一种用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片及电池的方法技术

本发明专利技术公开了一种阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片的方法，包括如下工艺步骤：1)首先根据镀膜尺寸设计对应尺寸的N区镀膜阴罩及P区镀膜阴罩；2)镀膜前，将硅片放置在镀膜阴罩内定位好以遮挡P区或N区；3)采用PVD镀膜工艺在硅片上形成N膜或P膜；4)再将硅片在镀膜阴罩内定位好以遮挡N区或P区；5)再采用PVD镀膜工艺在硅片上形成P膜或N膜。该发明专利技术用PVD镀膜结合阴罩掩膜的方法在硅片背面分别单独形成P膜及N膜，从而有效避免了现有技术使用的掩膜刻蚀方法存在的工艺流程长效率低且由于刻蚀污染薄层性能而影响电池性能的不足，具有工艺步骤短、生产成本低的优点，且有效提升了转换效率。

A method of manufacturing HBC battery sheet and battery with mask

【技术实现步骤摘要】
一种用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片及电池的方法
本专利技术涉及太阳能电池制备
，特别涉及一种用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片的方法以及对应的HBC电池制备工艺。
技术介绍
近年来，能源危机与环境压力促进了太阳电池研究和产业的迅速发展。目前，晶体硅太阳能电池是技术最成熟、应用最广泛的太阳能电池，在光伏市场中的比例超过90％，并且在未来相当长的时间内都将占据主导地位。硅在自然界中的原材料丰富，可以大量生产，它是利用太阳能作为材料的基础。单晶硅的晶界位错缺陷少、纯度高、少子寿命高，做成电池效率相对高。如果在硅基体材料里掺有少量磷原子，它会产生很多相对自由电子，使基体呈现良好的导电性，这种晶硅叫N-型硅；而如果掺有少量硼，它会产生很多相对带正电的核，同样使基体呈现良好导电性，这种晶硅叫P-型硅。如果把P型和N型硅贴合形成就可以PN结，PN结有特别的功能，就是在光照后，硅吸收光能后激发产生电子(负电荷)和空穴(正电荷)，通过PN结可以选择性收集其中一种电荷，从而达到正负电荷分离的目的，这是太阳能发电的基础。大部分的太阳能电池把PN结做在硅片表面的其中一面，例如，对于N型基体的硅片，通过表面掺杂形成P型结构，P层就可以收集空穴正电荷，自然地，电子负电荷到背面集中，这时如果正面背面都有导线分布，它就成了一块发电板，通常叫电池。这种利用电池片两个表面分别收集反向电荷的方法简单，也受到了广泛应用。但是，它的一个先天缺陷是，如果其中一面是朝向光让光进入基体，当表面布置导线后必定遮光，导致部分光的损失，这种损失大概能导致3-6％的绝对效率损失，对于一个本身只有20％多光电转化效率的电池，改善或消除这部分损失对提升光电转换效率至关重要。1975年，Schwartz首次提出背接触式太阳能电池。经过多年的发展，人们又研发出了交叉指式背接触(IBC)太阳能电池。IBC太阳能电池最显著的特点是PN结和金属接触都处于太阳电池的背部，前表面彻底避免了金属栅线电极的遮挡，结合前表面的金字塔绒面结构和减反层组成的陷光结构，能够最大限度地利用入射光，减少光学损失，具有更高的短路电流。同时，背部采用优化的金属栅线电极，降低了串联电阻。通常前表面采用SiNx/SiOx双层薄膜，不仅具有减反效果，而且对绒面硅表面有很好的钝化效果。这种前面无遮挡的太阳能电池不仅转换效率高，而且具有外形美观等优势，适合应用于光伏建筑一体化，具有极大的商业化前景。IBC电池虽然可以获得极高的效率，但都是基于同质PN结实现的。为了在背表面不同区域分别形成P区和N区，需要在高温扩散后引用掩膜光刻等技术，所以IBC电池是商品化晶体硅电池中工艺最复杂、结构设计难度最大的电池，制造成本高。异质结电池是在硅片表面镀非常薄层的非晶硅来钝化表面，然后在非晶硅表面镀掺杂非晶硅P和N薄膜层，再在P和N层用导电层把电导出来。异质结电池具有很高的效率优势，转化效率达到25％以上。近年，异质结电池概念用来制造背电池，通称为HBC(如图1所示)。但是目前提出的HBC制造流程仍然避免不了掩膜、刻蚀工艺，即：在制造HBC的过程中，为了实现P区与N区的隔离，现有技术必须先镀P层并覆盖整个表面，然后用掩膜刻蚀的方法把N区的P层刻掉，再镀N层并覆盖整个表面，然后再用掩膜刻蚀的方法把P区的N层刻掉。