一种高效太阳能PERC-SE电池及其分频激光制备工艺的制作方法

一种高效太阳能perc-se电池及其分频激光制备工艺
技术领域
1.本发明涉及太阳能电池工艺技术领域，具体涉及一种高效太阳能perc-se电池及其分频激光制备工艺。


背景技术：

2.se-perc(选择性发射极seletive emitter)太阳能电池是目前市场上较为主流的高效电池，其主要特点是金属化区域磷高浓度掺杂，光照区域磷低浓度掺杂。金属化区域扩散区结深大，烧结过程中金属等杂质不易进入耗尽区形成深能级，光照区域掺杂浓度低，短波响应好，横向扩散高低结前场作用明显，利于光生载流子收集。该结构降低了发射极接触电阻和发射区暗饱和电流，提升填充因子、短路电流和开路电压，大大的提高电池的转换效率。
3.在诸多se的制备方案中，激光磷硅玻璃(phospho silicate glass，psg)掺杂法的成本低且产线兼容性高，所以被各大太阳电池制造公司引进使用；se激光psg掺杂法的原理为：p型硅片扩散后，在硅片表面形成一层富磷的psg层，se激光发射器利用这层富磷psg层作为掺杂源，高频下发射激光脉冲熔融硅片表层，使psg层中的磷原子推进到硅片表层，掺杂磷原子固化后会快速取代硅原子的位置从而达到掺杂原子扩散推进的目的。
4.在这一过程中，为了使psg层中的“p”(即磷原子)更多的掺杂到硅中，我们尝试使用不同激光功率掺杂条件下制备太阳电池，但是se激光整体功率的调整对mark点形貌变化影响较大，降低功率影响丝网印刷整体对位套印，保证丝网对位套印就会大大限制细栅区域的调整空间。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对上述问题，提供一种高效太阳能perc-se电池及其分频激光制备工艺，本发明具有成本低、兼容性和针对性强以及开发空间大等优点。
6.本发明是通过如下技术方案实现的：
7.一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：
8.s1、硅片清洗：将碱液与双氧水混合，得到清洗液，将所述硅片置于所述清洗液中进行清洗，以去除所述硅片表面的损伤层，降低光生载流子的复合速率；
9.s2、碱制绒：将清洗后的硅片置于制绒液中进行各项异性碱制绒，形成金字塔绒面；
10.s3、扩散制备p-n结：通氮气、氧气、磷源，对所述硅片进行热扩散，利用热扩散工艺制备出磷扩散层，且扩散层方阻为40-80ω；
11.s4、化学刻蚀：采用化学刻蚀溶液，刻蚀去除扩散后硅片背面的p-n结,去除磷硅玻璃形成抛光面；
12.s5、正面减反射膜制备：采用pecvd工艺，在所述硅片正面沉积折射率为1.1-1.8的
氮化硅减反射膜；
13.s6、背面钝化膜制备：采用化学气相沉积工艺，在所述硅片的背面镀一层氧化铝钝化膜；
14.s7、激光开槽：采用激光将所述硅片背面的钝化膜开口，然后印刷电极浆料，烧结形成欧姆接触；完成上述s1至s7工序后，即可将所述硅片制作成待进行激光se处理的太阳能电池基片，且所述的太阳能电池基片的正面包括：细栅线区域和mark点区域；
15.s8、细栅线区域激光处理：对所述细栅线区域进行小功率激光se处理；
16.s9、mark点区域激光处理：对所述mark点区域进行大功率激光se处理；将激光se处理后的太阳能电池基片制成高效太阳能perc-se电池。
17.具体的，本发明所提供的高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺：包括：(1)对扩散工艺后的半成品硅片(即电池基片)的mark点区域使用大功率激光加工；(2)对扩散工艺后的半成品硅片的细栅线区域使用小功率激光加工；(3)对分次加工的半成品硅片，得到了低表面浓度的选择性发射极产品。本发明所述方法优化了目前se激光掺杂工艺，具有成本低、兼容性和针对性强、开发空间大等特点，在不影响产线正常生产的前提下，不增加设备成本，针对保证丝网相机对位和降低硅片表面损伤2个方面开发，打开了副栅的可调整空间的同时进一步降低了工艺的ct时间，提高了激光se产能。通过改动激光加工工艺，降低激光开槽的损伤，进一步降低了电池表面的钝化损伤，优化了硅片表面的缺陷密度，获得更低的表面复合速率，提高短波响应，从而优化电性能，提高电池片转换效率。
18.进一步的，一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺：步骤s1、硅片清洗：其中所述的硅片为p型单晶或多晶硅片，且所述硅片的厚度为200-400μm、电阻率为0.5-10ω
·
cm。
