专利名称：晶体硅双面太阳电池生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种晶体硅双面太阳电池生产工艺，属于光伏领域。
背景技术：
太阳电池是光电转换的核心元件。据申请人了解，目前国内工业化生产的太阳电池无论是常规P型太阳电池(基体硅片为掺杂第III主族元素)还是N型太阳电池(基体硅片为掺杂第V主族元素)，均为双面电极的太阳电池，即太阳电池的正面(向光面)有栅线电极和太阳电池的背面(背光面)有铝背场。常规电池的正面有栅线电极，这样会遮挡一部分入射光，而且太阳电池的正面(向光面)扩散存在死层，不利于太阳光的短波响应。同时，常规电池的背面有铝背场遮蔽，无法吸收背面的入射光。而国内外晶体硅双面太阳电池的制作工艺复杂，设备投资较大。 现有晶体硅太阳电池进行管式热扩散的主要掺杂剂为三氯氧磷和三溴化硼，然而三氯氧磷容易挥发而且有剧毒，三溴化硼有毒而且具有腐蚀性，因此对它们的使用条件要求非常高。而且，现有太阳电池边缘及背面需要刻蚀，而刻蚀是通过湿法化学反应来完成的，需要用到大量的氢氟酸、硝酸、硫酸、碱液、去离子水，反应残留物对环境造成严重的破坏，对废液的回收存在较大难度；刻蚀所产生的废气，如一氧化氮、二氧化氮毒性非常大，因此对工艺密闭和排风要求很高，气体对环境的破坏也较为严重。设备方面投资也非常大，常规生产线刻蚀所用的设备多为进口设备，例如RENA等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有晶体硅双面太阳电池的制作工艺复杂、设备投资大等缺点，提供一种晶体硅双面太阳电池生产工艺，易于工业实现，免去现有常规液态磷源、硼源热扩散步骤和刻蚀步骤，提高生产效率，降低成本，降低对环境的污染，且该工艺的实现与工业化常规太阳电池生产线兼容。为了解决以上技术问题，本发明提供的晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于包括如下步骤第一步、对N型或P型硅基体制绒，使硅基体的向光面和背光面得到具有陷光作用的绒面陷光结构；第二步、对制绒后的硅基体进行清洗，去除金属离子及杂质；第三步、对硅基体背光面分别进行硼源、磷源离子注入或喷涂或者分别进行硼源浆料、磷源浆料丝网印刷，并分别得到与正电极图案相符的P型窗口、与负电极图案相符的N型窗口 ；或者，对N型硅基体背光面进行硼源离子注入或喷涂或者进行硼源浆料丝网印刷，并得到与正电极图案相符的P型窗口；或者，对P型硅基体背光面进行磷源离子注入或喷涂或者进行磷源浆料丝网印刷，并得到与负电极图案相符的N型窗口 ；其中，在丝网印刷后供干娃基体；第四步、对硅基体进行热处理，使硅基体背光面P型或N型窗口内的硅被硼源或磷源扩散形成P-N结；第五步、对热处理后的硅基体进行清洗，除去杂质；第六步、在硅基体的向光面镀上至少两层减反射膜；第七步、在硅基体的背光面镀上减反射膜；第八步、在硅基体的背光面进行金属正负电极的浆料丝网印刷，使正电极图案与P型窗口叠合、负电极图案与N型窗口叠合；第九步、烧结浆料，在硅基体的背光面得到金属电极，完成电池片的制作。本发明对硅基体进行了掺杂剂(即硼源、磷源)离子注入或喷涂或者进行掺杂剂浆料(即硼源浆料、磷源浆料)丝网印刷形成P型和/或N型窗口，经过热处理后实现了窗口选择性的硼源和/或磷源热扩散；再通过清洗去除残留的掺杂剂浆料及其它杂质，从而省去传统液态或气体掺杂剂的热扩散步骤和边缘及背部的刻蚀步骤，简化了生产工艺，降低了生产成本，同时降低了对环境的污染；并且覆盖(向光面和背光面)的减反射膜层对电池片起到良好的钝化作用，有利于提高太阳电池的量子效率。常规的太阳电池(向光面和背面都有电极栅线的)，对裸露的硅片进行扩散后会使得硅片的表面生成PN结，后续需要将背面和侧面的PN结用湿法或干法刻蚀掉，从而避免电池本身的短路和漏电。由于本发明采用掺杂剂选择性离子注入或喷涂或者掺杂剂浆料选择性丝网印刷得到与正负电极图案相符的窗口，然后热处理，防止了窗口以外区域被硼或磷掺杂，即实现了选择性扩散，因此就避免了侧面有PN结，所以不需要刻蚀步骤了，更不需要常规的液态或气态掺杂热扩散。同时，由于双面太阳电池的正面没有栅线电极遮挡，背面拥有陷光结构和覆盖了减反射膜层，这样可以对背面的太阳光进行吸收利用，因此可以最大程度增加双面电池的受光面积，提高电池效率。本发明第九步烧结浆料的过程中，金属电极会渗透背面减反射膜层，使金属电极与硅基体的PN结相接触。为了解决以上技术问题，本发明采用进一步的技术方案如下I、第二步中，采用盐酸溶液、去离子水清洗除去硅基体表面的金属离子及杂质，然后干燥娃基体。2、第三步中，硼源浆料为掺杂有第III主族元素的硅墨浆料，磷源浆料为掺杂有第V主族元素的硅墨浆料。3、第四步中，采用热处理设备对掺杂剂印刷烘干后的硅基体进行热处理；热处理设备为热扩散炉。4、第五步中，采用盐酸溶液、氢氟酸溶液、去离子水清洗除去硅基体表面残留的浆料及杂质，然后干燥硅基体。5、第六步和第七步中，采用PECVD或PVD方法对硅基体向光面、背光面分别镀减反
