晶硅太阳电池片及其制作方法、晶硅太阳电池

摘要

本申请涉及一种晶硅太阳电池片及其制作方法、晶硅太阳电池，晶硅太阳电池片的制作方法包括如下步骤：提供经预处理后的硅片，将经预处理后的硅片置于热氧化设备中进行热氧化处理，热氧化处理包括依次进行的第一恒温阶段、第二恒温阶段、升温阶段、第一氧化阶段、第二氧化阶段、第三氧化阶段以及第三恒温阶段；热氧化设备具有至少一个温区，在热氧化处理的过程中，同一温区在各阶段的温度满足以下关系：第一恒温阶段的温度≤第二恒温阶段的温度＜升温阶段的温度；升温阶段的温度≥第一氧化阶段的温度；第一氧化阶段的温度≤第二氧化阶段的温度≤第三氧化阶段的温度；第三氧化阶段的温度≥第三恒温阶段的温度。

说明书

技术领域

本申请涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种晶硅太阳电池片及其制作方法、晶硅太阳电池。

背景技术

太阳电池是一种利用光电效益、光化学效应将光能转化为电能的装置，能够通过吸收太阳光直接进行发电的光电半导体薄片。太阳电池只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。太阳电池又被称为“太阳能芯片”或“光电池”，在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic，缩写为PV)，简称光伏。

根据半导体材料的不同，太阳电池可被分为晶硅太阳电池和薄膜太阳电池，以及第三代太阳电池，晶硅太阳电池是太阳电池的主流。PERC电池，即发射极背面钝化电池(Passivated Emitterand Rear Cell)，属于晶硅电池的一种。PERC电池与常规电池不同之处在于背面，PERC电池采用了钝化膜来钝化背面，取代了传统的全铝背场，增强光线在硅基的内背反射，降低了背面的复合速率，从而使电池的效率提升，因此，良好的表面钝化技术是制备高效PERC电池的关键。

为了达到较为理想的钝化效果，目前主流研究开始采用热氧化法生长SiO

然而，目前的热氧化工艺设计不够合理，所生长得到的SiO

发明内容

基于此，有必要提供一种晶硅太阳电池片及其制作方法，使热氧化生成的氧化膜的致密性和均匀性得以提高，从而提高氧化膜的钝化效果，进而促进晶硅太阳电池转换效率的提升。

进一步地，还提供了一种由所述晶硅太阳电池片组装而成的晶硅太阳电池。

本申请一实施例提供了一种晶硅太阳电池片的制作方法，包括如下步骤：

提供经预处理后的硅片，将所述经预处理后的硅片置于热氧化设备中进行热氧化处理，所述热氧化处理包括依次进行的第一恒温阶段、第二恒温阶段、升温阶段、第一氧化阶段、第二氧化阶段、第三氧化阶段以及第三恒温阶段；

所述热氧化设备具有至少一个温区，在所述热氧化处理的过程中，同一所述温区在各阶段的温度满足以下关系：

所述第一恒温阶段的温度≤所述第二恒温阶段的温度＜所述升温阶段的温度；

所述升温阶段的温度≥所述第一氧化阶段的温度；

所述第一氧化阶段的温度≤所述第二氧化阶段的温度≤所述第三氧化阶段的温度；

所述第三氧化阶段的温度≥所述第三恒温阶段的温度。

在其中一个实施例中，在同一所述温区内，所述第一氧化阶段、所述第二氧化阶段以及所述第三氧化阶段的温度各自独立地选自650℃～680℃，所述第一氧化阶段、所述第二氧化阶段以及所述第三氧化阶段的总时长为1200s～1300s。

在其中一个实施例中，所述第一氧化阶段的时长≤所述第二氧化阶段的时长≤所述第三氧化阶段的时长。

在其中一个实施例中，所述第一氧化阶段的时长为300s～325s，所述第二氧化阶段的时长为400s～450s，所述第三氧化阶段的时长为500s～525s。

在其中一个实施例中，在同一所述温区内，所述热氧化处理的各阶段还满足以下条件中的至少一个条件：

(1)所述第一恒温阶段的温度为615℃～660℃，时长为215s～225s；

(2)所述第二恒温阶段的温度为645℃～660℃，时长为195s～205s；

(3)所述升温阶段的温度为678℃～682℃，时长为195s～205s；

(4)所述第三恒温阶段的温度为670℃～680℃，时长为195s～205s。

在其中一个实施例中，所述热氧化处理的各阶段通入有干氧，通入的干氧的体积流量为4000sscm～5000sscm。

在其中一个实施例中，所述第一氧化阶段、所述第二氧化阶段、所述第三氧化阶段以及所述第三恒温阶段通入有氮气，通入的氮气的体积流量为1900sscm～2100sscm。

