专利名称：一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。具体而言，通过丝网印刷、镀膜和清洗处理，使电池受光面非电极区域选择性覆盖阻隔层，使其在扩散中形成轻掺杂区，电极区域形成重掺杂区。扩散后的硅片再衔接常规晶体硅太阳能电池制备工艺，制备晶体硅太阳能电池。
背景技术：
晶体硅太阳电池占据了光伏行业大部分的市场份额，进一步提高效率，降低成本是国内外晶体硅太阳电池研究领域的基本目标。参见图1，现有的常规晶体硅太阳电池采用的是等同扩散的方法，整个电池受光面采用同一扩散方式，电极区域与非电极区域薄层方块电阻相同，一般在30-80 Q，以兼顾电极接触区掺杂不能过低和受光面掺杂不能过高的要求，这种折衷的掺杂方式能保持低成本，但极大地限制太阳电池效率的提高。因此，制备选择性发射极晶体硅太阳电池具有重大意义，它可以实现在电池正表面电极下面重掺杂，而正表面非电极部分(受光部分)轻掺杂。从而使与金属电极接触的区域扩散浓度很高，接触电阻很小；而非电极的受光区域扩散浓度较低，避免了由于发射区俄歇复合造成的电池电流的下降，这样可有效提高晶体硅太阳电池的性能。目前国内外厂家经过多年研究，已存在多种能够制备选择性发射极太阳能电池的方法。例如，中电光伏的赵建华等人，在热氧生长后的硅片上开槽制备选择性发射极电池，采用该技术手段的硅片必须经过两次高温，对硅片自身损伤较大，开槽所用的化学浆料为氟化氢铵，属于强酸性且易挥发的化学，在大规模产业化中对环境和员工健康有大的潜在危害。国外Centrotherm公司在采用激光在热氧生长后的娃片上激光开槽，同样会对娃片造成二次损伤，且激光设备价格较为昂贵，非绝大多数企业能接受。Roth&Rau公司采用激光对表面涂覆磷源的轻扩散硅片进行二次扩散，其缺点在于激光容易造成硅片表面的晶格损伤，造成二次扩散区域复合大，限制电流的提高幅度。杜邦公司开发出了硅墨水浆料，采用丝网印刷技术制备选择性发射极电池，由于硅墨水技术现为其独有专利，其次，硅墨水的价格较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，克服现有的选择性发射极的技术缺陷，提供新型的选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。本发明的技术方案为—种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，对电池受光面的电极区域进行重掺杂扩散，非电极区域进行轻掺杂扩散，其特征在于在扩散前利用丝网印刷、镀膜和清洗处理，对电池受光面进行选择性的阻隔层制备，在高温扩散过程中一次性形成电极区重掺杂，非电极区轻掺杂。具体地，前述的制备方法，包括如下步骤
a)硅片表面织构处理；b)电池受光面第一次丝网印刷，将用于掩膜的浆料覆盖在硅片受光表面需要制作电极的区域；c)在硅片上镀膜，覆盖电池受光面；d)镀膜后的硅片进行清洗，去除电极区域覆盖的浆料及其上所 镀薄膜；e)扩散一次性形成电极区重掺杂，非电极区轻掺杂；f)按常规太阳能电池生产工艺继续生产，刻蚀、清洗、镀减反膜、丝网印刷、烧结。其中步骤b)所述的掩膜浆料，成分可为有机物、无机物或有机与无机混合物，其能满足丝网印刷的需求即可。该掩膜浆料主要是起过渡作用，通过丝网印刷方式印刷到硅片上，再镀膜，之后，该浆料和上面的镀膜一起被清洗除去。其中，有机物包括但不限于乙基纤维素、卵磷脂、邻苯二甲酸二丁酯等；高分子聚合物粉体，如环氧树脂、聚胺酯丙烯酸脂、环氧丙烯酸脂等。无机物包括但不限于金属粉(如银粉)、合金粉(如银锌、锡、硅、铜、镁、金、铝等金属中的两种或两种以上形成的合金)、玻璃粉末、金属氧化物粉(如过渡金属氧化物、二氧化锡、氧化锌等)中的一种或混合物。有机与无机物混合物例如前述的金属粉、玻璃粉、合金粉、金属氧化物粉等与有机载体的混合物，有机载体例如乙基纤维素、松油醇、甘油、无水乙醇中的至少一种；或聚合物和有机溶剂混合溶解而成，聚合物例如乙基纤维素、硝酸纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨脂树脂，丙烯酸树脂中的一种或混合物；溶剂如前述的松油醇、松节油、甘油、无水乙醇、丙二醇丁醚、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、卵磷脂等中的一种或混合物。