專利名稱：一種晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池生產(chǎn)制造領(lǐng)域，涉及一種晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法。
背景技術(shù)：
為了提高晶體硅電池的轉(zhuǎn)換效率，減少電池片的表面復(fù)合是一種有效的方法，這種效果稱做鈍化。在電池片的正面，減反射薄膜起到了良好的表面鈍化作用；在電池片的背面，經(jīng)過研究人員的分析和測試，鋁背場的鈍化效果還有很大的提升空間。研究人員從這個角度開發(fā)了背鈍化電池，即通過在電池片背面鍍鈍化膜的方式來提升鈍化效果。背鈍化電池降低了電池片背面的載流子復(fù)合，增強了長波光的響應(yīng)，提高了電池的開路電壓，最終電池的效率也將得到提升。Si02、非晶硅和氧化鋁都可以作為背鈍化膜，目前的背鈍化電池常采用氧化鋁作為背鈍化膜?，F(xiàn)有技術(shù)采用PECVD(等離子體增強化學(xué)氣相沉積)沉積技術(shù)或ALD (原子層沉積)沉積技術(shù)在電池片背面生成鈍化膜，PECVD是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體，在局部形成等離子體，利用等離子體化學(xué)活性強，容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。原子層沉積是通過將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基體上化學(xué)吸附并反應(yīng)而形成沉積膜的一種技術(shù)。這兩種沉積技術(shù)采用的設(shè)備昂貴，且后期制作電極困難。對于背鈍化電池，若要制作背電極，必須對鈍化層進行開窗，這樣電極才能與硅基接觸而導(dǎo)出光生電流。開窗是一個較為復(fù)雜的工序，目前有激光開窗和化學(xué)開窗兩種方式，激光開窗精度高，成本也高；化學(xué)開窗對硅片損傷小，但后期清洗難度大。
發(fā)明內(nèi)容
為克服傳統(tǒng)技術(shù)鈍化膜生成和鈍化膜開窗時工藝復(fù)雜，成本設(shè)備均較昂貴的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法。本發(fā)明所述晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法，包括如下步驟
步驟I.在電池片背面形成一層金屬鋁膜；
步驟2.在電池片背面覆蓋與設(shè)計電極形狀相同的石蠟；
步驟3.將覆蓋了電極形狀石蠟的電池片置于電解池中，通電使金屬鋁膜未被石蠟遮檔的部分被氧化成氧化鋁；
步驟4.從電解池中取出電池片，清洗電池片背面的石蠟；
步驟5.清洗后的電池片進行退火，退火完成后使其自然冷卻。優(yōu)選的，所述步驟I中使用金屬真空鍍膜機進行對電池片背面進行鋁膜蒸鍍。優(yōu)選的，所述步驟2中使用選擇性發(fā)射極工藝在電池片背面噴涂石蠟。優(yōu)選的，所述步驟3中電解池的電解液為18M純水。
優(yōu)選的，所述步驟4中使用質(zhì)量百分比為8%的氫氧化鉀BDG溶液對電池片進行清洗。優(yōu)選的，所述步驟5中使用擴散爐進行退火。進一步的，所述步驟5中擴散爐退火時溫度為500攝氏度，擴散爐內(nèi)通入純氮氣體。具體的，所述步驟3包括如下步驟
步驟31.將電池片置入電解液池中的陽極端，在電解液保持60°C恒溫條件下，以60mA的恒定電流將電壓提升至100V并保持；
步驟32.氧化完成后，將電流下降到20mA。具體的，使用機械泵將電池片吸附在電解池陽極。優(yōu)選的，所述金屬鋁膜厚度為200納米。采用本發(fā)明所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法，電極形狀利用石蠟掩膜噴涂生成，工藝過程簡單，各步驟使用實驗室設(shè)備即可完成全部鈍化膜和電極制備過程，在電池片背部制備氧化鋁鈍化膜增強了電池對長波光的吸收，降低了電池背表面的復(fù)合，提升了太陽能電池效率。
