一种降低碎片率的薄硅片HJT电池制备方法与流程

一种降低碎片率的薄硅片hjt电池制备方法
技术领域
1.本发明涉及太阳能电池制造技术领域，更具体的说是涉及一种降低碎片率的薄硅片hjt电池制备方法。


背景技术：

2.硅基异质结太阳能电池因其转化效率高、稳定性好以及简单的低温工艺而受到广泛关注，但是硅基异质结太阳能电池成本较高，大规模应用仍然受到经济上的限制。目前，降低硅基异质结太阳能电池成本的方式主要包括：(1)采用薄硅片代替厚硅片直接降低原材料的消耗量，进而降低成本；(2)加速银浆和靶材的国有化，有效降低了耗材成本；(3)提升设备单位时间内的产能，降低单瓦设备投资。
3.但是，传统perc电池因为背部的铝背场和硅片的温度系数不同，在高温制程(》900℃)中p型硅片容易隐裂、翘边，所以降低硅片厚度的空间十分有限。而hjt电池的制程温度低(《200℃)、热应力小，有望实现薄型化；但是对于n型硅基衬底而言，短路电流随硅片厚度的减小而减小，由于hjt优异的钝化性能，其开路电压随随硅片厚度的减小而增加，从而使电池效率随硅片厚度的减小变化并不是很大。而且在实际量产应用中，硅片厚度与碎片率呈现负相关，随着硅片厚度减小，其机械强度变小，硅片容易破裂。而且在制作电池中，由于机械应力和热应力作用，容易引起弯曲，在后续的层压制作组件时容易造成电池片的破裂。
4.因此，提供一种降低碎片率的薄硅片hjt电池制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种降低碎片率的薄硅片hjt电池制备方法，在不增加整线工艺流程及设备投资前提下，只通过简单的工艺方法，即可可降低生产过程的碎片率，使成本明显下降，有利于大规模推进hjt电池产业化进程。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明提供了一种降低碎片率的薄硅片hjt电池制备方法，包括如下步骤：
8.(1)将硅片采用碱性溶液进行各向异性腐蚀，在硅片正背面形成对称的金字塔结构绒面，得到结构化硅片；
9.(2)在上述结构化硅片的正面和背面进行沉积，形成非晶硅薄膜层；
10.(3)在所述非晶硅薄膜层的正面和背面进行沉积，形成掺杂非晶硅薄膜层；
11.(4)在所述掺杂非晶硅薄膜层的正面和背面进行沉积，形成导电薄膜层；
12.(5)在所述导电薄膜层的正面和背面覆盖金属电极，然后固化。
13.上述优选技术方案的有益效果是：本发明通过碱性溶液进行各向异性腐蚀，利用不同si晶面腐蚀速度差异在硅片表面形成金字塔绒面；通过形成正背面完全对称结构，从而减小合成过程中造成的机械应力和热应力。其中机械应力包括设备自动化运行过程中载板与硅片、机械手与硅片、吸盘与硅片、皮带与硅片等。热应力包括工艺制程中制绒清洗过
程中与药液反应以及pecvd、pvd和固化工艺造成的热应力。
14.优选的，步骤(1)中所述硅片包括n型准方的单晶硅片；所述硅片的厚度为50-200μm、电阻率为0-9ω
·
cm-1
；
15.所述碱性溶液采用质量百分比为40-50％的koh或naoh；
16.所述金字塔结构的底部对角线长度为1-9μm。
17.上述优选技术方案的有益效果是：根据上述公开的技术参数，使绒面中金字塔比较均匀，有利于后续cvd沉积。
18.优选的，步骤(1)所述硅片的厚度为100-170μm，电阻率为0.3-2.1ω
·
cm-1
。
19.上述优选技术方案的有益效果是：本发明选择的硅片材料较好，有利于电性能提升。
20.优选的，步骤(2)中所述沉积的气体为sih4，温度为200-250℃，气体流量700-400sccm，沉积速率为0.5-3a
·
s-1
，时间为5-30s；所述非晶硅薄膜层的厚度为3-10nm。
21.优选的，沉积过程中工作气体(sih4)高压放电，气体发生分解生成离子和活性基团混合物，活性基团在表面生长形成本征非晶硅薄膜层。
22.上述优选技术方案的有益效果是：本发明通过控制沉积的速度和时间使正面和背面沉积的非晶硅薄膜层具有相同膜厚；沉积采用等离子体化学气相沉积法(pecvd)，通过硅烷(sih4)放电，气体发生分解生成离子和活性基团混合物，活性基团在表面生长形成本征非晶硅薄膜层。
23.优选的，步骤(3)中所述沉积的气体为掺杂源气体与氢气的混合气，所述掺杂源气体的浓度为1-5％，温度为200-250℃，气体流量为700-400sccm；所述掺杂非晶硅薄膜层的厚度为15-20nm。
24.优选的，步骤(3)中所述掺杂源气体由p型掺杂源气体和n型掺杂源气体，所述p型掺杂源气体为硼烷(b2h6)或三甲基硼，所述n型掺杂源气体为磷烷。其中，p型掺杂源气体用于沉积形成p型掺杂层，n型掺杂源气体用于沉积形成n型掺杂层。
25.掺杂非晶硅薄膜采取与非晶硅薄膜层相似的等离子系统来完成，一般采用多腔室的沉积系统分别沉积i、p和n层。三腔系统能有效提升产能，同时避免交叉污染。
26.优选的，步骤(4)所述沉积的工作压强2-10
×
10-3
pa，保护气体为氩气，反应气体为氧气，溅射功率为60-100w；所述导电薄膜层为ito或iwo，厚度为60-120nm。
27.在掺杂非晶硅正背面沉积透明导电薄膜(tco)，常见的tco材料包括in2o3体系、sno2体系、zno体系，其实现方式为磁控溅射沉积。基本原理是在电场和磁场作用下，被加速的高能粒子(ar