其中步骤c)所述的镀膜实现方式可为磁控溅射、电子束蒸发、PECVD、PVD，sol-gel、旋涂等方式，镀膜的材质包括a -SiNx:H、Al203、Si02、非晶硅、微晶硅、TiO2等。镀膜厚度可在5nm-500um之间。更佳地,在100nm-500nm之间。其中步骤d)所述的清洗方法采用包括化学药液浸泡、超声清洗等；这里的化学药剂如溶剂，包括丙酮、乙醇、乙二醇、丁二醇、聚乙二醇等有机溶剂。其能够清洗前述的浆料即可。其中步骤e)扩散工艺形成的方块电阻在20-400 Q，包括双面或单面扩散；其中步骤f)电池受光面第二次丝网印刷制备金属化电极，印刷时使金属化电极与步骤b)掩膜印刷图形重叠；本发明首先采用丝网印刷的方式将用于掩膜的浆料覆盖在硅片受光表面需要制作电极的区域，在硅片上镀膜，覆盖电池受光面；镀膜后的硅片进行清洗，去除电极区域覆盖的浆料。由于掩膜极薄，掩膜下的浆料被清洗除去之后，涂覆于该浆料上的掩膜失去支撑，也被清洗除去，而其余地方的掩膜保留，从而形成无掩膜的区域(电极区)以及掩膜区域(非电极区)。在扩散过程中，掩膜起半阻挡的作用。无掩膜的区域形成重扩散，有掩膜的区域形成轻扩散。因而非电极区扩散浓度较低，形成轻掺杂区、方阻大；电极区没有阻隔层，扩散浓度较高，形成重掺杂区、方阻小。在丝网印刷前电极烧结金属化时，由于电极区域扩散浓度高，将有效降低电极与硅片的欧姆接触电阻，提高电池的填充因子，制备出效率高于常规工艺的选择性发射极太阳能电池。本发明采用丝网印刷工艺和镀膜的方法，在硅片表面形成不同浓度的扩散区，使其电极区域扩散浓度高，非电极区域浓度低，整体工艺可一次扩散完成，无需二次高温扩散，对硅片损伤小；也无需昂贵的激光设备，利用现有的常规设备可以实现能大幅降低制备成本，以及满足大规模常规工艺生产技术升级需求。
图I为现有技术中晶体硅太阳能电池的生产流程示意图；图中，A.去除硅片表面损伤，形成减反射表面结构及化学清洗；B.在卩0(13气氛中进行扩散；C.清洗并去除周边PN结；D表面钝化及减反射膜制备；E丝网印刷正、背面电极及背表面电场及烧结形成欧姆接触。图2为本发明选择性发射极晶体硅太阳能电池的生产流程示意图。图中，A.去除硅片表面损伤，形成减反射表面结构；B丝网印刷阻隔浆料；C.硅片镀膜处理；D.清洗去除阻隔浆料；E.在POCl3气氛中进行扩散；F.去除周边PN结；G.表面钝化及沉积减反射层；
H.丝网印刷正、背面电极及背表面电场及烧结形成欧姆接触。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。实施例I :如图2所示，选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。其工艺过程如下I、进行化学清洗，去除硅片表面损伤，形成具有减反射作用的表面织构形状2、采用与受光面电极分布相同的网板对硅片印刷浆料，浆料成分含有SiO2，重量比为40%，其余60%为有机粘合剂含量为20%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，16%丙二醇丁醚，3. 5%邻苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纤维素3、将步骤2处理后的硅片在250°C中进行SiO2的PECVD镀膜，厚度为250nm4、将步骤3处理后的硅片在酒精中进行超声波清洗lOmin，然后在去离子水中进行超声波清洗lOmin，甩干硅片；5、将步骤4处理后的硅片在POCl3中扩散，扩散后电极区域的方块电阻控制在40 Q6、将步骤5处理后的硅片进行边缘刻蚀和清洗处理，所用化学药剂为15%氢氟酸；7、将步骤6处理后的硅片进行a _SiNx:H减反射膜制备；8、将步骤7处理后的硅片进行丝网印刷正反面电极，烧结金属化处理。