19.进一步的，一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺：步骤s1、硅片清洗：将碱液与双氧水混合，得到清洗液，将所述硅片置于55-65℃的清洗液中清洗80-110秒，以去除所述硅片表面的损伤层；其中：所述碱液与所述双氧水的体积比为1：(5-8)；所述的碱液为浓度0.5-1.5wt％的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
20.进一步的，一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺：步骤s2、碱制绒：将清洗后的硅片置于制绒剂中进行60-120秒的各项异性碱制绒，以形成金字塔绒面结构；其中：所述的制绒液由无机碱、无水乙醇、制绒添加剂和水配制而成；所述的无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾；所述的制绒添加剂为单晶硅制绒添加剂。
21.进一步的，一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺：步骤s2、碱制绒：所述的制绒液包括如下质量分数的组分：无机碱1.5-3.5wt％、无水乙醇5-10wt％、制绒添加剂0.5-1.5wt％以及余量水。
22.进一步的，一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺：步骤s3、磷扩散：通氮气、氧气、磷源，在扩散炉中820-850℃下对所述硅片进行热扩散，利用热扩散工艺制备出磷扩散层，且扩散层方阻为40-80ω；其中所用的磷源为三氯氧磷，或者所述的磷源为磷酸二氢铵、异丙醇和水的混合物。
23.进一步的，一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺：步骤s4、化学刻蚀：采用化学刻蚀溶液，刻蚀去除扩散后硅片背面的p-n结,去除磷硅玻璃并抛光；其中：化学刻蚀的温度为60-70℃，刻蚀时间为100-150秒；所述的化学刻蚀溶液为氢氟酸与硝酸的混合
溶液。
24.进一步的，一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺：步骤s8、细栅线区域激光处理：对所述细栅线区域进行50％功率激光se处理；步骤s9、mark点区域激光处理：对所述mark点区域进行100％功率激光se处理。具体的，包括：采用单根se激光线对所述细栅线区域进行激光se处理，在对所述细栅线区域进行激光se处理的步骤中，激光雕刻速度为25000-30000mm/s，激光器的开率的范围为95-105％，激光频率的范围为160-210khz。
25.进一步的，一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺：激光se处理的激光光斑的形状呈方形，且所述激光光斑的边长为80-95μm，激光功率为15-20w。
26.一种高效太阳能perc-se电池，其特征在于，采用上述工艺制得。
27.本发明具有成本低、兼容性和针对性强、开发空间大的特点，在不影响产线正常生产的前提下，不增加设备成本，针对保证丝网相机对位和降低硅片表面损伤2个方面开发，打开了副栅的可调整空间的同时进一步降低了工艺的ct时间，提高激光se产能。通过改动激光加工工艺，降低激光开槽的损伤，进一步降低了电池表面的钝化损伤，优化了硅片表面的缺陷密度，获得更低的表面复合速率，提高短波响应，从而优化电性能，提高电池片转换效率。
28.本发明的有益效果：
29.本发明提供的高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺其改进点在于：激光工艺由一步同功率加工改为两步分功率加工，mark点功率保持不变，细栅区域功率可以单独降低，丝网印刷抓点对位得到保证，副栅掺杂损伤得到降低，整面激光功率降低后，激光se整体ct时间同步降低；在激光加工中，为了使psg层中的“p”(即磷原子)更多的掺杂到硅中，我们尝试使用不同激光功率掺杂条件下制备太阳电池，并且对比它们的电性能。然后发现，当激光功率在某个范围内时，se太阳电池的串联电阻会随着激光功率的升高而下降；但当激光功率达到阈值时，磷原子在硅片表层的浓度会随着功率的增强而下降，导致发射极与金属电极欧姆接触变差。同时，在扫描显微镜下观察激光掺杂后的硅片表面也可以发现，较低的激光功率对绒面尖端造成的损伤较小，而较强的激光功率则会破坏整个绒面结构。本发明提供的方法，会将副栅的激光功率调整到最优阈值，而mark点则会保证丝网相机能识别的前提下使用最低加工功率。
