CN106024970B - 设备兼容的晶硅电池刻蚀方法和perc电池酸抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多晶及单晶PERC太阳能电池的制造方法，具体是一种设备兼容的晶硅电池刻蚀方法和PERC电池酸抛光方法。其晶硅电池刻蚀方法是：在晶硅生产线设备中，设置RENA机刻蚀槽内材料配比，刻蚀槽初配HF:HNO3体积比为1:4.5~7；循环补液量每100pcs补液HF:HNO3体积比为1:3~5，刻蚀槽开启水膜保护；其中，使用的硝酸的质量百分比浓度为70%，氢氟酸的质量比浓度为49%；采用刻蚀高减薄量方法刻蚀，刻蚀机带速为2.3~2.6m/min。本发明能够兼容常规晶规生产线设备，在不改动刻蚀设备且不增加抛光设备条件下能够完成晶硅电池刻蚀和PERC电池酸抛光。
Description
技术领域
本发明涉及多晶及单晶PERC太阳能电池的制造方法，具体是一种设备兼容的晶硅电池刻蚀方法和PERC电池酸抛光方法。
背景技术
太阳能光伏发电具有重大的应用前景，目前光伏行业发展趋势为提效降本，而常规结构电池的效率已无较大提升空间，高效晶硅电池成为市场研发的主流，通过调研目前市场上存在的各种P型高效电池，只有背钝化技术能够在成本持平的基础上最大化提高电池的性能。该技术产品效率高、开压高、封装损失低、具有更好的弱光响应，是抢占主流市场的战略性产品。
PERC电池背钝化技术是在电池背表面沉积一层Al2O3膜，主要通过Al2O3膜富含负电荷的特性对背表面实现良好的钝化效果，之后在背面钝化叠层膜上进行激光开槽，在开槽后的钝化膜上印刷电极，通过开槽使金属电极与硅能够形成欧姆接触，使得光生载流子得到有效收集。PERC电池背钝化技术对电性能的贡献主要体现在开路电压和短路电流的大幅度提升，目前业内单晶PERC电池的普遍效率可以达到20.6-20.9%。
PERC电池可以实现与目前生产线的最大兼容，在常规产线基础上增加ALD原子层沉积设备及激光开槽设备，目前PERC电池工艺生产流程为：湿法碱制绒、低压扩散、刻蚀及抛光、ALD氧化铝镀膜、PECVD正/反氮化硅镀膜、激光背面开槽、印刷烧结、测试分选，在常规晶硅电池工艺基础上增加了抛光、ALD氧化铝镀膜、PECVD背面镀膜及背面激光开槽等工序。
其中，背面抛光工艺是在对硅片背面进行镀膜前的抛光处理，抛光后背表面平坦，增加了太阳光谱中长波波段的光在硅片背表面的反射，增加透射光返回硅片内部二次吸收，提升了IQE，增加了输出电流；同时抛光后硅片背表面比表面积减小，从而降低了背面光生载流子的复合，提升了少子寿命，同时提升了钝化效果；抛光后硅片背场印刷烧结后产生的铝团聚更容易与硅接触，使背场合金层的有效面积增加。
目前行业内常用的抛光方式有酸抛光与碱抛光两种，碱抛光工艺复杂，且需在原有产线基础上增加抛光设备；酸抛光无需增加设备，是一种可以量产的抛光方式，但需要对刻蚀设备进行改造及工艺配方的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够兼容常规晶规生产线设备，在不改动刻蚀设备且不增加抛光设备条件下能够完成晶硅电池刻蚀和PERC电池酸抛光的方法。
本发明的晶硅电池刻蚀方法是：在晶硅生产线设备中，设置RENA机刻蚀槽内材料配比，刻蚀槽初配HF:HNO3体积比为1:4.5~7；循环补液量每100pcs补液HF:HNO3体积比为1:3~5，刻蚀槽开启水膜保护；其中，使用的硝酸的质量百分比浓度为70%，氢氟酸的质量比浓度为49%；采用刻蚀高减薄量方法刻蚀，刻蚀机带速为2.3~2.6m/min。该方法刻蚀去重为常规刻蚀工艺的4~5倍，由于有水膜保护，在设备硬件不出故障的情况下，硅片不会出现过刻现象。
优选的，晶硅电池刻蚀方法中，刻蚀槽初配HF:HNO3体积比为1:5.5；循环补液量每100pcs补液HF:HNO3体积比为1:4；刻蚀机带速为2.5 m/min。