这种方法工艺流程长，效率低，同时由于刻蚀污染薄层性能而影响电池性能。PVD镀膜是物理气相沉积的缩写，它是将固体材料在高真空中通过高能的氩离子轰击固体表面使表面原子脱落并沉积到基板表面的技术。由于压力低，轰击出来的原子速度快，运动方向性好，能够在垂直于基板表面沉积。用PVD方法镀膜，如果在基板表面附有阴罩，则镀膜能够控制在窗口区，而遮挡区能够避免镀膜。本专利技术就是为了在HBC生产制造过程中利用阴罩在PVD镀膜中能掩盖不需要镀膜区的能力，实现P区和N区隔离而避免使用掩膜刻蚀的方法，以减少工艺步骤、降低生产成本、提升太阳能电池转换效率。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片的方法，包括如下工艺步骤：1)首先根据镀膜尺寸设计对应尺寸的N区镀膜阴罩及P区镀膜阴罩；2)镀膜前，将硅片放置在N区镀膜阴罩内定位好以遮挡P区；3)基于磷掺杂的硅靶材并采用PVD镀膜工艺将硅片上的N区镀膜以形成N膜；4)再将N区镀膜后的硅片从N区镀膜阴罩内取出放置在P区镀膜阴罩内定位好以遮挡N区；5)基于硼掺杂的硅靶材并采用PVD镀膜工艺将硅片上的P区镀膜以形成P膜。或者，包括如下工艺步骤：1)首先根据镀膜尺寸设计对应尺寸的N区镀膜阴罩及P区镀膜阴罩；2)镀膜前，将硅片放置在P区镀膜阴罩内定位好以遮挡N区；3)基于硼掺杂的硅靶材并采用PVD镀膜工艺将硅片上的P区镀膜以形成P膜；4)再将P区镀膜后的硅片从P区镀膜阴罩内取出放置在N区镀膜阴罩内定位好以遮挡P区；5)基于磷掺杂的硅靶材并采用PVD镀膜工艺将硅片上的N区镀膜以形成N膜。其中，N区镀膜阴罩对P区的遮挡及P区镀膜阴罩对N区的遮挡具有部分重叠区，以使N膜和P膜不会互相接触，重叠区的宽度为10-100μm。其中，N区镀膜阴罩的镀膜开口宽度为100-500μm，P区镀膜阴罩的镀膜开口宽度为500-2000μm。其中，镀膜时，硅片坐落在阴罩上，靶材放置在镀膜阴罩下方以从下向上形成镀膜；PVD镀膜工艺用氩气、或氢气、或氩气与氢气的混合气，工作压力为0.01-10Pa。其中，靶材是纯硅通过预先掺杂磷或者纯硅靶材在镀膜时通磷烷或含有磷的气体以形成磷掺杂的非晶硅用于N区镀膜；以及纯硅靶材通过预先掺杂硼或者纯硅靶材在镀膜时通硼烷、BF3或含有硼的气体以形成硼掺杂的非晶硅用于P区镀膜。其中，镀膜阴罩内放置硅片后，利用镀膜阴罩的边缘作为挡边把硅片定位在镀膜阴罩内。进一步的，镀膜过程中，载板连续向同一方向运行，载板上同时放置多个镀膜阴罩以同时用于多块硅片的承载与镀膜。本专利技术还提供了一种根据上述用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片的方法制备HBC电池的工艺，包括如下工艺步骤：1)单晶硅片进行清洗后在正面或正反表面制绒；2)在硅片反面镀非晶硅，厚度为3-10nm；3)在硅片正面镀抗反射层，抗反射层包括SiN、Al2O3或SiO2抗反射层，或者SiN、Al2O3、SiO2中任两种或三种的叠层抗反射层，抗反射层的厚度为70-110nm；4)在硅片反面基于权利要求1或2获得N层及P层，N层的厚度为5-10nm，P层的厚度为5-10nm；5)在P层和N层之间镀SiN保护层，厚度为10-100nm；6)在P层镀导电电极，从而获得HBC电池结构。通过上述技术方案，本专利技术提供的工艺方法由于在HBC电池结构中P区与N区需要分隔，本专利技术用PVD镀膜结合阴罩掩膜的方法在硅片背面分别单独形成P膜及N膜，从而有效避免了现有技术使用的掩膜刻蚀方法存在的工艺流程长效率低且由于刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：/n1)首先根据镀膜尺寸设计对应尺寸的N区镀膜阴罩(20)及P区镀膜阴罩(30)；/n2)镀膜前，将硅片(10)放置在N区镀膜阴罩(20)内定位好以遮挡P区；/n3)基于磷掺杂的硅靶材(22)并采用PVD镀膜工艺将硅片(10)上的N区镀膜以形成N膜(15)；/n4)再将N区镀膜后的硅片(10)从N区镀膜阴罩(20)内取出放置在P区镀膜阴罩(30)内定位好以遮挡N区；/n5)基于硼掺杂的硅靶材(32)并采用PVD镀膜工艺将硅片(10)上的P区镀膜以形成P膜(14)。/n