在其中一个实施例中，硅片的预处理步骤包括：

对所述硅片进行清洗、制绒；

将制绒后的硅片进行低压扩散处理；

对低压扩散处理后的硅片的表面进行湿法刻蚀处理。

本申请一实施例还提供一种晶硅太阳电池片，由上述任一实施例中所述的晶硅太阳电池片的制作方法制作得到。

本申请一实施例还提供一种晶硅太阳电池，由上述一实施例中所述的晶硅太阳电池片组装而成。

本申请提供了一种晶硅太阳电池片的制作方法，对经预处理后的硅片进行热氧化处理的过程中，在升温阶段之前设置了两个恒温阶段，在升温阶段之后设置了三个氧化阶段，使热氧化处理在不同阶段的温度调整梯度更为平缓，相比于传统的热氧化处理工艺，能够使生长形成的氧化膜具有更好的致密性和均匀性，钝化效果更好，有利于促进晶硅太阳电池转换效率的提升。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将结合实施例对本申请进行更全面的描述。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本申请所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本申请所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请一实施例提供了一种晶硅太阳电池片的制作方法，包括如下步骤：

提供经预处理后的硅片，将经预处理后的硅片置于热氧化设备中进行热氧化处理，热氧化处理包括依次进行的第一恒温阶段、第二恒温阶段、升温阶段、第一氧化阶段、第二氧化阶段、第三氧化阶段以及第三恒温阶段；

热氧化设备具有至少一个温区，在热氧化处理的过程中，同一温区在各阶段的温度满足以下关系：

第一恒温阶段的温度≤第二恒温阶段的温度＜升温阶段的温度；

升温阶段的温度≥第一氧化阶段的温度；

第一氧化阶段的温度≤第二氧化阶段的温度≤第三氧化阶段的温度；

第三氧化阶段的温度≥第三恒温阶段的温度。

本申请提供了一种晶硅太阳电池片的制作方法，对经预处理后的硅片进行热氧化处理的过程中，在升温阶段之前设置了两个恒温阶段，在升温阶段之后设置了三个氧化阶段，使热氧化处理在不同阶段的温度调整梯度更为平缓，相比于传统的热氧化处理工艺，能够使生长形成的氧化膜具有更好的致密性和均匀性，钝化效果更好，能够大量减少表面态，降低半导体表面活性，降低少数载流子的复合速率，提高少子寿命，有利于促进晶硅太阳电池转换效率的提升。

可以理解地，热氧化设备的温区是指热氧化设备的加热区域，具有至少一个温区是指具有一个或一个以上的温区，不同的热氧化设备可以设置不同数量的温区，包括但不限于一个、三个、五个、七个等等。例如采用氧化炉作为热氧化设备，在炉口设有第一温区，炉中部设有第二温区，炉尾设有第三温区，根据实际工艺情况设置温区数量，可以使硅片在热氧化设备中的受热更加均匀。

本申请中，同一温区内，控制第一氧化阶段的温度≤第二氧化阶段的温度≤第三氧化阶段的温度，即第一氧化阶段、第二氧化阶段以及第三氧化阶段整体呈逐渐上升趋势，在氧化初始阶段，氧原子较易与硅片表面的硅原子发生氧化反应，随着二氧化硅氧化膜的厚度不断增加，氧原子扩散到SiO

在其中一个实施例中，在同一温区内，第一氧化阶段、第二氧化阶段以及第三氧化阶段的温度各自独立地选自650℃～680℃，第一氧化阶段、第二氧化阶段以及第三氧化阶段的总时长为1200s～1300s。对本申请而言，三个氧化阶段的温度控制在650℃～680℃是有利于生成致密、均匀的SiO

在其中一个实施例中，第一氧化阶段的时长≤第二氧化阶段的时长≤第三氧化阶段的时长。由于第一氧化阶段、第二氧化阶段以及第三氧化阶段的温度逐渐提高，通过控制三个氧化阶段的时长也整体呈逐渐递增趋势，有利于同步促进反应后期SiO

进一步地，第一氧化阶段的时长为300s～325s，第二氧化阶段的时长为400s～450s，第三氧化阶段的时长为500s～525s。可以理解地，在满足第一氧化阶段、第二氧化阶段以及第三氧化阶段的总时长为1200s～1300s的前提下，第一氧化阶段的时长可以为300s～325s中的任意值，第二氧化阶段的时长可以为400s～450s中的任意值，第三氧化阶段的时长可以为500s～525s中的任意值。第一氧化阶段的时长例如可以但不限于为300s、303s、305s、310s、315s、320s、325s等等。第二氧化阶段的时长例如可以但不限于为400s、410s、420s、430s、440s、450s等等。第三氧化阶段的时长例如可以但不限于为500s、502s、505s、510s、515s、520s、525s等等。

