專利名稱：一種太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種以金剛線切割硅片為基底的太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
晶體硅太陽能電池在光伏電池中的市場(chǎng)份額保持在90%左右，占據(jù)著整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)，而硅片成本是電池成本的609Γ70%，因此降低硅片制造成本是世界眾多光伏研究機(jī)構(gòu)和制造企業(yè)研究的熱點(diǎn)。從硅錠到硅片需要進(jìn)行切割，因此降低切割成本具有非常重大的意義。目前市場(chǎng)主要采用游離磨料砂漿多線切割，但是這種技術(shù)有如下缺點(diǎn)(1)需要碳化硅砂漿配合切割，成本高；(2)砂漿回收困難，因此容易造成污染；(3)切割時(shí)間長(zhǎng)，容 易斷線等。為了解決采用游離磨料砂漿多線切割帶來的問題，出現(xiàn)了金剛線切割技術(shù)。該技術(shù)不需要采用碳化硅砂漿，硅片產(chǎn)量也能大大提高，是一種有望取代砂漿多線切割的新型硅片切割技術(shù)。但這種金剛線切割得到的硅片有明顯的切割線痕，如圖1所示。切割后硅片特殊的表面形貌不利于硅片濕法制絨，制絨去重量難以提高，表面不容易形成大面積的凹坑結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于濕法制絨后的常規(guī)硅片。參考圖2，從圖2中可以看出，采用酸溶液制絨后，硅片表面形貌不好，陷光效果差不利于后續(xù)太陽能電池的制造。從數(shù)據(jù)上看，采用該方法得到的硅片為基底制造的太陽能電池效率比正常硅片電池降低了約O. 7% 1%。因此，雖然金剛線切割硅片價(jià)格低，但這種硅片經(jīng)酸制絨難以實(shí)現(xiàn)低的反射率、表面線痕多等缺點(diǎn)大大降低了太陽能的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決金剛線切割硅片電池反射率高、轉(zhuǎn)換效率低等缺點(diǎn)，本發(fā)明公開了一種太陽能電池的制備方法和一種太陽能電池。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種太陽能電池的制備方法，其中，包括以下步驟a)對(duì)金剛線切割的硅片進(jìn)行腐蝕；b)對(duì)腐蝕后的所述硅片進(jìn)行制絨；c)在所述硅片正面形成P擴(kuò)散層，然后去除所述硅片正面的PSG和周邊P擴(kuò)散層；d)在所述硅片正面形成減反膜；e)在所述硅片背面形成背電極和鋁背場(chǎng)；f)在所述硅片正面形成正電極；其特征在于，先采用堿性混合溶液對(duì)所述硅片進(jìn)行腐蝕，腐蝕溫度為70°C 90°C，之后再采用酸性混合溶液對(duì)所述硅片進(jìn)行進(jìn)一步腐蝕，腐蝕溫度為5°C 18°C ；
所述制絨采用反應(yīng)離子刻蝕制絨。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述娃片導(dǎo)電類型為P型，少子壽命大于I μ m,電阻范圍為0 5Ω. cm。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述堿性混合溶液為質(zhì)量濃度在59Γ15%范圍內(nèi)的 K0H/Na0H/CH3CH20H 混合溶液，K0H/Na0H/CH3CH20H 的質(zhì)量比為 I 5:2 8: Γ5 ；所述硅片在所述堿性混合溶液中的去重比率為2°/Γ8%。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述酸性混合溶液為HN03/HF/CH3C00H混合溶液，HN03/HF/CH3C00H的體積比為I 10:1 5:1 5 ;