射膜层。6、第六步中，各层减反射膜的折射率不同。7、第八步中，正负电极的丝网印刷为一次印刷完成。正负电极丝网印刷由常规的三步印刷减少至一次印刷，简化生产工艺，提高生产效率。8、第一步中，制绒时，使硅基体的侧面也得到具有陷光作用的绒面陷光结构。本发明与目前普遍工业化的常规电池生产线可以良好兼容，可以直接利用现有常、规设备，避免了设备方面的高投资，有利于双面太阳电池的工业化普及应用，加快光伏行业的进程。通过掺杂源离子注入或喷涂或者掺杂剂浆料丝网印刷，得到后续电极所需的图案；对印刷掺杂剂浆料后的硅片，进行热处理使掺杂剂扩散；相对常规电池工艺，省去了液态或气态掺杂源的热扩散的复杂步骤，同时也省去了刻蚀设备的投资，降低了制造成本，避免了刻蚀设备带来的环境问题和人员操作风险；硅片向光面镀至少两层不同折射率的减反射膜有利于减少光线的反射损失，并钝化硅片向光面、消除硅片向光面缺陷；对硅片背光面进行镀膜，以减少太阳电池背面入射光线的反射损失，增加太阳电池背光面对太阳光的利用，并钝化硅片背光面和消除硅片晶格损伤等缺陷；金属正负电极只需一次丝网印刷。可见，本发明构思奇巧，与常规工业化电池生产线兼容，易于工业化制作；同时相对常规太阳电池，本发明省去了费用较高的刻蚀步骤和复杂的液态或气态掺杂源的热扩散步骤，而且金属电极丝网印刷由常规太阳电池的三步金属电极丝网印刷变成一步丝网印刷。本发明将在光伏领域得到广泛的应用，具有良好的市场前景。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。图I为晶体硅双面太阳电池剖视结构示意图。图2为晶体硅双面太阳电池背光面结构示意图。
具体实施例方式本实施例的晶体硅双面太阳电池(如图I、图2所示)的生产工艺，包括如下步骤第一步、对硅基体4制绒，使硅基体4的向光面、侧面、背光面得到具有陷光作用的续面陷光结构3 ;若娃基体为单晶娃片和类单晶娃片，则进行喊制续；若娃基体为多晶娃片，则进行酸制绒；第二步、采用盐酸溶液、去离子水清洗除去硅基体4表面的金属离子及其他杂质，然后干燥硅基体。第三步、制作与电极图案相符的窗口，有如下三种方法I、对硅基体4的背光面进行硼源浆料(优选掺杂有第III主族元素的硅墨浆料)、磷源浆料(优选掺杂有第V主族元素的硅墨浆料)丝网印刷，并烘干硅基体，得到与正负电极6、7图案相符的P型和N型窗口 ；2、对硅基体4背光面进行硼源(优选第III主族元素的液态掺杂源)、磷源(优选第V主族元素的液态)喷涂，得到与正负电极6、7图案相符的P型和N型窗口 ；3、对硅基体4背光面进行硼源(优选第III主族元素的气态掺杂源)、磷源(优选第V主族元素的气态掺杂源)离子注入，得到与正负电极6、7图案相符的P型和N型窗Π ；此外，对N型硅基体，可仅制得P型窗口 ；对P型硅基体，可仅制得N型窗口。第四步、采用热处理设备(优选扩散炉)对硅基体4进行热处理，使窗口处的硅形成PN结。第五步、采用氢氟酸溶液、盐酸溶液、去离子水对硅基体4进行清洗，去除残留浆料及杂质，并干燥硅基体4;
第六步、采用PECVD或PVD方法在硅基体4的向光面镀上两层不同折射率的氮化硅减反射膜I和2 ;第七步、采用PECVD或PVD方法在硅基体4的背光面镀上氮化硅减反射膜5 ；第八步、在硅基体4的背光面进行金属正负电极的浆料丝网印刷使正电极图案与P型窗口叠合、负电极图案与N型窗口叠合；正负电极的丝网印刷为一次印刷；第九步、烧结浆料，在硅基体的背光面得到金属电极，完成电池片的制作。图2中，6为金属正极,7为金属负极。本发明中的基本步骤方法，比如硅基体制绒使向光面、侧面和背光面具有绒面、掺杂源离子注入或喷涂或者掺杂剂浆料丝网印刷、掺杂剂热处理制作PN结、硅体向光面和背 光面镀减反射膜、电极浆料丝网印刷、烧结浆料，属于现有成熟的技术手段，因此在本实施例中，未对这些步骤的方法进行详细阐述。本发明的创新点在于步骤之间的组合，简化了生产工艺，且降低对环境的污染，制得的太阳电池可以最大程度增加受光面积，提高电池效率，具有突出的特点和显著的进步。