太阳能电池制备方法与流程

1.本公开涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及太阳能电池制备方法。


背景技术：

2.近几年，全世界都在大力发展可再生能源，比较热门的可再生能源有太阳能、风能、潮汐能等。太阳能相比传统能源有着利用简单、安全、无污染等特点，成为可再生新能源领域研究的焦点。太阳能电池发电的基本原理是光生伏打效应，太阳能电池是将太阳光转化为电能的新能源器件。
3.在制备太阳能电池的过程中，通过对硅片正面继续宁掺杂以形成基于pn结的发射极，发射极表面用于与后续电极进行接触点电连接，因此发射极表面的掺杂浓度的高低影响太阳能电池的电信号性能。


技术实现要素：

4.鉴于以上相关技术的缺点，本公开的目的在于提供太阳能电池制备方法，以解决相关技术中太阳能电池电信号性能低的技术问题。
5.本公开第一方面提供一种太阳能电池制备方法，其包括：
6.在硅片正面进行掺杂源扩散以形成发射极；
7.对发射极表面刻蚀目标结深，以使得刻蚀后的发射极表面的掺杂浓度达到设定值；
8.在刻蚀后的发射极表面形成正面钝化层；
9.在正面钝化层上形成正面电极，正面电极穿过正面钝化层与刻蚀后的发射极表面形成接触电连接。
10.可选地，太阳能电池制备方法还包括：
11.在硅片正面进行掺杂源扩散以形成发射极时，还在发射极上形成带掺杂的硅玻璃；
12.在对发射极表面刻蚀目标结深之前，去除带掺杂的硅玻璃，以露出发射极表面。
13.可选地，掺杂源为硼源，带掺杂的硅玻璃为硼硅玻璃。
14.可选地，太阳能电池制备方法还包括：
15.在硅片正面进行掺杂源扩散以形成发射极时，还在发射极上形成氧化硅层，硼硅玻璃覆盖氧化硅层；
16.在去除带掺杂的硅玻璃时，还去除氧化硅层，以露出发射极表面。
17.可选地，去除带掺杂的硅玻璃，以露出发射极表面，包括：
18.使用酸性溶液去除带掺杂的硅玻璃，以露出发射极表面。
19.可选地，使用酸性溶液去除带掺杂的硅玻璃，以露出发射极表面，包括：
20.将硅片在氢氟酸溶液里反应至带掺杂的硅玻璃去除，以露出发射极表面。
21.可选地，对发射极表面刻蚀目标结深，包括：
22.使用碱性溶液对发射极表面刻蚀目标结深。
23.可选地，碱性溶液为氢氧化钾溶液、氨水或氢氧化钠溶液。
24.可选地，在对发射极表面刻蚀目标结深之前，太阳能电池制备方法还包括：
25.采集发射极表面的电化学掺杂浓度检测曲线；
26.根据的电化学掺杂浓度检测曲线确定目标结深和设定值；
27.根据目标结深和设定值确定对发射极表面刻蚀目标结深过程的刻蚀工艺参数。
28.可选地，太阳能电池制备方法还包括：
29.在硅片背面依次形成掺杂多晶硅层及隧穿氧化层；
30.在刻蚀后的发射极表面形成正面钝化层时，还在隧穿氧化层背离硅片的一侧形成背面钝化层；
31.在正面钝化层上形成正面电极时，还在背面钝化层背离隧穿氧化层的一侧形成背面电极，背面电极穿过背面钝化层及隧穿氧化层与掺杂多晶硅层形成接触电连接。
32.如上，本公开实施例中提供太阳能电池制备方法，在硅片正面进行掺杂源扩散以形成发射极，对发射极表面刻蚀目标结深，以使得刻蚀后的发射极表面的掺杂浓度达到设定值，在刻蚀后的发射极表面形成正面钝化层，在正面钝化层上形成正面电极，正面电极穿过正面钝化层与刻蚀后的发射极表面形成接触电连接。使用本实施例，通过对发射极表面进行刻蚀，去除掺杂浓度较低的表面结深区域，使得刻蚀后的发射极表面的掺杂浓度较高，例如达到设定值，那么电极与发射极表面形成稳定电接触，提供稳定的电信号传输，提升太阳能电池的性能。
附图说明
33.图1展示本公开一种实施例的太阳能电池制备方法的流程图。
34.图2-图5、图8-9展示本公开实施例的太阳能电池在制备过程中各个阶段的结构图。
35.图6和图7展示发射极表面的掺杂浓度与结深之间的ecv曲线。
36.图10-11展示本公开另一实施例的太阳能电池在制备过程中的结构图。
具体实施方式
37.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本公开所揭露的消息轻易地了解本公开的其他优点与功效。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用系统，本公开中的各项细节也可以根据不同观点与应用系统，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.下面以附图为参考，针对本公开的实施例进行详细说明，以便本公开所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本公开可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。
