專利名稱：一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法。具體而言，通過絲網印刷、鍍膜和清洗處理，使電池受光面非電極區域選擇性覆蓋阻隔層，使其在擴散中形成輕摻雜區，電極區域形成重摻雜區。擴散后的硅片再銜接常規晶體硅太陽能電池制備工藝，制備晶體硅太陽能電池。
背景技術：
晶體硅太陽電池占據了光伏行業大部分的市場份額，進一步提高效率，降低成本是國內外晶體硅太陽電池研究領域的基本目標。參見圖1，現有的常規晶體硅太陽電池采用的是等同擴散的方法，整個電池受光面采用同一擴散方式，電極區域與非電極區域薄層方塊電阻相同，一般在30-80 Q，以兼顧電極接觸區摻雜不能過低和受光面摻雜不能過高的要求，這種折衷的摻雜方式能保持低成本，但極大地限制太陽電池效率的提高。因此，制備選擇性發射極晶體硅太陽電池具有重大意義，它可以實現在電池正表面電極下面重摻雜，而正表面非電極部分(受光部分)輕摻雜。從而使與金屬電極接觸的區域擴散濃度很高，接觸電阻很小；而非電極的受光區域擴散濃度較低，避免了由于發射區俄歇復合造成的電池電流的下降，這樣可有效提高晶體硅太陽電池的性能。目前國內外廠家經過多年研究，已存在多種能夠制備選擇性發射極太陽能電池的方法。例如，中電光伏的趙建華等人，在熱氧生長后的硅片上開槽制備選擇性發射極電池，采用該技術手段的硅片必須經過兩次高溫，對硅片自身損傷較大，開槽所用的化學漿料為氟化氫銨，屬于強酸性且易揮發的化學，在大規模產業化中對環境和員工健康有大的潛在危害。國外Centrotherm公司在采用激光在熱氧生長后的娃片上激光開槽，同樣會對娃片造成二次損傷，且激光設備價格較為昂貴，非絕大多數企業能接受。Roth&Rau公司采用激光對表面涂覆磷源的輕擴散硅片進行二次擴散，其缺點在于激光容易造成硅片表面的晶格損傷，造成二次擴散區域復合大，限制電流的提高幅度。杜邦公司開發出了硅墨水漿料，采用絲網印刷技術制備選擇性發射極電池，由于硅墨水技術現為其獨有專利，其次，硅墨水的價格較高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于，克服現有的選擇性發射極的技術缺陷，提供新型的選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法。本發明的技術方案為—種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法，對電池受光面的電極區域進行重摻雜擴散，非電極區域進行輕摻雜擴散，其特征在于在擴散前利用絲網印刷、鍍膜和清洗處理，對電池受光面進行選擇性的阻隔層制備，在高溫擴散過程中一次性形成電極區重摻雜，非電極區輕摻雜。具體地，前述的制備方法，包括如下步驟
a)硅片表面織構處理；b)電池受光面第一次絲網印刷，將用于掩膜的漿料覆蓋在硅片受光表面需要制作電極的區域；c)在硅片上鍍膜，覆蓋電池受光面；d)鍍膜后的硅片進行清洗，去除電極區域覆蓋的漿料及其上所 鍍薄膜；e)擴散一次性形成電極區重摻雜，非電極區輕摻雜；f)按常規太陽能電池生產工藝繼續生產，刻蝕、清洗、鍍減反膜、絲網印刷、燒結。其中步驟b)所述的掩膜漿料，成分可為有機物、無機物或有機與無機混合物，其能滿足絲網印刷的需求即可。該掩膜漿料主要是起過渡作用，通過絲網印刷方式印刷到硅片上，再鍍膜，之后，該漿料和上面的鍍膜一起被清洗除去。其中，有機物包括但不限于乙基纖維素、卵磷脂、鄰苯二甲酸二丁酯等；高分子聚合物粉體，如環氧樹脂、聚胺酯丙烯酸脂、環氧丙烯酸脂等。無機物包括但不限于金屬粉(如銀粉)、合金粉(如銀鋅、錫、硅、銅、鎂、金、鋁等金屬中的兩種或兩種以上形成的合金)、玻璃粉末、金屬氧化物粉(如過渡金屬氧化物、二氧化錫、氧化鋅等)中的一種或混合物。