在本申请中，在同一温区内，控制第一恒温阶段的温度≤第二恒温阶段的温度＜升温阶段的温度，第一恒温阶段是硅片进入热氧化设备后均匀地适应设备温度的过程，升温阶段是为了使硅片升至高温从而有利于氧化生成SiO

在其中一个实施例中，在同一温区内，第一恒温阶段的温度为615℃～660℃，时长为215s～225s。可以理解地，在同一温区内，第一恒温阶段的温度例如可以但不限于为615℃、620℃、625℃、630℃、635℃、640℃、645℃、650℃、655℃、660℃等等。可以理解地，第一恒温阶段的时长例如可以但不限于为215s、216s、217s、218s、219s、220s、221s、222s、223s、224s、225s等等。

在其中一个实施例中，在同一温区内，第二恒温阶段的温度为645℃～660℃，时长为195s～205s。可以理解地，在同一温区内，第二恒温阶段的温度例如可以但不限于为645℃、650℃、655℃、660℃等等。可以理解地，第二恒温阶段的时长例如可以但不限于为195s、196s、197s、198s、199s、200s、201s、202s、203s、204s、205s等等。

在其中一个实施例中，在同一温区内，升温阶段的温度为678℃～682℃，时长为195s～205s。可以理解地，在同一温区内，升温阶段的温度例如可以但不限于为678℃、679℃、680℃、681℃、682℃等等。可以理解地，升温阶段的时长例如可以但不限于为195s、196s、197s、198s、199s、200s、201s、202s、203s、204s、205s等等。

在其中一个实施例中，在同一温区内，第三恒温阶段的温度为670℃～680℃，时长为195s～205s。可以理解地，在同一温区内，第三恒温阶段的温度例如可以但不限于为670℃、671℃、672℃、673℃、674℃、675℃、676℃、677℃、678℃、679℃、680℃等等。可以理解地，第三恒温阶段的时长例如可以但不限于为195s、196s、197s、198s、199s、200s、201s、202s、203s、204s、205s等等。

在其中一个实施例中，热氧化处理的各阶段通入有干氧，通入的干氧的体积流量为4000sscm～5000sscm。在热氧化处理的过程中，通入干氧提供氧原子可提高二氧化硅膜的致密性及均匀性，并且钝化表面态，增加光生载流子的寿命。可以理解地，通入的干氧的体积流量例如可以但不限于为4000sscm、4200sscm、4500sscm、4800sscm、5000sscm等等。

在其中一个实施例中，第一氧化阶段、第二氧化阶段、第三氧化阶段以及第三恒温阶段通入有氮气，通入的氮气的体积流量为1900sscm～2100sscm。通入氮气进行吹扫，可以使得干氧与硅片表面的接触更加充分，有利于提高二氧化硅膜的均匀性。可以理解地，通入的氮气的体积流量例如可以但不限于为1900sscm、2000sscm、2100sscm等等。

在其中一个实施例中，在将经预处理后的硅片置于热氧化设备内的步骤之前还包括将经预处理后的硅片插入石英舟的步骤，热氧化处理的过程中：

在第一恒温阶段之前还包括将石英舟放入热氧化设备的放舟阶段、以及在第三恒温阶段之后还包括将石英舟自热氧化设备取出的取舟阶段。

可以理解地，放舟阶段和取舟阶段的温度、时长等工艺参数可采用本领域的常规参数。

优选地，在同一温区内，放舟阶段的温度≤第一恒温阶段的温度，第三恒温阶段的温度≥取舟阶段的温度。

进一步地，在同一温区内，放舟阶段的温度为615℃～660℃，时长为540s～560s。可以理解地，在同一温区内，放舟阶段的温度例如可以但不限于为615℃、620℃、625℃、630℃、635℃、640℃、645℃、650℃、655℃、660℃等等，时长例如可以但不限于为540s、550s、560s等等。

在其中一个实施例中，在同一温区内，取舟阶段的温度为628℃～632℃，时长为390s～410s。可以理解地，在同一温区内，取舟阶段的温度例如可以但不限于为628℃、629℃、630℃、631℃、632℃等等，时长例如可以但不限于为390s、400s、410s。

