专利名称：一种超薄太阳能电池片生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明系关于超薄的太阳能电池片的生产方法，属于太阳能应用领域。
背景技术：
目前造成太阳能电池行业发展减慢的一个重要因素在于太阳能电池行业与 芯片制造行业对于硅材料的争夺，太阳能级晶体硅材料的短缺，导致高纯硅价格 大幅上涨。从光伏产业长期发展趋势来说，决定整个产业及公司发展前途的决定 因素在于公司工艺的改进及技术的提高，例如，硅片切割厚度变薄以减少每片电 池片的硅材料用量，另一方面提高电池片的转换效率。目前，产业所用硅片厚度 在200 220um，到2010年将下降到150um，厚度的下降将导致光伏发电电池成 本降低40%左右。目前电池片的生产工艺主要包括清洗制绒、P0CL3扩散制结、 边沿刻蚀、减反射膜沉积、丝网印刷电极及烧结等工艺组成，但是随着电池片的 减薄，在当前生产工艺上带来很多问题，如操作过程中电池片易破碎等，这个问 题严重制约了太阳能电池行业的发展。
本专利涉及到超薄电池片的生产，而且，生产出的电池片拥有令人满意的电 性能。太阳能电池片的临界设计参数是扩散长度与电池片厚度之比。在传统的电 池片生产中，将与硅片本体搀杂类型相反的搀杂剂扩散到硅片正面，这样就产生 了载流子对(电子及空穴)，而且，载流子必须扩散到硅片的前后表面以被收集。 硅片内的任何复合(包括体内复合和表面复合)都会降低收集电流和输出电压， 从而导致转换效率的下降。理论预测，当比值Lp/t明显大于l时，复合及缺损将 最小化。所以，这种电池片能够收集很大部分产生的载流子。假设薄硅片有与厚 硅片相同的载流子产生，则相同扩散长度下，薄片将收集的载流子数目将大大增 加，复合的降低直接导致效率的提高。
电池片也较易受辐射损伤的影响。改进的辐射电阻可以延长电池片的有效使 用寿命。由于辐射电阻倾向于减小电池片的扩散长度从而降低电池片效率，根据 这一点可以改进辐射电阻特性。所以，在相同起始效率的情况下，薄片比厚片有
更好的本征辐射电阻。
发明内容
一般地，薄太阳能电池片经过以下过程硅片减薄到合适的厚度，利用生产 工艺将硅片加工为电池片，最后将成形的电池片焊接到为其提供支撑的防护玻璃 中。这种制作方法有几个缺点首先，在比较薄的状态下对硅片进行加工，硅片 比标准硅片更脆弱，需要特殊的操作，并且极易产生碎片。以单晶硅为例，厚度 小于50微米的硅片在制作过程中和制作完成后很难搬运，极易破碎。而且这种 硅片的生产造价很高，其成本超过标准硅片的10倍。薄电池片的另外一个缺点 是光的吸收与电池片的厚度息息相关。对硅材料而言，它是一种间接能带材料， 为了吸收所有的有效入射光，它一般需要几百微米的厚度。所以有必要在硅片背 部制作一层减反射膜。
本专利的目标是1)为超薄太阳能电池片的制作提供一种方法，保证其在 制作过程中和制作完成后不易破碎；2)提出一种辐射电阻和效率有所改良的电 池片的制作方法。
为了达到以上目标，给出了一种由薄硅片制作太阳能电池的方法。首先在通 常的、厚硅片(250um)上进行标准的正面处理工艺。当硅片正面处理完以后， 将硅片的前表面联结到透明的基板上，从而在基板与硅片之间形成联结。接下来， 对硅片进行减薄处理。随后对硅片背面进行工艺处理，从而形成良好的欧姆接触， 降低背表面复合，并形成背部反射膜。
硅片背表面的工艺过程包括在薄硅片底面上沉积一层包含搀杂剂的无定形 材料，以形成欧姆接触和背表面场。将非晶层曝露在脉冲激光中，能量脉冲足够 高，从而使无定形材料和它下面很薄一层硅片熔化，但并不对联结线有热损伤。 随后将背表面的残余物去除。更好方法的背表面处理方法还包括添加电介质，穿 过电介质的开口掩膜，以及起背表面反射器和接线连接的金属层的添加。
本专利及其目标、优点可以通过下面的图更好的理解。
图1为正面用标准工艺制作的太阳能电池片的截面图。