有機與無機物混合物例如前述的金屬粉、玻璃粉、合金粉、金屬氧化物粉等與有機載體的混合物，有機載體例如乙基纖維素、松油醇、甘油、無水乙醇中的至少一種；或聚合物和有機溶劑混合溶解而成，聚合物例如乙基纖維素、硝酸纖維素、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚氨脂樹脂，丙烯酸樹脂中的一種或混合物；溶劑如前述的松油醇、松節油、甘油、無水乙醇、丙二醇丁醚、檸檬酸三乙酯、檸檬酸三丁酯、卵磷脂等中的一種或混合物。其中步驟c)所述的鍍膜實現方式可為磁控濺射、電子束蒸發、PECVD、PVD，sol-gel、旋涂等方式，鍍膜的材質包括a -SiNx:H、Al203、Si02、非晶硅、微晶硅、TiO2等。鍍膜厚度可在5nm-500um之間。更佳地,在100nm-500nm之間。其中步驟d)所述的清洗方法采用包括化學藥液浸泡、超聲清洗等；這里的化學藥劑如溶劑，包括丙酮、乙醇、乙二醇、丁二醇、聚乙二醇等有機溶劑。其能夠清洗前述的漿料即可。其中步驟e)擴散工藝形成的方塊電阻在20-400 Q，包括雙面或單面擴散；其中步驟f)電池受光面第二次絲網印刷制備金屬化電極，印刷時使金屬化電極與步驟b)掩膜印刷圖形重疊；本發明首先采用絲網印刷的方式將用于掩膜的漿料覆蓋在硅片受光表面需要制作電極的區域，在硅片上鍍膜，覆蓋電池受光面；鍍膜后的硅片進行清洗，去除電極區域覆蓋的漿料。由于掩膜極薄，掩膜下的漿料被清洗除去之后，涂覆于該漿料上的掩膜失去支撐，也被清洗除去，而其余地方的掩膜保留，從而形成無掩膜的區域(電極區)以及掩膜區域(非電極區)。在擴散過程中，掩膜起半阻擋的作用。無掩膜的區域形成重擴散，有掩膜的區域形成輕擴散。因而非電極區擴散濃度較低，形成輕摻雜區、方阻大；電極區沒有阻隔層，擴散濃度較高，形成重摻雜區、方阻小。在絲網印刷前電極燒結金屬化時，由于電極區域擴散濃度高，將有效降低電極與硅片的歐姆接觸電阻，提高電池的填充因子，制備出效率高于常規工藝的選擇性發射極太陽能電池。本發明采用絲網印刷工藝和鍍膜的方法，在硅片表面形成不同濃度的擴散區，使其電極區域擴散濃度高，非電極區域濃度低，整體工藝可一次擴散完成，無需二次高溫擴散，對硅片損傷小；也無需昂貴的激光設備，利用現有的常規設備可以實現能大幅降低制備成本，以及滿足大規模常規工藝生產技術升級需求。


圖I為現有技術中晶體硅太陽能電池的生產流程示意圖；圖中，A.去除硅片表面損傷，形成減反射表面結構及化學清洗；B.在卩0(13氣氛中進行擴散；C.清洗并去除周邊PN結；D表面鈍化及減反射膜制備；E絲網印刷正、背面電極及背表面電場及燒結形成歐姆接觸。圖2為本發明選擇性發射極晶體硅太陽能電池的生產流程示意圖。圖中，A.去除硅片表面損傷，形成減反射表面結構；B絲網印刷阻隔漿料；C.硅片鍍膜處理；D.清洗去除阻隔漿料；E.在POCl3氣氛中進行擴散；F.去除周邊PN結；G.表面鈍化及沉積減反射層；
H.絲網印刷正、背面電極及背表面電場及燒結形成歐姆接觸。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步的詳細說明。實施例I :如圖2所示，選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法。其工藝過程如下I、進行化學清洗，去除硅片表面損傷，形成具有減反射作用的表面織構形狀2、采用與受光面電極分布相同的網板對硅片印刷漿料，漿料成分含有SiO2，重量比為40%，其余60%為有機粘合劑含量為20%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，16%丙二醇丁醚，3. 5%鄰苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纖維素3、將步驟2處理后的硅片在250°C中進行SiO2的PECVD鍍膜，厚度為250nm4、將步驟3處理后的硅片在酒精中進行超聲波清洗lOmin，然后在去離子水中進行超聲波清洗lOmin，甩干硅片；5、將步驟4處理后的硅片在POCl3中擴散，擴散后電極區域的方塊電阻控制在40 Q6、將步驟5處理后的硅片進行邊緣刻蝕和清洗處理，所用化學藥劑為15%氫氟酸；7、將步驟6處理后的硅片進行a _SiNx:H減反射膜制備；8、將步驟7處理后的硅片進行絲網印刷正反面電極，燒結金屬化處理。