用于制造背面鈍化太陽能電池的組合物和方法與流程

用于制造背面鈍化太陽能電池的組合物和方法相關申請的交叉引用本申請要求2012年11月14日提交的美國臨時專利申請No.61/726,223和2013年3月14日提交的美國臨時專利申請No.61/782,462的權益。這些申請中每一者的公開都在此以引用的方式完整地并入本文中。技術領域本發明涉及太陽能電池制造，且尤其是使用濕式蝕刻工藝制造背面鈍化太陽能電池的組合物和方法。發明背景用于接觸背面鈍化太陽能電池的常規方法是使用硅片的激光燒蝕。在此類方法中，大功率激光器在電池的背表面上點火，此將所沉積的鈍化層熱燒蝕。此工藝具有若干缺點。首先，激光燒蝕對表面下面的硅的破壞降低了電池效率。其次，因為激光必須掃視整個表面區域，所以此工藝可能耗費時間。激光燒蝕無法在背表面上產生復雜的形狀和高分辨率的細節。此外，此方法不能控制進入太陽能電池的深度。這是重要的，因為電池的最終效率可能依賴于切開表面的深度，且當激光燒蝕更多材料時，此一般對襯底產生更大的熱損傷和對應更低的效率。因此本領域中需要改良的制造背面鈍化太陽能電池的方法，其克服了常規方法的問題，例如激光燒蝕。發明概要描述了用于制造背面鈍化硅太陽能電池的組合物和方法。描述了一種新穎的將背表面切開以使硅與常規鋁粉漿接觸的方法。描述了多種新穎的可絲網印刷的抗蝕劑。首先，可以將此類抗蝕劑印刷在背面鈍化太陽能電池晶片的背面上。接著可以使用濕式蝕刻來去除鈍化層，并接著可以去除抗蝕劑層。此外，其它濕式蝕刻步驟可以任選地用于將開口深化至硅中并增強BSF(背面場)。接著可以將鋁粉漿印刷在目前蝕刻的電池的整個背部上。接著將整個電池燒制。在本發明的示例性實施方案中，可以選擇不會燒穿鈍化層的粉漿。附圖說明圖1描繪根據本發明的示例性實施方案的示例性背面鈍化硅太陽能電池制造方法；圖2展示在鈍化太陽能電池上燒制的相同鋁粉漿的兩種SEM(掃描電子顯微鏡)影像，左側使用常規方法，右側根據本發明的示例性實施方案的方法；圖2A和2B分別為圖2的兩個圖的放大版本；以及圖3描繪用于印刷根據本發明的示例性實施方案的抗蝕劑的示例性測試絲網圖案。發明詳述描述了制造背面鈍化硅太陽能電池的方法。尤其是使用創新的抗蝕劑和濕式蝕刻制造背部鈍化太陽能電池以連接電接觸的組合物和方法。如上所述，具有背面鈍化的常規硅太陽能電池優于未鈍化的晶片，但是必須穿過非傳導性鈍化層與硅片背部進行電接觸。下文中，描述了一種新穎的制備太陽能電池的背表面以使硅與常規鋁粉漿接觸的方法。在本發明的示例性實施方案中，首先，可以將可絲網印刷的抗蝕劑圖案印刷在鈍化晶片的背面上，如例如圖1中所示。接著可以使用濕式蝕刻來去除鈍化層且因此圖案化，并接著可以去除抗蝕劑層。此外，其它濕式蝕刻步驟可以任選地用于將孔口深化至硅中且增強BSF(背面場)。最后，接著可以將鋁粉漿印刷在整個背部上且燒制。在本發明的示例性實施方案中，可以選擇不會燒穿鈍化層的粉漿。濕式蝕刻技術比激光工藝高效，因為此類激光燒蝕工藝會引起破壞，如上所述。然而，在此以前，未曾研發出可以容許濕式化學蝕刻并入高通量背景中的解決方案。在本發明的示例性實施方案中，解決了與激光燒蝕有關的各個問題。此類示例性方法被簡化，其中小的細節可以容易地使用高分辨率的可印刷抗蝕劑進行絲網印刷，且其中所述化學蝕刻不會破壞晶片。此外，本發明者已經觀測到與激光燒制的接觸相比，由所提出的方法產生的背面場(“BSF”)更厚且與周圍更好地保持一致。其已經進一步觀測到在濕式蝕刻樣品上形成BSF大于激光燒制的孔口(示例性比較影像參見圖2)。注意到，BSF是當鋁粉漿和硅熔融時產生且隨后在燒制期間固化的退化鋁摻雜硅區域。此層使電接觸附近的電場增強，并增加流向接觸的載流子數量。