圖I示出本發(fā)明所述晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法的具體實施方式
步驟框圖2示出本發(fā)明所述晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法中步驟3電解的具體實施方式
示意各圖中附圖標記名稱為1.電池片2.電解池3.陽極4.陰極5.吸氣口。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。一種晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法，如圖I所示，包括如下步驟
步驟I.在電池片背面形成一層金屬鋁膜；
步驟2.在電池片背面覆蓋與設(shè)計電極形狀相同的石蠟；
步驟3.將覆蓋了電極形狀石蠟的電池片置于電解池中，通電使金屬鋁膜未被石蠟遮檔的部分被氧化成氧化鋁；
步驟4.從電解池中取出電池片，清洗電池片背面的石蠟；
步驟5.清洗后的電池片進行退火，退火完成后使電池片自然冷卻。本發(fā)明優(yōu)選的在步驟I中使用金屬真空鍍膜機進行對電池片背面進行鋁膜蒸鍍，將電池片和鋁錠放入真空鍍膜機，抽真空使真空度達到要求后，打開電子槍對鋁錠進行轟擊，使鋁原子被濺射出沉積在電池片背面。電池片背面沉積鋁膜厚度與需要的電極厚度一致，傳統(tǒng)技術(shù)PECVD和ALD技術(shù)生成的鈍化膜厚度較薄，分別為30納米和20納米，由于PECVD和ALD技術(shù)成膜的原子致密性高，因此較薄的厚度即可符合要求，本發(fā)明采用蒸鍍鋁原子沉積在太陽能電池硅片表面的手段，原子致密性較低，因此控制沉積厚度200納米以達到鈍化效果，發(fā)明人經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)厚度為200納米時較為合適，厚度太薄，電極厚度均勻度差，電極性能下降，厚度200納米以上，鋁消耗量增加，鈍化性能提升不明顯。 本發(fā)明優(yōu)選的在步驟2中使用選擇性發(fā)射極工藝(SE, selective emitter)在電池片背面噴涂石蠟掩膜，石蠟掩膜的形狀與電極的設(shè)計形狀相同，根據(jù)電極形狀，石蠟掩膜可以噴涂呈點陣形式或線陣形式，石蠟掩膜的面積占整個電池片背面的面積一般在5°/Γ20%，石蠟掩膜形狀走線的最小線寬優(yōu)選不低于150微米。石蠟掩膜形狀噴涂完成后，進入步驟3以電解生成鈍化層，本發(fā)明步驟3中電解池的電解液優(yōu)選為18Μ純水，其中18Μ表示水的電阻率為18兆歐姆厘米，以電阻率表征水的純凈度。使用高純度的18Μ純水作為電解液利于電解過程，如圖2所示,將電池板I與電解池陽極3連接，陰極4位于電解池5內(nèi)與陽極相對的另一側(cè)，加熱電解液至60°C后保持電解液在60°C恒溫條件，外接電源給電解池電極通電后，使與電解池陽極和陰極相連的A、B兩點回路電流達到60mA并保持恒定，并提升A、B兩點間電壓至100V并保持，這時開始對石蠟掩膜未遮擋的鋁膜部分進行電解氧化，電解過程中使用機械泵從吸氣口 5抽氣，將電池片吸附在陽極，采用吸附方式不會破壞電池片，防止電池片在電解過程中折斷。待氧化完成后，將電流下降至20mA，將完成氧化的電池片取出，觀察未被石蠟掩膜遮擋的鋁膜部分，若未被石蠟掩膜遮蓋的鋁膜部分在陽光反射下呈綠光，則表示主要成分為氧化鋁AL2O3的鈍化膜已經(jīng)形成。上述電解過程中的溫度參數(shù)60攝氏度，電流參數(shù)60毫安、20毫安，電壓參數(shù)100V等是發(fā)明人在本發(fā)明驗證過程中，結(jié)合使用取得較佳電解效果的優(yōu)選實施參數(shù)。為提高前述對氧化鋁薄膜檢驗的精確度，本發(fā)明優(yōu)選使用橢圓偏振測量儀對氧化完成的電池片背部進行檢測，檢測氧化鋁薄膜是否形成，橢圓偏置技術(shù)通過檢測分析被檢測介質(zhì)的反射光波長，對被檢測介質(zhì)的成本進行分析，具有非接觸，無破壞，檢測性能高等優(yōu)點。