39.在本公开的表示中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的表示意指结合该实施例或示例表示的具体特征、结构、材料或者特点包括于本公开的至少一个实施例或示例中。而且，表示的具体特征、结构、材料或者特点可以
在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本公开中表示的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
40.此外，术语“第一”、“第二”仅用于表示目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的表示中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本公开所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的消息相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。
42.图1展示本公开实施例提供的一种太阳能电池制备方法的流程图，如图1所示，该太阳能电池制备方法包括：
43.步骤110：在硅片正面进行掺杂源扩散以形成发射极；
44.步骤120：对发射极表面刻蚀目标结深，以使得刻蚀后的发射极表面的掺杂浓度达到设定值；
45.步骤130：在刻蚀后的发射极表面形成正面钝化层；
46.步骤140：在正面钝化层上形成正面电极，正面电极穿过正面钝化层与刻蚀后的发射极表面形成接触电连接。
47.在掺杂源扩散过程形成发射极过程中，发射极表面的掺杂浓度可能较低，使用本实施例，通过对发射极表面进行刻蚀，去除掺杂浓度较低的表面区域，使得刻蚀后的发射极表面的掺杂浓度较高，例如达到设定值，正面电极与发射极表面的接触电阻降低，电极与发射极表面形成稳定电接触，提供稳定的电信号传输，提升太阳能电池的性能。
48.下面结合太阳能电池制备方法的各阶段结构图描述本公开实施例的方案。
49.在本公开实施例中，如图2所示，在硅片正面进行掺杂源扩散以形成发射极之前，对硅片正面和背面进行清洗和制绒，形成本实施例的硅片10。
50.本公开实施例对于制绒的具体操作方式不作限定，可采用化学刻蚀、激光刻蚀、机械法、等离子刻蚀等工艺进行制绒。在一些实施例中，可选用不限于湿法制绒工艺对硅片10进行制绒，例如可采用碱性溶液例如氢氧化钠溶液进行制绒，由于氢氧化钠溶液的腐蚀具有各向异性，从而可以制备得到金字塔状微结构。金字塔状微结构可以是四面体、近似四面体、五面体、近似五面体、棱台、近似棱台等结构。金字塔状微结构使在丝网印刷金属浆料形成电极时可以更好地填充于微结构中，获得更优异的电极接触，能够有效降低电池串联电阻，提高填充因子。此外，金字塔状微结构还具有反射、折射光线到电池表面的作用。
51.如图3所示，在硅片10正面进行掺杂源扩散以形成发射极11。
52.在一种实施例中，在掺杂源扩散过程中，还在发射极11上形成带掺杂的硅玻璃12。通过该过程，在发射极11中形成pn结。
53.在本公开一种实施例中，掺杂源可以是硼源，以形成p+发射极，此时带掺杂的硅玻璃为硼硅玻璃(bsg)。在一些实施例中，硼源可以是三溴化硼或三氯化硼，高温扩散的设备可以为管式热扩散设备，对于高温扩散过程中的温度、流量等参数信息，在此不作限定。
54.在本公开另一种实施例中，掺杂源可以是磷，以形成n+发射极，此时带掺杂的硅玻璃为磷硅玻璃(psg)。
55.在本公开实施例中，使用高温扩散工艺进行掺杂源扩散，以形成发射极。
56.如图4所示，去除带掺杂的硅玻璃12(结合图3)，以露出发射极11表面。
57.在本公开实施例中，可使用酸性溶液去除带掺杂的硅玻璃12。具体地，将硅片在氢氟酸溶液里反应至带掺杂的硅玻璃12去除。对于氢氟酸溶液的浓度在此不作限定，如5％或其他浓度值。
58.如图5所示，对发射极11表面刻蚀目标结深，以使得刻蚀后的发射极11表面的掺杂浓度达到设定值。图4中所示虚线为刻蚀前发射极11表面的位置，通过刻蚀，去除发射极11表面掺杂浓度较低的部分结深。
59.其中，目标结深及设定值根据实际需要进行设定，在此不作限定。
60.在本公开实施例中，在对发射极11表面进行刻蚀之前，采集刻蚀后的发射极11表面的ecv(电化学掺杂浓度检测)曲线，根据该ecv曲线确定目标结深及掺杂浓度的设定值，并根据该目标结深和设定值确定对发射极表面刻蚀目标结深过程的刻蚀工艺参数。