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于包括如下步骤 第一步、对N型或P型硅基体制绒，使硅基体的向光面和背光面得到具有陷光作用的绒面陷光结构； 第二步、对制绒后的硅基体进行清洗，去除金属离子及杂质； 第三步、对硅基体背光面分别进行硼源、磷源离子注入或喷涂或者分别进行硼源浆料、磷源浆料丝网印刷，并分别得到与正电极图案相符的P型窗口、与负电极图案相符的N型窗口 ；或者，对N型硅基体背光面进行硼源离子注入或喷涂或者进行硼源浆料丝网印刷，并得到与正电极图案相符的P型窗口 ；或者，对P型硅基体背光面进行磷源离子注入或喷涂或者进行磷源浆料丝网印刷，并得到与负电极图案相符的N型窗口 ；其中，在丝网印刷后烘干硅基体； 第四步、对硅基体进行热处理，使硅基体背光面P型或N型窗口内的硅被硼源或磷源扩散形成P-N结； 第五步、对热处理后的硅基体进行清洗，除去杂质； 第六步、在硅基体的向光面镀上至少两层减反射膜； 第七步、在硅基体的背光面镀上减反射膜； 第八步、在硅基体的背光面进行金属正负电极的浆料丝网印刷，使正电极图案与P型窗口叠合、负电极图案与N型窗口叠合； 第九步、烧结浆料，在硅基体的背光面得到金属电极，完成电池片的制作。
2.根据权利要求I所述的晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于所述第一步中，若所述硅基体为单晶硅片和类单晶硅片，则进行碱制绒；若所述硅基体为多晶硅片，则进行酸制绒。
3.根据权利要求I所述的晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于所述第二步中，采用盐酸溶液、去离子水清洗除去硅基体表面的金属离子及杂质，然后干燥硅基体。
4.根据权利要求I所述的晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于所述第三步中，硼源浆料为掺杂有第III主族元素的硅墨浆料，磷源浆料为掺杂有第V主族元素的硅墨浆料。
5.根据权利要求I所述的晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于所述第四步中，采用热处理设备对掺杂剂印刷烘干后的硅基体进行热处理；所述热处理设备为热扩散炉。
6.根据权利要求I所述的晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于所述第五步中，采用盐酸溶液、氢氟酸溶液、去离子水清洗除去硅基体表面残留的浆料及杂质，然后干燥硅基体。
7.根据权利要求I所述的晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于所述第六步和第七步中，采用PECVD或PVD方法对硅基体向光面、背光面分别镀减反射膜层。
8.根据权利要求I所述的晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于所述第六步中，各层减反射膜的折射率不同。
9.根据权利要求I所述的晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于所述第八步中，正负电极的丝网印刷为一次印刷完成。
10.根据权利要求I所述的晶体硅双面太阳电池生产工艺，其特征在于所述第一步中，制绒时，使硅基体的侧面也得到具有陷光作用的绒面陷光结构。
全文摘要
本发明涉及一种双面太阳电池生产工艺，步骤如下制绒使硅基体具有绒面；在硅基体背光面制作与电极图案相符的窗口；对硅基体进行热处理使窗口内形成PN结；清洗硅基体；对硅基体向光面镀至少两层减反射膜；对基体硅背光面镀减反射膜；丝网印刷电极浆料；烧结得到金属电极，完成电池片的制作。本发明构思奇巧，与常规工业化电池生产线兼容，易于工业化制作；相对常规太阳电池，本发明双面太阳电池向光面无电极栅线，避免了向光面电极栅线对太阳光的遮挡，背光面拥有陷光结构和减反射膜层，因此电池的背光面也能吸收利用太阳光，向光面和背光面的减反射膜能对太阳电池进行钝化，有利于提高电池的效率。
文档编号H01L31/18GK102664217SQ201210149129
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者杨正刚 申请人:杨正刚