高效太阳能电池的金属化制造方法
【专利摘要】一种高效太阳能电池的金属化制造方法，步骤为：一：对硅片进行抛光和清洗后，进行化学蚀刻和表面制绒；二：在电池正反面同时进行磷掺杂，形成和制造出PN结；三：去除表面的磷硅玻璃；四：用管式扩散炉进行热氧化，加工形成钝化减反膜；五：用PECVD经加工形成表面掩膜，然后用丝网印刷在掩膜层上蚀刻正电极图形，并刷上一次薄银浆；六：丝网印刷铝背场和背电极，然后进行背部烧结，使银硅金属材料合金化，即烧结银；七：在正面烧结银的表面使用替代金属化材料以增加栅线厚度，所使用替代金属为：电沉积银或者电沉积镍+铜+锡；八：对电池片进行退火；九：完成电池片的功率测试，导电性测试，强度测试后，对完成电池片分选和包装。成本低。
【专利说明】高效太阳能电池的金属化制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池制造【技术领域】，尤其是一种高效太阳能电池的金属化制造方法。【背景技术】
[0002]目前市场上高效电池技术的应用无一例外都造成了成本上的增加，使得技术的推广滞后，其中多晶太阳能电池有代表性的是MWT电池，主要是在于组件端的制作成本的增力口，另一方面，来自于原料和辅料厂家的材料性能提升使得优势差异越来越不明显。有代表性的为:
1)以杜邦，贺利氏为代表的银浆公司推出了适合90ohm甚至更高方阻的正面银浆，使得选择性发射极电池的优势受到影响；
2)近年来日本瑞士的网纱公司针对太阳能网印专门开发了400目18线径，290目20线经，325目16线经等各种规格的网纱，使得细线条的印刷成为可能，现在行业中电池正电极栅线已经可以做到60um的栅线宽度，LDSE电池的电镀细栅线的优势受到了影响，MWT的电池的效率优势同样有影响。
[0003]无论上述哪种高效电池其实都面临着一个问题，就是封装损失收益的问题。因为主要改善的是短波段的光谱响应，而这个响应在组件端的表现优势并不明显，使得推广难度很大。
[0004]为了改善这个问题，光伏电池在最近的一年内对电池背表面的钝化研究和技术推广的速度加快了，众多知名设备制造公司开始推出ALD钝化设备和ALD-氮化硅钝化设备，另外对于氮化硅-氮化硅和S102-氮化硅的钝化膜技术研发及生产应用在很多电池制作公司中开始应用和使用。但是由于P型晶硅电池基材本身固有的拉棒铸锭技术无法彻底消除的蹦氧复合体的存在，其导致LID高衰减问题也随之而来。
[0005]现阶段，美国和欧洲光伏双反，以及各国政府相继降低光伏补贴，中国光伏电池企业对低成本高效电池技术的迫切需求。
[0006]以往电池效率提升过度依赖于浆料技术，但是现在配合高方阻浆料技术发展面临技术瓶颈。
[0007]如杜邦18A银浆对比17F在效率提升上效果不太明显。
[0008]正面银浆的成本占到电池片非硅成本的至少40%。通过新技术降低正面金属化成本，是降低非硅成本的有效手段和关键。为了降低太阳能电池的应用成本，并推动产业革命,必须要寻找一种低成本、高性能,并可综合各种技术特点,适合规模化生产的高效太阳能电池的表面金属化制造的新技术。
[0009]太阳能电池表面的金属均采用银金属，从而金属成本高，银电极的成本达到电池片总体非硅成本的40% ;另外，以现有的丝网印刷技术，不能在电池表面印刷很细且高宽度均匀的栅线(电极)，从而导致电池串联电阻偏大，电池表面钝化效果差。
【发明内容】
