太阳能电池片的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能电池片的制备方法。该制备方法包括钝化发射极和镀减反射膜的步骤，其中，镀减反射膜的步骤包括：在钝化发射极的步骤前，在硅片的背面第一次镀膜，形成背面减反射膜；以及在钝化发射极的步骤后，在硅片的正面第二次镀膜，形成正面减反射膜。通过在钝化发射极之前和之后分别在硅片背面和正面镀减反射膜的方法，能够有效地防止在钝化发射极的步骤中钝化层材料沾到硅片的背面，进而能够有效防止金属浆料在烧结时不能穿透该钝化层材料导致的接触变形现象，改善了金属浆料与硅片基体的欧姆接触性能，提升了太阳能电池片的填充因子，从而提高了太阳能电池片的光电转换效率。
【专利说明】太阳能电池片的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种太阳能电池片的制备方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池已经被大规模应用到各个领域，其良好的稳定性和成熟的工艺流程是其大规模应用的基础。晶硅太阳能电池在生产时，首先需要对制作晶硅太阳能电池的硅片进行清洗，通过化学清洗达到对硅片表面的结构化处理，然后将清洗后的硅片进行扩散工艺，硅片经硼扩散工艺形成P-N结，之后对形成P-N结的硅片进行周边刻蚀工艺，以去掉在扩散工艺中硅片边缘所形成的导电层。然后经过化学清洗工艺，以除去在扩散过程中在硅片表面形成的玻璃层。然后经 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强化学气相沉积法)工艺，沉积减反射膜氮化硅层，印刷电极工艺和烧结工艺等制作得到符合要求的晶硅太阳能电池片。
[0003]晶硅的性能优劣主要由其光电转换效率来体现，而填充因子(FF)的优劣直接决定了晶硅的光电转换效率的高低。在太阳能电池片生产过程中，通常会遇到因FF的降低导致的光电转换效率较低的电池片。为了提升是太阳能电池片的FF，研究人员曾经尝试过多种方法，例如更换印刷栅线所使用的金属浆料。然而，这种更换金属浆料的方法虽然能够在一定程度上提高太阳能电池片的FF，但其提高程度有限。
[0004]因此，提升发射极太阳能电池片的填充因子的方法还有待改进，以从根本上提升太阳能电池片的填充因子，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种太阳能电池片的制备方法，以提升太阳能电池片的填充因子。
[0006]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池片的制备方法，该制备方法包括钝化发射极和镀减反射膜的步骤，镀减反射膜的步骤包括:在钝化发射极的步骤前，在硅片的背面第一次镀膜，形成背面减反射膜；以及在钝化发射极的步骤后，在硅片的正面第二次镀膜，形成正面减反射膜。
[0007]进一步地，钝化发射极步骤中形成氧化铝钝化层。
[0008]进一步地,氧化招钝化层的厚度为0.5nm?30nm。
[0009]进一步地，形成氧化铝钝化层的方法为原子层沉积法、溅射法、等离子体增强化学气相带电沉积法或溶胶凝胶法。
[0010]进一步地，背面减反射膜和正面减反射膜的材料相同，形成方法相同。
[0011]进一步地,背面减反射膜和正面减反射膜均为氮化硅减反射膜。
[0012]进一步地，背面减反射膜的厚度为30nm?IOOnm ;正面减反射膜的厚度为70nm?90nmo
[0013]进一步地，背面减反射膜和正面减反射膜采用PECVD沉积法形成。[0014]进一步地，在钝化发射极的步骤之前还包括:按顺序进行的扩散制结和等离子刻蚀的步骤；在第二次镀膜步骤后，还包括印刷烧结的步骤。
[0015]进一步地，在扩散制结的步骤前、以及在钝化发射极的步骤后分别包括化学清洗的步骤。
[0016]应用本发明的技术方案太阳能电池片的制备方法，通过在钝化发射极之前先在硅片背面镀减反射膜，在钝化发射极之后再在硅片正面镀减反射膜的方法，能够有效地在钝化发射极的步骤中钝化层材料沾到硅片的背面，进而能够有效防止金属浆料在烧结时不能穿透该钝化层材料导致的接触变形现象，改善了金属浆料与硅片基体的欧姆接触性能，提升了太阳能电池片的填充因子，从而提高了太阳能电池片的光电转换效率。
【具体实施方式】
[0017]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
