專利名稱：N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法及腐蝕液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽電池的制備方法以及所使用的腐蝕液。
背景技術(shù)：
太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源，利用半導(dǎo)體材料的光電轉(zhuǎn)換特性，制備成太陽能電池，可以將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在最近的十年中，太陽能電池的產(chǎn)量以每年 30-40%的速度增長，太陽能產(chǎn)業(yè)已成為目前市場上發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。目前的太陽能電池工藝技術(shù)主要是基于P型晶體硅作為襯底材料的，如果使用N 型晶體硅材料來制備傳統(tǒng)的前發(fā)射結(jié)太陽能電池，需要進(jìn)行硼擴(kuò)散，這涉及到硼擴(kuò)散爐及一系列的相關(guān)設(shè)備，幾乎等于一條新的生產(chǎn)線；如果在原來的P型太陽能電池生產(chǎn)線上來制作N型太陽能電池，通過背面的鋁合金化可以形成背面發(fā)射結(jié)，得到的是背發(fā)射結(jié)太陽能電池，公開號為CN 101150148B的專利申請公開了通過兩次絲網(wǎng)印刷鋁漿，兩次燒結(jié)，把鋁硅合金的燒結(jié)和背電極的燒結(jié)分開進(jìn)行，解決了由于背面全覆蓋鋁而使電極可焊性及可焊性變差的問題，使鋁背發(fā)射結(jié)N型單晶硅太陽能電池可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，但是，對于背發(fā)射結(jié)太陽能電池，襯底材料的擴(kuò)散長度需要至少是晶體硅片厚度的三倍，只有這樣，前表面附近被激發(fā)出來的光生載流子才能被電池背面的發(fā)射結(jié)有效收集到，而目前晶體硅片切割的標(biāo)準(zhǔn)厚度為180-200 μ m，對于N型多晶硅片和低質(zhì)量的N型單晶硅片，其少子擴(kuò)散長度往往很難達(dá)到500-600 μ m,制備出來的背發(fā)射結(jié)太陽能電池的短路電流較低，從而導(dǎo)致最終的電池效率較低?；贜型晶體硅材料低光衰減特性和對過渡金屬的強(qiáng)耐受性等優(yōu)點(diǎn)，近些年來越來越受到人們的關(guān)注，但是由于上述原因的存在，使得N型晶體硅材料在太陽能電池領(lǐng)域的使用受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法，可顯著提高電池效率。一種N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法，包括將N型晶體硅片浸入腐蝕液進(jìn)行化學(xué)減薄，然后再制成所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池，所述的腐蝕液包含硝酸和氫氟酸。作為優(yōu)選，所述的硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65% 68%。所述的氫氟酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。所述的腐蝕液中合適濃度的硝酸和氫氟酸會影響減薄時間，此處所述的硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65% 68%，是指在形成腐蝕液之前，硝酸自身的質(zhì)量百分比濃度。同理，所述的氫氟酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。是指在形成腐蝕液之前，氫氟酸自身的質(zhì)量百分比濃度。所述的腐蝕液中必須同時含有硝酸和氫氟酸，如果所用的硝酸和氫氟酸濃度較大，可以加入適量CH3COOH和/或水進(jìn)行稀釋。即所述的腐蝕液還包含CH3COOH和/或水。此時所述的腐蝕液為硝酸、氫氟酸和H2O三者的混合液或為硝酸、氫氟酸和CH3COOH三者混合液或為硝酸、氫氟酸、H2O和CH3COOH四者的混合液。由于在形成腐蝕液之前，硝酸和氫氟酸當(dāng)中已經(jīng)含有一定量的水，所以此處所述的水是指額外添加的水。腐蝕液中含有CH3COOH時，與水一樣可以起到調(diào)節(jié)腐蝕速度的作用。腐蝕液中硝酸和氫氟酸的比例無特殊限制，例如硝酸和氫氟酸的體積比可以是 I O. 01 99。當(dāng)添加CH3COOH和/或水時，硝酸、氫氟酸、CH3COOH和水的也比例無特殊限制。一般情況下硝酸、氫氟酸和CH3COOH的濃度越大，則所需的減薄時間越短，濃度越小，所需的減薄時間越長，通常在硝酸、氫氟酸和水的體積比為I : I : 5 7時，減薄時間為8 lOmin， 硝酸、氫氟酸和CH3COOH的體積比為I : I : 5 7時，減薄時間為8 lOmin。減薄過程中對溫度無特殊限制，溫度升高，可加速減薄過程，但增加危險性和能耗，通常情況下，在室溫下進(jìn)行即可。