一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法
阅读说明：本技术 一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法 (Method for passivating borosilicate glass of solar cell ) 是由 张双玉 张满满 乐雄英 陆祥 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法,S1、对太阳能电池片进行表面处理,形成有效的绒面结构；S2、通过热扩散工艺,在形成绒面结构的所述太阳能电池片上生成一层厚度为80-120nm的硼硅玻璃层；S3、使用低浓度的氢氟酸腐蚀掉部分所述的硼硅玻璃层,保留厚度为10-25nm的硼硅玻璃层,即完成钝化。本发明的钝化方法保留了厚度为10-25nm的硼硅玻璃介质层,这层介质层会有类似于氧化硅的钝化作用,能够很好地提高电池片的效率；常规N型电池在完全去除硼硅玻璃层后,通常采用热氧或湿氧方式,在正面生成一层氧化硅钝化层,本发明的钝化方法取消了这一步骤,直接用扩散形成的硼硅玻璃层进行钝化,在减少工艺步骤的同时,确保电池品的效率,也降低的电池制作成本。(The invention discloses a method for passivating borosilicate glass of a solar cell, and S1, surface treatment is carried out on a solar cell to form an effective suede structure; s2, generating a borosilicate glass layer with the thickness of 80-120nm on the solar cell sheet with the textured structure through a thermal diffusion process; and S3, etching off part of the borosilicate glass layer by using low-concentration hydrofluoric acid, and reserving the borosilicate glass layer with the thickness of 10-25nm to finish passivation. The passivation method provided by the invention reserves a borosilicate glass dielectric layer with the thickness of 10-25nm, and the dielectric layer has a passivation effect similar to silicon oxide, so that the efficiency of the cell can be well improved; after the borosilicate glass layer of the conventional N-type battery is completely removed, a silicon oxide passivation layer is generated on the front surface of the conventional N-type battery usually in a hot oxygen or wet oxygen mode.)
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法；本发明的所涉及的太阳能电池，主要是N型电池。
背景技术
如图1所示，在N型太阳能电池制造过程中，需要在电池片1的一面进行硼源扩散，形成电池的核心区域P/N结2，在扩散形成P/N结的过程中，会在硅片表面生长出一层具有一定厚度的硼硅玻璃3；但这层硼硅玻璃3主要是富含硼的二氧化硅层，杂质含量较多，会影响电池效率，为确保电池片的整体品质，这层硼硅玻璃3一般会腐蚀处理掉。
常规的N型电池在去除硼硅玻璃层后，通常采用热氧(或湿氧)方式，在正面生成一层氧化硅钝化层，对太阳能电池进行钝化，以提升电池的效率；然而常规的这种热氧或湿氧钝化方式，存在工艺步骤复杂且成本较高的问题，不利于大批量的生产。因此，亟需开发一种新的太阳能电池钝化的方法，在保持电池品效率的同时，降低成本。
发明内容