實施例2 :如圖2所示，選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法。其工藝過程如下I、去除硅片表面損傷，形成具有減反射作用的表面織構形狀，并進行化學清洗2、米用與受光面電極分布相同的網板對娃片印刷衆料,衆料成分含有SiO2,重量比為40%，其余60%為有機粘合劑含量為20%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，16%丙二醇丁醚，3. 5%鄰苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纖維素3、將步驟2處理后的硅片在常溫真空環境中進行Al2O3的PECVD鍍膜，厚度為IOOnm4、將步驟3處理后的硅片在酒精中進行超聲波清洗lOmin，然后在去離子水中進行超聲波清洗lOmin，甩干硅片5、將步驟4處理后的硅片在POCl3中擴散，擴散后電極區域的方塊電阻控制在55 Q6、將步驟5處理后的硅片進行邊緣刻蝕和清洗處理，所用化學藥劑為15%氫氟酸7、將步驟6處理后的硅片進行a _SiNx:H減反射膜制備8、將步驟7處理后的硅片進行絲網印刷正反面電極，燒結金屬化處理。實施例3 :如圖2所示，選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法。其工藝過程如下 I、去除硅片表面損傷，形成具有減反射作用的表面織構形狀，并進行化學清洗2、采用與受光面電極分布相同的網板對硅片印刷漿料，漿料成分含有SiO2，濃度為40%，60%為有機粘合劑含量為20%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，16%丙二醇丁醚，3. 5%鄰苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纖維素3、將步驟2處理后的硅片在200°C中進行非晶硅的PECVD鍍膜，厚度為250nm4、將步驟3處理后的硅片在酒精中進行超聲波清洗lOmin，然后在去離子水中進行超聲波清洗lOmin，甩干硅片5、將步驟4處理后的硅片在POCl3中擴散，擴散后電極區域的方塊電阻控制在40 Q6、將步驟5處理后的硅片進行邊緣刻蝕和清洗處理，所用化學藥劑依次為15%的KOH溶液和10% HF溶液7、將步驟6處理后的硅片進行a _SiNx:H減反射膜制備8、將步驟7處理后的硅片進行絲網印刷正反面電極，燒結金屬化處理。實施例4 :如圖2所示，選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法。其工藝過程如下I、去除硅片表面損傷，形成具有減反射作用的表面織構形狀，并進行化學清洗2、采用與受光面電極分布相同的網板對硅片印刷漿料，漿料含玻璃粉40 %-60%,其余部分為有機粘合劑，含量為5^-10%乙基纖維素；15-20%松油20^-30%丁二醇。3、將步驟2處理后的硅片在200°C中進行非晶硅的PVD鍍膜，厚度為500nm4、將步驟3處理后的硅片在酒精中進行超聲波清洗lOmin，然后在去離子水中進行超聲波清洗lOmin，甩干硅片5、將步驟4處理后的硅片在POCl3中擴散，擴散后電極區域的方塊電阻控制在20 Q6、將步驟5處理后的硅片進行邊緣刻蝕和清洗處理，所用化學藥劑依次為15%的KOH溶液和10% HF溶液7、將步驟6處理后的硅片進行a-SiNx:H減反射膜制備8、將步驟7處理后的硅片進行絲網印刷正反面電極，燒結金屬化處理。實施例5 實施例3 :如圖2所示，選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法。其工藝過程如下I、去除硅片表面損傷，形成具有減反射作用的表面織構形狀，并進行化學清洗
