一種應用于晶體硅太陽電池的電極制備方法技術

本發明專利技術公開了一種應用于晶體硅太陽電池的電極制備方法，該方法是首先對硅片進行均勻擴散同時形成p-n結和富含擴散元素的氧化層，然后對該氧化層的厚度進行減薄優化，再在氧化層的局部覆蓋金屬電極，接著進行熱處理過程，熱處理過程中氧化層起到阻擋金屬電極燒穿p-n結和降低金屬半導體接觸電阻的作用，最后使用化學液去除未被金屬電極覆蓋區域的氧化層和硅片表面富含擴散元素的硅材料。本發明專利技術方法能夠避免電極燒穿p-n結的同時降低電極與硅片的接觸電阻，提高電池轉換效率，具有低成本優勢并能夠與晶體硅太陽電池工業化生產工藝兼容。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于太陽電池
，具體涉及一種應用于晶體硅太陽電池的電極制備 方法。
技術介紹
目前工業化生產的傳統晶體硅太陽電池的制造流程是硅片清洗——絨面制 備——高溫擴散——去除磷硅玻璃——等離子邊緣刻蝕或腐蝕背面p-n結——PECVD沉積 SiNx :H薄膜——絲網印刷正面、背面電極和背鋁——高溫共燒結。在高溫共燒結過程中電 極會燒穿氮化硅與發射極形成合金接觸，因此為了形成良好的金屬半導體接觸，使得接觸 電阻較小的同時避免電極燒穿發射極發生漏電現象，對發射極的深度和發射極表面磷摻雜 濃度的要求較高。通常，晶體硅太陽電池用硅片在高溫擴散形成均勻發射極后，其表面摻雜 磷原子或硼原子的濃度很高，在IO21 IO22CnT3的范圍內。表面高摻雜濃度情況下俄歇復合 占主導作用，導致在表層產生的電子_空穴復合現象嚴重，電池的短波響應較差，電池的短 路電流下降；同時高的表面摻雜濃度不利于表面鈍化工藝的效果，電池的開路電壓難以得 到提升。因此常規高溫擴散均勻發射極結構不利于電池轉換效率的進一步提高。針對均勻發射極結構的缺點，新的制備選擇性發射極結構的工藝研究成為高效晶 體硅太陽電池工藝研究的熱點之一，此外改良電極制備技術也是解決上述問題的研究方 向。目前選擇性發射極的制備工藝主要包括以下幾種兩次擴散法、漿料共擴散法、激光重 摻雜法和掩膜反腐蝕法等。兩次擴散法涉及兩次高溫的擴散過程，不僅制作成本較高，而且 會使硅片的少子壽命和質量下降；漿料共擴散法有效避免了兩次擴散的不足，但是漿料的 成本很高，用量較多，從經濟性方面考慮有所欠缺；激光重摻雜法的制備成本高，對激光器 等設備的穩定性和可控性要求高；掩膜反腐蝕法的制備成本較低，工藝較簡單，但是涉及到 氫氟酸/硝酸的使用，對環境和操作人員的危險性較高，而且腐蝕工藝的可控性要求很高， 抗酸腐蝕保護材料的沉積和去除過程較為復雜。因此，這些方法都具有自身的缺點。至于改 良電極制備技術主要包括兩次印刷(Double Printing)技術、Aerosol jetting技術和電鍍 (Plating)技術。兩次印刷技術通過兩次絲網印刷過程可以提高電極的高寬比從而有效降 低電極的傳輸電阻，但是并沒有解決接觸電阻高和容易發生電極燒穿現象的問題;Aerosol jetting技術是德國夫瑯和費太陽能研究所開發的技術，該技術通過精細印刷在低表面摻 雜濃度的硅片上實現低接觸電阻效果，再加上電鍍技術增高電極，但是該技術成本很高，對 設備的依賴程度很高。因此，開發一種低成本并與現有工業化生產設備兼容的電極制備技術，解決上述 的問題，進一步提高晶體硅太陽電池的效率，顯得尤為重要。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供，該方法能夠 有效避免電極燒穿P-n結的現象產生，同時降低電極與硅片的接觸電阻，提高電池轉換效率，具有低成本優勢并能夠與晶體硅太陽電池工業化生產工藝兼容，適合應用于大規模工 業化生產中。本專利技術提供的應用于晶體硅太陽電池的電極制備方法是，首先對硅片進行均勻擴 散同時形成p-n結和富含擴散元素的氧化層，然后對該氧化層的厚度進行減薄優化，再在 氧化層的局部覆蓋金屬電極，接著進行熱處理過程，熱處理過程中氧化層起到阻擋金屬電 極燒穿P-n結和降低金屬半導體接觸電阻的作用，最后使用化學液去除未被金屬電極覆蓋 區域的氧化層和硅片表面富含擴散元素的硅材料。本專利技術所述的硅片為ρ型或η型單晶硅片或多晶硅片，硅片電阻率為0. 1 20 Ω · cm,厚度為 50 500 μ m。本專利技術所述的擴散為磷擴散或硼擴散，擴散的方塊電阻為30 120 Ω / 口。