选择性发射极黑硅多晶PERC电池结构的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种选择性发射极黑硅多晶PERC电池结构的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）在硅片正面形成纳米绒面，背面为抛光面；（2）在硅片的正面扩散形成N型层，去除正面磷硅玻璃和背面pn结；（3）在硅片正面沉积氮化硅减反射膜层，在背面沉积钝化介质层；（4）在硅片背面打点或者打线，印刷银电极和铝浆；（5）低温烧结形成局部铝背场；（6）在硅片正面喷涂磷酸和酒精的混合溶液，使用激光形成重掺杂后的主栅线和副栅线区域；（7）硅片正面浸入电镀溶液，硅片正面在光照条件下进行电镀，电镀后进行退火。本发明专利技术克服了丝网印刷难以形成高质量精细栅线及无法保证栅线与选择性发射极精确对准的缺陷，将电极引起的遮蔽和漏电流最小化。

Preparation method of selective emitter black silicon polycrystalline PERC battery structure

The invention relates to a preparation method of a selective emitter black silicon polycrystal PERC battery, which includes the following steps: (1) forming a nano suede on the front of the silicon wafer, the back is a polishing surface, and (2) forming a N layer on the front of the silicon wafer to remove the positive phosphorus silicon glass and the back PN junction; (3) the silicon wafer faces a frontal sink. A passivation layer deposited on the back of a silicon nitride film; (4) printing silver electrodes and aluminum pulp on the back of the silicon wafer, printing silver electrodes and aluminum pulp; (5) low temperature sintering to form a local aluminum back field; (6) a mixed solution of phosphoric acid and alcohol on the front of the silicon wafer, and the use of laser to form the heavily doped main gate line and the sub grid area. (7) the front of the silicon wafer is immersed in the plating solution, and the front side of the silicon wafer is electroplated under light conditions, and then annealed after plating. The invention overcomes the defect that the screen printing is difficult to form a high quality fine grid line and can not guarantee the precise alignment of the gate line and the selective emitter, and minimizes the shielding and leakage current caused by the electrode.

