一种提高太阳能电池转化效率的方法
【专利摘要】本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种提高太阳能电池转化效率的方法，具体包括：将硅片基底清洗、扩散、蚀刻、减反射膜沉积；在经过减反射膜沉积后的硅片基底的背面印刷银电极，同时将印刷了银背电极的硅片基底在氮气氛围中烘干；在烘干后印刷了银背电极的硅片基底上印刷铝背电场，同时将印刷了铝被电场的硅片基底在氮气氛围中烘干；在烘干后的印刷了铝被电场的硅片基底上印刷正面银栅电极，同时将印刷了正面银栅电极的硅片基底在氮气氛围中烘干；将烘干后的印刷了正面银栅电极的硅片基底在氮气氛围中高温烧结，形成太阳能电池。本发明中在烘干和烧结工艺中分别将硅片基底置于氮气氛围中进行保护，提高了电极的金属化质量，实现提高太阳能电池的转换效率的目的。
【专利说明】一种提高太阳能电池转化效率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种改善太阳能电池转化效率的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，环境保护成为了世界各国面临的重要课题之一，采用清洁能源代替传统能源，不仅可以改善居住环境，同时可以提高环境质量，尤其作为用于从太阳能产生电能的电池，尤为受到关注。
[0003]通常太阳能电池包括由半导体形成的基板和射极层、以及分别在基板和射极层上形成的电极，其中，形成基板和射极层的半导体存在不同的导电类型，如，P型和N型，从而在基板和射极层之间形成P-N结。当入射光在太阳能电池上时，半导体中的电子-空穴对通过光伏效应分离为电子和空穴，且分离出的电子移动到η型半导体，空穴移动到P型半导体，进而分别由电连接到射极层和基板的电极进行收集。
[0004]目前，生产量和使用量最大的是晶体硅太阳能电池，在制造的过程中，一般首先对具有平面结构的P型多晶硅进行湿法蚀刻，使其表面粗糙；随后再采用离子扩散的方法在该晶片的衬底上形成PN结；接着采用等离子增强化学气相沉积方法或现有的其他方法在该晶片表面形成抗反射层，以进一步提高最终得到的太阳能电池的表面反射率；最后，在晶片的底层通过丝网印刷技术，将接触的银和铝制造在该晶片的底层，进行高温烧结，得到太阳能电池。
【发明内容】
[0005]在太阳能电池的制造过程中，每个工艺流程都会影响电池的光电转换效率，由于太阳能电池的转换效率直接关系生产成本，因此，要降低生产成本，就必须尽可能提高太阳能电池的转换效率，而在目前的工艺中，如果想再进一步改善工艺来提高太阳能电池的效率，可行性很低。针对上述问题，本发明提供了一种改善太阳能电池转化率的方法，在烘干和烧结过程中分别对硅片基底进行氮气保护，使硅片上所印刷的电极与氧气隔离不易被氧化，提高了电极的金属化质量，从而提高太阳能电池的转换效率。
[0006]本发明提供的提高太阳能电池转化效率的方法，其技术方案如下:
[0007]一种提高太阳能电池转化效率的方法，具体包括以下步骤:
[0008]SI将硅片基底通过化学腐蚀的方法进行清洗，随后将所述清洗后的硅片基底置于扩散炉内进行扩散，随后将所述扩散后的硅片基底进行蚀刻；最后将所述蚀刻后的硅片基底的扩散面进行减反射膜沉积；
[0009]S2在经过所述减反射膜沉积后的硅片基底的背面印刷银背电极，同时将所述印刷了银背电极的硅片基底在温度范围为100?200°C，氮气流量为1000?20000ml/min的氛围中烘干10?20min ；
[0010]S3在所述烘干后印刷了银背电极的硅片基底上印刷铝背电场，同时将所述印刷了铝被电场的硅片基底在温度范围为100?200°C，氮气流量1000?20000ml/min的氛围中烘干10?20min ；
[0011]S4在所述烘干后的印刷了铝背电场的硅片基底的正面印刷银栅电极，同时将所述印刷了正面银栅电极的硅片基底在温度范围为100?200°C，氮气流量1000?20000ml/min的氛围中烘干10?20min ；
[0012]S5将所述烘干后的印刷了正面银栅电极的硅片基底在温度范围为500?800°C，氮气流量1000?20000ml/min的氛围中，烧结15?25min，形成太阳能电池。
[0013]具体地，当把P型半导体和N型半导体制作在一起时，在交界处，两种载流子的浓度相差很大，因而P区的空穴必然向N区扩散，与此同时，N区的自由电子也必然向P区扩散，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。
