一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺的制作方法

本发明涉及太阳能光伏发电，尤其涉及一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，用其制备的太阳电池的转换效率高且工艺成本低。

背景技术：

1、光伏发电系统是将太阳能直接转换成电能的发电系统，在清洁发电的同时能够兼顾经济发展和生态保护，目前广泛应用于多种多样的场景中，是替代传统化石能源的重要的清洁能源之一，具有广阔的发展前景。

2、光伏发电系统是以光伏组件为基础发电单元通过电缆线连接构成组件阵列再通过支线、母线汇流、dc/ac转换后将光伏组件产生的电能直接提供给用电负载使用或者并入电网。由于晶硅太阳电池和组件技术最为成熟，且成本较低，而且随着技术及工艺的不断改进，晶硅组件的光电转换效率也越来越高，所以在目前的光伏发电系统中，晶硅组件仍然是主要应用的组件类型。而光伏电池（或者叫太阳电池，solar cell）则是光伏组件的主要组成部分，光伏发电系统的发电效率主要由光伏电池的光电转换效率来决定，对于光伏电池来讲，提高电池的有效受光面积始终是提升光伏电池光电转换效率的重要因素之一。而背接触太阳电池由于电极结构都处于电池的背光面，向光面没有电极遮挡，因此，其具有更高的短路电流和光电转换效率，是目前高效率太阳能电池的重要发展方向之一。相比传统的晶硅电池，由于背接触太阳电池制作工艺比较复杂，会利用到光刻、电镀、蒸镀等工艺，造成电池成本较高，不利于市场推广，因此如何简化制备工艺流程、优化工艺参数、降低生产成本，并保证高的光电转换效率，是背接触太阳电池工业化生产中需要不断研究的内容。

3、另外，在n型背接触太阳电池中最早发现了电势诱导衰减（pid）效应，即当n型太阳电池对地产生正电势时其输出功率会持续衰退，这说明电势对太阳电池的基体材料的影响导致太阳电池效率衰退。n型太阳电池的基体材料是n型硅片，硅片表面沉积了一层氮化硅薄膜和氧化硅薄膜，其主要是为了达到减反钝化的效果。当n型太阳电池/电池组件对地产生正电势时，由于组件金属边框接地，这时在太阳电池与金属边框之间产生高电压，会形成从太阳电池通过边框到地面的漏电流，在氮化硅薄膜中感应出负电荷，当负电荷的密度逐渐增大，最终超过薄膜原有正电荷的密度时，会使能带向上弯曲，吸引光生少子到表面，加剧了少子的表面复合，由于背接触太阳电池的表面积（有效受光面积）与体积的比率大，表面复合会更严重，如此就会显著降低少子寿命，降低电池的开路电压，进而影响电池的转换效率。而太阳电池的性能主要是由制备电池的半导体硅片决定的，因此，对于如何提高背接触太阳电池的光电转换效率，显著降低或避免电池的电势诱导衰减效应，是硅片加工过程中需要重点关注的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有的背接触太阳电池应用中的问题，提出一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，可以降低生产成本，保证用其制备的太阳电池具有高效的光电转换效率并能有效的起到防pid效应的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，太阳电池的基底材料为电阻率在15~20ω·cm的n型硅片，所述的制备工艺包括如下步骤：

4、s1、硅片表面损伤层清洗及制绒：将切割后硅片在臭氧水中进行清洗，再通过浓度在20%左右的碱溶液进行表面腐蚀制绒，在硅片表面形成绒面结构；

5、s2、磷扩散：扩散炉内的压力设置在10~25kpa，先将反应温度控制在 795℃左右，通过携带 pocl3 的 n2与 o2 的混合气体在硅片表面预沉积形成磷硅玻璃层，沉积反应时间控制在15min左右；然后升温至945℃左右，反应时间不超过15min，在高温下将磷掺杂剂向硅片内部扩散，在硅片表面形成背场层；

6、s3、沉积氮化硅掩膜，通过激光烧蚀形成 p+掺杂窗口：在磷扩散后使用管式pecvd 沉积 sinx形成掩膜层，然后通过高能激光烧蚀，按照设计好的图形在电池背面形成特定的图案，对骤形成的 sinx膜进行刻蚀形成 p+掺杂窗口；