)轰击靶材，靶材表面的原子逸出，溅射粒子沉积到表面与氧原子发生反应生成氧化物薄膜；控制速度使得正背面透明导电薄膜厚度相同。
28.上述优选技术方案的有益效果是：磁控溅射沉积产能较大，颜色外观均匀。
29.进一步，上述步骤(5)所述金属电极为银电极；所述覆盖通过丝网印刷实现；
30.所述固化是在190～250℃下烧结。
31.上述优选技术方案的有益效果是：丝网印刷利用部分网孔透过浆料，漏印在硅片上，而部分网孔不透过浆料在硅片上形成空白的基本原理进行印刷。印刷时在丝网一端倒入浆料，用刮条将浆料均匀地摊覆在网板上，再用刮刀施加一定压力，同时朝丝网另一端移动，浆料在移动过程中被刮刀从图形部分网孔中挤压到硅片上丝网印刷具有设备投资小，
印刷适应性强。印刷好的电池片需要在一定温度下(190-250℃左右)烧结10-30min，以形成欧姆接触。
32.优选的，步骤(5)中所述银电极由主栅和副栅垂直分布而成，所述主栅的线数为0-20、宽度为0-1.2mm，所述副栅线数为80-200、宽度为20-60μm。
33.上述优选技术方案的有益效果是：因为正背面对金属电极的要求不同，因此正背面不能共用一套网版即相同图形。hjt太阳能电池要求正面在保持一定的接触电阻下，减少遮光面积。因此正面副栅数量少且具有更大的高宽比；hjt太阳能电池要求背面具有良好的收集电流的能力，因此背面副栅尽可能的布满背面。并且，通过控制高宽比以及栅线数量，使得正背面具有相同的耗重；且减少测试以及点片时碎片，同时保证效率持平。
34.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种一种降低碎片率的薄硅片hjt电池制备方法，具有如下有益效果：
35.(1)采用本发明提供的新型hjt生产工艺，极大程度上控制了hjt电池的结构；通过形成正背面完全对称结构，从而减小合成过程中造成的机械应力和热应力；
36.(2)在不增加整线工艺流程及设备投资前提下，只通过简单的工艺方法，即可可降低生产过程的碎片率，使成本明显下降，有利于大规模推进hjt电池产业化进程。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
38.图1附图为本发明制备得到的hjt电池结构示意图。
39.在图中：1为正面金属电极、2为正面透明导电薄膜、3为正面掺杂非晶硅薄膜、4为正面本征非晶硅薄膜、5为n型晶体硅基底、6为背面本征非晶硅薄膜、7为背面掺杂非晶硅薄膜、8为背面透明导电薄膜、9为背面金属电极。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.本发明实施例公开了一种降低碎片率的薄硅片hjt电池制备方法，包括如下步骤：
42.(1)将硅片采用碱性溶液进行各向异性腐蚀，在硅片正背面形成对称的金字塔结构绒面，得到结构化硅片；其中，硅片包括n型准方的单晶硅片；硅片的厚度为50-200μm、电阻率为1-9ω
·
cm-1
；碱性溶液采用质量百分比为40-50％的koh或naoh；金字塔底部对角线长度为1-9μm。
43.(2)在上述结构化硅片的正面和背面进行沉积，形成非晶硅薄膜层；
44.其中，沉积的工作气体为sih4，温度200-250℃，气体流量700-400sccm，沉积速率为0.5-3a
·
s-1
，时间为5-30s；非晶硅薄膜层的厚度为3-10nm
45.沉积操作采用等离子体化学气相沉积法(pecvd)，通过硅烷(sih4)放电，气体发生分解生成离子和活性基团混合物，活性基团在表面生长形成本征非晶硅薄膜层；
46.(3)在非晶硅薄膜层的正和背面进行沉积，形成掺杂非晶硅薄膜层；沉积的掺杂源气体为磷烷，掺杂非晶硅薄膜层的厚度为15-20nm；掺杂非晶硅薄膜采取与非晶硅薄膜层相似的等离子系统来完成，一般采用多腔室的沉积系统分别沉积i、p和n层。
47.(4)在掺杂非晶硅薄膜层的正面和背面进行沉积，形成导电薄膜层；导电薄膜层为ito或iwo，厚度为60-120nm，在掺杂非晶硅正背面沉积透明导电薄膜(tco)，常见的tco材料包括in2o3体系、sno2体系、zno体系，其实现方式为等离子体沉积；基本原理是在电场和磁场作用下，被加速的高能粒子(ar