所述HNO3、HF和CH3COOH的質(zhì)量濃度分別為68%、40%和98% ；所述硅片在所述酸性混合溶液中的去重比率為1°/Γ5%。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述步驟b)還進(jìn)一步包括將制絨后的所述硅片置于HF/CH3C00H混合溶液中，并超聲處理5mirTl0min，進(jìn)一步去除表面殘留物。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種太陽能電池，由上至下依次包括正電極、減反膜、絨面、P擴(kuò)散層、硅片、鋁背場(chǎng)/背電極，其特征在于，所述硅片為金剛線切割而成，并且依次經(jīng)過堿性混合溶液和酸性混合溶液的腐蝕，在所述堿性混合溶液中的腐蝕溫度為70°C 90°C，在所述酸性混合溶液中的腐蝕溫度為 5°C 18°C ；所述絨面為采用反應(yīng)離子刻蝕的方式形成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述娃片導(dǎo)電類型為P型，少子壽命大于I μ m,電阻范圍為0 5Ω. cm。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述堿性混合溶液為質(zhì)量濃度在59Γ15%范圍內(nèi)的 K0H/Na0H/CH3CH20H 混合溶液，K0H/Na0H/CH3CH20H 的質(zhì)量比為 I 5:2 8: Γ5 ；所述硅片在所述堿性混合溶液中的去重比率為2°/Γ8%。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述酸性混合溶液為HN03/HF/CH3C00H混合溶液，HN03/HF/CH3C00H的體積比為I 10:1 5:1 5 ;所述HNO3、HF和CH3COOH的質(zhì)量濃度分別為68%、40%和98% ；所述硅片在所述酸性混合溶液中的去重比率為1°/Γ5%。本發(fā)明提出先堿再酸腐蝕的方法能基本去除硅片的線痕，然后結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕(RIE)制絨技術(shù)來大大降低娃片表面反射率、氫氣氣氛中退火加強(qiáng)娃片表面鈍化的方法來制備太陽能電池。這種方法所得硅片表面損傷層少，反射率低，表面和體鈍化效果好。這種多晶硅太陽能電池不但成本低，工藝簡(jiǎn)單可行，且平均效率可達(dá)17. 39Γ17. 5%，較多晶電池主流的酸制絨電池效率可提高O. 3%以上，是一種高效低成本的太陽能電池制備技術(shù)。


通過閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯圖1所示為金剛線切割的多晶硅片的形貌圖；圖2所示為金剛線切割的多晶硅片在酸制絨后的形貌圖3所示為金剛線切割的硅片采用RIE制絨后表面形貌圖；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一種太陽能電池的制備方法的一個(gè)具體實(shí)施方式
的流程不意圖；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一種太陽能電池的一個(gè)具體實(shí)施方式
的示意性截面圖。附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
具體實(shí)施例方式下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各 種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。參考圖4，圖4為根據(jù)本發(fā)明的一種太陽能電池的制備方法的一個(gè)具體實(shí)施方式
的流程示意圖。步驟SlOl，對(duì)金剛線切割的硅片100進(jìn)行腐蝕。首先對(duì)硅片100進(jìn)行選取，硅片100的尺寸可以任意選取，但是為了便于后續(xù)制造太陽能電池，優(yōu)先選取6英寸或5英寸的金剛線切割多晶硅片為基底材料。由于目前的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中，絕大部分采用導(dǎo)電類型為P型的硅片100作為基底材料制備太陽能電池，因此優(yōu)先選取導(dǎo)電類型為P型的硅片100?？梢岳斫猓诓煌男枨笙?，還可以選取導(dǎo)電類型為N型的多晶硅片作為太陽能電池的基底材料。優(yōu)選的，硅片100的少子壽命>1 μ S，電阻為O飛Ω . Cm。腐蝕的過程分為兩步，首先，將硅片100置于堿性混合溶液中，進(jìn)行腐蝕，腐蝕溫度70 V ^900C。堿性混合溶液優(yōu)選質(zhì)量濃度為5°/Γ 5%的K0H/Na0H/CH3CH20H混合溶液，其中，K0H/Na0H/CH3CH20H質(zhì)量比為I飛2 8 :1飛。