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一种 栅线 钝化 接触PERC 太阳能 电池及其制备方法

阅读：223发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种栅线钝化接触PERC 太阳能电池及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本方案公开了太阳能电池领域的一种栅线钝化接触 PERC 太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一、制绒、步骤二、扩散；步骤三、刻蚀；步骤四、表面氧化；步骤五、制备磷重掺杂的非晶硅层：采用磷烷与硅烷LPCVD共沉积或PECVD的方式在硅片表面制备一层厚度为30～300nm的N型非晶硅层；步骤六、印刷；步骤七、去油墨刻蚀；步骤八、氧化；步骤九、制备钝化结构：硅片的背面制备氧化铝与氮化硅叠层钝化结构，硅片的正面制备氮化硅钝化结构；步骤十、开孔、步骤十一、印刷：硅片的背面和正面印刷浆料，再进行烧结，即得到成品，即为栅线钝化接触PERC太阳能电池。本申请减少了PERC电池正面金属栅线接触带来的金属复合，增加了开路电压和填充因子，增加了短路电流。，下面是一种栅线钝化接触PERC 太阳能电池及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种栅线钝化接触PERC 太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、制绒：采用碱制绒方式在P型硅衬底的硅片上制备金字塔绒面；
步骤二、扩散：采用扩散方式在硅片上制备PN结；
步骤三、刻蚀：硅片去PSG与背面刻蚀，硅片背面反射率控制在20～40％之间；
步骤四、表面氧化：在金字塔绒面表面制备一层厚度为1～4nm的氧化膜；
步骤五、制备磷重掺杂的非晶硅层：采用磷烷与硅烷LPCVD共沉积或PECVD的方式在硅片表面制备一层厚度为30～300nm的N型非晶硅层；
步骤六、印刷：在硅片上印刷油墨阻挡刻蚀材料，印刷图形与硅片上栅线图形一致；
步骤七、去油墨刻蚀：将硅片上非油墨阻挡区域的非晶硅层刻蚀掉，采用湿法刻蚀的方式，然后将油墨清洗去除；
步骤八、氧化：硅片的正面再次氧化、退火；
步骤九、制备钝化结构：硅片的背面制备氧化铝与氮化硅叠层钝化结构，硅片的正面制备氮化硅钝化结构；
步骤十、开孔：硅片的背面进行激光开孔；
步骤十一、印刷：硅片的背面和正面印刷浆料，再进行烧结，即得到成品，即为栅线钝化接触PERC 太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的制绒步骤包括：①KOH粗抛，去除硅片表面损伤层与杂质；②KOH+H2O2清洗，去除硅片表面的有机残留物；③KOH+添加剂，在硅片表面制备金字塔微结构绒面；④KOH+H2O2清洗，去除反应残留物；⑤HF清洗，去除氧化层，增加硅片脱水性；⑥水洗，慢提拉，烘干，最终形成硅片表面的反射率为10～13％。
3.根据权利要求2所述的栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤二中扩散为磷扩散，使用氮气为载气，三氯氧磷为磷源的情况下，在硅片表面扩散磷源，形成的方阻为70～180Ω/㎡。
4.根据权利要求3所述的栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤三的操作步骤为：①硅片扩散面朝上，在硅片表面覆盖一层水膜，然后经过HNO3+HF的混酸槽，由于背面水膜的覆盖作用，导致正面与边缘的磷扩层被去除掉，而正面的磷扩层被保存下来；②经过KOH槽，去除正面的多孔硅；③经过HF槽，去除背面的磷硅玻璃层与正面的氧化层，增加脱水性，④水洗与风干，最终背面的反射率为30～38％。
5.根据权利要求4所述的栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的步骤四表面氧化采用高温热氧化的方式，表面制备1～4nm的氧化层或者使用高温HON3溶液化学氧化的方法，制备1～4nm的氧化层。
6.根据权利要求5所述的栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述湿法刻蚀为：①利用6～20％浓度的HF与6～20％浓度HNO3的混合溶液，去除未被油墨覆盖的非晶硅层；②利用1～5％浓度弱碱，清洗表面的油墨以及去除表面的多孔硅；③通过1～
6％浓度HF清洗，使其表面具有脱水性；④进行水洗与烘干。
7.根据权利要求6所述的栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤八的退火与氧化，即经过750～880℃的退火，表面制备1～4nm的氧化层。
8.根据权利要求7所述的栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的背面钝化层与减反射层制备，其过程为使用三甲基铝TMA与N2O的等离子体放电的方式，在硅片背面表面形成Al2O3钝化层，或者使用TMA与H2O反应，在硅片表面形成Al2O3钝化层，形成的Al2O3钝化层厚度为4～25nm；然后使用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成背面的SiNx层，SiNx厚度为55～85nm；其正面减反射层为使用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成背面的SiNx层，SiNx厚度为70～87nm。
9.根据权利要求8所述的栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的印刷与烧结，其过程为：①硅片背面印刷背银浆，进行烘干，然后印刷铝浆，再烘干；②硅片正面印刷银浆，银浆图案需与前面印刷图形保持一致，然后进行烘干；③硅片传输至烧结炉，经过升温至700～900℃的高温烧结后，制成成品。
10.根据权利要求1～9任一所述的栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法制备的太阳能电池。