61.参考图6和图7所示ecv曲线，其中图7是图5在结深0.01μm-0.05μm时发射极表面的掺杂浓度变化曲线。其中，横轴表示pn结结深，结深时扩散形成pn节的深度，纵轴表征掺杂浓度，虚线表示使用相关技术制备太阳能电池所得到发射极表面的掺杂浓度，实线表示使用本实施例制备太阳能电池所得到发射极表面的掺杂浓度。参考虚线框，使用相关技术的发射极表面的掺杂浓度较低，使用本实施例在刻蚀去除发射极表面一定的目标结深之后，刻蚀后的发射极表面的掺杂浓度具有一定高值。
62.试验结果显示，掺杂浓度从3.65e18上升至1.22e19，方阻也从79ohm/sq上升至83ohm/sq。
63.因此，多组试验数据均表明，使用本实施例的方案，确保方阻随着时间的上升而上升。
64.在本公开实施例中，如图5所示，对发射极11表面刻蚀目标结深，具体包括：
65.使用碱性溶液对发射极11表面刻蚀目标结深。
66.具体地，将硅片10放入碱性溶液中反应一定时间，刻蚀掉掺杂浓度相对低的结深区域。其中，碱性溶液可选择氢氧化钾溶液、氨水或氢氧化钠溶液等，在此不作限定。
67.在一种实施例中，将硅片10放入1％氢氧化钾溶液中反应3分钟。此为示例，在实践中，可根据ecv曲线确定要刻蚀的结深区域结深，即目标结深，然后根据这个目标结深设定碱性溶液的类型、浓度及刻蚀时间，在此不作限定。
68.在本实施例中，在去除带掺杂的硅玻璃12之后，直接使用碱性溶液对发射极11表面进行结深刻蚀，而避免相关技术使用氢氟酸或硝酸等强酸溶液对硅片进行处理，以节省工艺步骤，降低生产成本。
69.在另外实施例中，也可以使用酸性溶液对发射极表明进行结深刻蚀。
70.相比于酸性溶液，碱性溶液成本更低，与发射极表面的反应相对更温和，对发射极表面的刻蚀进程更可控，确保对结深的刻蚀结深合理。
71.在本实施例中，在当前太阳能电池制备过程中，能够实时地结合ecv曲线确定对发射极表面的刻蚀工艺参数，数据精确度更高。在另外实施例中，也可以事先设定统一的刻蚀
工艺参数。
72.进一步地，在本公开实施例中，在使用碱性溶液对发射极表面进行刻蚀之后，使用去离子水清洗并烘干或甩干。其中，对于水洗及烘干或甩干的具体工艺在此不作限定。
73.在本公开实施例中，如图8所示，在刻蚀后的发射极11表面形成正面钝化层13。在一种实施例中，正面钝化层13可以是多层膜层的堆叠，例如氧化铝和氮化硅的堆叠，也可以是单层氮化硅或氧化铝。
74.在一种实施例中，在刻蚀后的发射极11表面形成钝化层13之前，还在硅片10背面依次形成掺杂多晶硅层20和隧穿氧化层14。在这种情况下，在刻蚀后的发射极11表面形成正面钝化层13时，还在隧穿氧化层14背离硅片10的一侧形成背面钝化层15。
75.对于背面钝化层15的结构可参考上文关于正面钝化层13的描述，在此不再赘述。
76.在本公开实施例中，如图9所示，在正面钝化层13上形成正面电极16，正面电极16穿过正面钝化层13与发射极11形成接触电连接。
77.在一种实施例中，还在背面钝化层15背离硅片10的一侧形成背面电极17，背面电极17穿过背面钝化层15及隧穿氧化层14与掺杂多晶硅层20形成接触电连接。
78.在本公开实施例中，采用丝网印刷即时形成正面电极16和和背面电极17，在该过程中使用浆料为银浆料或铝浆料，在此不作限定。
79.可选地，在形成正面电极和背面电极之前，还可以在正面钝化层上及背面钝化层背离隧穿氧化层14的一侧均形成减反射膜。
80.本实施例制备的太阳能电池为基于钝化接触结构的topcon电池，简称隧穿氧化钝化电池，也叫i-topcon电池，属于太阳能电池的一种，与其他类型的电池相比，topcon电池技术可提升电池的开路电压和填充因子，大幅提高光伏的转换率。
81.在本公开实施例的太阳能电池制备方法也可以用于perc(passivated emitter and rear cell)电池，即钝化发射极和背面电池技术。
82.在本公开另外实施例中，如图10所示，与图2相比，在硅片100正面进行掺杂源扩散以形成发射极21时，还在发射极21上形成氧化硅层22，此时带掺杂的硅玻璃23覆盖氧化硅层22。
83.在一实施例中，在对硅片正面进行硼掺杂源扩散时，硼具有吸氧性质，这使得硼扩散后的硅片正面，即发射极21表面，硼原子浓度相对较低。使用本实施例方案，通过对发射极21表面进行结深刻蚀，最终得到掺杂浓度相对较高的发射极21表面，降低后续与正面电极的接触电阻，提升太阳能电池的电性能，即电信号传输稳定性。
84.在该过程中，在通入掺杂源进行掺杂源扩散的过程中，还通入氧气，氧气与硅片100表面反应以生成氧化硅层22，该氧化过程可以减缓掺杂源的扩散速度，从而降低结深，获得太阳能电池的高方阻，提升太阳能电池的电性能。
85.在这种情况下，参考图11，在去除带掺杂的硅玻璃23(参考图10)时，还去除氧化硅层22(参考图10)，最终露出发射极21表面，进而能够执行后续对发射极21表面刻蚀目标结深的步骤，对于后面步骤可参考前面实施例，在此不再赘述。
