一種制造高效率多晶電池的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光伏電池的制造工藝，具體涉及一種制造高效率多晶電池的工藝。
【背景技術】
[0002]光伏行業正處于一個行業發展上升期，技術創新經過近幾年的突飛猛進，已漸近瓶頸的階段，而電池技術的發展對整個光伏行業又至關重要。傳統的多晶電池生產工藝如圖1所示，分六個步驟，依次為:(I)硅片表面制絨；(2)擴散；(3)刻蝕；(4)氮化硅薄膜沉積(PECVD);(5)印刷燒結；(6)包裝。其中，硅片表面制絨步驟指的是按照傳統多晶濕法制絨方式制絨，即使用硝酸、氫氟酸混合溶液，在6?10°C的溫度下制絨，形成表面具有陷光結構的絨面;擴散步驟指的是將制絨后的硅片放在擴散爐中，使硅片內部形成PN結;刻蝕步驟指的是通過化學腐蝕法，去除電池邊緣的PN結；氮化硅薄膜沉積步驟指的是使用利用PECVD技術，在電池片正面沉積一層氮化硅薄膜;印刷燒結步驟指的是使用絲網印刷技術，印刷電池片的正負電極及鋁背場，實現鋁背場與電池片基體的連通，再通過烘干、燒結，達到背面接觸的效果。
[0003]目前，行業內對于晶硅高效電池工藝正進行努力探索，不斷挖掘。目前已經存在產業化的應用于多晶電池工藝的RIE(反應離子制絨)技術(如晶澳公司的Riecium產品)，也存在應用于單晶電池工藝的PERC(鈍化發射極背面接觸)技術(如晶澳公司的Percium產品)；此外，美國1366TECHnologies公司亦宣稱其已經研發出多晶PERC產品。這幾種新技術雖然使得整個晶硅電池效率得到大幅度提升，但對于多晶電池，多晶RIE產品或是多晶PERC產品，要做到產業化電池效率19.5%以上甚至20%，都是比較困難的。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種制造高效率多晶電池的工藝，應用該工藝制成的多晶電池片的光電轉換效率能夠得到提高。
[0005]—種制造高效率多晶電池的工藝，依次包括硅片表面制絨、擴散、刻蝕、氮化硅薄膜沉積、印刷燒結步驟，其特征在于:在所述的硅片表面制絨步驟與擴散步驟之間增加反應離子刻蝕制絨步驟，在所述的刻蝕步驟和氮化硅薄膜沉積步驟之間增加鍍Al2O3膜步驟，在所述的硅片背面沉積Al2O3膜;在所述的氮化硅薄膜沉積和所述的印刷燒結步驟之間增加開槽步驟，在所述的Al2O3膜上開槽。
[0006]新增的反應離子刻蝕制絨步驟能使娃片正面形成具有進一步陷光功能的納米級微觀結構，降低多晶電池片正面的光反射率，提高光轉化效率;在電池片背面加鍍Al2O3膜，不僅能增加電池片背面的光反射率，從而提高光轉化效率，且Al2O3膜對硅片的鈍化效果好，能使電池片的電流、電壓均有增加，從而整體提升多晶電池片效率。由于鋁背場難以燒穿氧化鋁層到達硅體，因此必須在印刷燒結前先在氧化鋁層上開槽，以便于在印刷燒結步驟中容易地達到鋁背場與硅片基體的連通。
[0007]具體而言，所述的開槽步驟為:利用激光技術，在所述的Al2O3膜上開深度為卜5μπι的槽。這樣的深度既能夠滿足鋁背場與硅片基體的良好接觸，又不會對電池片的機械性能造成較大破壞。除了使用激光技術外，也可以使用現有技術中其它常規使用的開槽方法進行開槽。
[0008]具體而言，所述的反應離子刻蝕制絨步驟為:使用02、SF6反應離子，對硅片表面進行轟擊刻蝕。此外，也可以使用現有技術中其它的常規使用的反應離子體系，進行本步驟的刻蝕制絨，例如SF6和C12反應離子，或SF6和Ch和02反應離子。然而，由于C12屬于劇毒氣體，故優選使用O2/SF6作為反應離子。