[0014]在太阳能电池的制作过程中，背电极通常使用银浆印刷，银浆直接印刷在P型硅表面，在烧结后银与硅形成合金层，进而形成了无定型非晶高密度结构。
[0015]增加背电场是提高电池效率的有效途径。如在P型材料的电池中，背面增加一层P+浓掺杂层，形成P+-P的结构，那么在P+-P的界面就产生了一个由P区指向P+的内建电场。由于这个内建电场所分离出的光生载流子的积累，形成一个以P+端为正，P端为负的光生电压，这个光生电压与电池结构本身的PN结两端的光生电压极性相同，从而提高了开路电压。另外，由于背电场的存在，使光生载流子受到加速，这也可以看作是增加了载流子的有效扩散长度，因而增加了这部分载流子的收集几率，短路电流也就得到提高。另外，背电场的存在迫使少数载流子远离表面，复合率降低，使暗电流减少。
[0016]优选地，在步骤S2、步骤S4以及步骤S6中，分别采用丝网印刷银背电极、铝背电场以及正面银栅电极。
[0017]优选地，在步骤S2中，所述印刷了银背电极的硅片基底在温度150?180°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中烘干10?15min。
[0018]优选地，在步骤S3中，所述印刷了铝被电场的硅片基底在温度180?200°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中烘干10?15min。
[0019]优选地，在步骤S4中，所述印刷了银栅电极的硅片基底在温度170?190°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中烘干10?15min。
[0020]优选地，在步骤S5中，所述烘干后的印刷了正面银栅电极的硅片基底在烘干炉中紅彡口 ?
[0021]优选地，在步骤S5中，所述烘干后的印刷了正面银栅电极的硅片基底在温度650?800°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中，烧结15?25min，实现所述印刷了正面银栅电极的硅片基底的金属化。
[0022]本发明提供的提高太阳能电池转化效率的方法，其有益效果在于:
[0023]1.本发明中在烘干和烧结工艺中分别将硅片基底置于氮气氛围中进行保护，使硅片基底上印刷的电极在烘干和烧结的过程中都与氧气隔离，从而不易被氧化，进而提高电极的金属化质量、以及提高短路电流和填充因子，实现提高太阳能电池的转换效率的目的。
[0024]2.与传统的烘干、烧结工艺相比，本发明不改变原有设备，只是对工艺进行了改变，其操作简单，以及可控性及可重复性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明:
[0026]图1为本发明中提高太阳能电池转化效率的方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明进行具体的描述。下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]本发明提供了一种提高太阳能电池转化效率的方法，具体包括以下步骤:
[0029]随后将所述扩散后的硅片进行蚀刻；最后将所述刻蚀后的硅片的扩散面进行减反射膜沉积；
[0030]S2在经过所述减反射膜沉积后的硅片基底的背面印刷银电极，同时将印刷了银背电极的硅片基底在温度范围为100?200°C，氮气流量为1000?20000ml/min的氛围中烘干 10 ?20min ；
[0031]S3在烘干后印刷了银背电极的硅片基底上印刷铝背电场，同时将印刷了铝被电场的硅片基底在温度范围为100?200°C，氮气流量1000?20000ml/min的氛围中烘干10?20min ；
[0032]S4在烘干后的印刷了铝背电场的硅片基底正面上印刷正面银栅电极，同时将印刷了正面银栅电极的硅片基底在温度范围为100?200°C，氮气流量1000?20000ml/min的氛围中烘干10?20min ；
[0033]S5将烘干后的印刷了正面银栅电极的硅片基底在温度范围为500?800°C，氮气流量1000?20000ml/min的氛围中，烧结15?25min，形成太阳能电池。
[0034]具体地，在步骤SI中，在硅片基底切片的过程中，会形成表面机械切痕和损伤，因此在本发明中，在制作太阳能电池的第一道工序就是采用化学腐蚀的方法去除硅片表面的损伤，其不仅可以除去硅片基底表面的损伤，还可以在硅片表面制作一层能减少光反射的绒面。具体地，将硅片基地置于，如氢氧化钠与异丙醇混合液中进行清洗。