基于现有的太阳能电池采用热氧或湿氧进行钝化的方式，存在工艺复杂且工艺成本较高不适于大批量生产的问题，本发明提供了一种新的太阳能电池硼硅玻璃钝化方法，本发明的钝化方法在减少工艺步骤的同时，确保电池品的效率，降低了电池制作成本。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、对太阳能电池片进行表面处理，形成有效的绒面结构；
S2、通过热扩散工艺，在形成绒面结构的所述太阳能电池片上生成一层厚度为80-120nm的硼硅玻璃层；
S3、使用低浓度的氢氟酸腐蚀掉部分所述的硼硅玻璃层，保留厚度为10-25nm的硼硅玻璃层，即完成钝化。
具体的，N型太阳能电池在生长P/N结过程中会在硅表面生成一层硼硅玻璃，本发明通过控制热扩散工艺，使得生成的硼硅玻璃层厚度控制为80-120nm的含硼的氧化硅介质层；然后通过氢氟酸腐蚀掉部分硼硅玻璃，并保留下厚度为10-25nm的含硼的二氧化硅介质层，这层介质层会有类似于氧化硅的钝化效果，能够很好地提高电池片的效率。
进一步地，步骤S1、中所述的表面处理包括采用碱刻蚀的工艺去除所述太阳能电池片表面各种有机物、损伤层、杂质，形成有效的绒面结构。具体的，所述的碱刻蚀可选用氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶解进行碱刻蚀。
一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法，步骤S2、中所述热扩散工艺包括如下步骤：
S2-1、将形成绒面结构的太阳能电池片清洗干净；
S2-2、清洗后将所述太阳能电池片置于石英舟内，将石英舟推入进热扩散炉管中，关闭炉门；
S2-3、对热扩散炉管进行升温，升温至800℃稳定一段时间，在稳定过程中通入氧气；
S2-4、对热扩散炉管继续升温，升温至810-880℃开始通入硼源，沉积20-30分钟；
S2-5、对热扩散炉管继续升温，升温至880-1050℃后恒温稳定60-80分钟，在恒温稳定过程中通入氧气；
S2-6、恒温稳定后开始降温，降温过程中继续通入氧气，在所述太阳能电池片表面生成一层80-120nm厚的硼硅玻璃层。
进一步地，步骤S2-1、将形成绒面结构的太阳能电池片用去离子水或无水乙醇清洗干净。
进一步地，步骤S2-3、对热扩散炉管进行升温，升温至800℃并稳定3-5分钟，在稳定过程中通入10-15slm的氧气。具体的，slm是指气体流量单位，表示标况下(0℃，1atm)升每分钟。
进一步地，步骤S2-4、对热扩散炉管继续升温，升温至810-880℃开始通入100-300sccm的硼源。具体的，sccm也是指气体的流量单位，表示标准状态(0℃，1atm)毫升每分钟。
进一步地，步骤S2-5、在恒温稳定过程中通入10-15slm的氧气。
进一步地，步骤S2-6、在降温过程中通入100-500sccm的氧气。
进一步地，步骤S3、所述氢氟酸的浓度为1-5wt％；腐蚀时间为5-10分钟。优选的，氢氟酸腐蚀的时间为5-10分钟，腐蚀时间过长容易将所生成的80-120nm厚的硼硅玻璃完全去除，则达不到本发明方法的钝化效果；腐蚀时间过短会导致保留的硼硅玻璃层厚度太厚同样无法形成有效钝化。
本发明钝化方法的有益效果：
(1)常规的N型太阳能电池的钝化方法是在完全除去硼硅玻璃层后，再通过采用热氧或湿氧方式，在电池正面生成一层氧化硅钝化层，完成对电池品的钝化，然而这种钝化方式工艺复杂且成本较高；本发明基于上述的弊端开发了一种新的太阳能电池钝化方法，本发明的方法直接取消传统钝化方式中完全去除硼硅玻璃层这一步骤，直接用热扩散形成的硼硅玻璃层进行钝化，但是要严格控制硼硅玻璃层的厚度在10-25nm的范围内，过厚或者过薄的硼硅玻璃层均不利于电池品效率的提升，即使得电池的钝化效果不明显。
(2)本发明的钝化方法所保留的硼硅玻璃层(即含硼的二氧化硅介质层)厚度为10-25nm，这层介质层会有类似于氧化硅的钝化作用，能够很好地提高电池片的效率；常规N型电池在完全去除硼硅玻璃层后，通常采用热氧(或湿氧)方式，在正面生成一层氧化硅钝化层，本发明的方法取消了这一步骤，直接用扩散形成的硼硅玻璃层进行钝化，在减少工艺步骤的同时，确保电池品的效率，也降低的电池制作成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为太阳能电池的结构图。
图中：1电池片、2P/N结、3硼硅玻璃层。
具体实施方式
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。
实施例1
一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法，包括如下步骤：
S1、采用碱刻蚀的工艺对太阳能电池片进行表面处理，去除所述太阳能电池片表面各种有机物、损伤层、杂质，形成有效的绒面结构(可采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行碱刻蚀)；