硅片100在堿性混合溶液中的去重比率控制在29Γ8%。其次，再將堿性腐蝕之后的硅片100置于酸性混合溶液中，進(jìn)行腐蝕，腐蝕溫度為5°C 18°C，以便去除硅片100表面的大部分線痕。酸性混合溶液優(yōu)選為HN03/HF/CH3C00H混合溶液，其中HN03、HF和CH3COOH體積比分別為1-10:1-5 1-5，其中HNO3、HF和CH3COOH質(zhì)量濃度分別為68%、40%和98%。硅片100在酸性混合溶液中的去重比率控制在1°/Γ5%。接下來，執(zhí)行步驟S102，對(duì)腐蝕后的所述硅片100進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕(RIE)制絨，以形成絨面200。制絨的結(jié)果使入射光在硅片100表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)的制絨方法多采用化學(xué)腐蝕法，即濕法制絨。如，采用使用各類酸、堿和有機(jī)溶劑等來實(shí)現(xiàn)。但是，由于金剛線切割的硅片100具有特殊的表面形貌(如圖1所示)，采用濕法制絨后硅片100表面形貌依然不夠理想(如圖2所示)，使得濕法制絨后的硅片100反射率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)硅片，因此，對(duì)于金剛線切割后的硅片100，優(yōu)選采用RIE制絨。參考圖3，從圖3中可以看出，對(duì)金剛線切割后的硅片100進(jìn)行RIE制絨后的表面形貌良好。采用反應(yīng)離子刻蝕制絨后硅片反射率范圍為59Γ15%。為了使制絨后的硅片100表面殘留物得到去除，優(yōu)選的，將制絨后的所述硅片100置于HF/CH3C00H混合溶液中，并進(jìn)行超聲處理5min"l0min,以便進(jìn)一步去除表面殘留物。步驟S103，在制絨后的硅片100正面進(jìn)行P擴(kuò)散，然后去除所述硅片100正面的PSG和周邊P擴(kuò)散層。值得注意的是，由于在步驟SlOl中選取的是導(dǎo)電類型為P型的硅片100，因此在制作P-N結(jié)時(shí)，進(jìn)行P擴(kuò)散；當(dāng)我們選擇導(dǎo)電類型為N型的硅片100時(shí)，需要進(jìn)行B擴(kuò)散制作P-N結(jié)。在此，以P型襯底為例進(jìn)行說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠理解在N型襯底上制作P-N的常規(guī)工藝，故而不再贅述?？刹捎靡訮OCl3為磷源在硅片100正面進(jìn)行P的熱擴(kuò)散，形成P擴(kuò)散層300。還可以先在娃片100的正面噴涂磷酸或其他含磷的摻雜源,然后通過快速熱退火(Rapid ThermalAnealing)處理，完成硅片100的正面P擴(kuò)散。之后去除所述硅片正面的PSG (Phospho Silicate Glass，磷硅玻璃)和周邊P擴(kuò)散層。在太陽能電池片生產(chǎn)制造過程中，可以通過化學(xué)腐蝕法也即把硅片100放在腐蝕性溶液(如氫氟酸、氫氧化鈉等各類酸/堿或有機(jī)溶液)中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸，以去除擴(kuò)散制結(jié)后在硅片100表面形成的一層PSG。
為了減少太陽能電池的表面反射，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，需要繼續(xù)執(zhí)行步驟S104，在所述硅片正面形成減反膜400。沉積減反膜400可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種常規(guī)方法。優(yōu)選的，將娃片100置于氫氣氣氛的管式PECVD爐中,溫度400°C 800°C,退火5min 30min ;然后將爐管抽真空至OPa 50Pa,去除殘余氣體；恒定壓強(qiáng)Imin 2min,充入硅烷和氨氣，沉積氮化硅(SiNx)減反膜400。步驟S105，在所述硅片100背面形成背電極620和鋁背場(chǎng)500。招背場(chǎng)具有純化和反型的功能，可進(jìn)一步降低載流子復(fù)合，提聞少子壽命，提聞電池效率。通過絲網(wǎng)印刷的方法在硅片的背面印刷一層鋁漿，然后燒結(jié)即可形成鋁背場(chǎng)500。步驟S106，在所述硅片100正面形成正電極610?？蛇x的，上述背電極620和正電極610可采用印刷銀漿或者電鍍銅的方式制備?？蛇x的，上述背電極620和/或正電極610可米用常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)技術(shù)、電鍍技術(shù)(Sputter Deposition System)或絲網(wǎng)印刷形成。參考圖5,圖5為本發(fā)明的一種太陽能電池的一個(gè)具體實(shí)施方式