【技术实现步骤摘要】
选择性发射极黑硅多晶PERC电池结构的制备方法
本专利技术涉及一种选择性发射极黑硅多晶PERC电池结构的制备方法，属于光电

技术介绍
光伏发电由于其成本太高，仍然无法取代传统能源，降低成本、提高太阳电池转换效率是光伏行业可以逐渐取代传统能源的关键。目前市场上光伏发电产品仍以多晶太阳电池组件为主，降低多晶太阳电池成本、提高多晶电池转换效率是降本关键。多晶金刚线切割硅片具有切割速度快、相比于砂浆切割线损更小、损伤层更薄、更环保、成本低等优势，市场份额逐年提升，逐步替代砂浆切割硅片，金刚线切割硅片降低了硅片成本，将成为行业主流，但是多晶金刚线切太阳电池表面反射率高制约了电池效率的提升，制绒后表面有色差影响了多晶金刚线切太阳电池的良品率，而湿法黑硅技术成功解决了这些难题，既能提高多晶金刚线切太阳电池的转换效率、良品率，又能降低电池成本。湿法黑硅中的金属催化化学腐蚀法采用银、铜等电负性高于硅的金属颗粒在化学腐蚀液的作用下在硅片表面形成多孔结构，从而降低硅片表面反射率，工艺简单，成本低，更适用于工业生产，可使多晶效率提升0.2-0.3％(绝对值)。如图1所示为常规砂浆硅片绒面结构的SEM图(放大5000倍)，图2为金刚线多晶黑硅绒面结构的SEM图(放大5000倍)，图3为黑硅电池与常规电池的反射率对比图。黑硅绒面为纳米孔，常规多晶绒面为微米级蠕虫结构，因此黑硅比表面积大于常规多晶，由于黑硅绒面结构特殊性，在前表面磷扩散制备PN结时表面杂质浓度高，俄歇复合严重，更容易形成扩散“死层”。为提升黑硅电池转换效率，需降低表面掺杂浓度，减少光生少数载流子的表面复合。同时，在较低的表面杂质浓度下，黑硅表面的钝化效果也更好，钝化后可进一步减少表面复合。但表面掺杂浓度降低后，金属电极区域的接触电阻会升高，导致电池串联电阻升高转换效率下降。选择性发射极结构在电池电极栅线与栅线之间受光区域对应的活性区域形成低掺杂浅扩散区，电池的电极栅线下方区域形成高掺杂深扩散区。在电极间隔区形成与常规太阳电池一样的NP结，在低掺杂区和高掺杂区交界处形成横向N+N高低结，在电极栅线下方形成N+P结，与常规太阳电池相比，选择性发射极太阳电池电极栅线处多一个横向N+N高低结和一个N+P结，有利于提高光生载流子的收集率、降低太阳电池的串联电阻、减少光生少数载流子的表面复合和减小扩散死层的影响。叠加选择性发射极结构，黑硅电池效率可再提升0.2-0.3％(绝对值)。湿法黑硅纳米制绒技术和选择性发射极结构使多晶金刚线太阳电池的转换效率有了大幅提升。但是电池背表面较为严重的光学和电学损失已成为制约多晶黑硅电池效率进一步提升的瓶颈。钝化发射极背面接触电池(PERC)结构不仅可以大幅降低背表面电学复合速率，还可以形成良好的内部光学背反射机制，尤其是在硅片向着薄片化的发展趋势下，电池表面钝化质量和内部背反射效果的重要性就更加凸显。PERC结构使黑硅电池效率提升0.7-1.0％。如图4所示为选择性发射极太阳电池的结构示意图。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种选择性发射极黑硅多晶PERC电池结构的制备方法，解决了表面反射率高的问题，提高了黑硅电池转换效率，克服了丝网印刷工艺难以形成高质量精细栅线及无法保证栅线与选择性发射极精确对准的致命缺陷，将电极引起的遮蔽和漏电流最小化。按照本专利技术提供的技术方案，所述选择性发射极黑硅多晶PERC电池结构的制备方法，其特征是，包括以下步骤：(1)在硅片正面形成纳米绒面，硅片背面为抛光面；(2)扩散：在硅片的正面进行磷扩散形成N型层，扩散后表面方块电阻为120-140Ω/□；(3)去除硅片正面磷硅玻璃和背面pn结；(4)镀膜：在硅片正面沉积氮化硅减反射膜层，在硅片背面沉积AlOx/SiNx叠层钝化介质层；(5)使用激光器在硅片背面打点或者打线，使AlOx/SiNx叠层钝化介质层从硅片表面剥离；(6)丝网印刷：在背面丝网印刷银电极和铝浆；(7)烧结：进行低温烧结使铝浆与激光开窗处的硅反应形成局部铝背场，烧结温度为600-650℃；(8)喷涂磷酸：在硅片正面均匀喷涂3-8％的磷酸和酒精的混合溶液，喷涂后使用热氮干燥；(9)激光掺杂：使用激光对硅片正面进行加热，形成重掺杂后的主栅线和副栅线区域；(10)光诱导电镀镍/铜/银电极：将硅片正面浸入电镀溶液，对硅片正面在光照条件下进行电镀，在硅片的正面栅线处沉积镀上金属栅线，硅片表面光照强度15000-20000lux，镍层厚度1-2μm，铜层厚度10-15μm，银层厚度2-4μm；(11)退火。进一步地，所述步骤(1)制备得到的纳米绒面孔径200-700nm，反射率为14-18％。进一步地，所述步骤(2)中，在扩散炉中880℃的温度下，采用三氯氧磷在硅片的正面进行磷扩散形成N型层。进一步地，所述步骤(4)中，氮化硅减反射膜的厚度为75-85nm，平均折射率为2.04-2.14；氧化铝膜厚度为10-30nm，折射率为1.55-1.70，氮化硅膜厚度为120-200nm，折射率为1.90-2.20。进一步地，所述步骤(5)中进行打线时，线条间距为0.7-0.9mm，线宽为40-60um；打点时，点间距为0.6-0.8mm，点直径为200um。进一步地，所述步骤(9)中采用的激光波长为355nm或532nm，形成的栅线宽度为8-12μm。进一步地，所述步骤(11)中，硅片在氮气或者氮氢混合气氛中进行退火，退火温度为300-450℃，退火时间3-8分钟。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术采用金属催化化学腐蚀法制备黑硅绒面，正面形成纳米孔径绒面降低金刚线切多晶硅片的表面反射率，既解决了金刚线切多晶硅片采用常规制绒技术导致的表面反射率高的问题，提高了黑硅电池转换效率，又解决了表面色差问题，提升了黑硅电池良品率；黑硅纳米绒面使多晶金刚线切太阳电池效率提升0.2-0.3％(绝对值)。(2)本专利技术采用单面制绒，仅在正面形成纳米绒面，背面为碱抛光后平整的表面，增加背反射的同时降低了背表面复合速率，提升了黑硅电池的开路电压和短路电流。单面制绒与浸没式双面制绒相比，产能提升一倍，化学品成本、废水处理成本、能耗成本更低，降低了黑硅制备成本，可实现大面积黑硅的批量制备，在黑硅太阳电池制备中有巨大的应用潜力。(3)本专利技术的电池正面形成选择性发射极结构，在电池电极栅线与栅线之间受光区域对应的活性区域形成低掺杂浅扩散区，电池的电极栅线下方区域形成高掺杂深扩散区。有利于提高光生载流子的收集率、降低太阳电池的串联电阻、减少光生少数载流子的表面复合和减小扩散死层的影响。叠加选择性发射极结构，黑硅电池效率可再提升0.2-0.3％(绝对值)，显著改善了黑硅电池短波段的量子效率。(4)本专利技术的电池背面采用AlOx/SiNx叠层钝化，在钝化层上使用激光开窗，与铝浆反应形成局部背场，该结构不仅形成了良好的内部光学背反射机制，而且大幅降低了背表面电学复合速率，黑硅电池效率再提升0.7-1.0％，显著改善了黑硅电池长波段的量子效率。(5)本专利技术采用激光掺杂技术在金属电极下方区域形成重掺杂。激光作用在掺杂磷源和硅片表面，利用其高温加热，局部熔化材料，将掺杂源内的磷原子快速扩散到硅片表面，当激光移开后，硅片冷却并结晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种选择性发射极黑硅多晶PERC电池结构的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）在硅片正面形成纳米绒面，硅片背面为抛光面；（2）扩散：在硅片的正面进行磷扩散形成N型层，扩散后表面方块电阻为120‑140Ω/□；（3）去除硅片正面磷硅玻璃和背面pn结；（4）镀膜：在硅片正面沉积氮化硅减反射膜层，在硅片背面沉积AlOx/SiNx叠层钝化介质层；（5）使用激光器在硅片背面打点或者打线，使AlOx/SiNx叠层钝化介质层从硅片表面剥离；（6）丝网印刷：在背面丝网印刷银电极和铝浆；（7）烧结：进行低温烧结使铝浆与激光开窗处的硅反应形成局部铝背场，烧结温度为600‑650℃；（8）喷涂磷酸：在硅片正面均匀喷涂3‑8%的磷酸和酒精的混合溶液，喷涂后使用热氮干燥；（9）激光掺杂：使用激光对硅片正面进行加热，形成主栅线和副栅线；（10）光诱导电镀镍/铜/银电极：将硅片正面浸入电镀溶液，对硅片正面在光照条件下进行电镀，在硅片的正面栅线处沉积镀上金属栅线，硅片表面光照强度15000‑20000lux，镍层厚度1‑2μm，铜层厚度10‑15μm，银层厚度2‑4μm；（11）退火。