[0009]具體而言，所述的鍍Al2O3膜步驟為:通過ALD(單原子層沉積)技術，在硅片背面沉積Al2O3膜，膜的厚度為2?20nm。
[0010]除了ALD技術外，還可以使用本領域已知的其它方法，如物理氣相沉積法、化學液相淀積法、脈沖濺射沉積法等進行鍍Al2O3膜。然而，與其它鍍膜方式相比，ALD技術具有以下幾個重要優勢:
(1)保形性好，適于在深溝槽和多孔狀結構表面沉積；
(2)無針孔和顆粒沉積，薄膜致密性好；
(3)可以大面積生長并得到均勻薄膜；
(4)雜質濃度非常低，薄膜質量高。
[0011]因此，本發明優選使用ALD技術進行鍍Al2O3膜。
[0012]優選地，在所述的反應離子制絨蝕刻步驟后增加BOE清洗步驟。
[0013]所述的BOE清洗步驟為使用緩沖氧化物蝕刻液(BOE)對硅片進行清洗，以去除反應離子制絨對硅片表面帶來的損傷。
[0014]在一個優選的實施方式中，Β0Ε清洗液為NH4F= HF按照摩爾比6:1配成的溶液。
[0015]優選地，在所述的印刷燒結步驟結束后，進行包裝步驟。
[0016]本發明的有益效果如下:
(1)對傳統工藝產線進行了充分利用，在不需要進行工藝產線改造的前提下增加工藝步驟，易于推廣，且推廣成本低；
(2)本發明的工藝能顯著地提高制得的多晶電池片的光電轉換電池效率，使多晶高效電池效率能夠達到19.5%以上。
【附圖說明】
[0017]下面結合說明書附圖和【具體實施方式】，對本發明進行進一步的說明。
[0018]圖1為現有的多晶電池生產工藝流程圖；
圖2為本發明的優選實施方式的多晶電池生產工藝流程圖；
圖3為各工藝流程后電池片剖面示意圖。
[0019]附圖標記:1-絨面結構；2-PN結層;3-Α1203膜;4-槽;5-鋁背場;6-正面電極;7-背面電極。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
如圖2?3所示，在一個優選的實施方式中，本發明的制造高效率多晶電池的工藝包括以下具體步驟:
(1)制絨:采用P型多晶硅片，按照傳統多晶濕法制絨方式制絨:即使用Rena制絨機臺，使用質量比為70:520的硝酸、氫氟酸混合溶液，在6°C的溫度下制絨，形成表面具有陷光結構的絨面，本步驟中硅片被腐蝕的深約為2微米;制絨后在硅片表面形成的坑狀陷光結構如圖3(a)所示；
(2)反應離子刻蝕制絨:使用常州比太科技生產的Tysol-RIE制絨機臺進行本步驟;利用O2及SF6在制絨機臺真空腔體中產生的反應離子，對硅片表面進行轟擊刻蝕，形成如圖3(b)所示的、具有進一步陷光功能的納米級微觀結構；
(3)B0E清洗:使用NH4F:HF按照摩爾比6:1配成的清洗液，清洗反應離子制絨在硅片表面留下的損傷；
(4)擴散:對于P型硅片，通過高溫擴散爐，使用三氯氧磷實現磷元素在硅片表面的擴散，擴散溫度一般控制在800°C，擴散方阻在70 Ω左右;如圖3(c)所示，擴散步驟后在硅片表面形成一層PN結；
(5)刻蝕:可采用濕法刻蝕技術進行刻蝕，即使用Rena刻蝕機臺，使用硝酸、氫氟酸混合溶液在6°C的溫度下刻蝕，刻蝕深度控制在I微米;在刻蝕時需對電池片正面進行保護，防止藥液對電池片正面PN結造成損傷;利用硅片在液體表面的張力，使硅片懸浮在液體表面，保證正面不被藥液腐蝕；
(6)鍍Al2O3膜:如圖3(d)所示，使用ALD技術，在硅片背面沉積一層Al2O3膜;膜層厚度為
3nm；
