一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法
【專利摘要】本發明公開了一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法。本發明通過改進擴散工藝，在單晶硅片表面生成一定厚度和密度的PSG；在濕法刻蝕槽中用HF和HNO3溶液去除其背面PSG和PN結；在超聲清洗鼓泡槽中用具有一定溫度的加有無水乙醇的氫氧化鈉溶液進行背拋光；然后對背拋光后的單晶硅片進行HF酸洗、水洗和干燥；最后運用PECVD在單晶硅片正面沉積氮化硅，并進行電極印刷與燒結。本發明的有益效果是：通過改進擴散工藝，增加擴散硅片PSG厚度和致密度，提高硅片方阻均勻性，去除硅片死層，提高硅片少子壽命；不需要額外增加設備或對現有濕法刻蝕槽進行改造，簡單易行，拋光液不采用有機溶液或添加有表面活性劑的堿溶液，不會造成環境污染，降低生產成本。
【專利說明】-種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及太陽能單晶電池片相關【技術領域】，尤其是指一種制備太陽能單晶背拋 光電池片的方法。
【背景技術】
[0002] 單晶硅片的背拋光技術可以改善太陽能硅片的光學效益、增強硅片背表面鈍化效 果、提升太陽能電池的光電轉換效率，并且可以與SE、LBSF、PERL、MWT等主流技術疊加，兼 容性好，可以進一步提高采用這些技術的太陽能電池性能，推進高效率太陽能電池產業化 的發展。單晶硅電池背表面拋光技術需要結合太陽能電池產業化的發展需求，使之更加環 保，拋光化學品使用量低，背拋光效果更容易控制。
[0003] 目前太陽能硅電池行業通常使用熱擴散法制備PN結，在磷擴散前通入一定量的 氧氣進行預氧化以控制磷擴散速度和方阻均勻性；在通三氯氧磷時通入一定量的氧氣使硅 片表面形成一層磷硅玻璃（PSG)以促使P0C13的充分分解和避免PC15對硅片表面的腐蝕。
[0004] 在現有技術中，單晶硅的背拋光方法是將制絨后的單晶硅片背面置于拋光液中， 正面置于拋光液外進行化學背拋光。該方法需要額外增加設備或對現有濕法刻蝕槽進行改 造，對原產線改進匹配的造價高，并且拋光液采用有機溶液或添加有表面活性劑的堿溶液， 造成了環境污染，而且增加了生產成本。
【發明內容】
[0005] 本發明是為了克服現有技術中存在上述的不足，提供了一種簡單易行且成本低的 制備太陽能單晶背拋光電池片的方法。
[0006] 為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0007] -種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法，通過改進擴散工藝參數，在單晶硅片 表面生成了一定厚度和密度的PSG，然后再對太陽能單晶硅片進行背拋光，最后制成太陽能 電池片，具體操作步驟如下：
[0008] (1)經過清洗制絨后的單晶硅片，使用管式擴散爐進行擴散，在常規磷擴散工藝中 改進預氧化和預沉積工藝，并增加高溫擴散推進氧化工藝和降溫氧化工藝；
[0009] (2)對單晶硅片進行制絨擴散后，在濕法刻蝕槽中刻蝕除去背面的PSG和PN結；
[0010] (3)在超聲清洗鼓泡槽中用具有一定溫度的加有無水乙醇的氫氧化鈉溶液進行背 拋光；
[0011] (4)對背拋光后的單晶硅片用HF進行酸洗、水洗和干燥；
[0012] (5)運用PECVD在單晶硅片正面沉積氮化娃，并進行電極印刷與燒結。
[0013] 該方法通過在常規磷擴散工藝中改進預氧化和預沉積工藝，增加高溫擴散推進氧 化工藝和降溫氧化工藝，增加了擴散硅片的PSG厚度和致密度，提高了硅片方阻的均勻性， 并且可以有效去除死層，提高少子壽命，使擴散硅片適用于制備太陽能單晶背拋光電池片。 在一定的溫度下氫氧化鈉溶液對硅有很強的腐蝕性，而對PSG的腐蝕性遠遠小于硅，因此 在背拋光時利用了此腐蝕性的差異保護硅片正面絨面和PN結。在去除硅片背面PSG和PN 結的過程中同時對硅片背面進行了粗拋，減少了容易形成絨面的成核因子。當氫氧化鈉溶 液達到一定的濃度，其對單晶硅的各向異性因子變小，可以達到拋光的效果。加入無水乙醇 并采用超聲波清洗鼓泡槽可以協助氫氣泡的釋放，避免硅片表面由于氫氣泡的帖附造成外 觀的斑點。該方法不需要額外增加設備或對現有濕法刻蝕槽進行改造，并且拋光液不采用 有機溶液或添加有表面活性劑的堿溶液，不會造成環境污染，而且降低生產成本。
[0014] 作為優選，在步驟（1)中，預氧化和預沉積工藝為，在一定溫度下，首先對硅片進 行一定時間的預氧化，預氧化時通入的氧氣體積含量為30% -40%，然后進行一定時間的 預沉積，預沉積時通入的擴散氮體積含量為8 % -11 %，氧氣體積含量為8 % -13 %。預氧化 時增大氧氣流量，使硅片表面的氧化層更密更厚，減慢磷的滲入，提高少子壽命。