電解完成后，需要對電池片背部的石蠟掩膜進行清洗，可以使用氫氟酸進行清洗，氫氟酸采用市售氫氟酸稀釋至質(zhì)量百分比29Γ5%作清洗液對石蠟掩膜進行清洗。本發(fā)明優(yōu)選使用含質(zhì)量百分比8%的KOH溶液，溶液的溶劑為BDG (二乙二醇單丁醚)溶劑，以提高清洗效果。經(jīng)過上述步驟后在電池片背部已經(jīng)形成了一層氧化鋁鈍化膜，并且在氧化鋁鈍化膜上具備了作為背電極使用的金屬鋁，為去除金屬鋁和氧化鋁薄膜在生成過程中存在的晶格錯位等缺陷，將電池片送入擴散爐中進行高溫退火，退火過程中須通入保護氣體保證電池片不被氧化，氮氣來源廣泛，價格經(jīng)濟，可以采用體積純度99. 9%以上的氮氣作為退火過程中的保護氣。下面給出本發(fā)明的兩個具體實施例
實施例I.
⑴準備好待制備氧化鋁鈍化膜的電池片，電池片為156毫米邊長的正方形單晶硅片；⑵在電池片樣品背面利用真空鍍膜機蒸鍍200nm厚度的金屬鋁膜；
⑶在樣片上使用SE工藝覆蓋點陣石蠟，面積約10% ；
⑷加熱電解液溫度至60攝氏度并保持電解液恒溫，把樣片置于電解池，60毫安電流提升A，B點電壓至100V，維持上述電流和電壓不變保持20分鐘；(5)將電解池電流下降至20毫安，從電解池中取出樣片，8%質(zhì)量百分比KOH的BDG溶劑清洗去石蠟；
(6)把樣片置于500°C氮氣環(huán)境的擴散爐中20分鐘；
⑴從擴散爐卸下電池片，氧化鋁鈍化膜和背電極制備完成。 實施例2.
⑴準備好待制備氧化鋁鈍化膜的電池片，電池片為156毫米邊長的正方形多晶硅片；⑵在電池片樣品背面利用真空鍍膜機蒸鍍200nm厚度的金屬鋁膜；
⑶在樣片上使用SE工藝覆蓋線陣石蠟，面積約10% ；
⑷加熱電解液溫度至60攝氏度并保持電解液恒溫，把樣片置于電解池，60毫安電流提升A，B點電壓至100V，維持上述電流和電壓不變保持20分鐘；
(5)將電解池電流下降至20毫安，從電解池中取出樣片，8%質(zhì)量百分比KOH的BDG溶劑清洗去石蠟；
(6)把樣片置于500°C氮氣環(huán)境的擴散爐中20分鐘；
⑴從擴散爐卸下電池片，氧化鋁鈍化膜和背電極制備完成。測試得到的電池片，與未產(chǎn)生背部鈍化膜的電池片效率相比，實施例I和實施例2分別提升電池效率O. 7%和O. 3%。本發(fā)明所述的蒸鍍，電解，檢驗，退火等各步驟可以使用較廉價或已普及的實驗室設(shè)備，例如國產(chǎn)鋁膜真空鍍膜機，實驗用電解池，SE800橢圓偏振測量儀，TS81003擴散爐
坐寸ο傳統(tǒng)PECVD和ALD技術(shù)在生成鈍化膜的過程中使用的設(shè)備都在1000萬元人民幣以上，按照10年使用期折算，每年設(shè)備折舊費在100萬元以上，本發(fā)明在生成鈍化膜過程中使用的設(shè)備成本約200萬元，僅此一項即可每年節(jié)約設(shè)備折舊80萬元。如前所述，本發(fā)明對鋁的消耗量增加，但由于PECVD和ALD過程中除了鋁作為耗材以外，還需要較昂貴的三甲基鋁作為鋁氣相沉積的輔助耗材，因此綜合考慮，在耗材使用上，本發(fā)明與PECVD和ALD相當。太陽能電池硅片厚度在200微米左右，鈍化膜的作用在于降低表面復(fù)合以提升電池轉(zhuǎn)化效率，鈍化膜僅僅厚度增加上百納米，僅占太陽能電池片厚度的千分之一左右，對電池轉(zhuǎn)化效率影響微乎其微，
綜上所述，本發(fā)明所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜制備方法大大縮減了設(shè)備成本，但在性能上幾乎沒有損失，實際節(jié)約了鈍化膜生成過程中的生產(chǎn)成本并達到了與傳統(tǒng)技術(shù)類似的效果。采用本發(fā)明所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法，電極形狀利用石蠟掩膜噴涂生成，工藝過程簡單，各步驟使用實驗室設(shè)備即可完成全部鈍化膜和電極制備過程，在電池片背部制備氧化鋁鈍化膜增強了電池對長波光的吸收，降低了電池背表面的復(fù)合，提升了太陽能電池效率。