实施例2 :如图2所示，选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。其工艺过程如下I、去除硅片表面损伤，形成具有减反射作用的表面织构形状，并进行化学清洗2、米用与受光面电极分布相同的网板对娃片印刷衆料,衆料成分含有SiO2,重量比为40%，其余60%为有机粘合剂含量为20%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，16%丙二醇丁醚，3. 5%邻苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纤维素3、将步骤2处理后的硅片在常温真空环境中进行Al2O3的PECVD镀膜，厚度为IOOnm4、将步骤3处理后的硅片在酒精中进行超声波清洗lOmin，然后在去离子水中进行超声波清洗lOmin，甩干硅片5、将步骤4处理后的硅片在POCl3中扩散，扩散后电极区域的方块电阻控制在55 Q6、将步骤5处理后的硅片进行边缘刻蚀和清洗处理，所用化学药剂为15%氢氟酸7、将步骤6处理后的硅片进行a _SiNx:H减反射膜制备8、将步骤7处理后的硅片进行丝网印刷正反面电极，烧结金属化处理。实施例3 :如图2所示，选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。其工艺过程如下 I、去除硅片表面损伤，形成具有减反射作用的表面织构形状，并进行化学清洗2、采用与受光面电极分布相同的网板对硅片印刷浆料，浆料成分含有SiO2，浓度为40%，60%为有机粘合剂含量为20%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，16%丙二醇丁醚，3. 5%邻苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纤维素3、将步骤2处理后的硅片在200°C中进行非晶硅的PECVD镀膜，厚度为250nm4、将步骤3处理后的硅片在酒精中进行超声波清洗lOmin，然后在去离子水中进行超声波清洗lOmin，甩干硅片5、将步骤4处理后的硅片在POCl3中扩散，扩散后电极区域的方块电阻控制在40 Q6、将步骤5处理后的硅片进行边缘刻蚀和清洗处理，所用化学药剂依次为15%的KOH溶液和10% HF溶液7、将步骤6处理后的硅片进行a _SiNx:H减反射膜制备8、将步骤7处理后的硅片进行丝网印刷正反面电极，烧结金属化处理。实施例4 :如图2所示，选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。其工艺过程如下I、去除硅片表面损伤，形成具有减反射作用的表面织构形状，并进行化学清洗2、采用与受光面电极分布相同的网板对硅片印刷浆料，浆料含玻璃粉40 %-60%,其余部分为有机粘合剂，含量为5^-10%乙基纤维素；15-20%松油20^-30%丁二醇。3、将步骤2处理后的硅片在200°C中进行非晶硅的PVD镀膜，厚度为500nm4、将步骤3处理后的硅片在酒精中进行超声波清洗lOmin，然后在去离子水中进行超声波清洗lOmin，甩干硅片5、将步骤4处理后的硅片在POCl3中扩散，扩散后电极区域的方块电阻控制在20 Q6、将步骤5处理后的硅片进行边缘刻蚀和清洗处理，所用化学药剂依次为15%的KOH溶液和10% HF溶液7、将步骤6处理后的硅片进行a-SiNx:H减反射膜制备8、将步骤7处理后的硅片进行丝网印刷正反面电极，烧结金属化处理。实施例5 实施例3 :如图2所示，选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法。其工艺过程如下I、去除硅片表面损伤，形成具有减反射作用的表面织构形状，并进行化学清洗