[0015] 作為優選，在步驟（1)中，高溫擴散推進氧化工藝為，升溫到一定溫度對硅片進行 高溫擴散推進氧化，在高溫擴散推進時通入一定量的氧氣，高溫擴散推進時通入的氧氣體 積含量為10% -30%。在高溫擴散推進時通入一定量的氧氣，既可以使殘余的P0C13充分 分解，又可以使PSG更加致密，減少背拋光時對硅片正面的影響。
[0016] 作為優選，在步驟（1)中，降溫氧化工藝為，降溫到一定溫度對硅片進行降溫氧 化，在降溫時通入一定量的氧氣，降溫時通入的氧氣體積含量為10% -30%。在降溫時通入 一定量的氧氣，可以減少擴散本身對硅片帶來的熱損傷，使方阻更加均勻。
[0017] 作為優選，預氧化和預沉積工藝是，在800-830°C的溫度下，首先對硅片進行 10-15min的預氧化，然后進行8-12min的預沉積。
[0018] 作為優選，高溫擴散推進氧化工藝是，升溫到850-870°C對硅片進行高溫擴散推進 氧化，其中升溫推進時間為5-9min，恒溫推進時間為4-10min。
[0019] 作為優選，降溫氧化工藝是，降溫到800-8KTC對硅片進行降溫氧化，降溫時間為 9_15min〇
[0020] 作為優選，在步驟（1)中，經預氧化和預沉積工藝、增加高溫擴散推進氧化工藝和 降溫氧化工藝之后，所得的硅片PSG膜厚為30-70nm。本發明構思控制PSG膜厚為30-70nm， 在硅片背拋光時若PSG膜太薄則氫氧化鈉溶液可以腐蝕穿透PSG層影響正面的絨面和PN 結，破壞絨面的光陷阱結構；PSG膜太厚會造成大部分磷摻雜不到硅片里面，PN結太深，方 阻達不到生產要求。
[0021] 作為優選，在步驟（2)中，在濕法刻蝕槽中用HF和HN03溶液去除其背面PSG和PN 結。
[0022] 作為優選，在步驟（3)中，氫氧化鈉的濃度為100g/L_160g/L，溫度為60°C -75°C， 無水乙醇的濃度為5mL/L-15mL/L，拋光處理時間為120s-600s。調整氫氧化鈉的濃度和拋 光溫度可以達到最好的拋光效果。
[0023] 本發明的有益效果是：通過在常規磷擴散工藝中改進預氧化和預沉積工藝，增加 高溫擴散推進氧化工藝和降溫氧化工藝，增加了擴散硅片的PSG厚度和致密度，提高了硅 片方阻均勻性，并且可以有效去除硅片死層，提高硅片少子壽命，使擴散硅片適用于制備太 陽能單晶背拋光電池片；不需要額外增加設備或對現有濕法刻蝕槽進行改造，簡單易行，并 且拋光液不采用有機溶液或添加有表面活性劑的堿溶液，不會造成環境污染，而且降低生 產成本。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合【具體實施方式】對本發明做進一步的描述。
[0025] 經過清洗制絨后的200片156型單晶硅片，使用管式擴散爐進行擴散。在820°C的 溫度下，首先對硅片進行l〇min的預氧化，氧氣體積比為30 %，然后進行lOmin的預沉積，擴 散氮體積比為10%，氧氣體積比為10%。升溫到855°C進行高溫擴散推進氧化，通入的氧氣 體積比為10%，其中升溫推進時間為9分鐘，恒溫推進時間為5分鐘。最后降溫到800°C進 行降溫氧化，通入的氧氣體積比為26%，降溫時間為15分鐘。擴散后的硅片分4組進行后 續背拋光的實驗。
[0026] 實施例1
[0027] (a)對50片156型單晶硅片進行制絨擴散后，在濕法刻蝕槽中用HF和HN03溶液 刻蝕除去背面的PSG和PN結；
[0028] (b)浸入溫度為65°C，加有7mL/L無水乙醇的160g/L氫氧化鈉溶液中，鼓泡超聲 拋光120s ;
[0029] (c)對背拋光后的單晶硅片用HF進行酸洗、水洗和干燥；
[0030] ⑷運用PECVD在單晶硅片正面沉積氮化娃，并進行電極印刷與燒結，完成整個電 池的生產。
[0031] 其中對背拋光后的硅片進行背表面反射率的檢測，對酸洗水洗后的硅片進行正表 面反射率的檢測，對成品電池進行電學性能的檢測。
[0032] 實施例2
[0033] (a)對50片156型單晶硅片進行制絨擴散后，在濕法刻蝕槽中用HF和HN03溶液 刻蝕除去背面的PSG和PN結；
[0034] (b)浸入溫度為75°C，加有7mL/L無水乙醇的120g/L氫氧化鈉溶液中，鼓泡超聲 拋光180s ;
[0035] (c)對背拋光后的單晶硅片用HF進行酸洗、水洗和干燥；
[0036] (d)運用PECVD在單晶硅片正面沉積氮化娃，并進行電極印刷與燒結，完成整個電 池的生產。
[0037] 其中對背拋光后的硅片進行背表面反射率的檢測，對酸洗水洗后的硅片進行正表 面反射率的檢測，對成品電池進行電學性能的檢測。
[0038] 實施例3
[0039] (a)對50片156型單晶硅片進行制絨擴散后，在濕法刻蝕槽中用HF和HN03溶液 刻蝕除去背面的PSG和PN結；
[0040] (b)浸入溫度為60°C，加有7mL/L無水乙醇的100g/L氫氧化鈉溶液中，鼓泡超聲 拋光600s ;
[0041] (C)對背拋光后的單晶硅片用HF進行酸洗、水洗和干燥；