7、s4、二次清洗，去除硅片表面正面磷掺杂剂以及背面开槽处的 n+掺杂，获得表面洁净的硅片；

8、s5、使用炉管热扩散在制绒后的硅片两面扩散三溴化硼，在前表面形成浮动发射极，背面开槽区形成发射极；扩散过程是先在890-910℃下在硅片表面沉积一层硼硅玻璃层，然后在氧气氛围下进行980℃-1000℃下的高温氧化，在高温氧气氛围下在扩散过程形成的硼硅玻璃层和掺杂硅界面之间生产成sio2层；然后通过hf酸溶液腐蚀工艺，对硼扩散过程中在硅片表面形成的硼硅玻璃层进行减薄使表面平整；

9、s6、双面沉积氮化硅膜：通过管式 pecvd 激发 sih4 与 nh3 反应形成 sinx薄膜，在电池表面形成 sio2/sinx叠层钝化减反射膜。

10、再优选的，在所述的步骤s1中，还包括在绒面结构形成后再利用臭氧水将硅片清洗的步骤。

11、再优选的，在所述的步骤s5中，高温氧气氛围下生长的sio2的厚度控制在20±3nm，硼硅玻璃层的厚度控制在4-8nm。

12、再优选的，在所述的步骤s6中，形成的 sinx与 sio2 叠层钝化层的厚度控制在50±5nm。

13、再优选的，所述的制备工艺还包括在硅片背面印刷电极和烧结的步骤，先印刷细栅线，其次印刷绝缘浆料形成隔离层，最后印刷主栅线浆料，主栅线与细栅线具有多个连接点进行电流收集；然后通过烧结工艺形成电池硅片。

14、再优选的，所述的制备工艺还包括对制得的太阳电池硅片进行质量检测和效率检测的步骤，对于有局部缺陷的电池硅片通过切片形成半片电池；并根据转换效率将电池硅片进行分档入库。

15、本发明的本发明的有益效果是，所述的用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，通过轻掺杂在硅片前表面形成均匀的扩散层；在电阻率较大的n 型硅基片上同步扩散形成前表面和背面发射极，并使用硼扩散形成硼硅玻璃层和sio2层作为钝化层，省去现有工艺的氧化和钝化步骤，简化了工艺流程；选用高电阻率的硅片材料，并在电池的前表面沉积 sinx膜与 sio2 形成叠层钝化层，可以有效的起到抗pid的效果；制备的电池开路电压和短路电流比较大，保证了背接触太阳电池较高的光电转换效率。

技术特征：

1.一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，其特征在于，所述的硅片的基底材料为电阻率在15~20ω·cm的n型硅片，所述的制备工艺包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，其特征在于，在所述的步骤s1中，还包括在绒面结构形成后再利用臭氧水将硅片清洗的步骤。

3.如权利要求1所述的一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，其特征在于，步骤s5中，高温氧气氛围下生长的sio2的厚度控制在20±3nm，硼硅玻璃层的厚度控制在4-8nm。

4.如权利要求3所述的一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，其特征在于，在步骤s6中，形成的 sinx与 sio2叠层钝化层的厚度控制在50±5nm。

5.如权利要求4所述的一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，其特征在于，还包括在步骤s6后印刷电极和烧结形成太阳电池片的步骤，具体为：先印刷细栅线，其次印刷绝缘浆料形成隔离层，最后印刷主栅线浆料，主栅线与细栅线具有多个连接点进行电流收集；然后通过烧结工艺形成太阳电池。

6.如权利要求5所述的一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，其特征在于，还包括对制得的太阳电池进行质量检测和效率检测的步骤，具体为：对于有局部缺陷的电池片通过切片形成半片电池；并根据转换效率将电池片进行分档入库。

技术总结本发明提出一种用于制备背接触太阳电池的半导体硅片的制备工艺，硅片基底材料的电阻率在15~20Ω·cm，制备工艺包括步骤：硅片表面清洗及制绒、磷扩散、氮化硅掩膜、激光烧蚀、二次清洗、硅片两面扩散三溴化硼、双面沉积氮化硅膜。本发明的半导体硅片的制备工艺，通过轻掺杂在硅片前表面形成均匀的扩散层；在N型硅基片上同步扩散形成前表面和背面发射极，并在高温氧气氛围下进行硼扩散形成硼硅玻璃层和SiO<subgt;2</subgt;层作为钝化层，省去现有工艺的氧化和钝化步骤，简化了工艺流程；选用高电阻率的硅片材料，并在电池的前表面沉积SiNx膜与SiO<subgt;2</subgt;形成叠层钝化层，可以有效的起到抗PID的效果；制备的电池开路电压和短路电流比较大，保证了背接触太阳电池较高的光电转换效率。技术研发人员：徐宁,王志勇,张城玮受保护的技术使用者：江苏伏图拉新能源集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25