本專利技術所述的富含擴散元素的氧化層為富含磷元素或者硼元素的氧化硅層，厚度 為 10 80nm。本專利技術所述的對氧化層厚度進行減薄優化采用等離子體刻蝕方法或采用氫氟酸 溶液、氨水溶液或者四甲基氫氧化銨溶液腐蝕方法，減薄后氧化層的厚度為5 50nm。本專利技術所述的金屬電極為含有銀、鈦、鈀、銅、鋁、鎳、錫、鉛中的一種或幾種的金屬 材料。本專利技術所述的金屬電極覆蓋方式為磁控濺射、熱蒸鍍、電子束蒸發、絲網印刷中的 一種方式或幾種方式的結合。本專利技術所述的熱處理過程的最高溫度為700 1000°C，在熱處理過程中氧化層富 含的擴散元素會再次擴散進入硅片中，同時金屬電極與硅形成合金結構。本專利技術所述的化學液包括酸性化學液和堿性化學液，其中酸性化學液為氫氟酸溶 液或氫氟酸和鹽酸、硫酸的混合液，堿性化學液為氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液、碳酸鉀溶 液、碳酸鈉溶液、氨水溶液、四甲基氫氧化銨溶液中的一種或幾種的混合液。本專利技術所述的化學液去除方式為先采用酸性化學液去除未被金屬電極覆蓋區域 的氧化層，然后采用堿性化學液去除表面富含擴散元素的硅材料，被去除的硅材料的深度 為 5 IOOnm0本專利技術的有益效果是(1)本專利技術采用一次均勻擴散同時形成p-n結和富含擴散元素的氧化層，對該氧 化層進行厚度優化，使得氧化層能夠有效防止電極在高溫燒結過程中燒穿P-n結的現象發 生，起到防燒穿保護層作用，提高晶體硅太陽電池工業化生產的電池良品率；(2)本專利技術采用一次均勻擴散同時形成p-n結和富含擴散元素的氧化層，利用氧 化層中富含擴散元素的特性，采用熱處理過程使得擴散元素再次擴散進入硅片，從而有效 降低電極與硅的金屬半導體接觸電阻，提高晶體硅太陽電池光電轉換效率；(3)本專利技術提供的應用于晶體硅太陽電池的電極制備方法具有工藝流程簡單、制 備成本低的優勢，并且能夠很好地與工業化生產設備兼容，適合應用于大規模工業化生產 中。具體實施例方式以下列舉具體實施例對本專利技術進行說明。需要指出的是，以下實施例只用于對本專利技術作進一步說明，不代表本專利技術的保護范圍，其他人根據本專利技術的提示做出的非本質的 修改和調整，仍屬于本專利技術的保護范圍。以下實施例提及的應用于晶體硅太陽電池的電極制備方法是，首先對硅片進行均 勻擴散同時形成p-n結和富含擴散元素的氧化層，然后對該氧化層的厚度進行減薄優化， 再在氧化層的局部覆蓋金屬電極，接著進行熱處理過程，熱處理過程中氧化層起到阻擋金 屬電極燒穿P-n結和降低金屬半導體接觸電阻的作用，最后使用化學液去除未被金屬電極 覆蓋區域的氧化層和硅片表面富含擴散元素的硅材料，此方法能夠避免電極燒穿P-n結的 同時降低電極與硅片的接觸電阻，提高電池轉換效率，具有低成本優勢并能夠與晶體硅太 陽電池工業化生產工藝兼容。實施例1本實施例中提到的，包括以下步驟(1)對硅片進行高溫磷擴散形成均勻的p-n結和富含磷元素的氧化層；(2)對該氧化層的厚度進行減薄優化；(3)在氧化層的局部覆蓋含銀金屬電極；(4)對硅片、氧化層和含銀金屬電極進行熱處理過程；(5)采用化學液去除未被金屬電極覆蓋區域的氧化層和富含磷元素的硅材料。本實施例所述的硅片為ρ型單晶硅片，硅片電阻率為1.5 Ω ^cm,硅片厚度為 200 μ m0本實施例所述的高溫磷擴散的最高擴散溫度為870°C。本實施例所述的對氧化層厚度的減薄優化采用重量濃度5%的氫氟酸溶液腐蝕方 法，減薄后的氧化層厚度約為20nm。本實施例所述的局域覆蓋為利用絲網印刷方式覆蓋“H”型電極圖形。本實施例所述的熱處理過程的最高溫度為850°C。本實施例所述的化學液包括氫氟酸溶液和四甲基氫本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種應用于晶體硅太陽電池的電極制備方法，其特征在于，首先對硅片進行均勻擴散同時形成ｐ－ｎ結和富含擴散元素的氧化層，然后對該氧化層的厚度進行減薄優化，再在氧化層的局部覆蓋金屬電極，接著進行熱處理過程，熱處理過程中氧化層起到阻擋金屬電極燒穿ｐ－ｎ結和降低金屬半導體接觸電阻的作用，最后使用化學液去除未被金屬電極覆蓋區域的氧化層和硅片表面富含擴散元素的硅材料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈輝，馮成坤，
申請(專利權)人：中山大學，
類型：發明
國別省市：81