[0010]本 申请人:针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种高效太阳能电池的金属化制造方法，从而大幅度降低太阳能电池制造成本，并能够提升太阳能电池效率，工艺成熟简单，适用于产业化应用的高效太阳能电池的金属化制造方法。
[0011]本发明所采用的技术方案如下:
一种高效太阳能电池的金属化制造方法，包括如下步骤:
第一步:对硅片进行抛光和清洗后，进行化学蚀刻和表面制绒；
第二步:在电池正反面同时进行磷掺杂，形成和制造出PN结；
第三步:去除表面的磷硅玻璃；
第四步:用管式扩散炉进行热氧化，加工形成钝化减反膜；
第五步:用PECVD经加工形成表面掩膜，然后用丝网印刷在掩膜层上蚀刻正电极图形，并刷上一次薄银浆； 第六步:丝网印刷铝背场和背电极，然后进行背部烧结，使银硅金属材料合金化，即烧结银；
第七步:在正面烧结银的表面使用替代金属化材料以增加栅线厚度，所使用替代金属为:电沉积银或者电沉积镇+铜+锡；
第八步:对电池片进行退火，已消除应力；
第九步:完成电池片的功率测试，导电性测试，强度测试后，对完成电池片分选和包装。
[0012]作为上述技术方案的进一步改进:
第一步中，清洗采用化学喷淋清洗，并利用HF、HCL及添加剂合成的混酸对进行硅片清洗，清洗温度为25°C ±5°C，清洗时间为:1 min-2min。
[0013]第四步中，表面减反膜是二氧化硅，其厚度为45μπι±10μπι。
[0014]第五步中，表面掩膜是氮化娃，其厚度为45 μ m± 10 μ m。
[0015]第五步中，丝网印刷电池的银浆厚度为8 μ m±2 μ m。
[0016]第七步中，金属化电极处理的厚度为10μπι±2μπι ;电池片电极总厚度为20 μ m±2 μ m。
[0017]本发明的有益效果如下:
(I)本发明大大降低生产制造成本，又可带来高转换效率的晶体硅太阳能电池表面金属化技术。使用铜金属导电替代原有的银浆导电，因为其金属化的颗粒小、致密度更高，带来更高的导电性能；同时可以满足浅结密栅进一步优化的要求。特别适用于开发和量产高效率、低成本晶体硅太阳能电池的生产领域。
[0018](2)本发明采用电沉积铜金属替代传统丝网印刷的银金属，太阳能电池表面金属的成本可以大幅降低。原来电池片表面金属成本占到电池片非硅成本的40%，使用铜金属后，电池片表面金属的成本将占到非硅成本的26%左右。成本降幅达到35%。
[0019](3)本发明中的电沉积铜金属，由于铜金属成分更加纯净，且为离子结合的排布方式，颗粒更小因此致密度更高等特性，对比传统丝网印刷银浆(80%含银量)，提高了短路电流(Isc)，降低了串联电阻(Rs)，整体导电性能增加约10%~15%。最总使得太阳能电池的转换效率得到提升(升幅约1%~2%)。
[0020](4)本发明使用电沉积镍金属层打底，可以很好的防止铜金属和银金属的互相渗透，可以大大延长电池片的寿命，可以控制太阳能电池的效率不被过早衰竭。[0021](5)本发明所述的太阳能电池电极的最表面金属为电沉积锡，相比较传统丝网印刷工艺的烧结银金属的高熔点的特性，因为锡金属的熔点低，可以实现电池片与焊带的更好焊接，从而降低接触电阻，实现更大电流的通过，也可以提升电池片效率和组件的实际发电功率。并且，由于电沉积锡的纯净性、颗粒微小和致密度高的特性，太阳能电池及组件的功率衰竭也很小。
[0022](6)本发明结合了半导体中金属化制造的成熟工艺，改善和完善了目前太阳能电池的传统生产工艺。在大幅降低了太阳能电池表面金属的制造成本后，又提升了电池片的电池效率和降低了电池片的效率的衰竭率。更适应太阳能电池的产业化和创新革新的剖切需求。