S2、通过控制热扩散工艺，在形成绒面结构的所述太阳能电池片上生成一层厚度为120nm的硼硅玻璃层；
S3、然后使用浓度为3.8wt％的氢氟酸腐蚀掉部分硼硅玻璃层，保留厚度为15nm的硼硅玻璃层，即完成钝化，在该步骤中氢氟酸腐蚀的时间为8分钟。将实施例1钝化后的太阳能电池记为BSG-15nm。
优选的，上述实施例1步骤S2中热扩散工艺包括如下步骤：
S2-1、将形成绒面结构的太阳能电池片用去离子水清洗干净；
S2-2、清洗后将所述太阳能电池片置于石英舟内，将石英舟推入进热扩散炉管中，关闭炉门；
S2-3、对热扩散炉管进行升温，升温至800℃并稳定5分钟，在稳定过程中通入15slm的氧气；
S2-4、对热扩散炉管继续升温，升温至850℃开始通入200sccm的硼源，沉积25分钟；
S2-5、对热扩散炉管继续升温，升温至1050℃后恒温稳定70分钟，在恒温稳定过程中通入15slm氧气；由步骤S2-4中炉温850℃升温至1050℃所耗费的时间为10分钟；
S2-6、恒温稳定后开始降温，降温过程中继续通入300sccm的氧气，在所述太阳能电池片表面生成一层120nm厚的硼硅玻璃层。
实施例2
一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法，包括如下步骤：
S1、采用碱刻蚀的工艺对太阳能电池片进行表面处理，去除所述太阳能电池片表面各种有机物、损伤层、杂质，形成有效的绒面结构(可采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行碱刻蚀)；
S2、通过控制热扩散工艺，在形成绒面结构的所述太阳能电池片上生成一层厚度为80nm的硼硅玻璃层；
S3、然后使用浓度为3.8wt％的氢氟酸腐蚀掉部分硼硅玻璃层，保留厚度为10nm的硼硅玻璃层，即完成钝化，在该步骤中氢氟酸腐蚀的时间为10分钟。将实施例2钝化后的太阳能电池记为BSG-10nm。
优选的，上述实施例2步骤S2中热扩散工艺包括如下步骤：
S2-1、将形成绒面结构的太阳能电池片用无水乙醇清洗干净；
S2-2、清洗后将所述太阳能电池片置于石英舟内，将石英舟推入进热扩散炉管中，关闭炉门；
S2-3、对热扩散炉管进行升温，升温至800℃并稳定3分钟，在稳定过程中通入12slm的氧气；
S2-4、对热扩散炉管继续升温，升温至820℃开始通入200sccm的硼源，沉积20分钟；
S2-5、对热扩散炉管继续升温，升温至880℃后恒温稳定60分钟，在恒温稳定过程中通入15slm氧气；由步骤S2-4中炉温820℃升温至880℃所耗费的时间为10分钟；
S2-6、恒温稳定后开始降温，降温过程中继续通入500sccm的氧气，在所述太阳能电池片表面生成一层80nm厚的硼硅玻璃层。
实施例3
一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法，包括如下步骤：
S1、采用碱刻蚀的工艺对太阳能电池片进行表面处理，去除所述太阳能电池片表面各种有机物、损伤层、杂质，形成有效的绒面结构(可采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行碱刻蚀)；
S2、通过控制热扩散工艺，在形成绒面结构的所述太阳能电池片上生成一层厚度为100nm的硼硅玻璃层；
S3、然后使用浓度为3.8wt％的氢氟酸腐蚀掉部分硼硅玻璃层，保留厚度为25nm的硼硅玻璃层，即完成钝化，在该步骤中氢氟酸腐蚀的时间为5分钟。将实施例3钝化后的太阳能电池记为BSG-25nm。
优选的，上述实施例3步骤S2中热扩散工艺包括如下步骤：
S2-1、将形成绒面结构的太阳能电池片用无水乙醇清洗干净；
S2-2、清洗后将所述太阳能电池片置于石英舟内，将石英舟推入进热扩散炉管中，关闭炉门；
S2-3、对热扩散炉管进行升温，升温至800℃并稳定3分钟，在稳定过程中通入10slm的氧气；
S2-4、对热扩散炉管继续升温，升温至880℃开始通入200sccm的硼源，沉积30分钟；
S2-5、对热扩散炉管继续升温，升温至1000℃后恒温稳定80分钟，在恒温稳定过程中通入10slm氧气；由步骤S2-4中炉温880℃升温至1000℃所耗费的时间为10分钟；
S2-6、恒温稳定后开始降温，降温过程中继续通入300sccm的氧气，在所述太阳能电池片表面生成一层100nm厚的硼硅玻璃层。
对比例1
一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法，包括如下步骤：