減薄時間與所選用的腐蝕液的濃度也有關(guān)系，減薄時間過長可能會導(dǎo)致硅片厚度過薄而在后續(xù)工藝中發(fā)生彎曲，進(jìn)而不利于N型晶體硅太陽能電池的制作；減薄時間過短會導(dǎo)致減薄厚度不夠，進(jìn)而使前表面附近被激發(fā)出來的光生載流子不能被電池背面的發(fā)射結(jié)有效收集到，達(dá)不到提高電池效率的目的，一般為8 lOmin。所述的N型晶體硅片進(jìn)行化學(xué)減薄后可依照現(xiàn)有技術(shù)制成所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池，例如所述的N型晶體硅片進(jìn)行化學(xué)減薄后進(jìn)行表面制絨，清洗后依次在前表面磷擴(kuò)散形成前表面場，等離子體刻蝕去邊結(jié)，化學(xué)清洗去磷硅玻璃，前表面沉積氮化硅減反射膜，前表面絲網(wǎng)印刷銀漿，背表面絲網(wǎng)印刷鋁漿以及共燒結(jié)制成所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池?？蛇x的，所述的N型晶體硅片為多晶硅片，化學(xué)減薄后采用硝酸和氫氟酸混合液進(jìn)行酸表面制絨。酸表面制絨時硝酸和氫氟酸的濃度及體積比可以利用現(xiàn)有技術(shù)，即兩者濃度及體積比均無特殊限制?？蛇x的，所述的N型晶體硅片為低質(zhì)量的單晶硅片(包括含有高密度位錯或微缺陷的單晶硅片、金屬濃度較高的單晶硅片或摻雜濃度較高的單晶硅片)，化學(xué)減薄后采用 NaOH水溶液或KOH水溶液進(jìn)行堿表面制絨。所用的NaOH水溶液或KOH水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常為20% 40%。本發(fā)明還提供了一種所述制備N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽電池方法所用的腐蝕液， 所述的腐蝕液包含硝酸和氫氟酸。作為優(yōu)選，所述的硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65% 68%。所述的氫氟酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。作為優(yōu)選，所述的腐蝕液還包含CH3COOH和/或水。由于所述的腐蝕液中必須同時含有硝酸和氫氟酸，如果所用的硝酸和氫氟酸濃度較大，可以加入適量水進(jìn)行稀釋，在形成腐蝕液之前，硝酸和氫氟酸當(dāng)中已經(jīng)含有一定量的水，所以此處所述的水是指額外添加的水。但腐蝕液中含有CH3COOH時，可以起到協(xié)同的腐蝕作用。腐蝕液中所用的硝酸、氫氟酸和CH3COOH的體積比無特殊限制，例如硝酸和氫氟酸的體積比可以是I : O. Ol 99。當(dāng)添加CH3COOH和/或水時，硝酸、氫氟酸、CH3COOH和水的也比例無特殊限制。
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本發(fā)明N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽電池的制備方法，將N型晶體硅片的厚度減薄到 50 150 μ m，前表面附近被激發(fā)出來的光生載流子被電池背面的發(fā)射結(jié)有效收集到，使太陽能電池效率得到大幅提升，特別是使用多晶硅片及低質(zhì)量的單晶硅片，并且涉及到的工藝設(shè)備都是P型太陽電池生產(chǎn)線上的已有設(shè)備，無需額外的較大成本投入，操作簡單，容易在光伏產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I(I)將厚度為200 μ m的N型多晶硅片(電阻率為I Ω · cm)放入硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù) 65% )、氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40% )和H2O三者的混合液中(體積比為I : I : 7)進(jìn)行化學(xué)腐蝕減薄。放入8min后取出，經(jīng)螺旋測微儀測量，硅片的厚度約為120μπι;(2)將減薄后的硅片放入硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)65% )和氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40% )的混合液中(體積比為I : 3)進(jìn)行表面制絨，然后用氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%)酸洗5min，用去離子水清洗后烘干；(3)將烘干后的硅片放入磷擴(kuò)散爐，正面擴(kuò)散一層方塊電阻為80-120 Ω的磷擴(kuò)散層，用于N型電池的前表面場；(4)等離子蝕刻機(jī)里利用氟離子刻蝕掉擴(kuò)散片的邊緣擴(kuò)散層；用質(zhì)量百分比濃度為2%的氫氟酸浸泡5min，去除磷硅玻璃，去離子水漂洗，烘干；(5)利用PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)在正面沉積一層厚度約為75nm左右的氮化硅減反射膜；(6)印刷正面銀柵線，印刷背面銀鋁主柵線，烘干，印刷背面鋁層，烘干，燒結(jié)時網(wǎng)帶速度為450cm/min，溫度800°C，完成正背兩面電極。