[0035]又太阳能电池的核心是P-N结，扩散即时太阳能电池制造的核心工序。具体地，本发明中采用P型硅片来制作太阳能电池，且采用磷扩散的方法在扩散炉中进行扩散，扩散的温度高达850-900°C，使用这种方法制出的P-N结均匀、平整，且生产效率高。
[0036]在扩散的过程中，硅片的所有表面(包括边缘)，都不可避免的扩散上磷，因而P-N结的正面手机的光生电子会沿着边缘含磷的区域流到P-N结的背面，从而造成短路。本发明中，采用的是湿法蚀刻的方法，如使用硫酸、氢氟酸、氢氧化钾、去离子水、硝酸、冷却水等，实现硅片正面和背面的绝缘，同时去除硅片表面的磷硅玻璃层。
[0037]在步骤S2中，银浆直接通过丝网印刷在P型硅表面，在烧结后银与硅形成合金层，进而形成了无定型非晶高密度结构。其主要目的在于使得硅片基底获得更好的欧姆接触特性的同时获得持久良好的附着特性。
[0038]进一步地，印刷了银背电极的硅片基底在温度150?180°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中供干10?15min。
[0039]在步骤S3中，铝被电场通过丝网印刷在印有银背电极的硅片基底上，收集载流子。印刷铝作为背电场的作用是可以作为P-P+形成高低结，从而降低背表面的复合，提高开压；另外可以反射没有被硅基底吸收的光，增加光吸收；再有铝在烧结时可以吸收部分金属杂质。
[0040]进一步地，印刷了铝被电场的硅片基底在温度180?200°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中供干10?15min。
[0041]在步骤S4中，栅线银浆在烧结过程中能够有效反射膜；同时银层与硅片基底之间可以克服表面势垒实现小电阻接触；再有银栅线能够实现与硅片基底的牢固连接，使得其对酸碱、水汽以及氧气的侵蚀都有一定的抵抗作用，在本发明中，其主要用于收集电流。
[0042]进一步地，印刷了银栅电极的硅片基底在温度170?190°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中供干10?15min。
[0043]在步骤S5中，烧结是制造太阳能电池的最后一步，目的就是干燥印刷在硅片基底上的浆料，燃尽浆料中的有机组分，是浆料和硅片形成良好的欧姆接触。高温烧结结束后，整个太阳能电池制造过程也就完成了，在太阳下将太阳能电池正、负极连接上导线，就有电流通过了。
[0044]进一步地，烘干后的印刷了正面银栅电极的硅片基底在温度650?800°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中，在烧结炉中烧结15?25min。
[0045]进一步地，在步骤S2、步骤S3和步骤S4中，都采用的是丝网印刷来印刷银背电极、铝背电场以及正面银栅电极，其通过拉动挂条挤压丝网至弹性形变，将丝网上的浆料通过丝网漏印在太阳能硅片上的一种印刷方式，以保证太阳能电池的正面接受足够的光照。
[0046]实施例一:
[0047]本实施方式以硅片基底为P型单晶硅片为例，将纯度为6N的单晶硅片按丝网印刷、烘干、烧结工艺处理，具体步骤如下:
[0048]首先，在温度为100°C，氮气流量为1000ml/min的环境下，对已印刷背电极的硅片基底在氮气氛围中烘干10分钟；
[0049]随后，在温度为100°C，氮气流量为lOOOml/min的环境下，对已印刷背电极和背电场的硅片基底在氮气氛围中烘干10分钟；
[0050]接着，在温度为100°C，氮气流量为lOOOml/min的环境下，对已印刷背电极、背电场和和栅电极的娃片基底在氮气氛围中烘干10分钟；
[0051]最后，在温度为500°C，氮气流量为1000ml/min的环境下，烧结15分钟，使银背电极、铝背电场和银栅电极与硅片金属化，形成高质量的导电电极。
[0052]由上述步骤制成的太阳能电池，经测试，平均短路电流5.25A，平均填充因子78.16
[0053]实施例二:
[0054]本实施方式以硅片基底为P型单晶硅片为例，将纯度为6N的单晶硅片按丝网印刷、烘干、烧结工艺处理，具体步骤如下:
[0055]首先，在温度为130°C，氮气流量为3000ml/min的环境下，对已印刷背电极的硅片基底在氮气氛围中烘干17分钟；
[0056]随后，在温度为140°C,氮气流量为3000ml/min的环境下,对已印刷背电极和背电场的硅片基底在氮气氛围中烘干17分钟；
[0057]接着，在温度为150°C，氮气流量为3000ml/min的环境下，对已印刷背电极、背电场和和栅电极的娃片基底在氮气氛围中烘干17分钟；