30.本发明的工艺仅适用于太阳能perc-se电池的激光加工步骤的工艺优化。
具体实施方式
31.下面将结合具体实施例，对本发明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的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
32.实施例1
33.一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺，包括如下具体步骤：
34.s1、硅片清洗：将浓度1.0wt％的氢氧化钾溶液与双氧水按体积比1：5进行混合，得到清洗液，将硅片置于60℃的清洗液中清洗90秒，以去除所述硅片表面的损伤层；其中：所
述的硅片为p型单晶硅片，且所述硅片的厚度为220μm、电阻率为0.5-10ω
·
cm；
35.s2、碱制绒：将清洗后的硅片置于制绒液中进行80秒的各项异性碱制绒，以形成金字塔绒面结构；其中：所述的制绒液包括如下质量分数的组分：氢氧化钠2.5wt％、无水乙醇8.0wt％、单晶硅制绒添加剂1.2wt％以及余量水；
36.s3、扩散制备p-n结：控制通氮气量、通氧气量、磷源量，在扩散炉中830℃下对所述硅片进行热扩散，利用热扩散工艺制备出磷扩散层，且扩散层方阻为40-80ω；其中：所用的磷源为三氯氧磷；
37.s4、化学刻蚀：采用化学刻蚀溶液(为氢氟酸与硝酸的混合液)，在60℃下刻蚀120秒去除扩散后硅片背面的p-n结,去除磷硅玻璃并形成抛光面；
38.s5、正面减反射膜制备：采用pecvd工艺，在所述硅片正面沉积折射率为1.76的氮化硅减反射膜；
39.s6、背面钝化膜制备：采用化学气相沉积工艺，在所述硅片背面镀一层氧化铝钝化膜；
40.s7、激光开槽：采用激光将所述硅片背面的钝化膜开口，然后印刷电极浆料，之后烧结形成欧姆接触；完成上述s1至s7工序后，即可将所述硅片制作成待进行激光se处理的太阳能电池基片，且所述的太阳能电池基片的正面包括：细栅线区域和mark点区域；
41.s8、细栅线区域激光处理：对所述细栅线区域进行50％小功率激光se处理；
42.s9、mark点区域激光处理：对所述mark点区域进行100％大功率激光se处理；激光se处理的激光光斑的形状呈方形，且所述激光光斑的边长为80-95μm，激光功率为15-20w；将激光se处理后的太阳能电池基片制成高效太阳能perc-se电池。
43.实施例2
44.一种高效太阳能perc-se电池的分频激光制备工艺，具体如下：
45.s1、硅片清洗：将浓度1.0wt％的氢氧化钠溶液与双氧水按体积比1：8进行混合，得到清洗液，将硅片置于65℃的清洗液中清洗105秒，以去除所述硅片表面的损伤层；其中：所述的硅片为p型多晶硅片，且所述硅片的厚度为380μm、电阻率为0.5-10ω
·
cm；
46.s2、碱制绒：将清洗后的硅片置于制绒液中进行110秒的各项异性碱制绒，以形成金字塔绒面结构；其中：所述的制绒液包括如下质量分数的组分：氢氧化钾1.5wt％、无水乙醇9.0wt％、单晶硅制绒添加剂1.5wt％以及余量水；
47.s3、扩散制备p-n结：控制通氮气量、通氧气量、磷源量，在扩散炉中850℃下对所述硅片进行热扩散，利用热扩散工艺制备出磷扩散层，且扩散层方阻为40-80ω；其中：所用的磷源为磷酸二氢铵、异丙醇和水的混合物；
48.s4、化学刻蚀：采用化学刻蚀溶液(为氢氟酸与硝酸的混合液)，在70℃下刻蚀110秒去除扩散后硅片背面的p-n结,去除磷硅玻璃并形成抛光面；
49.s5、正面减反射膜制备：采用pecvd工艺，在所述硅片正面沉积折射率为1.35的氮化硅减反射膜；
50.s6、背面钝化膜制备：采用化学气相沉积工艺，在所述硅片背面镀一层氧化铝钝化膜；
51.s7、激光开槽：采用激光将所述硅片背面的钝化膜开口，然后印刷电极浆料，之后烧结形成欧姆接触；完成上述s1至s7工序后，即可将所述硅片制作成待进行激光se处理的
太阳能电池基片，且所述的太阳能电池基片的正面包括：细栅线区域和mark点区域；
52.s8、细栅线区域激光处理：对所述细栅线区域进行50％小功率激光se处理；
53.s9、mark点区域激光处理：对所述mark点区域进行100％大功率激光se处理；激光se处理的激光光斑的形状呈方形，且所述激光光斑的边长为80-95μm，激光功率为15-20w；将激光se处理后的太阳能电池基片制成高效太阳能perc-se电池。
54.上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。