2、米用与受光面电极分布相同的网板对娃片印刷衆料,衆料成分含有Si02,含量为为50%，另50%为有机粘合剂，具体含量为15%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，11%丙二醇丁醚，3. 5%邻苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纤维素3、将步骤2处理后的硅片在200°C中进行非晶硅的PECVD镀膜，厚度为50nm ；4、将步骤3处理后的硅片在酒精中进行超声波清洗lOmin，然后在去离子水中进行超声波清洗lOmin，甩干硅片5、将步骤4处理后的硅片在P0C13中扩散，扩散后电极区域的方块电阻控制在40 Q6、将步骤5处理后的硅片进行边缘刻蚀和清洗处理，所用化学药剂依次为15%的KOH溶液和10% HF溶液
7、将步骤6处理后的硅片进行a-SiNx:H减反射膜制备8、将步骤7处理后的硅片进行丝网印刷正反面电极，烧结金属化处理。
权利要求
1.一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，对电池受光面的电极区域进行重掺杂扩散，非电极区域进行轻掺杂扩散，其特征在于在扩散前利用丝网印刷、镀膜和清洗处理，对电池受光面进行选择性的阻隔层制备，在高温扩散过程中一次性形成电极区重掺杂，非电极区轻掺杂。
2.如权利要求I所述的一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤 a)硅片表面织构处理； b)电池受光面第一次丝网印刷，将用于掩膜的浆料覆盖在硅片受光表面需要制作电极的区域； c)在硅片上镀膜，覆盖电池受光面； d)镀膜后的硅片进行清洗，去除电极区域覆盖的浆料及其上所镀薄膜； e)扩散一次性形成电极区重掺杂，非电极区轻掺杂； f)按常规太阳能电池生产工艺继续生产，包括刻蚀、清洗、镀减反膜、丝网印刷、烧结。
3.如权利要求2所述的一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于 步骤b)所用的掩膜浆料，成分为无机物、有机物或无机有机混合物。
4.如权利要求2所述的一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于 步骤c)镀膜的实现方式包括磁控溅射、电子束蒸发、PECVD, PVD、sol-gel、旋涂法。
5.如权利要求2所述的一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于 步骤c)镀膜的材质包括0-51队:1^1203、5102、非晶硅、微晶硅、1102。
6.如权利要求2所述的一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于 步骤c)镀膜厚度在5nm-500um之间。
7.如权利要求2所述的一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤e)扩散工艺形成的方块电阻在20-400 Q，包括双面或单面扩散。
8.如权利要求2所述的一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于 步骤f)电池受光面第二次丝网印刷制备金属化电极时，使金属化电极与步骤b)第一次丝网印刷掩膜印刷图形重叠。
全文摘要
本发明涉及一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法，属于太阳能电池领域。本发明在原有晶体硅太阳能电池工艺和设备的基础上，通过丝网印刷、镀膜和清洗处理对电池受光面非电极区域选择性地覆盖阻隔层，使其在扩散时形成轻掺杂区，电极区域形成重掺杂区，再按常规晶体硅太阳能电池生产流程继续制备太阳能电池。本发明采用的方法简单高效、成本低廉，克服了传统选择性发射极晶体硅太阳能电池需要激光处理或二次高温扩散的缺陷，制备的电池效率高，大规模产业化简单。
文档编号B41M1/12GK102709378SQ201210005
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者肖海东, 赖江海, 陈永虹, 黄惠东 申请人:南安市三晶阳光电力有限公司