【技术特征摘要】
1.一种选择性发射极黑硅多晶PERC电池结构的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）在硅片正面形成纳米绒面，硅片背面为抛光面；（2）扩散：在硅片的正面进行磷扩散形成N型层，扩散后表面方块电阻为120-140Ω/□；（3）去除硅片正面磷硅玻璃和背面pn结；（4）镀膜：在硅片正面沉积氮化硅减反射膜层，在硅片背面沉积AlOx/SiNx叠层钝化介质层；（5）使用激光器在硅片背面打点或者打线，使AlOx/SiNx叠层钝化介质层从硅片表面剥离；（6）丝网印刷：在背面丝网印刷银电极和铝浆；（7）烧结：进行低温烧结使铝浆与激光开窗处的硅反应形成局部铝背场，烧结温度为600-650℃；（8）喷涂磷酸：在硅片正面均匀喷涂3-8%的磷酸和酒精的混合溶液，喷涂后使用热氮干燥；（9）激光掺杂：使用激光对硅片正面进行加热，形成主栅线和副栅线；（10）光诱导电镀镍/铜/银电极：将硅片正面浸入电镀溶液，对硅片正面在光照条件下进行电镀，在硅片的正面栅线处沉积镀上金属栅线，硅片表面光照强度15000-20000lux，镍层厚度1-2μm，铜层厚度10-15μm，银层厚度2-4μm；（11）退火。2.如权利要求1所述的选择性发射极黑硅多晶PERC电池结构的制备方法，其特征是：所述步骤（1）制备得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈丽萍，
申请(专利权)人：无锡尚德太阳能电力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32