本发明的PERC电池酸抛光方法是：在晶硅生产线设备中，设置RENA机刻蚀槽内材料配比，刻蚀槽初配HF:HNO3体积比为1:4.5~7；循环补液量每100pcs补液HF:HNO3体积比为1:3~5，刻蚀槽开启水膜保护；其中，使用的硝酸的质量百分比浓度为70%，氢氟酸的质量比浓度为49%；将扩散后硅片以0.8~1.4 m/min的带速通过刻蚀机，完成抛光。该方法下，硅片背面发射率可达到30%~38%之间，可满足PERC对背面抛光工艺的要求。
优选的，PERC电池酸抛光方法中，刻蚀槽初配HF:HNO3体积比为1:6；循环补液量每100pcs补液HF:HNO3体积比为1:4.5；刻蚀机带速为1.2 m/min。
本发明能够最大程度与现有常规晶硅产线兼容，不影响常规晶硅产线正常生产，在完全不改动刻蚀设备且在成本可控的范围内实现PERC效率的最大提升。对常规晶硅刻蚀工艺进行改进，在开启水膜保护的前提下，采用常规晶硅高减薄量工艺，产线常规晶硅电池开压得到了提升；同时实现了PERC晶硅刻蚀、背面酸抛一体化，减化了工艺步骤。可通过改变带速灵活实现常规刻蚀、PERC背面酸抛的快速切换，从而实现PERC与现有产线的兼容，大大降低了PERC扩线的风险及成本。
具体实施方式
实施例一，常规产线多晶刻蚀：
在常规晶硅生产线设备中，设置RENA机刻蚀槽内材料配比，刻蚀槽初配HF:HNO3体积比为1:5.5；循环补液量每100pcs补液HF:HNO3体积比为1:4，刻蚀槽开启水膜保护；其中，使用的硝酸的质量百分比浓度为70%，氢氟酸的质量比浓度为49%。多晶刻蚀工艺流程中，在开启水膜情况下，采用刻蚀高减薄量工艺，刻蚀机带速为2.5 m/min，刻蚀去重范围为0.18g，背面反射率范围为29%。对比常规产线多晶刻蚀高减薄量工艺切换前后各15天的平均电性能数据，采用本发明方法后，各项电性能参数都得到了提升，光电转换效率提升了0.03%，开路电压提了1.4%，短路电流提升0.46%，填充因子也得到了0.2%的提升。刻蚀高减薄量工艺使得硅片背表面抛光，由于抛光后硅片背面比表面积小，表面缺陷少，同时对光的反射率也提高了，降低了电池的光学与电学损失，开路电压、短路电流得到了较大幅度提升，进而提高了电池的光电转换效率。
实施例二，单晶PERC刻蚀及抛光：
在常规晶硅生产线设备中，设置RENA机刻蚀槽内材料配比，刻蚀槽初配HF:HNO3体积比为1:6；循环补液量每100pcs补液HF:HNO3体积比为1:4.5，刻蚀槽开启水膜保护；其中，使用的硝酸的质量百分比浓度为70%，氢氟酸的质量比浓度为49%。在单晶PERC工艺流程中，在开启水膜情况下，采用刻蚀高减薄量工艺，扩散后的单晶硅片以1.2 m/min的带速通过刻蚀机，可以同时达到刻蚀与抛光的目的，以简化工艺流程。此工艺条件下，刻蚀去重范围为0.34g，背面反射率范围为32%。刻蚀及抛光后硅片按照PERC工艺流程正常生产，同比常规工艺单晶电池，效率提升了1.3%，主要体现在开压提升3%，电流提升近4%左右，小批量实验效率高于行业内平均水平。在PERC背钝化技术上，采用高减薄量、降低刻蚀机带速对硅片同步进行刻蚀和背面抛光，完全可以满足PERC电池对背面抛光工艺的要求。
Claims (3)
1.一种设备兼容的晶硅电池刻蚀方法和PERC电池酸抛光方法，其特征是：在晶硅生产线设备中，设置RENA机刻蚀槽内材料配比，刻蚀槽初配HF:HNO3体积比为1:4.5~7；循环补液量每100pcs补液HF:HNO3体积比为1:3~5，刻蚀槽开启水膜保护；其中，使用的硝酸的质量百分比浓度为70%，氢氟酸的质量比浓度为49%；采用刻蚀高减薄量方法刻蚀，刻蚀机带速为2.3~2.6m/min，将扩散后硅片以0.8~1.4 m/min的带速通过刻蚀机，完成抛光。
2.根据权利要求1所述的设备兼容的晶硅电池刻蚀方法和PERC电池酸抛光方法，其特征是：刻蚀过程中，刻蚀槽初配HF:HNO3体积比为1:5.5；循环补液量每100pcs补液HF:HNO3体积比为1:4；刻蚀机带速为2.5 m/min。
3.根据权利要求2所述的设备兼容的晶硅电池刻蚀方法和PERC电池酸抛光方法，其特征是：抛光过程中，刻蚀槽初配HF:HNO3体积比为1:6；循环补液量每100pcs补液HF:HNO3体积比为1:4.5；刻蚀机带速为1.2 m/min。
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