮流量为300-700ml/min；(3)蚀刻：将扩散后的硅片置于混合酸溶液中，去除磷硅玻璃及边缘刻蚀；所述混合酸溶液按体积浓度计，含有30％-35％的hno3和体积浓度为2％-6％的hf；(4)预钝化：将蚀刻后的放入到扩散炉中进行预钝化处理；所述钝化处理包括两次预钝化过程，第一次预钝化过程中钝化温度为650-700℃，第二次预钝化过程中钝化温度为680-720℃；(5)pecvd镀膜：通过调整sih4及nh3流量在硅片表面形成性能优异的减反膜，镀膜过程包括三次沉积过程，其中第一次沉积中sih4流量为900-1100ml/min，nh3流量为3900-4100ml/min，第二次沉积中sih4流量为420-480ml/min，nh3流量为3900-4100ml/min，第三次沉积中sih4流量为420-480ml/min，nh3流量为4900-5100ml/min；(6)丝网印刷：通过丝网印刷机制备正面银电极、背面铝电极及铝背场，最后制得抗pid效应的高效黑硅电池片。进一步地，步骤(2)所述扩散具体过程为：a、升温：在880-920s内升温至760-800℃；小氮流量为0，大氮流量18000-22000ml/min，干氧流量为0；b、第一次沉积：沉积温度为780-820℃，沉积时间为300-500s；小氮流量为1200-1800ml/min，大氮流量18000-22000ml/min，干氧流量为3000ml/min；c、第一次推进：推进温度为830-870℃，推进时间为800-1200s；小氮流量为0，大氮流量18000-22000ml/min，干氧流量为0；d、第二次沉积：沉积温度为830-870℃，沉积时间为300-500s；小氮流量为300-700ml/min，大氮流量18000-22000ml/min，干氧流量为2000ml/min；e、第二次推进：推进温度为680-720℃，推进时间为800-1200s；小氮流量为0，大氮流量14000-16000ml/min，干氧流量为0；f、降温：在980-1020s内降温至630-670℃；小氮流量为0，大氮流量14000-16000ml/min，干氧流量为0。进一步地，步骤(4)所述预钝化的具体过程为：a、升温：在380-420s内升温至530-570℃；大氮流量18000-22000ml/min，干氧流量为0；b、第一次预钝化：预钝化温度为650-700℃，时间为600-1000s；大氮流量18000-22000ml/min，干氧流量为500ml/min；c、第二次预钝化：预钝化温度为680-720℃，时间为600-1000s；大氮流量18000-22000ml/min，干氧流量为500ml/min；d、降温：在380-420s内降温至530-570℃；大氮流量18000-22000ml/min，干氧流量为0。或，进一步地，步骤(4)所述预钝化的具体过程为：a、升温：在380-420s内升温至530-570℃；大氮流量18000-22000ml/min；b、第一次预钝化：预钝化温度为680-720℃，时间为900-1100s；大氮流量18000-22000ml/min；c、第二次预钝化：预钝化温度为700-740℃，时间为900-1100s；大氮流量18000-22000ml/min；d、降温：在380-420s内降温至530-570℃；大氮流量20000ml/min。进一步地，步骤(5)所述pecvd镀膜中包括的三次沉积过程具体如下：a、第一次沉积：首先在250-350s内升温到430-470℃，sih4流量为900-1100ml/min，nh3流量为3900-4100ml/min，沉积时间为75-85s；b、第二次沉积：沉积温度为430-470℃，sih4流量420-480ml/min，nh3流量为3900-4100ml/min，沉积时间为210-230s；c、第三次沉积：沉积温度为430-470℃，sih4流量420-480ml/min，nh3流量为4900-5100ml/min，沉积时间为290-310s。进一步地，步骤(1)所述mcce制绒主要步骤如下：①预处理：利用氢氧化钾溶液将多晶金刚线返工片表面抛光，去除酸制绒绒面；其中氢氧化钾体积浓度为1.6％-3.2％，反应温度78-82℃，反应时间300-400s；②银沉积：将硅片置于硝酸银和hf溶液的混合溶液中，在硅片表面沉积一层银颗粒，混合溶液中hf的体积浓度为4％-9％，硝酸银的质量浓度为0.001％-0.005％，反应温度25-35℃，反应时间60-300s；③挖孔：将沉积银之后的硅片置于hf溶液和双氧水混合溶液中，形成纳米级孔洞绒面；混合溶液中按体积浓度计，含有hf2％-7％，双氧水0.5％-2.5％；反应温度28-32℃，反应时间200-300s；④扩孔：将挖孔形成的纳米级孔洞，扩展成为亚微米级孔洞，扩孔溶液按体积浓度计，含有hf1％-4％，hno39％-15％；反应温度6-15℃，反应时间60-180s，得到孔洞孔径400-600nm的黑硅结构；⑤碱洗和脱银：孔洞表面修饰；修饰溶液中按体积浓度计，含有双氧水0.3％-1.5％，氨水0.2％-1.2％，氢氧化钾1.6％-3.2％，反应温度室温，反应时间240-360s；⑥酸洗：采用混合酸中和残留碱液，混合酸中按体积浓度计，含有氢氟酸3％-6％，盐酸3％-4％；反应温度室温，反应时间240-360s；⑦水洗：去除残留酸液；⑧烘干：将水洗后的硅片用热氮烘干；烘干温度85℃，时间480-720s。