專利名稱：定向凝固多晶硅太陽電池的兩次熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種太陽電池技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種定向凝固多晶硅太陽 電池的兩次熱處理方法。
背景技術(shù)：
多晶硅作為一種低成本材料占據(jù)了目前50%以上的商業(yè)化晶體硅太陽電池市場， 其光電轉(zhuǎn)換效率一般為14%至17%，低于直拉單晶硅太陽電池1-2%。而多晶硅中氧、碳等 雜質(zhì)是導致其電池效率低于單晶硅的主要原因。適量的氧沉淀雖然可以起到吸除金屬雜質(zhì) 的作用，進而提高電池效率，但過量的氧沉淀會誘生缺陷，減少少子壽命。同時，高濃度碳會 形成碳化硅沉淀，損害電池的電學性能，在一定條件下，還會成為氧的成核中心，促進氧的 沉淀。任丙彥等人在2003年中國太陽能學會學術(shù)年會上發(fā)表的“太陽能直拉硅片襯底 中氧的熱行為及其對光電轉(zhuǎn)換效率的影響”一文中提出將兩次熱處理工藝引入單晶硅太 陽電池的制備，可以形成具吸雜作用的氧沉淀，有效改善電池性能，提高光電轉(zhuǎn)換效率。但 對于市場份額更大的多晶硅太陽電池是否適合兩次熱處理工藝并未闡述。目前，太陽電池級多晶硅材料的主要生產(chǎn)方式為定向凝固法。在定向凝固多晶硅 錠中，由于氧、碳的分凝系數(shù)不同，使得不同部位的氧、碳含量不同，氧含量的分布從底部向 頂部依次降低，碳含量則相反。高濃度的氧雜質(zhì)會降低硅片的少子壽命，使得硅錠底部硅 片的少子壽命低于中部硅片。然而，Kvande R等人在《Journal of Crystal Growth》(晶 體生長雜志)第 311 卷(2009)第 765 頁上發(fā)表的 ‘Influence of crucible and coating quality on the properties of multicrystal line silicon for solar cells，，(i甘禍及 涂層質(zhì)量對太陽電池級多晶硅性能的影響)一文中的數(shù)據(jù)顯示制成電池后，有著高含量 氧的底部硅片太陽電池效率較其它部位高?？梢娫陔姵刂谱鬟^程中，多晶硅中的碳在熱處 理時很可能影響了氧的沉淀量，進而影響了最終的電池效率。基于多晶硅錠中氧、碳的復雜行為，考慮到定向凝固多晶硅錠不同部位材料中的 氧、碳在熱處理過程中形成沉淀的作用不同，適當?shù)貙纱螣崽幚砉に囈攵嗑Ч桢V底部 材料的太陽電池制備過程中，可以有效地提高太陽電池效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種定向凝固多晶硅太陽電池的兩次 熱處理方法，借助紅外光譜技術(shù)，利用氧在熱處理過程中形成的適量沉淀能夠吸除金屬雜 質(zhì)的特點，以達到提高多晶硅太陽電池效率的目的。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明通過對硅片先進行預(yù)處理后依次進行 預(yù)熱處理和第二道次熱處理，并經(jīng)酸洗后用于太陽電池制作。所述的預(yù)處理是指用氫氟酸對多晶硅錠底部1/3處位置的多晶硅片進行清洗， 再用去離子水洗凈硅片上的氫氟酸后，將硅片甩干。
3
所述的預(yù)熱處理是指以1200°C以上的溫度對預(yù)處理后的硅片進行預(yù)熱1小時。所述的第二道次熱處理是指在650 1150°C的環(huán)境下進行4小時的熱處理。所述的酸洗是指用酸溶液腐蝕和織構(gòu)硅片表面。本發(fā)明具有顯著優(yōu)點和進步，本發(fā)明不改變原有的電池制備工藝，僅在原有流程 前增加一道工藝，便可以有效提高定向凝固多晶硅太陽電池的效率。同時本發(fā)明還考慮到 了定向凝固多晶硅錠中不同部位氧、碳含量不同引起的沉淀量差異，對兩次熱處理方法的 適用部位進行了選擇，使得該方法在提升定向凝固多晶硅太陽電池的性能方面更具針對 性。另外，本發(fā)明提供的通過紅外光譜技術(shù)測量第二道次熱處理前后氧含量變化來確定第 二道次熱處理溫度的方法，由于僅需少量樣品且可以省略研究過程中制作電池的步驟，大 大降低了研究成本和時間，應(yīng)用方便。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。使用Nicolet Nexus 870傅立葉變換紅外光譜儀在室溫下測量熱處理前后的氧、 碳濃度。取定向凝固多晶硅錠頂部、中部、底部三個部位各三個樣品硅片(T1、T2、T3;M1、 M2、M3 ；Bi、B2、B3)進行紅外光譜的測量。將硅錠中與每個樣品緊鄰的硅片看作具有相同 的氧、碳含量，采用如下工藝將硅片制成太陽電池用酸溶液腐蝕和織構(gòu)硅片表面，清洗后 進行磷擴散，使用氫氟酸去除硅片表面磷硅玻璃后進行清洗和刻蝕，用等離子體增強化學 氣相沉積法(PECVD)在表面沉積氮化硅減反膜進行表面鈍化，再在電池背面鍍上一層鋁背 場，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制作電極，最后進行燒結(jié)。對制成的太陽電池使用陜西眾森電能科技有 限公司XJCM-9單片電池測試儀測量電池效率。本實施例具體包括如下步驟1.