一种RIE制绒的黑硅电池的制备方法与流程

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种RIE制绒的黑硅电池的制备方法。

背景技术：

现有技术中黑硅电池的制备流程是先进行酸制绒，RIE制绒，经过绒面修复后再进行PN结扩散，然后后清洗去除磷硅玻璃层（PSG）和边缘刻蚀，PECVD积淀减反射膜，丝网印刷和烧结工艺完成黑硅电池的制备，如图1所示。

采用上述的工艺流程，再经过RIE制绒后，黑硅片表面会形成深度为200~500nm左右小绒面，而此深度与目前的扩散PN结深相当。在这种绒面形貌的情况下，会对PN结的扩散深度产生影响，而酸制绒工艺也会引起硅片表面形貌起伏不平，进一步加重了PN结的不均匀性，同时也会导致局部的扩散浓度随绒面起伏而有变化，增加了光生载流子的表面复合速率，从而影响电池片的性能。

现有技术中的工艺（例如专利CN201510003710.4和CN201520004215.0）虽然也提到了背面抛光技术，改善了扩散前硅片表面的平整性，从而提升黑硅电池的性能，但是这些工艺仍然使用的是现有常用的工艺流程，仍然没有考虑到绒面尺寸对扩散均匀性的影响，因此，电池效率提升幅度有限。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种RIE制绒的黑硅电池的制备方法，已解决提高PN结的均匀性，提高电池片转换效率的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种RIE制绒的黑硅电池的制备方法，包括如下步骤：步骤S1，去除黑硅片的正表面损伤层，以及对黑硅片的背面进行抛光处理；步骤S2，对所述黑硅片的表面进行磷源扩散，制备PN结；步骤S3，对所述黑硅片进行清洗、RIE制绒，在黑硅片的正表面形成纳米绒面；步骤S4，对所述黑硅片的纳米绒面进行修复，以去除纳米绒面形成过程中的损失层；步骤S5，对所述黑硅片的正表面积淀上减反射膜；步骤S6，对所述黑硅片的背面分别印刷背银、铝浆后烘干，然后在其正表面印刷正银后烧结，即可得到黑硅电池。

进一步可选的，所述步骤S3中采用湿法清洗方法，使用成分为HF:HNO3：H2SO4：H2O=1:8:10:5的混酸对黑硅片的背面和侧面进行刻蚀，以实现对步骤S2中因磷源扩散造成的黑硅片侧面和背面的PN结的刻蚀，再使用5%浓度的HF去除黑硅片的正表面的磷硅玻璃层，后烘干。

进一步可选的，所述步骤S3中采用干法清洗方法，使用成分为CF4和H2组成的混合气体等离子体对黑硅片的侧面进行刻蚀，以实现对步骤S2中因磷源扩散造成的黑硅片侧面的PN结的刻蚀。

进一步，所述步骤S3中RIE制绒是采用SF6/O2/Cl2混合气体等离子体对所述黑硅片的正表面进行反应离子刻蚀；刻蚀时间为5 ~ 10min，在黑硅片的正表面形成纳米绒面的微结构大小为200 ~ 500nm，反射率为5 ~ 15%。

进一步，所述步骤S1中采用混酸处理法或碱处理法去除黑硅片的正表面的损伤层，以及对黑硅片的背面进行抛光处理；其中混酸处理法采用成分为HF/HNO3/H2O的混酸；碱处理法采用KOH溶液。

进一步，所述步骤S2中扩散温度为760 ~ 850℃，扩散方阻为70 ~ 90Ω/□。

进一步，所述步骤S4中采用成分为BOE/H2O2/H2O的混合药液去除损失层；然后使用成分为HF/HCl/H2O的混酸对黑硅片的表面进行清洗，以去除黑硅片表面的氧化层或金属杂质。

进一步，所述步骤S5中的减反射膜为SiNx薄膜，其厚度为70 ~ 85nm，折射率为2.05 ~ 2.15。

进一步，所述步骤S6中采用丝网印刷法对所述黑硅片的正面和反面进行印刷；以及所述黑硅片的背面的背银的银浆湿重为0.2-0.5g，铝浆湿重为1.1g-1.5g；所述黑硅片的正表面的正银的细栅银浆湿重0.78g-1.5g。

进一步，所述步骤S6中烧结时采用的烧结炉的烧结区域的最高温温区的温度为760 ~ 860℃。

本发明的有益效果是，本发明的RIE制绒的黑硅电池的制备方法采用RIE进行制绒工艺，避免了大量有毒有害化学品的使用，可降低工艺对环境的污染。相较传统干法黑硅电池工艺（图1所示），本发明中将RIE制绒工艺置于扩散工艺之后，通过适当调整扩散PN结的深度,可减少制绒后绒面形貌对扩散后PN结深的影响，从而提高PN结的均匀性，最终达到提高电池片转换效率的目的。本工艺附加成本低，适合多晶硅片，并且可以产业化生产，相比传统干法黑硅电池工艺的效率绝对值提升在0.2%以上。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有技术中RIE制绒的黑硅电池的制备方法制备的黑硅电池结构效果示意图；