[0018]正如【背景技术】所提到的，在太阳能电池片生产过程中，通常会遇到因FF的降低导致的光电转换效率较低的电池片。本发明发明人进行了大量的研究，在研究中发现在太阳能电池片生产过程中，通常在硅片的正面沉积钝化层，比如可以采用氧化铝作为介质层来钝化N型太阳能电池片的发射极。然而，在硅片正面沉积钝化层的步骤中，在对硅片的发射极进行钝化的时候不可避免地会在硅片的背面沾上钝化材料，而当这种钝化材料与Si接触能够影响后续金属浆料在烧结时的烧结效果时，就会降低太阳能电池片的提升因子，从而降低太阳能电池片的光电转换效率。
[0019]为了解决这一问题，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种太阳能电池片的制备方法，该制备方法包括钝化发射极和镀减反射膜的步骤，镀减反射膜的步骤包括:在钝化发射极的步骤前，在硅片的背面第一次镀膜，形成背面减反射膜；以及在钝化发射极的步骤后，在硅片的正面第二次镀膜，形成正面减反射膜。
[0020]本发明所提供的上述太阳能电池片的制备方法，通过在钝化发射极之前先在硅片背面镀减反射膜，在钝化发射极之后再在硅片正面镀减反射膜的方法，能够有效地防止在钝化发射极的步骤中钝化层材料沾到硅片的背面，进而能够有效防止金属浆料在烧结时不能穿透该杂质导致的接触变形现象，改善了金属浆料与硅片基体的欧姆接触性能，从而提升了太阳能电池片的填充因子，提高了光电转换效率。
[0021]本发明上述制备方法中，钝化发射极的步骤为在硅片的正面形成钝化层，以N型太阳能电池为例，其发射极就是指硅片经硼扩散形成的P型硅表面。在硅片正面形成钝化层的目的是为了减少光生载流子在硅片表面的复合速率，提高对光能的利用率。
[0022]本发明上述制备方法中，对钝化层材料并无特殊选择性，只要能够起到钝化发射极，减少光生载流子在硅片表面的复合速率的功能即可。以N型太阳能电池为例，采用氮化硅/氧化硅双层膜或者氧化铝作为钝化层，都能为硅片表面提供良好的化学钝化性能。在本发明中优选形成氧化铝钝化层。氧化铝作为钝化层时，能够在硼发射极表面的界面处形成一层固定负电荷，在娃片表面产生的电场可以将扩散到表面来的少数载流子(电子)反射回去，极大减少了硅片表面附近少数载流子的数量，从而减少了光生载流子在表面复合的速率，可以为硅片表面提供良好的场效应钝化作用。在本发明一种优选的实施例中，氧化铝钝化层的厚度为0.5nm?30nm，将氧化铝钝化层控制在0.5nm?30nm的厚度范围内对太阳能电池片的发射极的钝化效果较好，且不易对硼扩散的发射极表面造成不利影响。
[0023]在本发明上述制备方法中，形成氧化铝钝化层的方法有多种，本发明优选采用原子层沉积法、溅射法、等离子体增强化学气相带电沉积法或溶胶凝胶法，上述方法均能形成氧化铝钝化层。在上述方法中，更优选采用原子层沉积法，这种方法能够精确地控制氧化铝层的生长质量，从而更有利于获得具有高度均匀性的超薄氧化铝钝化层。
[0024]在本发明上述制备方法中，还包括在硅片的正面和背面分别镀减反射膜的步骤，对背面减反射膜和正面减反射膜的材料是否相同以及形成方法是否相同并无特殊要求，只要能形成减反射膜且形成的减反射膜能实现减少光反射的作用即可。在本发明中，优选背面减反射膜和正面减反射膜的材料相同，形成方法相同。采用相同的减反射膜材料和相同的形成方法有利于在保证减反射效果的基础上，维持工艺的稳定性，提高生产效率。
[0025]在上述硅片的正面和背面分别镀减反射膜的步骤中，减反射膜的材料可以是氮化硅或氧化硅；本发明优选背面减反射膜和正面减反射膜均为氮化硅减反射膜，氮化硅作为减反射膜既可以起到减反射、提高光能利用率，还能够起到一定的钝化作用。更优选正面减反射膜的厚度为70nm?90nm，背面减反射膜的厚度为30nm?lOOnm。将减反射膜的厚度控制在上述范围内，能使电池片的颜色保持较好的光吸收性能，而上述厚度范围外的减反射膜易使形成的电池片的颜色发生改变，从而削弱减反射能力，影响光吸收性能。
[0026]在上述硅片背面和正面镀减反射膜的步骤可以采用多种方法，只要能在硅片背面和正面镀减反射膜的方法均可用于本发明，除了链式的沉积方法外，还可采用管式的沉积法或是蒸镀技术。在本发明中，优选采用PECVD法形成正面减反射膜和背面减反射膜。PECVD法具有针孔较少、沉积所需温度低、沉积速率快、成膜质量好，不易龟裂的优势。
