一种P型单晶太阳电池的制备方法与流程

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，特别涉及一种P型单晶太阳电池的制备方法。

背景技术：

太阳能光伏作为洁净能源的一种，是未来能源解决方案的候选之一。特别是经过近年来的发展，其应用日渐广泛，工艺日趋成熟。光伏技术清洁，方便的特点也深入人心。但是，转换效率不高导致其发电成本居高不下，限制了光伏发电的更大规模普及。目前光伏市场的主要产品是晶硅电池，包括单晶硅和多晶硅电池。

P型单晶硅电池是目前单晶市场的主流，制作工艺简单，成本比N型单晶低。具有很强的市场竞争力。P型单晶硅电池具有以下两种制备方法：

扩散制结：常规P型电池的扩散制作PN结，制结过程是在P型基体材料上生成导电类型不同的扩散层。扩散是物质分子或原子运动的一种现象。热扩散制P-N结的方法是通过高温使V族杂质渗入P型硅。最常用的V族杂质为磷。对扩散的要求是获得适合于太阳能电池P-N结需要的结深和扩散层方块电阻。浅结死层小，电池短波效应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高细栅电极的密度，才能有效提高电池的填充因子，这样就增加了工艺难度；结深太深，死层比较明显。如果扩散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池的开路电压和短路电流下降。在实际的电池制作中，考虑多方面的因素，太阳能电池的结深一般控制在0.1～1um，方块电阻平均为55～120Ω。目前，P型晶硅太阳能电池所用的热扩散方法主要是液态磷源扩散，这种工艺是通过气体携带的方法将杂质磷源带入扩散炉内实现的。

离子注入制结：离子注入制结与扩散原理不同，它利用电磁场对带点的目标离子进行加速分选。目标离子高速撞击进入硅片内部，通过调节加速电场的能量控制离子进入硅片的深度。通过束流和目标硅片的相对运动控制掺杂的浓度（剂量）。离子注入技术的突出特点是制作的PN结深度和掺杂浓度可准确调节，大面积PN结均匀一致。由于离子停留在硅片的位置受阻止机制的制约，掺杂离子的最概然分布在距表面一定深度的某位置，离子注入硅片的表面掺杂浓度比较低，这样一来就显著的避免了死层的出现，可以显著提升电池片的短波响应。借助之后的退火工艺，可以电激活的同时在硅片的表面形成一层氧化硅薄膜，这种热生长的氧化层是非常优异的表面钝化材料之一。

传统的液态磷扩散制结，使得P型单晶硅电池正表面掺杂浓度比较高，作为比较好的复合中心存在，限制了电池效率的进一步提升。离子注入技术代替液态磷扩散，可以显著降低电池的表面掺杂浓度，避免了死层出现，借助热退火工艺，在电池片表面形成具有良好钝化效果的氧化硅。但是热氧化对电池片的表面洁净度要求较高。

关于单晶制绒，业内目前大多采用槽式的解决方案，工艺细节大同小异，最终的烘干必不可少。烘干时温度常常高达70~100℃，时间长达7~10分钟。在这种湿热的环境中，烘干气流洁净度亦不十分理想，最终会形成一种比较差的原生氧化硅层（<2nm）。制绒后的电池片在烘干时表面形成一种比较差的氧化硅和表面玷污，将这种电池片用于离子注入，热氧化退火形成的氧化硅的质量就不能达到理想的效果，电池的前表面复合未能降低到理想的水平，严重限制了离子注入工艺的优势。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述现有技术中存在的不足和问题，提出了一种P型单晶太阳电池的制备方法，该方法通过制绒后硅片的再清洗结合磷离子注入技术，显著提高电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的转化效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种P型单晶太阳电池的制备方法，依次包括：