)轰击靶材，靶材表面的原子逸出，溅射粒子沉积到表面与氧原子发生反应生成氧化物薄膜；控制速度使得正背面透明导电薄膜厚度相同；
48.在导电薄膜层的正面和背面通过丝网印刷覆盖银电极，然后在190～250℃下烧结固化，即可得到薄硅片hjt电池；银电极由主栅和副栅垂直分布而成，主栅的线数为0-20、宽度为0-1.2mm，副栅线数为80-200、宽度为20-60μm；
49.丝网印刷利用部分网孔透过浆料，漏印在硅片上，而部分网孔不透过浆料在硅片上形成空白的基本原理进行印刷。印刷时在丝网一端倒入浆料，用刮条将浆料均匀地摊覆在网板上，再用刮刀施加一定压力，同时朝丝网另一端移动，浆料在移动过程中被刮刀从图形部分网孔中挤压到硅片上。印刷好的电池片需要在一定温度下烧结，以形成欧姆接触；而且因为正背面对金属电极的要求不同，因此正背面不能共用一套网版即相同图形。hjt太阳能电池要求正面在保持一定的接触电阻下，减少遮光面积；通过控制高宽比以及栅线数量，使得正背面具有相同的耗重。
50.为了进一步的优化技术方案，步骤(1)硅片的厚度为100-170μm，电阻率为0-9ω
·
cm-1
。
51.实施例1
52.本发明对实施例1公开了一种降低碎片率的薄硅片hjt电池制备方法，具体包括如下步骤：
53.a、对厚度为170μm的n型单晶硅片进行制绒处理，去除表面杂质离子同时形成对称的金字塔绒面；
54.b、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，控制正背面厚度为25nm；
55.c、通过磁控溅射沉积ito薄膜，正背面ito薄膜厚度为110nm；
56.d、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，正面主栅宽度为1mm，主栅数目为5，正面副栅宽度为40μm，正面线数90；背面主栅宽度为1mm，主栅数目为5，背面副栅宽度为30μm，背面线数为120；
57.e、在200℃下烧结固化，即可得到薄硅片hjt电池。
58.实施例2
59.本发明实施例2公开了一种降低碎片率的薄硅片hjt电池制备方法，具体包括如下步骤：
60.a、对厚度为170μm的返工片(实际厚度160μm左右)的n型单晶硅片进行制绒处理，去除表面杂质离子同时形成对称的金字塔绒面；
61.b、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，控制正背面厚度为25nm；
62.c、通过磁控溅射沉积ito薄膜，正背面ito薄膜厚度为110nm；
63.d、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，正面主栅宽度为1mm，主栅数目为5，正面银副栅宽度为40μm，正面线数90；背面主栅宽度为1mm，主栅数目为5，背面副栅宽度为30μm，正面线数为120；
64.e、在200℃下烧结固化，即可得到硅片hjt电池。
65.实施例3
66.本发明对实施3公开了一种降低碎片率的薄硅片hjt电池制备方法，具体包括如下步骤：
67.a、对厚度为150μm的n型单晶硅片进行制绒处理，去除表面杂质离子同时形成对称的金字塔绒面；
68.b、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，控制正背面厚度为25nm；
69.c、通过磁控溅射沉积ito薄膜，正背面ito薄膜厚度为110nm；
70.d、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，正面主栅宽度为1mm，主栅数目为5，正面银副栅宽度为40μm，正面线数90；背面主栅宽度为1mm，主栅数目为5，背面副栅宽度为30μm，背面线数为120；
71.e、在200℃下烧结固化，即可得到薄硅片hjt电池。
72.对比例1
73.传统hjt电池制备方法，具体包括如下步骤：
74.a、对n型厚度为170μm的单晶硅片进行制绒处理，去除表面杂质离子同时形成金字塔绒面；
75.b、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，正背面本征非晶硅厚度为10nm，为追求最优效率使得p型非晶硅厚度为15nm，n型非晶硅厚度为20nm；
76.c、通过磁控溅射沉积ito薄膜，正面ito薄膜厚度为100nm，背面ito薄膜厚度为110nm；
77.d、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，正背面主栅宽度为1mm，主栅数目为5，正面副栅宽度为40μm，正面线数为100，背面线数150；
78.e、在200℃下烧结固化，即可得到薄硅片hjt电池。
79.效果验证
80.1、取对比例1和实施例1～3得到的产物进行电池电性能测试，按照公式(1)计算碎片率，得到结果如表1所示。
[0081][0082]
表1
[0083] 碎片率/％对比例1(硅片厚度170μm)1.25实施例1(硅片厚度170μm)0.94实施例2(硅片厚度160μm)1.07实施例3(硅片厚度150μm)1.12
[0084]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0085]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。