[0027]在本发明的上述制备方法中，在钝化发射极的步骤之前还包括:按N型太阳能电池片的制备流程顺序进行的扩散制结和等离子刻蚀的步骤，以及在第二次镀膜步骤后，还包括印刷烧结的步骤。扩散制结步骤是为了形成P-N结，等离子刻蚀的步骤是在完成扩散制结步骤后采用等离子刻蚀，其是为了去除扩散工艺中硅片边缘形成的导电层。在第二次镀膜的步骤之后印刷烧结的步骤中优选烧结的温度为630°C?870°C，在该温度下烧结能够使金属浆料与硅基体形成良好的欧姆接触。
[0028]在本发明的上述制备方法中，在扩散制结的步骤前、以及在钝化发射极的步骤后分别包括化学清洗的步骤。扩散之前通过化学清洗实现对硅片表面的结构化处理，形成倒金字塔型的糙面结构。在钝化发射极的步骤后进行化学清洗是为了除去在扩散过程中在硅片表面形成的玻璃层。
[0029]下面将结合具体实施例1至4以及对比例I来说明本发明的有益效果。
[0030]实施例1
[0031]按照单晶硅N型太阳能电池片的生产工艺流程依次进行化学清洗、化学制结、等离子刻蚀、化学清洗后，得到具有P-N结的硅片，首先采用PECVD法在硅片的背面沉积一层厚度为70nm氮化硅减反射膜，PECVD设备的具体参数为温度400度，压力0.28mbar, NH3:SiH4=2400:1050sCCm，速度200cm/min ;再采用热原子层沉积法在硅片的正面沉积一层厚度为5nm的氧化铝钝化层，热原子层沉积的具体参数是温度200度，ALD沉积循环为39循环；然后使用PECVD法在硅片的正面沉积一层厚度为80nm氮化硅减反射膜，正面沉积的PECVD设备的具体参数为温度 400 度，压力 0.28mbar,NH3:SiH4=2400:1050sccm，速度 175cm/min ；最后进行印刷烧结制得N型太阳能电池片。
[0032]采用德国Halm电池测试分选机测试所制得N型太阳能电池片的填充因子为78.8%左右，光电转换效率为19.6%。
[0033]实施例2
[0034]按照单晶硅N型太阳能电池片的生产工艺流程依次进行化学清洗、化学制结、等离子刻蚀、化学清洗后，得到具有P-N结的硅片，首先采用PECVD法在硅片的背面沉积一层厚度为30nm氮化硅减反射膜，PECVD设备的具体参数为温度400度，压力0.28mbar, NH3:SiH4=2400:1050sCCm，速度450cm/min ;再采用热原子层沉积法在硅片的正面沉积一层厚度为0.5nm的氧化铝钝化层，热原子层沉积的具体参数是温度200度，ALD沉积循环为7循环；最后使用PECVD法在硅片的正面沉积一层厚度为90nm氮化硅减反射膜，正面沉积的PECVD设备的具体参数为温度 400 度，压力 0.28mbar,NH3:SiH4=2400:1050sccm，速度 160cm/min。最后进行印刷烧结制得N型太阳能电池片。
[0035]采用德国Halm电池测试分选机测试所制得N型太阳能电池片的填充因子为78.9%，光电转换效率为19.62%。
[0036]实施例3
[0037]按照单晶硅N型太阳能电池片的生产工艺流程依次进行化学清洗、化学制结、等离子刻蚀、化学清洗后，得到具有P-N结的硅片，首先采用PECVD法在硅片的背面沉积一层厚度为IOOnm氮化硅减反射膜，PECVD设备的具体参数为温度400度，压力0.28mbar, NH3:SiH4=2400:1050sccm,速度160cm/min ;再采用热原子层沉积法在娃片的正面沉积一层厚度为30nm的氧化铝钝化层，热原子层沉积的具体参数是温度200度，ALD沉积循环为390循环；最后使用PECVD法在硅片的正面沉积一层厚度为70nm氮化硅减反射膜，正面沉积的PECVD设备的具体参数为温度400度，压力0.28mbar, NH3:SiH4=2400:1050sccm,速度200cm/min。最后进行印刷烧结制得N型太阳能电池片。
[0038]采用德国Halm电池测试分选机测试所制得N型太阳能电池片的填充因子为78.95%，光电转换效率为19.65%。
[0039]实施例4
[0040]按照单晶硅N型太阳能电池片的生产工艺流程依次进行化学清洗、化学制结、等离子刻蚀、化学清洗后，得到具有P-N结的硅片，首先采用PECVD法在硅片的背面沉积一层厚度为25nm氮化硅减反射膜，PECVD设备的具体参数为温度400度，压力0.28mbar, NH3:SiH4=2400:1050sccm,速度500cm/min ;再采用热原子层沉积法在娃片的正面沉积一层厚度为35nm的氧化铝钝化层，热原子层沉积的具体参数是温度200度，ALD沉积循环为455循环；最后使用PECVD法在硅片的正面沉积一层厚度为IOOnm氮化硅减反射膜，正面沉积的PECVD设备的具体参数为温度400度，压力0.28mbar, NH3:SiH4=2400:1050sccm,速度140cm/min。最后进行印刷烧结制得N型太阳能电池片。