對三個部位共九個定向凝固多晶硅樣品進行與擴散條件相同的熱處理，并在 熱處理前后進行紅外光譜測量，定量計算出氧、碳濃度的變化(Δ0和AC)，即氧、碳沉淀 的含量(Δ On = 1. 48 X IO1W3, Δ 0T2 = 1. 87 X IO1W, Δ 0T3 = 3. 28 X IO1W Δ Cn = 1. 508 X 1016cnT3，AC12 = 2. 149 X IO1W, ACt3 = 2. 518 X IO1W3 ； Δ 0M1 = 6. 26 X IO1W, Δ 0M2 = 2· 385X 1016cnT3，Δ 0Μ3 = 3· 267 X IO16CnT3 ; Δ Cmi = 1· 38 X 1015cnT3，ACm2 = 3. 61 X 1015cnT3，ACm3 = 4. OlXlO1W3 ； Δ Obi = 6. 03 X 1015cnT3，Δ 0Β2 = 5. 02 X IO1W, Δ 0Β3 = 4· 61 X IO15CnT3 ; Δ Cbi = 1· 52 X 1015cnf3，ACb2 = 7· 5 X 1014cnf3，ACb3 = 7. 3χIO14cm-3)。對每個樣品相應(yīng)的太陽電池進行效率η的測量(nT1 = 14.43%, nT2 = 14. 17%, nT3 = 13. 85%； nM1 = 14. 6%, nM2 = 14. 52%, nM3 = 14. 45%； nB1 = 14. 89%, nB2 = 14. 84%, nB3 = 14. 78% )0對比結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，頂部樣品碳沉淀較多，電池效率隨碳 沉淀的增加而降低，不適合兩次熱處理方法；中部樣品由于碳對氧沉淀的促進作用，形成了 過多的氧沉淀，其效率隨氧沉淀的增加而降低，也不適合兩次熱處理方法；只有底部樣品的 效率隨氧沉淀的增加而有所提高，故兩次熱處理方法僅適用于定向凝固多晶硅錠的底部材 料。取定向凝固多晶硅錠底部的材料，用10%濃度的氫氟酸進行清洗，再用去離子水將氫氟 酸洗凈后，將硅片甩干。
2.將清洗甩干后的多晶硅片在1200°C下進行1小時的預(yù)熱處理。3.取少量多晶硅錠的底部1/3處位置的材料，清洗甩干后進行實施步驟2的預(yù)熱 處理，然后再分別進行4小時650、860、950、1050和1150°C的第二道次熱處理，并在第二道 次熱處理前后進行紅外光譜測量，定量計算出氧濃度的變化(△())，即氧沉淀的含量(分別 為 Δ 0 = 5 X 1014cnT3，3. 2 X IO1W, 1. 17 X 1016cnT3，2. 7 X IO16CnT3 和 3. 45 X 1016cm"3)。根據(jù) 實施步驟1中的結(jié)果，以1050°C和1150°C進行第二道次熱處理所形成的氧沉淀過量，會誘 生缺陷，降低電池效率，故選擇950°C對選定的多晶硅錠底部硅片進行第二道次熱處理。4.用酸溶液腐蝕和織構(gòu)經(jīng)過兩次熱處理的多晶硅片表面，然后用于正常的太陽電 池制作工序。對比使用兩次熱處理方法制成的電池以及只經(jīng)過預(yù)熱處理制成的電池，轉(zhuǎn)換 效率提高了 2. 9%，說明兩次熱處理方法對提高定向凝固多晶硅電池效率是有效的。
權(quán)利要求
1.一種定向凝固多晶硅太陽電池的兩次熱處理方法，其特征在于，通過對硅片先進行 預(yù)處理后依次進行預(yù)熱處理和第二道次熱處理，并經(jīng)酸洗后用于太陽電池制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向凝固多晶硅太陽電池的兩次熱處理方法，其特征是，所 述的預(yù)處理是指用氫氟酸對多晶硅錠底部1/3處位置的多晶硅片進行清洗，再用去離子 水洗凈硅片上的氫氟酸后，將硅片甩干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向凝固多晶硅太陽電池的兩次熱處理方法，其特征是，所 述的預(yù)熱處理是指以1200°C以上的溫度對預(yù)處理后的硅片進行預(yù)熱1小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向凝固多晶硅太陽電池的兩次熱處理方法，其特征是，所 述的第二道次熱處理是指在650 1150°C的環(huán)境下進行4小時的熱處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向凝固多晶硅太陽電池的兩次熱處理方法，其特征是，所 述的酸洗是指用酸溶液腐蝕和織構(gòu)硅片表面。
全文摘要
一種太陽電池技術(shù)領(lǐng)域的定向凝固多晶硅太陽電池的兩次熱處理方法，通過對硅片先進行預(yù)處理后依次進行預(yù)熱處理和第二道次熱處理，并經(jīng)酸洗后用于太陽電池制作。本發(fā)明借助紅外光譜技術(shù)，利用氧在熱處理過程中形成的適量沉淀能夠吸除金屬雜質(zhì)的特點，有針對性地選擇定向凝固多晶硅錠底部材料，以達到提高多晶硅太陽電池效率的目的。
文檔編號C30B33/02GK102110740SQ20101055399
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者方昕, 沈文忠 申請人:上海交通大學