的示意性截面圖。如圖5所示，該太陽能電池，由上至下依次包括正電極610、減反膜400、絨面200、P擴(kuò)散層300、硅片100、鋁背場(chǎng)500/背電極610，其中，所述硅片100為金剛線切割而成,并且依次經(jīng)過堿性混合溶液和酸性混合溶液的腐蝕,在所述堿性混合溶液中的腐蝕溫度為70°C 90°C，在所述酸性混合溶液中的腐蝕溫度為5°C 18°C ;所述絨面200為采用反應(yīng)離子刻蝕的方式形成。其中，硅片100的尺寸可以任意選取，但是為了便于后續(xù)制造太陽能電池，優(yōu)先選取6英寸或5英寸的金剛線切割多晶硅片為基底材料。由于目前的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中，絕大部分采用導(dǎo)電類型為P型的硅片100作為基地材料制備太陽能電池，因此優(yōu)先選取導(dǎo)電類型為P型的硅片100?？梢岳斫?，在不同的需求下，還可以選取導(dǎo)電類型為N型的多晶硅片作為太陽能電池的基底材料。優(yōu)選的，硅片100的少子壽命>1 μ S，電阻為O 5Ω. cm。優(yōu)選的，上述堿性混合溶液為質(zhì)量濃度在5°/Γ 5%范圍內(nèi)的K0H/Na0H/CH3CH20H混合溶液。其中，K0H/Na0H/CH3CH20H的質(zhì)量比為廣5:2 8:廣5。硅片100在上述堿性混合溶液中的去重比率控制在2°/Γ8%之間。優(yōu)選的，上述酸性混合溶液為HN03/HF/CH3C00H混合溶液，其中，HN03/HF/CH3C00H的體積比為I 10:1 5:1 5 ;所述順03、冊(cè)和CH3COOH的質(zhì)量濃度分別為68%、40%和98%。所述硅片100在上述酸性混合溶液中的去重比率控制在1°/Γ5%之間。值得注意的是，由于之前選取的是導(dǎo)電類型為P型的硅片100，形成了 P擴(kuò)散層300 ;當(dāng)我們選擇導(dǎo)電類型為N型的硅片100時(shí)，需要進(jìn)行B擴(kuò)散制作P-N結(jié)，因此會(huì)形成N擴(kuò)散層。在此，以P型襯底為例進(jìn)行說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠理解在N型襯底上制作P-N的常規(guī)工藝以及采用所述工藝形成的N擴(kuò)散層，故而不再贅述。減反膜400優(yōu)選采用氮化硅(SiNx)材料沉積而成。背電極620與正電極610類似，也可以采用銀或者銅等材料制備。背電極620可以有多種形式，例如點(diǎn)狀背電極；可選 的，所述背電極620為條形背電極。本發(fā)明的方法對(duì)金剛線切割的硅片依次進(jìn)行堿性和酸性腐蝕，之后對(duì)腐蝕后的硅片進(jìn)行RIE制絨。通過上述處理，可以有效改善金剛線切割硅片絨面結(jié)構(gòu)，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對(duì)于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池的制備方法，其中，包括以下步驟 a)對(duì)金剛線切割的硅片進(jìn)行腐蝕； b)對(duì)腐蝕后的所述硅片進(jìn)行制絨； c)在所述硅片正面形成P擴(kuò)散層，然后去除所述硅片正面的PSG和周邊P擴(kuò)散層； d)在所述硅片正面形成減反膜； e)在所述硅片背面形成背電極和鋁背場(chǎng)； f)在所述硅片正面形成正電極； 其特征在于， 先采用堿性混合溶液對(duì)所述硅片進(jìn)行腐蝕，腐蝕溫度為70°C 90°C，之后再采用酸性混合溶液對(duì)所述硅片進(jìn)行進(jìn)一步腐蝕，腐蝕溫度為5°C 18°C ； 所述制絨采用反應(yīng)離子刻蝕制絨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，所述硅片導(dǎo)電類型為P型，少子壽命大于I