【技术特征摘要】
1.一种用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
1)首先根据镀膜尺寸设计对应尺寸的N区镀膜阴罩(20)及P区镀膜阴罩(30)；
2)镀膜前，将硅片(10)放置在N区镀膜阴罩(20)内定位好以遮挡P区；
3)基于磷掺杂的硅靶材(22)并采用PVD镀膜工艺将硅片(10)上的N区镀膜以形成N膜(15)；
4)再将N区镀膜后的硅片(10)从N区镀膜阴罩(20)内取出放置在P区镀膜阴罩(30)内定位好以遮挡N区；
5)基于硼掺杂的硅靶材(32)并采用PVD镀膜工艺将硅片(10)上的P区镀膜以形成P膜(14)。


2.一种用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
1)首先根据镀膜尺寸设计对应尺寸的N区镀膜阴罩(20)及P区镀膜阴罩(30)；
2)镀膜前，将硅片(10)放置在P区镀膜阴罩(30)内定位好以遮挡N区；
3)基于硼掺杂的硅靶材(32)并采用PVD镀膜工艺将硅片(10)上的P区镀膜以形成P膜(14)；
4)再将P区镀膜后的硅片(10)从P区镀膜阴罩(30)内取出放置在N区镀膜阴罩(20)内定位好以遮挡P区；
5)基于磷掺杂的硅靶材(22)并采用PVD镀膜工艺将硅片(10)上的N区镀膜以形成N膜(15)。


3.根据权利要求1或2所述的一种用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片的方法，其特征在于，N区镀膜阴罩(20)对P区的遮挡及P区镀膜阴罩(30)对N区的遮挡具有部分重叠区，以使N膜(15)和P膜(14)无互相接触。


4.根据权利要求3所述的一种用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片的方法，其特征在于，重叠区的宽度为10-110μm。


5.根据权利要求4所述的一种用阴罩掩膜镀膜制造HBC电池片的方法，其特征在于，N区镀膜阴罩(20)的镀膜开口宽度为100-500μm，P区镀膜阴罩(30)的镀膜开口宽度为500-2000μm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：上官泉元，庄正军，
申请(专利权)人：常州比太科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32