2、米用與受光面電極分布相同的網板對娃片印刷衆料,衆料成分含有Si02,含量為為50%，另50%為有機粘合劑，具體含量為15%二乙二醇一乙醚、20%二丙二醇一甲醚，11%丙二醇丁醚，3. 5%鄰苯二甲酸二乙酯、0. 5%乙基纖維素3、將步驟2處理后的硅片在200°C中進行非晶硅的PECVD鍍膜，厚度為50nm ；4、將步驟3處理后的硅片在酒精中進行超聲波清洗lOmin，然后在去離子水中進行超聲波清洗lOmin，甩干硅片5、將步驟4處理后的硅片在P0C13中擴散，擴散后電極區域的方塊電阻控制在40 Q6、將步驟5處理后的硅片進行邊緣刻蝕和清洗處理，所用化學藥劑依次為15%的KOH溶液和10% HF溶液
7、將步驟6處理后的硅片進行a-SiNx:H減反射膜制備8、將步驟7處理后的硅片進行絲網印刷正反面電極，燒結金屬化處理。
權利要求
1.一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法，對電池受光面的電極區域進行重摻雜擴散，非電極區域進行輕摻雜擴散，其特征在于在擴散前利用絲網印刷、鍍膜和清洗處理，對電池受光面進行選擇性的阻隔層制備，在高溫擴散過程中一次性形成電極區重摻雜，非電極區輕摻雜。
2.如權利要求I所述的一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法，包括如下步驟 a)硅片表面織構處理； b)電池受光面第一次絲網印刷，將用于掩膜的漿料覆蓋在硅片受光表面需要制作電極的區域； c)在硅片上鍍膜，覆蓋電池受光面； d)鍍膜后的硅片進行清洗，去除電極區域覆蓋的漿料及其上所鍍薄膜； e)擴散一次性形成電極區重摻雜，非電極區輕摻雜； f)按常規太陽能電池生產工藝繼續生產，包括刻蝕、清洗、鍍減反膜、絲網印刷、燒結。
3.如權利要求2所述的一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于 步驟b)所用的掩膜漿料，成分為無機物、有機物或無機有機混合物。
4.如權利要求2所述的一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于 步驟c)鍍膜的實現方式包括磁控濺射、電子束蒸發、PECVD, PVD、sol-gel、旋涂法。
5.如權利要求2所述的一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于 步驟c)鍍膜的材質包括0-51隊:1^1203、5102、非晶硅、微晶硅、1102。
6.如權利要求2所述的一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于 步驟c)鍍膜厚度在5nm-500um之間。
7.如權利要求2所述的一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟e)擴散工藝形成的方塊電阻在20-400 Q，包括雙面或單面擴散。
8.如權利要求2所述的一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征在于 步驟f)電池受光面第二次絲網印刷制備金屬化電極時，使金屬化電極與步驟b)第一次絲網印刷掩膜印刷圖形重疊。
全文摘要
本發明涉及一種選擇性發射極晶體硅太陽能電池的制備方法，屬于太陽能電池領域。本發明在原有晶體硅太陽能電池工藝和設備的基礎上，通過絲網印刷、鍍膜和清洗處理對電池受光面非電極區域選擇性地覆蓋阻隔層，使其在擴散時形成輕摻雜區，電極區域形成重摻雜區，再按常規晶體硅太陽能電池生產流程繼續制備太陽能電池。本發明采用的方法簡單高效、成本低廉，克服了傳統選擇性發射極晶體硅太陽能電池需要激光處理或二次高溫擴散的缺陷，制備的電池效率高，大規模產業化簡單。
文檔編號B41M1/12GK102709378SQ201210005
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者肖海東, 賴江海, 陳永虹, 黃惠東 申請人:南安市三晶陽光電力有限公司