86.上述实施例仅例示性说明本公开的原理及其功效，而非用于限制本公开。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本公开的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本公开所揭示的精神与技术思想下所完
成的一切等效修饰或改变，仍应由本公开的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种太阳能电池制备方法，其特征在于，包括：在硅片正面进行掺杂源扩散以形成发射极；对发射极表面刻蚀目标结深，以使得刻蚀后的发射极表面的掺杂浓度达到设定值；在刻蚀后的发射极表面形成正面钝化层；在所述正面钝化层上形成正面电极，所述正面电极穿过所述正面钝化层与刻蚀后的发射极表面形成接触电连接。2.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述太阳能电池制备方法还包括：在硅片正面进行掺杂源扩散以形成发射极时，还在所述发射极上形成带掺杂的硅玻璃；在对所述发射极表面刻蚀目标结深之前，去除所述带掺杂的硅玻璃，以露出所述发射极表面。3.根据权利要求2所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述掺杂源为硼源，所述带掺杂的硅玻璃为硼硅玻璃。4.根据权利要求3所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述太阳能电池制备方法还包括：在硅片正面进行掺杂源扩散以形成发射极时，还在所述发射极上形成氧化硅层，所述硼硅玻璃覆盖所述氧化硅层；在去除所述带掺杂的硅玻璃时，还去除所述氧化硅层，以露出发射极表面。5.根据权利要求2所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，去除所述带掺杂的硅玻璃，以露出发射极表面，包括：使用酸性溶液去除所述带掺杂的硅玻璃，以露出发射极表面。6.根据权利要求5所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述使用酸性溶液去除所述带掺杂的硅玻璃，以露出发射极表面，包括：将所述硅片在氢氟酸溶液里反应至所述带掺杂的硅玻璃去除，以露出发射极表面。7.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，对所述发射极表面刻蚀目标结深，包括：使用碱性溶液对所述发射极表面刻蚀目标结深。8.根据权利要求7所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钾溶液、氨水或氢氧化钠溶液。9.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，在对所述发射极表面刻蚀目标结深之前，所述太阳能电池制备方法还包括：采集所述发射极表面的电化学掺杂浓度检测曲线；根据所述电化学掺杂浓度检测曲线确定所述目标结深和设定值；根据所述目标结深和设定值确定对所述发射极表面刻蚀目标结深过程的刻蚀工艺参数。10.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于，所述太阳能电池制备方法还包括：在所述硅片背面依次形成掺杂多晶硅层及隧穿氧化层；
在刻蚀后的发射极表面形成正面钝化层时，还在所述隧穿氧化层背离所述硅片的一侧形成背面钝化层；在所述正面钝化层上形成正面电极时，还在所述背面钝化层背离所述隧穿氧化层的一侧形成背面电极，所述背面电极穿过所述背面钝化层及隧穿氧化层与所述掺杂多晶硅层形成接触电连接。

技术总结
本公开实施例中提供太阳能电池制备方法，在硅片正面进行掺杂源扩散以形成发射极，对所述发射极表面刻蚀目标结深，以使得刻蚀后的发射极表面的掺杂浓度达到设定值，在刻蚀后的发射极表面形成正面钝化层，在所述正面钝化层上形成正面电极，所述正面电极穿过所述正面钝化层与刻蚀后的发射极表面形成接触电连接。使用本实施例，通过对发射极表面进行刻蚀，去除掺杂浓度较低的表面结深区域，使得刻蚀后的发射极表面的掺杂浓度较高，例如达到设定值，那么电极与发射极表面形成稳定电接触，提供稳定的电信号传输，提升太阳能电池的性能。提升太阳能电池的性能。提升太阳能电池的性能。


技术研发人员：高纪凡 陈姝 徐冠超 陈达明
受保护的技术使用者：天合光能（常州）科技有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/8/14