[0042] (d)運用PECVD在單晶硅片正面沉積氮化硅，并進行電極印刷與燒結，完成整個電 池的生產。
[0043] 其中對背拋光后的硅片進行背表面反射率的檢測，對酸洗水洗后的硅片進行正表 面反射率的檢測，對成品電池進行電學性能的檢測。
[0044] 對比例
[0045] 對比例與實施例1-3的不同之處在于對比例中沒有步驟（b)，即不進行背拋光。
[0046] 實施例1-3與對比例成品電池的平均電學性能檢測結果如表1所示，其中Uoc為 成品電池的開路電壓，Isc為成品電池的短路電流，FF為成品電池的填充因子，Eff為成品 電池的光電轉換效率。實施例1-3背拋光后與對比例的背表面反射率以及酸洗水洗后正表 面反射率檢測結果如表2所示。
[0047] 表 1
【權利要求】
1. 一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法，其特征是，通過改進擴散工藝參數，在單 晶硅片表面生成了一定厚度和密度的PSG，然后再對太陽能單晶硅片進行背拋光，最后制成 太陽能電池片，具體操作步驟如下： (1)經過清洗制絨后的單晶硅片，使用管式擴散爐進行擴散，在常規磷擴散工藝中改進 預氧化和預沉積工藝，并增加高溫擴散推進氧化工藝和降溫氧化工藝； ⑵對單晶硅片進行制絨擴散后，在濕法刻蝕槽中刻蝕除去背面的PSG和PN結； (3) 在超聲清洗鼓泡槽中用具有一定溫度的加有無水乙醇的氫氧化鈉溶液進行背拋 光； (4) 對背拋光后的單晶硅片用HF進行酸洗、水洗和干燥； (5) 運用PECVD在單晶硅片正面沉積氮化硅，并進行電極印刷與燒結。
2. 根據權利要求1所述的一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法，其特征是，在步 驟（1)中，預氧化和預沉積工藝為，在一定溫度下，首先對硅片進行一定時間的預氧化，預 氧化時通入的氧氣體積含量為30% -40%，然后進行一定時間的預沉積，預沉積時通入的 擴散氮體積含量為8% -11%，氧氣體積含量為8% -13%。
3. 根據權利要求1所述的一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法，其特征是，在步 驟（1)中，高溫擴散推進氧化工藝為，升溫到一定溫度對硅片進行高溫擴散推進氧化，在高 溫擴散推進時通入一定量的氧氣，高溫擴散推進時通入的氧氣體積含量為10% -30%。
4. 根據權利要求1所述的一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法，其特征是，在步 驟（1)中，降溫氧化工藝為，降溫到一定溫度對硅片進行降溫氧化，在降溫時通入一定量的 氧氣，降溫時通入的氧氣體積含量為10% -30%。
5. 根據權利要求2所述的一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法，其特征是，預氧 化和預沉積工藝是，在800-830°C的溫度下，首先對硅片進行10_15min的預氧化，然后進行 8-12min的預沉積。
6. 根據權利要求3所述的一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法，其特征是，高溫 擴散推進氧化工藝是，升溫到850-870°C對硅片進行高溫擴散推進氧化，其中升溫推進時間 為5_9min，恒溫推進時間為4-10min。
7. 根據權利要求4所述的一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法，其特征是，降溫 氧化工藝是，降溫到800-8KTC對硅片進行降溫氧化，降溫時間為9-15min。
8. 根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一種制備太陽能單晶背拋光電池 片的方法，其特征是，在步驟（1)中，經預氧化和預沉積工藝、增加高溫擴散推進氧化工藝 和降溫氧化工藝之后，所得的硅片PSG膜厚為30-70nm。
9. 根據權利要求1所述的一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法，其特征是，在步 驟（2)中，在濕法刻蝕槽中用HF和HN03溶液去除其背面PSG和PN結。
10. 根據權利要求1所述的一種制備太陽能單晶背拋光電池片的方法，其特征是，在步 驟（3)中，氫氧化鈉的濃度為100g/L-160g/L，溫度為60°C -75°C，無水乙醇的濃度為5mL/ L-15mL/L，拋光處理時間為120s-600s。
【文檔編號】H01L31/18GK104505425SQ201410572702
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】趙鋒, 陳健生, 徐君 申請人:橫店集團東磁股份有限公司