[0058]最后，在温度为600°C，氮气流量为3000ml/min的环境下，烧结20分钟，使银背电极、铝背电场和银栅电极与硅片金属化，形成高质量的导电电极。
[0059]由上述步骤制成的太阳能电池，经测试，平均短路电流5.27A，平均填充因子78.57
[0060]实施例三:
[0061]本实施方式以硅片基底为P型单晶硅片为例，将纯度为6N的单晶硅片按丝网印刷、烘干、烧结工艺处理，具体步骤如下:
[0062]首先，在温度为150°C，氮气流量为5000ml/min的环境下，对已印刷背电极的硅片基底在氮气氛围中烘干15分钟；
[0063]随后，在温度为180°C,氮气流量为5000ml/min的环境下,对已印刷背电极和背电场的硅片基底在氮气氛围中烘干15分钟；
[0064]接着，在温度为170°C，氮气流量为5000ml/min的环境下，对已印刷背电极、背电场和和栅电极的娃片基底在氮气氛围中烘干15分钟；
[0065]最后，在温度为650°C,氮气流量为5000ml/min的环境下,烧结15分钟,使银背电极、铝背电场和银栅电极与硅片金属化，形成高质量的导电电极。
[0066]由上述步骤制成的太阳能电池，经测试，平均短路电流5.29A，平均填充因子78.92。
[0067]实施例四:
[0068]本实施方式以硅片基底为P型单晶硅片为例，将纯度为6N的单晶硅片按丝网印刷、烘干、烧结工艺处理，具体步骤如下:
[0069]首先，在温度为170°C，氮气流量为10000ml/min的环境下，对已印刷背电极的硅片基底在氮气氛围中烘干13分钟；
[0070]随后，在温度为190°C，氮气流量为lOOOOml/min的环境下，对已印刷背电极和背电场的硅片基底在氮气氛围中烘干13分钟；
[0071]接着，在温度为180°C，氮气流量为lOOOOml/min的环境下，对已印刷背电极、背电场和和栅电极的娃片基底在氮气氛围中烘干13分钟；
[0072]最后，在温度为750°C，氮气流量为10000ml/min的环境下，烧结20分钟，使银背电极、铝背电场和银栅电极与硅片金属化，形成高质量的导电电极。
[0073]由上述步骤制成的太阳能电池，经测试，平均短路电流5.35A，平均填充因子80.06。
[0074]实施例五:
[0075]本实施方式以硅片基底为P型单晶硅片为例，将纯度为6N的单晶硅片按丝网印刷、烘干、烧结工艺处理，具体步骤如下:
[0076]首先，在温度为180°C，氮气流量为15000ml/min的环境下，对已印刷背电极的硅片基底在氮气氛围中烘干10分钟；
[0077]随后，在温度为200°C，氮气流量为15000ml/min的环境下，对已印刷背电极和背电场的娃片基底在氮气氛围中烘干10分钟；
[0078]接着，在温度为190°C,氮气流量为15000ml/min的环境下,对已印刷背电极、背电场和和栅电极的娃片基底在氮气氛围中烘干10分钟；
[0079]最后，在温度为800°C，氮气流量为15000ml/min的环境下，烧结25分钟，使银背电极、铝背电场和银栅电极与硅片金属化，形成高质量的导电电极。
[0080]由上述步骤制成的太阳能电池，经测试，平均短路电流5.31A，平均填充因子79.67。
[0081]实施例六:
[0082]本实施方式以硅片基底为P型单晶硅片为例，将纯度为6N的单晶硅片按丝网印刷、烘干、烧结工艺处理，具体步骤如下:
[0083]首先，在温度为190°C，氮气流量为18000ml/min的环境下，对已印刷背电极的硅片基底在氮气氛围中烘干18分钟；
[0084]随后，在温度为170°C，氮气流量为18000ml/min的环境下，对已印刷背电极和背电场的娃片基底在氮气氛围中烘干18分钟；
[0085]接着，在温度为180°C,氮气流量为18000ml/min的环境下,对已印刷背电极、背电场和和栅电极的娃片基底在氮气氛围中烘干18分钟；
[0086]最后，在温度为600°C，氮气流量为18000ml/min的环境下，烧结23分钟，使银背电极、铝背电场和银栅电极与硅片金属化，形成高质量的导电电极。
[0087]由上述步骤制成的太阳能电池，经测试，平均短路电流5.29A，平均填充因子78.95
[0088]实施例七:
[0089]本实施方式以硅片基底为P型单晶硅片为例，将纯度为6N的单晶硅片按丝网印刷、烘干、烧结工艺处理，具体步骤如下:
[0090]首先，在温度为200°C，氮气流量为20000ml/min的环境下，对已印刷背电极的硅片基底在氮气氛围中烘干20分钟；