S1、对硅片进行制绒；

S2、对制绒后的硅片进行碱液和酸液的漂洗，然后通过风刀吹干；

S3、对硅片正面进行磷离子注入；

S4、对硅片进行退火；

S5、在硅片正面制作减反射氮化硅膜；

S6、在硅片的正面和背面印刷栅线电极，并烧结。

优选地，步骤S2中，对硅片依次进行碱液漂洗、去离子水漂洗、酸液漂洗、去离子水漂洗。

更优选地，

步骤S2中，碱液为质量浓度为3~10%的KOH溶液，

和/或，

步骤S2中，酸液为质量浓度为5~15%的HF溶液或NH₄F溶液。

优选地，步骤S2中，所述碱液和酸液采用辊轮带液的方式对硅片进行清洗，并通过调节辊轮的转速和药液循环流量调节清洗速度。

优选地，步骤S1中，对硅片进行碱制绒以在硅片表面形成金字塔绒面结构。

优选地，步骤S3中，步骤S3中，注入剂量为1~8e¹⁵cm^-2,加速电场能量为5-15KeV，注入结深为0.3-0.8um。

优选地，步骤S4中，退火温度为750~950℃，退火时间为5~25min。

优选地，步骤S4中，在退火时，向封闭的退火炉管中通入氮气和氧气，退火后的正面发射极方阻在65~90Ω之间。

优选地，步骤S5中，通过PECVD在硅片正面制作减反射氮化硅膜，所述减反射氮化硅膜的厚度为75~90nm，折射率为2.02~2.10。

优选地，步骤S6中，进行硅片正背面银栅线电极和背面铝背场的印刷和烧结。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本发明的P型单晶太阳电池的制备方法通过碱、酸漂洗，保证了离子注入时硅片表面十分理想的清洁度，结合离子注入技术，使得P型电池片表面掺杂浓度比较低，几乎无死层的特点，显著提升电池片的效率。该方法重复性好，性能稳定，适合工业化大规模应用。

附图说明

附图1为本发明的一种P型单晶太阳电池的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。

参照附图1所示，本发明的一种P型单晶太阳电池的制备方法，依次包括如下步骤：

S1、对P型单晶硅片进行碱制绒，在硅片表面形成具有陷光作用的金字塔绒面结构。这种绒面的结构的表面反射率只有9~10%，可以起到较好的陷光作用，提高了电池片对光的吸收。

S2、随后对制绒后的硅片进行碱液和酸液的漂洗，碱液和酸液采用辊轮带液的方法对硅片进行清洗，可通过调节辊轮速度和药液循环流量调节清洗速度而达到最优的效果。具体的工艺为质量浓度为3~10%的KOH稀溶液漂洗，去离子水漂洗，质量浓度为5~15%的HF漂洗，去离子水漂洗，最后风刀快速吹扫。酸清洗溶液不限于HF溶液，还可以是同样有弱酸性的NH₄F等溶液。目的是为了去除制绒烘干阶段形成的较差的表面氧化硅。

S3、随后对硅片进行正面的磷离子注入，注入剂量为1~8e¹⁵cm^-2,加速电场能量为5~15KeV，注入结深为0.3~0.8um。

S4、对硅片进行退火，完成磷的电激活。退火温度为750~950℃，退火时间为5~25min。与此同时，在高温过程中，向封闭的退火炉管中通入适量氧气，硅片表面可以形成致密的氧化硅层，从而达到比较理想的钝化效果，可以显著提升电池的开路电压和短路电流。退火后的正面发射极方阻在65Ω-90Ω之间。

S5、在硅片正面使用PECVD制作减反射氮化硅（SiN_x）膜，与金字塔绒面一起形成很好的陷光结构，更重要的是氮化硅可以进一步起到表面钝化的作用。氮化硅膜的厚度为75~90nm，折射率为2.02~2.10。

S6、进行正背面银栅线电极和背面铝背场的印刷和烧结。

本发明使用简单的碱、酸漂洗工艺，保证了离子注入时硅片表面十分理想的清洁度。结合离子注入技术P型电池片表面掺杂浓度比较低，几乎无死层的特点，显著提高电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的转化效率。该方案重复性好，性能稳定，适合工业化大规模应用。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。