S1、采用碱刻蚀的工艺对太阳能电池片进行表面处理，去除所述太阳能电池片表面各种有机物、损伤层、杂质，形成有效的绒面结构(可采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行碱刻蚀)；
S2、通过控制热扩散工艺，在形成绒面结构的所述太阳能电池片上生成一层厚度为120nm的硼硅玻璃层；
S3、然后使用浓度为3.8wt％的氢氟酸腐蚀掉部分硼硅玻璃层，保留厚度为8nm的硼硅玻璃层，即完成钝化。将对比例1钝化后的太阳能电池记为BSG-8nm。
优选的，上述对比例1步骤S2中热扩散工艺包括如下步骤：
S2-1、将形成绒面结构的太阳能电池片用去离子水清洗干净；
S2-2、清洗后将所述太阳能电池片置于石英舟内，将石英舟推入进热扩散炉管中，关闭炉门；
S2-3、对热扩散炉管进行升温，升温至800℃并稳定5分钟，在稳定过程中通入15slm的氧气；
S2-4、对热扩散炉管继续升温，升温至850℃开始通入200sccm的硼源，沉积25分钟；
S2-5、对热扩散炉管继续升温，升温至1050℃后恒温稳定70分钟，在恒温稳定过程中通入15slm氧气；由步骤S2-4中炉温850℃升温至1050℃所耗费的时间为10分钟；
S2-6、恒温稳定后开始降温，降温过程中继续通入300sccm的氧气，在所述太阳能电池片表面生成一层120nm厚的硼硅玻璃层。
上述对比例1与实施例1的区别在于步骤S3氢氟酸腐蚀后所保留的硼硅玻璃层的厚度不同(即实施例1保留15nm，对比例1保留8nm)，其余条件均相同。
对比例2
一种太阳能电池硼硅玻璃钝化方法，包括如下步骤：
S1、采用碱刻蚀的工艺对太阳能电池片进行表面处理，去除所述太阳能电池片表面各种有机物、损伤层、杂质，形成有效的绒面结构(可采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行碱刻蚀)；
S2、通过控制热扩散工艺，在形成绒面结构的所述太阳能电池片上生成一层厚度为120nm的硼硅玻璃层；
S3、然后使用浓度为3.8wt％的氢氟酸腐蚀掉部分硼硅玻璃层，保留厚度为30nm的硼硅玻璃层，即完成钝化。将对比例2钝化后的太阳能电池记为BSG-30nm。
优选的，上述对比例2步骤S2中热扩散工艺包括如下步骤：
S2-1、将形成绒面结构的太阳能电池片用去离子水清洗干净；
S2-2、清洗后将所述太阳能电池片置于石英舟内，将石英舟推入进热扩散炉管中，关闭炉门；
S2-3、对热扩散炉管进行升温，升温至800℃并稳定5分钟，在稳定过程中通入15slm的氧气；
S2-4、对热扩散炉管继续升温，升温至850℃开始通入200sccm的硼源，沉积25分钟；
S2-5、对热扩散炉管继续升温，升温至1050℃后恒温稳定70分钟，在恒温稳定过程中通入15slm氧气；由步骤S2-4中炉温850℃升温至1050℃所耗费的时间为10分钟；
S2-6、恒温稳定后开始降温，降温过程中继续通入300sccm的氧气，在所述太阳能电池片表面生成一层120nm厚的硼硅玻璃层。
上述对比例2与实施例1的区别在于步骤S3氢氟酸腐蚀后保留的硼硅玻璃的厚度不同(实施例1保留15nm，对比例2保留30nm)，其余条件均相同。
对比例3
采用常规的方式完全去除热扩散形成的硼硅玻璃层，然后采用热氧方式进行钝化。
测试：对上述实施例1-3以及对比例1-3完成钝化的太阳能电池的性能进行测试，其测试结果如表1所示。
表1为实施例1-3以及对比例1-3钝化后太阳能电池的性能参数
由上述表1中实施例1-3的测试数据可以看出在本发明保留的硼硅玻璃层的厚度范围内(10-25nm)，电池钝化后填充因子(FF％)在81.29-81.30之间，这与对比例3(热氧钝化)的填充因子数据相近(81.37)，说明了本发明的钝化方法能达到与常规热氧钝化方式几乎相同的效率，但是本发明的钝化方法相较于常规热氧钝化方式，其工艺步骤更加简单，并且成本低，因此本发明的钝化方法相较于常规的热氧钝化具有显著的技术效果。本发明的钝化方法取消了完全去除硼硅玻璃层，并采用热氧钝化形成氧化硅钝化层这一步骤；本发明方法直接用扩散形成的硼硅玻璃层进行钝化，在减少工艺步骤的同时，确保电池品的效率，也降低的电池制作成本。
由上述表1中实施例1与对比例1-2的测试数据可以看出，对比例1钝化后电池的填充因子为81.12，对比例2钝化后填充因子数据为80.89；由此可以看出对比1-2的填充因子测试数据与实施例1的测试数据(81.30)具有较大的差异，表明了对比例1-2钝化后电池的性能与实施例1差距加大。因此上述的测试数据说明了当硼硅玻璃层的保留厚度过低或者过高均不利于电池的钝化，影响电池品的效率。
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。
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