[0091]随后，在温度为200°C，氮气流量为20000ml/min的环境下，对已印刷背电极和背电场的娃片基底在氮气氛围中烘干20分钟；
[0092]接着，在温度为200°C，氮气流量为20000ml/min的环境下，对已印刷背电极、背电场和和栅电极的娃片基底在氮气氛围中烘干20分钟；
[0093]最后，在温度为800°C，氮气流量为20000ml/min的环境下，烧结25分钟，使银背电极、铝背电场和银栅电极与硅片金属化，形成高质量的导电电极。
[0094]由上述步骤制成的太阳能电池，经测试，平均短路电流5.3A，平均填充因子80.12
[0095]与此同时，本发明对使用传统工艺获得的太阳能电池进行了测量，得到的结果为:平均短路电流5.22A，平均填充因子77.34。
[0096]从上述实施例和对比例中可以看出，本发明中在烘干和烧结工艺中分别将硅片基底置于氮气氛围中进行保护，使硅片基底上印刷的电极在烘干和烧结的过程中都与氧气隔离，从而不易被氧化，进而提高电极的金属化质量、以及提高短路电流和填充因子，实现提高太阳能电池的转换效率的目的。
[0097]以上对发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该系统进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离发明的精神和范围下所做出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种提高太阳能电池转化效率的方法，其特征在于，包括以下步骤: Si将硅片基底通过化学腐蚀的方法进行清洗，随后将所述清洗后的硅片基底置于扩散炉内进行扩散，随后将所述扩散过后的硅片基底进行蚀刻，最后将蚀刻后的硅片基底进行减反射膜沉积； S2在经过所述减反射膜沉积后的硅片基底的背面印刷银电极，同时将所述印刷了银背电极的硅片基底在温度范围为100?200°C，氮气流量为1000?20000ml/min的氛围中烘干 10 ?20min ； S3在所述烘干后印刷了银背电极的硅片基底上印刷铝背电场，同时将所述印刷了铝被电场的硅片基底在温度范围为100?200°C，氮气流量1000?20000ml/min的氛围中烘干10 ?20min ； S4在所述烘干后的印刷了铝被电场的硅片基底上印刷正面银栅电极，同时将所述印刷了正面银栅电极的硅片基底在温度范围为100?200°C，氮气流量1000?20000ml/min的氛围中烘干10?20min ； S5将所述烘干后的印刷了正面银栅电极的硅片基底在温度范围为500?800°C，氮气流量1000?20000ml/min的氛围中，烧结15?25min，形成太阳能电池。
2.如权利要求1所述提高太阳能电池转化效率的方法，其特征在于: 在步骤S2、步骤S3以及步骤S4中，分别采用丝网印刷银背电极、铝背电场以及正面银栅电极。
3.如权利要求1所述提高太阳能电池转化效率的方法，其特征在于: 在步骤S2中，所述印刷了银背电极的硅片基底在温度150?180°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中供干10?15min。
4.如权利要求1所述提高太阳能电池转化效率的方法，其特征在于: 在步骤S3中，所述印刷了铝被电场的硅片基底在温度180?200°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中供干10?15min。
5.如权利要求1所述提高太阳能电池转化效率的方法，其特征在于: 在步骤S4中，所述印刷了银栅电极的硅片基底在温度170?190°C，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中供干10?15min。
6.如权利要求1所述提高太阳能电池转化效率的方法，其特征在于: 在步骤S5中，所述烘干后的印刷了正面银栅电极的硅片基底在烘干炉中烧结。
7.如权利要求1所述提高太阳能电池转化效率的方法，其特征在于: 在步骤S5中，所述烘干后的印刷了正面银栅电极的硅片基底在温度650?800 V，氮气流量5000?15000ml/min的氛围中，烧结15?25min，实现所述印刷了正面银栅电极的硅片基底的金属化。
【文档编号】H01L31/20GK104241454SQ201410499180
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】苏青峰, 张根发, 刘长柱 申请人:上海联孚新能源科技集团有限公司