經(jīng)測量，減薄后的多晶硅片制備的太陽能電池在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下(lsun，AMI. 5G， 25°C )效率為15. 23%，而厚度為200 μ m的多晶硅片制備的太陽能電池的效率為7. 87%， 電池的絕對效率提高了 7. 36%。實(shí)施例2(I)將厚度為180 μ m的N型冶金級硼磷補(bǔ)償單晶硅片(電阻率為O. 5 Ω . cm)放入硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)68% )、氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40% )和CH3COOH三者的混合液中(體積比為I : I : 5)進(jìn)行化學(xué)腐蝕減薄。放入IOmin后取出，經(jīng)螺旋測微儀測量，硅片的厚度約為 100 μ m ；(2)將減薄后的硅片放入質(zhì)量濃度為30%的NaOH水溶液中進(jìn)行表面制絨，然后用氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40% )酸洗5min，用去離子水清洗后烘干；(3)將烘干后的硅片放入磷擴(kuò)散爐，正面擴(kuò)散一層方塊電阻為80-120 Ω的磷擴(kuò)散層，用于N型電池的前表面場；(4)等離子蝕刻機(jī)里利用氟離子刻蝕掉擴(kuò)散片的邊緣擴(kuò)散層；用質(zhì)量百分比濃度為2%的氫氟酸浸泡5min，去除磷硅玻璃，去離子水漂洗，烘干；(5)利用PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)在正面沉積一層厚度約為75nm左右的氮化硅減反射膜；(6)印刷正面銀柵線，印刷背面銀鋁主柵線，烘干，印刷背面鋁層，烘干，燒結(jié)時網(wǎng)帶速度為450cm/min，溫度800°C，完成正背兩面電極。經(jīng)測量，減薄后的單晶硅片制備的太陽能電池在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下(lsun，AMI. 5G， 25°C)效率為16. 47%，而厚度為180 μ m的單晶硅片制備的太陽能電池的效率為10.21%， 電池的絕對效率提高了 6. 26%。實(shí)施例3(I)將厚度為180 μ m的N型多晶硅片(電阻率為O. 5 Ω · cm)放入硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù) 65%)、氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%)和H2O三者的混合液中(體積比為2 I 7)進(jìn)行化學(xué)腐蝕減薄。放入7min后取出，經(jīng)螺旋測微儀測量，硅片的厚度約為120μπι;(2)將減薄后的硅片放入硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)65% )和氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40% )的混合液中(體積比為I : 3)進(jìn)行表面制絨，然后用氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%)酸洗5min，用去離子水清洗后烘干；(3)將烘干后的硅片放入磷擴(kuò)散爐，正面擴(kuò)散一層方塊電阻為80-120 Ω的磷擴(kuò)散層，用于N型電池的前表面場；(4)等離子蝕刻機(jī)里利用氟離子刻蝕掉擴(kuò)散片的邊緣擴(kuò)散層；用質(zhì)量百分比濃度為2%的氫氟酸浸泡5min，去除磷硅玻璃，去離子水漂洗，烘干；(5)利用PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)在正面沉積一層厚度約為75nm左右的氮化硅減反射膜；(6)印刷正面銀柵線，印刷背面銀鋁主柵線，烘干，印刷背面鋁層，烘干，燒結(jié)時網(wǎng)帶速度為450cm/min，溫度800°C，完成正背兩面電極。經(jīng)測量，減薄后的多晶硅片制備的太陽能電池在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下(lsun，AMI. 5G， 25°C )效率為14. 17%，而厚度為180 μ m的多晶硅片制備的太陽能電池的效率為5. 98%, 電池的絕對效率提高了 8. 19%。實(shí)施例4(I)將厚度為200 μ m的N型冶金級硼磷補(bǔ)償單晶硅片(電阻率為5 Ω . cm)放入硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)68%)、氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%)和CH3COOH三者的混合液中(體積比為 1:2: 5)進(jìn)行化學(xué)腐蝕減薄。