如果在鈍化層附近的BSF中存在任何破裂，那么當表面附近的帶相反電荷的載流子與多數載流子重組時此可以引起分流。因此優良的BSF厚度和形狀對高效率來說是至關緊要的，且當使用根據本發明的方法時，和常規方法對比，這些特征得到改良。根據本發明的示例性實施方案提供的商業優點是通量較高，而所需要的裝備一般已經針對使用印刷/蝕刻/清洗方法的工廠而建立。因此，在本發明的示例性實施方案中，背部介電鈍化層或堆疊可以例如通過使用可絲網印刷的抗蝕劑，接著濕式蝕刻工藝來切開。所述可絲網印刷的抗蝕劑可以包含本文中描述的新穎組合物之一，因此促進了在通量更大和分辨率大得多下濕式蝕刻工藝的使用。如所述，在過去，提供抗蝕劑并使用光刻法(即使用紫外光使抗蝕劑圖案化，以選擇性地使抗蝕劑顯影，然后將顯影的抗蝕劑洗去)或通過使用等離子體蝕刻將抗蝕劑圖案化是耗費時間的。然而，由申請人/受讓人SunChemicalofParsippany(NewJersey,USA)提供的最新一代抗蝕劑可以(i)在極高分辯率下絲網印刷，(ii)迅速固化，以及(ii)用作抗蝕劑以將圖案蝕刻至鈍化發射極背面接觸(PERC)太陽能電池的太陽能電池背部中，以便(iv)接著可以將鋁粉漿在鈍化層頂部上燒制。此類由SunChemical提供的新穎抗蝕劑粉漿的實例為CXT-0597；XZ77；和ESTA-1150。示例性調配物描述于下表1中。此類抗蝕劑能夠充分粘附襯底，從而保護印刷區域免受濕式化學蝕刻浴。此工藝可以例如僅僅去除鈍化層，或例如還可以用于蝕刻硅背表面中的控制溝槽。接著可以使用剝離浴去除抗蝕劑,剝離浴將在不影響晶片暴露區域下迅速去除抗蝕劑。接著，需要時，可以使用不破壞鈍化層的標準濕式蝕刻處方將另一溝槽濕式蝕刻至裝置中。此類濕式蝕刻溶液的實例包括例如KOH或TMAH水溶液。在本發明的示例性實施方案中，可以使用具有極高分辯率的細線印刷能力的可絲網印刷的抗蝕劑。此技術提供了若干優點。首先，組合物可以被設計成具有容許使用絲網印刷工藝將高精度特征圖案化至鈍化層中的流變特征。其次，調配物優選地可以很好地粘附至鈍化層，從而(i)將蝕刻劑的底切減至最少且(ii)提高對蝕刻劑的抗性。在本發明的示例性實施方案中，高精度可印刷性與蝕刻劑抗性的組合容許高精度圖案化，這是PERC工藝的一個關鍵特征。抗蝕劑的組分可以優選地具有高水平的對蝕刻劑的抗性，使得印刷晶片可以經得起足夠的暴露時間而無降解。因此，在蝕刻步驟期間鈍化層的印刷保護區完整無損，然而，抗蝕劑組合物可以例如優選地仍在去除步驟期間快速地降解，以維護所述工藝的高通量方面。容易去除性是可印刷的抗蝕劑的重要特征。在本發明的示例性實施方案中，在抗蝕劑剝離步驟期間印刷的抗蝕劑可以優選地完全去除，使得在去除步驟后沒有抗蝕劑殘余物留下。在本發明的示例性實施方案中，抗蝕劑可以由以下組分中任一者或以下組分的各種組合構成：苯酚-甲醛樹脂，例如酚醛清漆樹脂或甲階酚醛樹脂；乙烯基聚合物或共聚物；乙酸乙烯酯聚合物或共聚物；松香樹脂或改性松香樹脂，例如順丁烯二酸、反丁烯二酸、苯酚或以其它方式改性的松香或松香酯；松香聚酯；脂松香或脂松香的改性酯；蟲膠；三聚氰胺或改性三聚氰胺樹脂；環化橡膠；或硬瀝青或硬瀝青樹脂。在一個實例中，酚醛清漆樹脂可以在5％至50％范圍內，但優選地在15％-25％wt/wt范圍內(注意到除非另作說明，否則本文中描述的所有百分比都以重量計)。還包括乙烯基共聚物，例如2-丁烯酸、乙酸乙烯酯共聚物，在1％至40％范圍內，但優選地在5％-15％范圍內。在另一個實例中，系統可以包含蟲膠、反丁烯二酸或順丁烯二酸改性樹脂、酚醛樹脂和三聚氰胺樹脂。蟲膠可以在0.1％至30％范圍內，且優選地在1％-10％范圍內。順丁烯二...