μ m,電阻范圍為0 5 Ω · cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其中， 所述堿性混合溶液為質(zhì)量濃度在5°/Γ 5%范圍內(nèi)的KOH/NaOH/CH3CH2OH混合溶液，KOH/Na0H/CH3CH20H的質(zhì)量比為I 5:2 8:1 5 ； 所述硅片在所述堿性混合溶液中的去重比率為29Γ8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其中， 所述酸性混合溶液為HN03/HF/CH3C00H混合溶液，HN03/HF/CH3C00H的體積比為I 10:1 5:1 5 ； 所述順03、HF和CH3COOH的質(zhì)量濃度分別為68%、40%和98% ； 所述硅片在所述酸性混合溶液中的去重比率為1°/Γ5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中，所述步驟b)還進(jìn)一步包括 將制絨后的所述硅片置于HF/CH3C00H混合溶液中，并超聲處理5mirTl0min，進(jìn)一步去除表面殘留物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟d)進(jìn)一步包括 將所述硅片至于氫氣氣氛的管式PECVD爐中，在溫度400 °C 800°C的條件下，退火5min 30min ； 將所述管式PECVD爐抽真空至OPa 50Pa，去除殘余氣體； 恒定壓強(qiáng)lmirT2min，充入硅烷和氨氣，沉積氮化硅減反膜。
7.一種太陽能電池，由上至下依次包括正電極、減反膜、絨面、P擴(kuò)散層、硅片、鋁背場(chǎng)/背電極，其特征在于， 所述硅片為金剛線切割而成，并且依次經(jīng)過堿性混合溶液和酸性混合溶液的腐蝕，在所述堿性混合溶液中的腐蝕溫度為70°C 90°C，在所述酸性混合溶液中的腐蝕溫度為5 0C 18。。； 所述硅片采用反應(yīng)離子刻蝕形成絨面結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能電池，其中，所述硅片導(dǎo)電類型為P型，少子壽命大于Iμ m,電阻范圍為0 5 Ω · cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能電池，其中，所述堿性混合溶液為質(zhì)量濃度在5°/Γ 5%范圍內(nèi)的KOH/NaOH/CH3CH2OH混合溶液，KOH/Na0H/CH3CH20H的質(zhì)量比為I 5:2 8:1 5 ； 所述硅片在所述堿性混合溶液中的去重比率為29Γ8%。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的太陽能電池，其中， 所述酸性混合溶液為hno3/hf/ch3cooh混合溶液，hno3/hf/ch3cooh的體積比為I 10:1 5:1 5 ； 所述順03、HF和CH3COOH的質(zhì)量濃度分別為68%、40%和98% ； 所述硅片在所述酸性混合溶液中的去重比率為1°/Γ5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能電池的制備方法，該方法包括以下步驟對(duì)金剛線切割的硅片依次進(jìn)行堿性腐蝕和酸性腐蝕；對(duì)腐蝕后的所述硅片進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕制絨；在所述硅片正面形成P擴(kuò)散層，然后去除所述硅片正面的PSG和周邊P擴(kuò)散層；在所述硅片正面形成減反膜；在所述硅片背面形成背電極和鋁背場(chǎng)；在所述硅片正面形成正電極。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種采用上述方法制備的太陽能電池。本發(fā)明的方法可以有效改善金剛線切割硅片的絨面結(jié)構(gòu)，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L31/04GK103022253SQ20121056286
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者石強(qiáng), 韓瑋智, 牛新偉, 蔣前哨, 李永輝, 仇展煒 申請(qǐng)人:浙江正泰太陽能科技有限公司