(7)氮化硅薄膜沉積(PECVD):利用PECVD(增強型等離子體化學氣相沉積法)技術，在硅片正面沉積一層如圖3(e)所示的SiNx薄膜;可使用間接沉積方式進行鍍膜，即使用Roth &Rou公司生產的的板式鍍膜機臺進行鍍膜作業，并將溫度控制在300°C，薄膜厚度控制在70納米，折射率控制在2.0;
(8)激光開槽:使用超短通過納秒類超短脈沖激光器，如Rofin公司生產的DualLinec-Si激光處理系統，在硅片背面按照設定好的圖形進行激光開槽，用于鋁背場與硅片基體的連通;如圖3(f)所示，開槽的深度為Um;
(9)印刷燒結:利用絲網印刷技術，按照設計好的圖形印刷電池片的正負電極及鋁背場，一般印刷次序為先印刷鋁背場，再印刷背面電極，之后印刷正面電極，然后進行烘干燒結工藝;燒結峰值溫度控制在800°C;得到的電池如圖3(g)所示；
(10)包裝:對制作完成的電池片進行檢測、包裝。
[0021 ]按照以上方法，制作出的電池的平均效率能夠達到19.8%，且部分電池的效率可達至丨」20%以上。
[0022]實施例2
在另一個優選的實施方式中，本發明的制造高效率多晶電池的工藝包括以下具體步驟:
(I)制絨:采用P型多晶硅片，按照傳統多晶濕法制絨方式制絨:即使用Schmid制絨機臺，使用質量比為70:520的硝酸、氫氟酸混合溶液，在10°C的溫度下制絨，形成表面具有陷光結構的絨面，本步驟中硅片被腐蝕的深約為5微米;制絨后在硅片表面形成的坑狀陷光結構如圖3(a)所示； (2)反應離子刻蝕制絨:使用常州比太科技生產的Tysol-RIE制絨機臺進行本步驟;利用O2及SF6在制絨機臺真空腔體中產生的反應離子，對硅片表面進行轟擊刻蝕，形成如圖3(b)所示的、具有進一步陷光功能的納米級微觀結構；
(3)擴散:對于P型硅片，通過高溫擴散爐，使用三氯氧磷實現磷元素在硅片表面的擴散，擴散溫度一般控制在900°C，擴散方阻在90 Ω左右;如圖3(c)所示，擴散步驟后在硅片表面形成一層PN結
(4)刻蝕:可采用濕法刻蝕技術進行刻蝕，即使用Schmid刻蝕機臺，使用硝酸、氫氟酸混合溶液在10°C的溫度下刻蝕，刻蝕深度控制在4微米;在刻蝕時需對電池片正面進行保護，防止藥液對電池片正面PN結造成損傷；可采用硅片表面噴灑水膜的方式，對硅片正面進行保護；
(5)鍍Al2O3膜:如圖3(d)所示，使用ALD技術，在硅片背面沉積一層Al2O3膜;膜層厚度為1nm;
(6)氮化硅薄膜沉積(PECVD):利用PECVD(增強型等離子體化學氣相沉積法)技術，在硅片正面沉積一層如圖3(e)所示的SiNx薄膜;可使用間接沉積方式進行鍍膜，即使用Roth &Rou公司生產的的板式鍍膜機臺進行鍍膜作業，并將溫度控制在4000C，薄膜厚度控制在100納米，折射率控制在2.2;
(7)激光開槽:使用超短通過納秒類超短脈沖激光器，如Rofin公司生產的DualLinec-Si激光處理系統，在硅片背面按照設定好的圖形進行激光開槽，用于鋁背場與硅片基體的連通;如圖3(f)所示，一般開槽的深度為5μπι
(8)印刷燒結:利用絲網印刷技術，按照設計好的圖形印刷電池片的正負電極及鋁背場，一般印刷次序為先印刷鋁背場，再印刷背面電極，之后印刷正面電極，然后進行烘干燒結工藝;燒結峰值溫度控制在900°C;得到的電池如圖3(g)所示。
[0023]按照以上方法，制作出的電池的平均效率能夠達到16.8%，且部分電池的效率可達至丨」20%以上。
[0024]實施例3
本發明的制造高效率多晶電池的工藝包括以下具體步驟:
(1)制絨:采用P型多晶