图2为图1电池片添加防护玻璃后的截面图。
图3为合适的用于保护防护玻璃和硅片的联结装置的透视图。
图4为利用所提出专利制作的太阳能电池片的截面图。
图5为包括防护玻璃的太阳能电池片的爆炸透视图。 图6为激光退火装置的示意图。
利用本文提出的专利所讲的电池片制作方法，在现有的厚度为220um的硅 片10上进行工艺处理。硅片10加工完后，将其联结到图2所示的透明基板上。 接下来通过研磨，或者背面蚀刻将硅片IO减薄到期望的厚度。在减薄过程中， 基板为电池片提供支撑。随后，通过抛光或者蚀刻减少表面损伤。
当背面进行抛光或蚀刻去除掉残余损伤后，在其表面涂敷一层无定形搀杂半 导体材料，它与后面的激光处理工艺一起实现了电池片背表面场和欧姆接触的形 成。在这样一个过程中，有一个重要的问题需要考虑，那就是防止电池片的某些 成份如基板胶合剂19曝露在过高的温度(大于15(TC)下，即使是很短的时间。 所以，包含搀杂剂的无定形材料在低温下涂到薄硅片的背表面。随后利用脉冲激 光源的能量使无定形材料和一部分背表面熔化。在熔化和晶体重结晶过程中，搀 杂剂注入了硅片的底面。对脉冲激光源的强度进行了选择，保证了硅片背面只有 一个较浅的区域熔化，而不会烧穿硅片。激光处理之后，在电池片的背面沉积一 层电介质层和背面减反射膜。
图1代表了第一阶段工艺完成后的电池片的截面图。第一阶段工艺采用的是 标准太阳能电池片制作工艺。具体采用的是现有的厚度为220mn的P型硅片10 以保证操作不会导致额外的破碎，在此基础上对硅片进行减薄。在正面生长或者 沉积一层氧化层。氧化层11上的开口用于实现N型正面层12的生成(采用标 准的搀杂工艺)。在正面层12和主体层13相接处形成了 P-N结30。接下来利用 光刻工艺在这层氧化物上开接触点。金属互连层15随之应用到硅片10的正面， 从而形成电接触。通过蚀刻工艺，互连层上可以形成位于氧化层11上的接触栅 线，以及为正面层12提供欧姆接触的接触开口，见图5。减反射层16可以是由 Ta2Q5、 A1203等组成的成层结构。需要检测质量时，金属层17可以用于主体 层底部来提供二次接触。具体采用的接触检测用材料为烧结后的Al。
图2描述了第二阶段工艺后的器件剖面图。在第二阶段工艺中，粘接剂19 用来粘接防护玻璃18和电池片的正表面。可以选用不同的常规涂料涂在防护玻 璃18的一侧或者两侧，来改进它的传输特性和反射有害的紫外线辐射。粘接剂 19在防护玻璃18和硅片正面14之间形成了粘接线，它应当选择不易受紫外线 照射而衰减的材料。粘接方式可以选择静电连接或者化学汽相沉积其中一种。
图3给出了连接防护玻璃18和电池片的一种有可能实现的方法。电池片24 放置在具备精确平面度的真空吸盘27上。在实现方法上，电池片24必须平整并 至少与器件最终要求的精度相当。例如，选硅胶作为粘接剂，将防护玻璃18置 于类似的真空吸盘25上，接下来粘接剂19涂在电池片24上，利用千分尺26 将真空吸盘25和27精确旋紧。接下来粘接剂固化，将连接好的硅片从真空吸盘 25和27上移除。把支撑用的防护玻璃18安装好以后，对电池片背部进行薄化 处理，处理方法可以是化学的、机械的或者两种技术的结合。在单晶硅电池片工 艺中常用的是二者的结合，例如，利用传统的硅片研磨工艺和抛光工艺，可以将 硅片的厚度由300-400um减薄至100um。抛光工艺需要对均匀性进行严格控制。 获得均匀性的一种可能的途径是采用真空安装设计。陶瓷在热应力作用下不会弯 曲，所以抛光过程中所用的真空吸盘可以利用可加工陶瓷来制造。真空吸盘的使 用使得在3英寸的硅片上可以获得士0.3um的均匀性。接下来利用化学蚀刻剂来 进一步将硅片减薄至20-50um，在8(TC的NaOH溶液(质量百分数30%)中蚀 刻直到获得期望的厚度。在这种溶液中，硅片的蚀刻速率约为1.5微米/分钟。接 下来放入HF: HN03比为h IOO的溶液中蚀刻以获得清洁的表面。