前文所述的為本發(fā)明的各個優(yōu)選實施例，各個優(yōu)選實施例中的優(yōu)選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實施方式為前提，各個優(yōu)選實施都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗證過程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，本發(fā)明的專利保護范圍仍然以其權(quán)利要求書為準，凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜的制備方法，包括如下步驟步驟I.在電池片背面形成一層金屬鋁膜；步驟2.將金屬鋁膜氧化成氧化鋁；步驟3.檢驗電池片背部是否氧化完成，是則進入步驟4，否則返回步驟2 ；步驟4.清洗后的電池片進行退火，退火完成后使電池片自然冷卻。
2.如權(quán)利要求I所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜的制備方法，其特征在于所述步驟I中使用金屬真空鍍膜機進行對電池片背面進行鋁膜蒸鍍。
3.如權(quán)利要求I所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜的制備方法，其特征在于所述步驟2具體為將覆蓋了金屬鋁膜的電池片置于純水池中，煮沸使金屬鋁膜被氧化成氧化鋁；
4.如權(quán)利要求3所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜的制備方法，其特征在于所述純水池的純水為18M純水。
5.如權(quán)利要求3所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜的制備方法，其特征在于所述步驟2中還包括對氧化后的電池片使用甩干機進行干燥。
6.如權(quán)利要求I所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜的制備方法，其特征在于所述步驟3中使用橢圓偏振測量儀對電池片檢驗是否氧化完成。
7.如權(quán)利要求I所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜的制備方法，其特征在于所述步驟4中使用擴散爐進行退火。
8.如權(quán)利要求7所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜的制備方法，其特征在于所述步驟4中退火時擴散爐內(nèi)溫度為500攝氏度，擴散爐內(nèi)通入純氮氣體。
9.如權(quán)利要求8所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜的制備方法，其特征在于所述純氮氣體為氮氣體積百分比達到99. 9%以上的氣體。
10.如權(quán)利要求I所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法，其特征在于所述金屬鋁膜的厚度為200納米。
全文摘要
一種晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法，包括步驟1.在電池片背面形成一層金屬鋁膜；步驟2.在電池片背面覆蓋與設(shè)計電極形狀相同的石蠟；步驟3.將覆蓋了電極形狀石蠟的電池片置于電解池中，通電使金屬鋁膜未被石蠟遮檔的部分被氧化成氧化鋁；步驟4.從電解池中取出電池片，清洗電池片背面的石蠟；步驟5.清洗后的電池片進行退火，退火完成后使其自然冷卻。采用本發(fā)明所述的晶體硅太陽能電池氧化鋁鈍化膜和背電極的制備方法，工藝過程簡單，各步驟使用實驗室設(shè)備即可完成全部鈍化膜和電極制備過程，增強了電池對長波光的吸收，降低了電池背表面的復(fù)合，提升了太陽能電池效率。
文檔編號H01L31/18GK102945894SQ20121050506
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者吳婧, 蔡蔚, 王明聰, 路忠林, 林洪峰, 張鳳鳴 申請人:天威新能源控股有限公司