在其中一个实施例中，硅片的预处理步骤包括：

对硅片进行清洗、制绒；

将制绒后的硅片进行低压扩散处理；

对低压扩散处理后的硅片的表面进行湿法刻蚀处理。

本申请一实施例还提供了一种晶硅太阳电池片，由上述任一实施例中的晶硅太阳电池片的制作方法制作得到。

本申请一实施例还提供了一种晶硅太阳电池，由上述任一实施例中的晶硅太阳电池片组装而成。

可以理解地，晶硅太阳电池例如可以为PERC晶硅太阳电池，或者为任何其他包含有隧穿氧化层的太阳电池，例如该晶硅太阳电池还可以为Topcon太阳电池等等。

以下为具体实施例。

实施例1

一种太阳电池的制作方法，包括如下步骤：

1、用清水洗涤硅片。

2、将NaOH和制绒液混合形成混合液，采用混合液对清洗后的硅片进行制绒。

3、对制绒后的硅片进行低压扩散处理。

4、用氢氟酸对低压扩散后的硅片进行湿法刻蚀。

5、将湿法刻蚀后的硅片插入石英舟，放入氧化炉进行热氧化处理，生成SiO

热氧化处理的过程中，第一氧化阶段、第二氧化阶段和第三氧化阶段的总时间为1200s。

表1实施例1热氧化处理的工艺参数

实施例2

与实施例1大致相同，区别在于：调整了第一氧化阶段、第二氧化阶段和第三氧化阶段的时长；调整了第三恒温阶段的温度。

一种太阳电池的制作方法，包括如下步骤：

1、用清水洗涤硅片。

2、将NaOH和制绒液混合形成混合液，采用混合液对清洗后的硅片进行制绒。

3、对制绒后的硅片进行低压扩散处理。

4、用氢氟酸对低压扩散后的硅片进行湿法刻蚀。

5、将湿法刻蚀后的硅片插入石英舟，放入氧化炉进行热氧化处理，生成SiO

热氧化处理的过程中，第一氧化阶段、第二氧化阶段和第三氧化阶段的总时间为1260s。

表2实施例2热氧化处理的工艺参数

实施例3

与实施例1大致相同，区别在于：调整了第一氧化阶段、第二氧化阶段和第三氧化阶段的时长；调整了第三恒温阶段的温度。

一种太阳电池的制作方法，包括如下步骤：

1、用清水洗涤硅片。

2、将NaOH和制绒液混合形成混合液，采用混合液对清洗后的硅片进行制绒。

3、对制绒后的硅片进行低压扩散处理。

4、用氢氟酸对低压扩散后的硅片进行湿法刻蚀。

5、将湿法刻蚀后的硅片插入石英舟，放入氧化炉进行热氧化处理，生成SiO

热氧化处理的过程中，第一氧化阶段、第二氧化阶段和第三氧化阶段的总时间为1290s。

表3实施例3热氧化处理的工艺参数

实施例4

与实施例3大致相同，区别在于：调整了第一氧化阶段、第二氧化阶段和第三氧化阶段的时长。

一种太阳电池的制作方法，包括如下步骤：

1、用清水洗涤硅片。

2、将NaOH和制绒液混合形成混合液，采用混合液对清洗后的硅片进行制绒。

3、对制绒后的硅片进行低压扩散处理。

4、用氢氟酸对低压扩散后的硅片进行湿法刻蚀。

5、将湿法刻蚀后的硅片插入石英舟，放入氧化炉进行热氧化处理，生成SiO

热氧化处理的过程中，第一氧化阶段、第二氧化阶段和第三氧化阶段的总时间为1140s。

表4实施例4热氧化处理的工艺参数

实施例5

与实施例3大致相同，区别在于：调整了第一氧化阶段、第二氧化阶段和第三氧化阶段的时长。

一种太阳电池的制作方法，包括如下步骤：

1、用清水洗涤硅片。

2、将NaOH和制绒液混合形成混合液，采用混合液对清洗后的硅片进行制绒。

3、对制绒后的硅片进行低压扩散处理。

4、用氢氟酸对低压扩散后的硅片进行湿法刻蚀。

5、将湿法刻蚀后的硅片插入石英舟，放入氧化炉进行热氧化处理，生成SiO

热氧化处理的过程中，第一氧化阶段、第二氧化阶段和第三氧化阶段的总时间为1350s。

表5实施例5热氧化处理的工艺参数

对比例1

与实施例1～实施例5的区别在于：采用传统的热氧化工艺。

一种太阳电池的制作方法，包括如下步骤：

1、用清水洗涤硅片。

2、将NaOH和制绒液混合形成混合液，采用混合液对清洗后的硅片进行制绒。

3、对制绒后的硅片进行低压扩散处理。

4、用氢氟酸对低压扩散后的硅片进行湿法刻蚀。

5、将湿法刻蚀后的硅片插入石英舟，放入氧化炉进行热氧化处理，生成SiO

表6对比例1热氧化处理的工艺参数

对实施例1～实施例5以及对比例1制作得到的太阳电池进行电性能测试，结果如下表7。

表7太阳电池电性能测试结果

由表7可见，实施例1～实施例5制作得到的晶硅太阳电池片进一步组装成晶硅太阳电池后，相比于对比例1，各项电性能参数均得到明显改善，晶硅太阳电池的转换效率明显提高。进一步地，实施例1～实施例3进一步组装成晶硅太阳电池后其电性能优于实施例4～实施例5。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。