说明书全文

一种栅线 钝化 接触PERC 太阳能 电池及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种栅线钝化接触PERC太阳能电池及其制备方法。

背景技术

[0002] 太阳电池是一种基于光伏效应直接将光能转化为电能的器件，为了实现更高的太阳能电池转换效率，科学家在不断的优化钝化与接触，然而对于太阳能电池而言，钝化与接触几乎是不可兼得的事情，如实现良好的钝化，需减少金属接触的面积，必然增加串联电阻，而实现良好的接触，必然是有较大的金属接触面积，使其复合电流较大。为了兼顾钝化与接触，利用量子隧穿的钝化接触技术应运而生。钝化接触技术的缺点是采用非晶硅或多晶硅层做接触层，其吸光系数太大，正面使用的话会导致电流损失太多，造成电池开路电压(Uoc)低、短路电流(Isc)偏低，转换效率提升不显著。

发明内容

[0003] 本发明意在提供一种栅线钝化接触PERC太阳能电池及其制备方法，兼顾钝化与接触，能够避免大面积的多晶硅层，提高短路电流和开路电压，提高电池的转换效率。

[0004] 本方案中一种栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

[0005] 步骤一、制绒：采用碱制绒方式在P型硅衬底的硅片上制备金字塔绒面；

[0006] 步骤二、扩散：采用扩散方式在硅片上制备PN结；

[0007] 步骤三、刻蚀：硅片去PSG与背面刻蚀，硅片背面反射率控制在20～40％之间；

[0008] 步骤四、表面氧化：在金字塔绒面表面制备一层厚度为1～4nm的氧化膜；

[0009] 步骤五、制备磷重掺杂的非晶硅层：采用磷烷与硅烷LPCVD共沉积或PECVD的方式在硅片表面制备一层厚度为30～300nm的N型非晶硅层；

[0010] 步骤六、印刷：在硅片上印刷油墨阻挡刻蚀材料，印刷图形与硅片上栅线图形一致；

[0011] 步骤七、去油墨刻蚀：将硅片上非油墨阻挡区域的非晶硅层刻蚀掉，采用湿法刻蚀的方式，然后将油墨清洗去除；

[0012] 步骤八、氧化：硅片的正面再次氧化、退火；

[0013] 步骤九、制备钝化结构：硅片的背面制备氧化铝与氮化硅叠层钝化结构，硅片的正面制备氮化硅钝化结构；

[0014] 步骤十、开孔：硅片的背面进行激光开孔；

[0015] 步骤十一、印刷：硅片的背面和正面印刷浆料，再进行烧结，即得到成品，即为栅线钝化接触PERC太阳能电池。

[0016] 有益效果：本发明一方面金属接触区域利用非晶硅接触有效的减少了金属复合，另一方面非金属接触区域去除了非晶硅，减少了非晶硅对光的强烈吸收，提高了短路电流；以上两点可以有效改善目前的PERC电池的金属复合以及非晶硅的光学损失。

[0017] 进一步，所述的制绒步骤包括：①KOH粗抛，去除硅片表面损伤层与杂质；②KOH+H2O2清洗，去除硅片表面的有机残留物；③KOH+添加剂，在硅片表面制备金字塔微结构绒面；④KOH+H2O2清洗，去除反应残留物；⑤HF清洗，去除氧化层，增加硅片脱水性；⑥水洗，慢提拉，烘干，最终形成硅片表面的反射率为10～13％。去除损伤层可以有效的减少其复合电流，金字塔结构可以有效的降低反射率，提高电流。