【具体实施方式】
[0023]本实施例的高效太阳能电池的金属化制造方法，包括如下步骤:
第一步:对硅片进行抛光和清洗后，进行化学蚀刻和表面制绒；
第二步:在电池正反面同时进行磷掺杂，形成和制造出PN结；
第三步:去除表面的磷硅玻璃；
第四步:用管式扩散炉进行热氧化，加工形成钝化减反膜；
第五步:用PECVD经加工形成表面掩膜，然后用丝网印刷在掩膜层上蚀刻正电极图形，并刷上一次薄银浆；
第六步:丝网印刷铝背场和背电极，然后进行背部烧结，使银硅金属材料合金化，即烧结银；
第七步:在正面烧结银的表面使用替代金属化材料以增加栅线厚度，所使用替代金属为:电沉积银或者电沉积镍+铜+锡；最终实现电池电极的高径比增大，导电效率增大。
[0024]第八步:对电池片进行退火，已消除应力；
第九步:完成电池片的功率测试，导电性测试，强度测试后，对完成电池片分选和包装。
[0025]第一步中，清洗采用化学喷淋清洗，并利用HF、HCL及添加剂合成的混酸对进行硅片清洗，清洗温度为25°C ±5°C，清洗时间为:1 min-2min。
[0026]第四步中，表面减反膜是二氧化硅，其厚度为45μπι±10μπι。
[0027]第五步中，表面掩膜是氮化娃，其厚度为45 μ m± 10 μ m。
[0028]第五步中，丝网印刷电池的银浆厚度为8μπι±2μπι。
[0029]第七步中，金属化电极处理的厚度为10μπι±2μπι ;电池片电极总厚度为20 μ m±2 μ m。
[0030]单面晶体硅电池，包括如下步骤:
一:硅片表面制绒；二:扩散，完成PN结；三:去除磷硅玻璃；四:加工完成二氧化硅膜(钝化减反膜)；五:加工完成氮化硅膜(表面掩膜)；六:用丝网印刷在正面电池电极上印刷一层薄银浆IOym);七:丝网印刷铝背场和背银电极；八:烧结，使银硅金属合金化；九:对电池正面烧结银面上再进行技术化处理(电沉积银和电沉积镍+铜+锡)，目的增加栅线的高度；十:对电池片进行退火；十一:完成电池片的功率测试，导电性测试，强度测试；十二:对完成电池片分选和包装。
[0031]双面晶体硅电池，包括如下步骤: 一:硅片表面制绒；二:扩散，完成PN结；三:去除磷硅玻璃；四:加工完成二氧化硅膜(钝化减反膜)；五:加工完成氮化硅膜(表面掩膜)；六:在电池片的正反面的电极上均用丝网印刷一层薄银浆(< ΙΟμπΟ;七:烧结，使银硅金属合金化；八:对电池正面烧结银面上再进行金属化处理，以增加栅线的厚度；九:对电池片进行退火；十:完成电池片的功率测试，导电性测试，强度测试；十一:对完成电池片分选和包装。
[0032]实施例一 单晶单面太阳能电池:
单晶硅片经过碱制绒后，使用PSG设备进行抛光和化学清洗，经制绒后并完成扩散，然后在电池正反面完成20nm的二氧化硅薄膜，接着完成60nm的氮化硅膜的制备，用丝网印刷技术在电池片正面制作的第一层栅线，高度在8 μ m±2 μ m左右，然后在用丝网印刷技术完成铝背场和背电极的制造。经过背部烧结后。用本发明的新型技术，将电池片正面电极的栅线扩展到40um的宽度，在原先高度上再叠加10um±2ym，经过退火后，最终实现高转化和低成本的单晶硅单面电池。
[0033]实施例二 单晶双面太阳能电池:
单晶硅片经过碱制绒后，使用PSG设备进行抛光和化学清洗，经制绒后并完成扩散，然后在电池正反面完成20nm的二氧化硅薄膜，接着完成60nm的氮化硅膜的制备，用丝网印刷技术在电池片正反两面均在电极上制作第一层栅线，高度在8 μ m±2 μ m左右(无需制备铝背场和背电极)。用本发明的新型技术，将电池片正面电极的栅线扩展到40um的宽度，在原先高度上再叠加10um±2 μ m，经过退火后，最终实现高转换效率和低成本的单晶硅双面电池。