图2是本发明的RIE制绒的黑硅电池的制备方法制备的黑硅电池结构示意图。

图中：电池银栅线1、减反射膜2、纳米绒面3、PN结4、黑硅片5、铝背场6。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图2所示，本发明的一种RIE制绒的黑硅电池的制备方法，包括如下步骤：步骤S1，去除黑硅片5的正表面损伤层，以及对黑硅片5的背面进行抛光处理；步骤S2，对所述黑硅片5的表面进行磷源扩散，制备PN结4；步骤S3，对所述黑硅片5进行清洗、RIE制绒，在黑硅片5的正表面形成纳米绒面3；步骤S4，对所述黑硅片5的纳米绒面3进行修复，以去除纳米绒面3形成过程中的损失层；步骤S5，对所述黑硅片5的正表面积淀上减反射膜2；步骤S6，对所述黑硅片5的背面分别印刷背银、铝浆后烘干，然后在其正表面印刷正银后烧结，即可得到黑硅电池，且在黑硅电池的正表面形成电池银栅线1，以及在黑硅电池的背面形成铝背场6。

具体的，采用PECVD工艺在所述黑硅片5的正表面沉积减反射膜2。

所述步骤S3中采用湿法清洗方法，使用成分为HF:HNO3：H2SO4：H2O=1:8:10:5的混酸对黑硅片5的背面和侧面进行刻蚀，以实现对步骤S2中因磷源扩散造成的黑硅片5侧面和背面的PN结4的刻蚀，再使用5%浓度的HF去除黑硅片5的正表面的磷硅玻璃层，后烘干。

所述步骤S3中RIE制绒是采用SF6/O2/Cl2混合气体等离子体对所述黑硅片5的正表面进行反应离子刻蚀；刻蚀时间为5 ~ 10min，在黑硅片5的正表面形成纳米绒面3的微结构大小为200 ~ 500nm，反射率为5 ~ 15%。具体的，使用SF6/O2/Cl2混合气体，利用离化后的F基团对黑硅片5表面进行腐蚀，生成SiF4气体，起到刻蚀作用；O2与硅生成SiO2，有自掩膜作用，在一定程度上可以调整微观形貌；又通过加入的Cl2，副产物为SiCl4不易挥发，自掩膜效应增强，可以在刻蚀作用和钝化共同作用下形成均匀性好的黑硅纳米绒面3，此工艺中黑硅纳米绒面3尺寸控制在亚微米级别（200-500nm）。

所述步骤S1中采用混酸处理法或碱处理法去除黑硅片5的正表面的损伤层，以及对黑硅片5的背面进行抛光处理；其中混酸处理法采用成分为HF/HNO3/H2O的混酸；碱处理法采用KOH溶液。

具体的，所述KOH溶液采用温度为60℃，浓度为9%的KOH溶液。所述HF/HNO3/H2O的混酸可选用体积比为HF:HNO3：H2O =1:8:3的混酸，也可选用体积比为HF:HNO3：H2O=1:6.5:3的混酸，均可实现黑硅片5表面的平整性和抛光效果。

所述步骤S2中扩散温度为760 ~ 850℃，扩散方阻为70 ~ 90Ω/□。

所述步骤S4中采用成分为BOE/H2O2/H2O的混合药液去除损失层；然后使用成分为HF/HCl/H2O的混酸对黑硅片5的表面进行清洗，以去除黑硅片5表面的氧化层或金属杂质。具体的，所述BOE/H2O2/H2O的混合药液采用体积比为BOE：H2O2：H2O=1：2:3的混合药液；所述HF/HCl/H2O的混酸采用体积比为HF：HCl：H2O=1：1：5的混酸。

所述步骤S5中的减反射膜2为SiNx薄膜，其厚度为70 ~ 85nm，折射率为2.05 ~ 2.15。

所述步骤S6中采用丝网印刷法对所述黑硅片5的正面和反面进行印刷；以及所述黑硅片5的背面的背银的银浆湿重为0.2-0.5g，铝浆湿重为1.1g-1.5g；所述黑硅片5的正表面的正银的细栅银浆湿重0.78g-1.5g。

所述步骤S6中烧结时采用的烧结炉的烧结区域的最高温温区的温度为760 ~ 860℃。具体的，在此烧结过程中正面银浆会烧穿正面SiNx薄膜与PN结4发射极形成良好的欧姆接触；背面铝浆将透过前面激光烧蚀的孔洞与黑硅片5形成硅铝合金形成铝背场6和欧姆接触；而在介质膜上面的铝浆将不能烧穿介质钝化膜，从而增强对透射过介质膜的光的反射。

实施例2

本发明的一种RIE制绒的黑硅电池的制备方法，其步骤与实施例1大体相同，唯一不同在于，所述步骤S3中采用干法清洗方法，使用成分为CF4和H2组成的混合气体等离子体对黑硅片5的侧面进行刻蚀，以实现对步骤S2中因磷源扩散造成的黑硅片5侧面的PN结4的刻蚀。具体的，反应气体CF4在射频功率的激发下，发生电离并形成等离子体。等离子体和激发形成的活性反应基团在电场作用下到达黑硅片5表面，发生化学反应并生成挥发性反应物SiF4，被真空系统抽出腔体，从而完成干法刻蚀。通过调整成分为CF4和H2组成的混合气体中CF4/H2的体积比，可改变氧化硅和硅的刻蚀速率，当H2%>20%（体积占比）时，氧化硅与硅的刻蚀速率比值大于10, 可以确保PSG刻蚀干净, 且能尽可能少地腐蚀底层的黑硅片5。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定。