[0018] 进一步，所述步骤二中扩散为磷扩散，使用氮气为载气，三氯氧磷为磷源的情况下，在硅片表面扩散磷源，形成的方阻为70～180Ω/㎡。

[0019] 进一步，所述步骤三的操作步骤为：①硅片扩散面朝上，在硅片表面覆盖一层水膜，然后经过HNO3+HF的混酸槽，由于背面水膜的覆盖作用，导致正面与边缘的磷扩层被去除掉，而正面的磷扩层被保存下来；②经过KOH槽，去除正面的多孔硅；③经过HF槽，去除背面的磷硅玻璃层与正面的氧化层，增加脱水性，④水洗与风干，最终背面的反射率为30～38％。

[0020] 进一步，所述的步骤四表面氧化采用高温热氧化的方式，表面制备1～4nm的氧化层或者使用高温HON3溶液化学氧化的方法，制备1～4nm的氧化层。

[0021] 进一步，所述湿法刻蚀为：①利用6～20％浓度的HF与6～20％浓度HNO3的混合溶液，去除未被油墨覆盖的非晶硅层；②利用1～5％浓度弱碱，清洗表面的油墨以及去除表面的多孔硅；③通过1～6％浓度HF清洗，使其表面具有脱水性；④进行水洗与烘干。

[0022] 进一步，所述步骤八的退火与氧化，即经过750～880℃的退火，表面制备1～4nm的氧化层。

[0023] 进一步，所述的背面钝化层与减反射层制备，其过程为使用三甲基铝TMA与N2O的等离子体放电的方式，在硅片背面表面形成Al2O3钝化层，或者使用TMA与H2O反应，在硅片表面形成Al2O3钝化层，形成的Al2O3钝化层厚度为4～25nm；然后使用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成背面的SiNx层，SiNx厚度为55～85nm；其正面减反射层为使用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成背面的SiNx层，SiNx厚度为70～87nm。

[0024] 进一步，所述的印刷与烧结，其过程为：①硅片背面印刷背银浆，进行烘干，然后印刷铝浆，再烘干；②硅片正面印刷银浆，银浆图案需与前面印刷图形保持一致，然后进行烘干；③硅片传输至烧结炉，经过升温至700～900℃的高温烧结后，制成成品。

[0025] 一种栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法制备的PERC太阳能电池。

具体实施方式

[0026] 下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

[0027] 实施例1：一种栅线钝化接触PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

[0028] 步骤一、制绒：采用碱制绒方式在P型硅衬底的硅片上制备金字塔绒面，制绒步骤包括：①KOH粗抛，去除硅片表面损伤层与杂质；②KOH+H2O2清洗，去除硅片表面的有机残留物；③KOH+添加剂，在硅片表面制备金字塔微结构绒面；④KOH+H2O2清洗，去除反应残留物；⑤HF清洗，去除氧化层，增加硅片脱水性；⑥水洗，慢提拉，烘干，最终形成硅片表面的反射率为12％。

[0029] 步骤二、扩散：采用磷扩散的方式在硅片上制备PN结，即使用氮气为载气，三氯氧磷为磷源的情况下，在硅片表面扩散磷源，形成的方阻为170Ω/㎡。

[0030] 步骤三、刻蚀：硅片去PSG与背面刻蚀，操作步骤为：①硅片扩散面朝上，在硅片表面覆盖一层水膜，然后经过HNO3+HF的混酸槽，由于背面水膜的覆盖作用，导致正面与边缘的磷扩层被去除掉，而正面的磷扩层被保存下来；②经过KOH槽，去除正面的多孔硅；③经过HF槽，去除背面的磷硅玻璃层与正面的氧化层，增加脱水性，④水洗与风干，最终背面的反射率为36％。