本发明的有益效果：本发明通过预钝化工艺在黑硅表面制备致密sio2，保证黑硅复杂绒面结构表面均已沉积sio2薄膜；pecvd工序中通过调整sih4流量实现降低sinx薄膜折射率，提高sinx的减反效果尤其是短波段的光吸收，发挥出黑硅电池在短波段高量子效率的优势。附图说明图1现有技术和本发明工艺流程对比示意图。具体实施方式实施例1(1)黑硅制绒：采用金属催化化学腐蚀法mcce制备多晶黑硅绒面，得到纳米级孔洞结构；mcce制绒主要步骤如下：①预处理：利用氢氧化钾溶液将多晶金刚线返工片表面抛光，去除酸制绒绒面；其中氢氧化钾体积浓度为2％，反应温度80℃，反应时间350s；②银沉积：将硅片置于硝酸银和hf溶液的混合溶液中，在硅片表面沉积一层银颗粒，混合溶液中hf的体积浓度为5％，硝酸银的质量浓度为0.003％，反应温度30℃，反应时间200s；③挖孔：将沉积银之后的硅片置于hf溶液和双氧水混合溶液中，形成纳米级孔洞绒面；混合溶液中按体积浓度计，含有hf5％，双氧水2％；反应温度30℃，反应时间250s；④扩孔：将挖孔形成的纳米级孔洞，扩展成为亚微米级孔洞，扩孔溶液按体积浓度计，含有hf2％，hno312％；反应温度10℃，反应时间100s，得到孔洞孔径500nm的黑硅结构；⑤碱洗和脱银：孔洞表面修饰；修饰溶液中按体积浓度计，含有双氧水1％，氨水1％，氢氧化钾2％，反应温度室温，反应时间300s；⑥酸洗：采用混合酸中和残留碱液，混合酸中按体积浓度计，含有氢氟酸5％，盐酸3％；反应温度室温，反应时间300s；⑦水洗：去除残留酸液；⑧烘干：将水洗后的硅片用热氮烘干；烘干温度85℃，时间600s。(2)扩散：在高温条件下，以氮气为载体将磷源三氯氧磷(pocl3)带入扩散炉中进行表面掺杂形成pn结，采用钝化工艺对其进行处理；具体过程为：a、升温：在900s内升温至780℃；小氮流量为0，大氮流量20000ml/min，干氧流量为0；b、第一次沉积：沉积温度为800℃，沉积时间为400s；小氮流量为1500ml/min，大氮流量20000ml/min，干氧流量为3000ml/min；c、第一次推进：推进温度为850℃，推进时间为1000s；小氮流量为0，大氮流量20000ml/min，干氧流量为0；d、第二次沉积：沉积温度为850℃，沉积时间为400s；小氮流量为500ml/min，大氮流量20000ml/min，干氧流量为2000ml/min；e、第二次推进：推进温度为700℃，推进时间为1000s；小氮流量为0，大氮流量15000ml/min，干氧流量为0；f、降温：在1000s内降温至650℃；小氮流量为0，大氮流量15000ml/min，干氧流量为0。(3)蚀刻：将扩散后的硅片置于混合酸溶液中，去除磷硅玻璃及边缘刻蚀；所述混合酸溶液按体积浓度计，含有32％的hno3和4％的hf；(4)预钝化：将蚀刻后的放入到扩散炉中进行预钝化处理；a、升温：在400s内升温至550℃；大氮流量20000ml/min，干氧流量为0；b、第一次预钝化：预钝化温度为650℃，时间为600s；大氮流量20000ml/min，干氧流量为500ml/min；c、第二次预钝化：预钝化温度为680℃，时间为600s；大氮流量20000ml/min，干氧流量为500ml/min；d、降温：在400s内降温至550℃；大氮流量20000ml/min，干氧流量为0。(5)pecvd镀膜：通过调整sih4流量在硅片表面形成性能优异的减反膜；a、第一次沉积：首先在300s内升温到450℃，sih4流量为1000ml/min，nh3流量为4000ml/min，沉积时间为80s；b、第二次沉积：沉积温度为430-470℃，sih4流量420-480ml/min，nh3流量为4000ml/min，沉积时间为220s；c、第三次沉积：沉积温度为430-470℃，sih4流量420-480ml/min，nh3流量为5000ml/min，沉积时间为300s。(6)丝网印刷：通过丝网印刷机制备正面银电极、背面铝电极及铝背场，最后制得抗pid效应的高效黑硅电池片。对实施例1制备得到的抗pid效应的高效黑硅电池片进行测定，具体结果如表1所示。与使用常规工艺制备得到的黑硅电池片进行对比。使用常规工艺制备的黑硅电池片，光电转换效率19.326％，开路电压0.6428v，短路电流9.128a；本发明制备所得的高效黑硅电池片折射率降低0.02％，电池光电转换效率提高0.05-0.12％，开路电压提高1-2mv，短路电流提高30-50ma。实施例2其他步骤参数同实施例1，步骤(4)中预钝化具体过程如下：a、升温：在400s内升温至550℃；大氮流量20000ml/min；b、第一次预钝化：预钝化温度为700℃，时间为1000s；大氮流量20000ml/min；c、第二次预钝化：预钝化温度为720℃，时间为1000s；大氮流量20000ml/min；d、降温：在400s内降温至550℃；大氮流量20000ml/min。对实施例2制备得到的抗pid效应的高效黑硅电池片进行测定，具体结果如表1所示。表1工艺方案uoc(v)isc(a)rsrshffncell常规工艺0.64289.12830.0011881.1580.9219.326％实施例10.64489.17040.0012669.4680.7619.439％实施例20.64419.16000.0012372.9680.9019.431％上表中，uoc为开路电压，isc为短路电流，rs为串联电阻，rsh为并联电阻，ff为填充因子，ncell为光电转换效率。当前第1页12