放入9min后取出，經(jīng)螺旋測微儀測量，硅片的厚度約為 100 μ m ；(2)將減薄后的硅片放入質(zhì)量濃度為30%的NaOH水溶液中進(jìn)行表面制絨，然后用氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40% )酸洗5min，用去離子水清洗后烘干；(3)將烘干后的硅片放入磷擴(kuò)散爐，正面擴(kuò)散一層方塊電阻為80-120 Ω的磷擴(kuò)散層，用于N型電池的前表面場；(4)等離子蝕刻機(jī)里利用氟離子刻蝕掉擴(kuò)散片的邊緣擴(kuò)散層；用質(zhì)量百分比濃度為2%的氫氟酸浸泡5min，去除磷硅玻璃，去離子水漂洗，烘干；(5)利用PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)在正面沉積一層厚度約為75nm左右的氮化硅減反射膜；(6)印刷正面銀柵線，印刷背面銀鋁主柵線，烘干，印刷背面鋁層，烘干，燒結(jié)時網(wǎng)帶速度為450cm/min，溫度800°C，完成正背兩面電極。經(jīng)測量，減薄后的單晶硅片制備的太陽能電池在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下(lsun，AMI. 5G， 25°C)效率為17. 01%，而厚度為200 μ m的單晶硅片制備的太陽能電池的效率為12. 22%,電池的絕對效率提高了 4. 79%。
權(quán)利要求
1.一種N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法，包括將N型晶體硅片浸入腐蝕液進(jìn)行化學(xué)減薄，然后再制成所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述的腐蝕液包含硝酸和氫氟酸。
2.如權(quán)利要求I所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于所述的硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65% 68%。
3.如權(quán)利要求I所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于所述的氫氟酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%。
4.如權(quán)利要求I所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于所述的腐蝕液還包含CH3COOH和/或水。
5.如權(quán)利要求I所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于所述的N型晶體硅片進(jìn)行化學(xué)減薄后進(jìn)行表面制絨，清洗后依次在前表面磷擴(kuò)散形成前表面場，等離子體刻蝕去邊結(jié)，化學(xué)清洗去磷硅玻璃，前表面沉積氮化硅減反射膜，前表面絲網(wǎng)印刷銀漿，背表面絲網(wǎng)印刷鋁漿以及共燒結(jié)制成所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池。
6.如權(quán)利要求I所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于所述的N型晶體硅片為多晶硅片，化學(xué)減薄后采用HNO3和HF混合液進(jìn)行酸表面制絨。
7.如權(quán)利要求I所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于所述的N型硅片為低質(zhì)量的單晶硅片，化學(xué)減薄后采用NaOH水溶液或KOH水溶液進(jìn)行堿表面制絨。
8.如權(quán)利要求I 7任一項所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法中所用的腐蝕液，其特征在于，所述的腐蝕液包含硝酸和氫氟酸。
9.如權(quán)利要求8所述的腐蝕液，其特征在于，還包含CH3COOH和/或水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法及該方法中所用到的腐蝕液，其中方法包括如下步驟先對N型晶體硅片采用腐蝕液進(jìn)行化學(xué)減薄，厚度減薄到50～150μm，然后利用標(biāo)準(zhǔn)工藝制備太陽能電池。本發(fā)明還公開了所述的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的制備方法中所用的腐蝕液，腐蝕液由硝酸，氫氟酸，水和/或醋酸組成。本發(fā)明方法制備的N型晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽能電池的電池效率高，當(dāng)襯底材料為多晶硅片或低質(zhì)量的單晶硅片，電池效率顯著提升，并且涉及到的工藝設(shè)備都是P型太陽能電池生產(chǎn)線上的已有設(shè)備，無需額外投入較大成本，操作簡單，利于在光伏產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
文檔編號H01L31/18GK102593263SQ20121007381
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者余學(xué)功, 楊德仁, 王棟, 王蓉, 肖承全 申請人:浙江大學(xué)