[0041]采用德国Halm电池测试分选机测试所制得N型太阳能电池片的填充因子为75.2%，光电转换效率为17.4%。
[0042]对比例I
[0043]按照单晶硅N型太阳能电池片的生产工艺流程依次进行化学清洗、化学制结、等离子刻蚀、化学清洗后，得到具有P-N结的硅片，首先采用热原子层沉积法在硅片的正面沉积一层厚度为5nm的氧化铝钝化层，热原子层沉积法沉积氧化铝的具体参数设置为温度200度，ALD沉积循环为65循环，然后采用PECVD法在硅片的正面和背面沉积氮化硅减反射膜，正面的氮化硅减反射膜的厚度为80nm，背面的氮化硅减反射膜的厚度为40nm，PECVD沉积的具体参数设置为温度400度，压力0.28mbar, NH3:SiH4=2400:1050sccm,正面沉积时速度175cm/min,背面沉积时速度为200cm/min.;最后进行印刷烧结制得N型太阳能电池片。
[0044]采用德国Halm电池测试分选机测试所制得N型太阳能电池片的填充因子为77.8%，光电转换效率为19.55%。
[0045]从以上的描述中，可以看出，本发明所提供实施例1?4采用本发明所提供的分步沉积氮化硅减反射膜的方法，有效地避免了沉积氧化铝钝化层时氧化铝与背面的硅材料的直接接触。在氧化铝钝化层和正、背面减反射膜的厚度均在相应的(本发明所优选的)范围内时(实施例1-3和对比例1)，采用本发明所提供的分步沉积氮化硅减反射膜的方法，相比对比例I中N型太阳能电池片的制备方法，明显改善了金属浆料在烧结时形成的合金层的性能，提升了 N型太阳能电池的填充因子，进而提高了 N型太阳能电池的光电转换效率。
[0046]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种太阳能电池片的制备方法，包括钝化发射极和镀减反射膜的步骤，其特征在于，所述镀减反射膜的步骤包括: 在所述钝化发射极的步骤前，在硅片的背面第一次镀膜，形成背面减反射膜；以及 在所述钝化发射极的步骤后，在所述硅片的正面第二次镀膜，形成正面减反射膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钝化发射极步骤中形成氧化铝钝化层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铝钝化层的厚度为0.5nm?30nmo
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述形成氧化铝钝化层的方法为热原子层沉积法、溅射法、等离子体增强化学气相带电沉积法或溶胶凝胶法。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述背面减反射膜和所述正面减反射膜的材料相同，且形成方法相同。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述背面减反射膜和所述正面减反射膜均为氮化硅减反射膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述背面减反射膜的厚度为30nm?IOOnm ;所述正面减反射膜的厚度为70nm?90nm。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述背面减反射膜和所述正面减反射膜采用PECVD法形成。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述钝化发射极的步骤之前还包括:按顺序进行的扩散制结和等离子刻蚀步骤；在所述第二次镀膜步骤后，还包括印刷烧结的步骤。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述扩散制结步骤前、以及在所述钝化发射极的步骤后分别包括化学清洗的步骤。
【文档编号】H01L31/18GK103746004SQ201410014836
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】郎芳, 杨德成, 史金超, 李高非, 胡志岩, 熊景峰 申请人:英利集团有限公司