[0034]实施例三
多晶单面太阳能电池:
多晶硅片经过酸制绒后，使用PSG设备进行抛光和化学清洗，经制绒后并完成扩散，然后在电池正反面完成20nm的二氧化硅薄膜，接着完成60nm的氮化硅膜的制备，用丝网印刷技术在电池片正面制作的第一层栅线，高度在8 μ m±2 μ m左右，然后在用丝网印刷技术完成铝背场和背电极的制造。经过背部烧结后。用本发明的新型技术，将电池片正面电极的栅线扩展到40um的宽度，在原先高度上再叠加10um±2ym，经过退火后，最终实现高转换效率和低成本的单晶硅单面电池。
[0035]实施例四 多晶双面太阳能电池:
多晶硅片经过碱制绒后，使用PSG设备进行抛光和化学清洗，经制绒后并完成扩散，然后在电池正反面完成20nm的二氧化硅薄膜，接着完成60nm的氮化硅膜的制备，用丝网印刷技术在电池片正反两面均在电极上制作第一层栅线，高度在8 μ m±2 μ m左右(无需制备铝背场和背电极)。用本发明的新型技术，将电池片正面电极的栅线扩展到40um的宽度，在原先高度上再叠加10um± 2 μ m,经过退火后，最终实现高转换效率和低成本的多晶硅双面电池。
[0036]以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
【权利要求】
1.一种高效太阳能电池的金属化制造方法，其特征在于:包括如下步骤: 第一步:对硅片进行抛光和清洗后，进行化学蚀刻和表面制绒； 第二步:在电池正反面同时进行磷掺杂，形成和制造出PN结； 第三步:去除表面的磷硅玻璃； 第四步:用管式扩散炉进行热氧化，加工形成钝化减反膜； 第五步:用PECVD经加工形成表面掩膜，然后用丝网印刷在掩膜层上蚀刻正电极图形，并刷上一次薄银浆； 第六步:丝网印刷铝背场和背电极，然后进行背部烧结，使银硅金属材料合金化，即烧结银； 第七步:在正面烧结银的表面使用替代金属化材料以增加栅线厚度，所使用替代金属为:电沉积银或者电沉积镇+铜+锡； 第八步:对电池片进行退火，已消除应力； 第九步:完成电池片的功率测试，导电性测试，强度测试后，对完成电池片分选和包装。
2.如权利要求1所述的高效太阳能电池的金属化制造方法，其特征在于:第一步中，清洗采用化学喷淋清洗，并利用HF、HCL及添加剂合成的混酸对进行硅片清洗，清洗温度为25 0C ±5°C，清洗时间为:1 min-2min。
3.如权利要求1所述的高效太阳能电池的金属化制造方法，其特征在于:第四步中，表面减反膜是二氧化硅，其厚度为45 μ m± 10 μ m。
4.如权利要求1所述的高效太阳能电池的金属化制造方法，其特征在于:第五步中，表面掩膜是氮化娃，其厚度为45 μ m± 10 μ m。
5.如权利要求1所述的高效太阳能电池的金属化制造方法，其特征在于:第五步中，丝网印刷电池的银浆厚度为8 μ m± 2 μ m。
6.如权利要求1所述的高效太阳能电池的金属化制造方法，其特征在于:第七步中，金属化电极处理的厚度为10 μ m±2 μ m ；电池片电极总厚度为20 μ m±2 μ m。
【文档编号】H01L31/18GK103943729SQ201410184949
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】肖笛, 黄永远, 罗红军, 肖广源 申请人:上海华友金裕微电子有限公司