[0031] 步骤四、表面氧化：在金字塔绒面表面制备一层厚度为3nm的氧化膜，即表面氧化采用高温热氧化的方式，表面制备3nm的氧化层。

[0032] 步骤五、制备磷重掺杂的非晶硅层：采用磷烷与硅烷LPCVD共沉积的方式在硅片表面制备一层厚度为200nm的N型非晶硅层；

[0033] 步骤六、印刷：在硅片上印刷油墨阻挡刻蚀材料，印刷油墨阻挡刻蚀材料为树脂，印刷图形与硅片上栅线图形一致；

[0034] 步骤七、去油墨刻蚀：将硅片上非油墨阻挡区域的非晶硅层刻蚀掉，采用湿法刻蚀的方式，然后将油墨清洗去除；湿法刻蚀：①利用HF与HNO3的混合溶液，去除未被油墨覆盖的非晶硅层；②利用弱碱，清洗表面的油墨以及去除表面的多孔硅；3)通过HF清洗，使其表面具有脱水性；4)进行水洗与烘干。

[0035] 步骤八、氧化：硅片的正面经过750℃的退火，表面制备1nm的氧化层；

[0036] 步骤九、制备钝化结构：硅片背面钝化层与减反射层制备，其过程为使用三甲基铝TMA与N2O的等离子体放电的方式，在硅片背面表面形成Al2O3钝化层，形成的Al2O3钝化层厚度为14nm；然后使用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成背面的SiNx层，SiNx厚度为70nm；其正面减反射层为使用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成正面的SiNx层，SiNx厚度为78nm。

[0037] 步骤十、开孔：硅片的背面进行激光开孔；

[0038] 步骤十一、印刷：硅片背面印刷背银浆，进行烘干，然后印刷铝浆，再烘干；②硅片正面印刷银浆，银浆图案需与前面印刷图形保持一致，然后进行烘干；③硅片传输至烧结炉，经过升温至800℃的高温烧结后，即得到成品即为栅线钝化接触PERC太阳能电池。

[0039] 对比例：

[0040] 步骤一、制绒：采用碱制绒方式在P型硅衬底的硅片上制备金字塔绒面，制绒步骤包括：①KOH粗抛，去除硅片表面损伤层与杂质；②KOH+H2O2清洗，去除硅片表面的有机残留物；③KOH+添加剂，在硅片表面制备金字塔微结构绒面；④KOH+H2O2清洗，去除反应残留物；⑤HF清洗，去除氧化层，增加硅片脱水性；⑥水洗，慢提拉，烘干，最终形成硅片表面的反射率为11％。

[0041] 步骤二、扩散：采用磷扩散的方式在硅片上制备PN结，即使用氮气为载气，三氯氧磷为磷源的情况下，在硅片表面扩散磷源，形成的方阻为90Ω/㎡。

[0042] 步骤三、刻蚀：硅片去PSG与背面刻蚀，操作步骤为：①硅片扩散面朝上，在硅片表面覆盖一层水膜，然后经过HNO3+HF的混酸槽，由于背面水膜的覆盖作用，导致正面与边缘的磷扩层被去除掉，而正面的磷扩层被保存下来；②经过KOH槽，去除正面的多孔硅；③经过HF槽，去除背面的磷硅玻璃层与正面的氧化层，增加脱水性，④水洗与风干，最终背面的反射率为38％。

[0043] 步骤四、表面氧化：在金字塔绒面表面制备一层厚度为4nm的氧化膜，即表面氧化采用高温热氧化的方式，表面制备4nm的氧化层。

[0044] 步骤五、制备钝化结构：硅片背面钝化层与减反射层制备，其过程为使用三甲基铝TMA与N2O的等离子体放电的方式，在硅片背面表面形成Al2O3钝化层，形成的Al2O3钝化层厚度为25nm；然后使用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成背面的SiNx层，SiNx厚度为85nm；其正面减反射层为使用SiH4与NH3在等离子体放电的条件下，形成背面的SiNx层，SiNx厚度为87nm。

[0045] 步骤六、开孔：硅片的背面进行激光开孔；

[0046] 步骤七、印刷：硅片背面印刷背银浆，进行烘干，然后印刷铝浆，再烘干；②硅片正面印刷银浆；③硅片传输至烧结炉，经过升温至900℃的高温烧结后，即得到成品即为常规PERC太阳能电池。

[0047] 与对比例相比，本发明一方面金属接触区域利用非晶硅接触有效的减少了金属复合，另一方面非金属接触区域去除了非晶硅，减少了非晶硅对光的强烈吸收，提高了短路电流；以上两点可以有效改善目前的PERC电池的金属复合以及非晶硅的光学损失。

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