图4给出了第三阶段工艺和最后阶段工艺后器件的侧视剖面图。第三个工艺 阶段包括硅片减薄后背表面工艺。为了提供欧姆接触，减小有效的背面载流子复 合，以及提供背表面减反射膜，背表面工艺包括几步。欧姆接触搀杂区域20利 用脉冲激光工艺顺序来形成，背面减反射膜通过低温下电介质材料21的沉积和 随后的减反射材料(如Al) 22的沉积来形成。接触孔23穿过电介质材料21， 从而使得减反射金属22也能作为电池片的电接触。 一个需要考虑的问题是电池 片的某些成份，比如防护玻璃粘接剂不能曝露在15(TC以上的高温中，即使是很 短的时间。为了完成这个工艺而不损害电池片成份，提出了一种引入搀杂剂的新 方法。
搀杂区域20通过将一层包含搀杂剂的无定形材料沉积在电池片主体13的背 表面来形成。利用脉冲激光源的能量将无定形材料和主体层13非常薄的一层熔 化，在熔化和晶体再生长过程中，搀杂剂注入了硅片。由于脉冲激光可以在不烧 穿样品的情况下熔化很浅的区域，粘接线19不受工艺过程的影响。由于这种方 法不会对熔化区域下方的电池片造成损伤，与传统的离子注入法和脉动激光退火 相比，这种方法有明显的优势。这种损伤是载流子的诱因，从而造成效率的损失。
接下来一步是蚀刻硅片以获得背场和正面接触的连接。通常选用K0H蚀刻剂 完成。K0H溶液浓度为30。/。，温度为80。C。蚀刻速率大约为1.5微米/分钟，蚀 刻时间取决于电池片的厚度。
最后在背面电介质21上开接触孔，沉积减反射金属22并形成图案来形成欧 姆接触和背场减反射体。由于在与电介质21接触时，AL具有相对较高的反射系 数，同时它能提供良好的欧姆接触，通常选用AL作为减反射金属22。图5是利 用上述方法做出的电池片的透视图。
虽然本专利中的电池片生产工艺并不是当前工业上采用，但由于硅片的日益 薄化，进行这样一个具体化的生产工艺，其中许多内容可以借鉴应用到电池片生 产及其他方面。尤其是其中所选用的特殊材料，尺寸及强度都可以改变来验证专 利的有效性。另外，本专利只涉及到了硅材料和单晶硅电池片，但其中的方法同 样可以用于其他半导体材料。所以，列出的具体化例子可以认为是例证性的，专 利不仅仅局限于其中所给出的方面。对本领域一般技术人员而言，在不背离本实 用新型精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本专利的侵犯， 将承担相应的法律责任。
权利要求
1.太阳能电池片有上表面和下表面，硅片包含形成上表面的氧化层、临近氧化层的PN结层、第一导电类型的PN结层、与第一导电类型相反的第二导电类型的本体材料。该种电池片生产方法包括以下流程利用粘接剂将支撑单元粘着在硅片上表面，二者之间形成粘接线；在硅片背面形成背场搀杂和欧姆接触的过程包括在硅片背面沉积一层包含所需搀杂剂的无定形材料，利用脉冲激光源将无定形材层熔化，同时保证不对粘接线造成热损伤。
2. 要求1中所述的方法包括在将硅片粘接到支撑单元后将本体硅片层薄化 到厚度小于50微米过程。
3. 如要求2所述的硅片由硅材料制成。
4. 如要求3所述的选择的搀杂剂为硼。
5. 如要求1所述的方法还包括在脉冲激光处理后在硅片背面涂敷电介质层。
6. 如要求1所述的生产方法所说的支撑单元可以充分通过电磁辐射。
7. 电池片背表面层的形成包括以下几步将支撑单元粘接到硅片上以提供 结构支撑；二者之间形成粘接线；将支撑后的硅片薄化处理到100微米厚度以下； 在薄化后的硅片的背表面上沉积一层包含搀杂剂的无定形材料；将无定形材料曝 露在脉冲激光能量下，将无定形材料和临近的很薄一层硅熔化，同时又不对粘接 线造成热损伤。
8. 如要求7中所述的支撑单元为盖玻片。
9. 如要求8中所述的电介质层是在脉冲激光处理后施加到硅片背表面。
全文摘要
本发明提出了一种太阳能电池片生产方法，特别是超薄电池片生产方法。该方法在常规厚度的硅片上加工电池片正表面，随后将透明玻璃基板粘着在所加工的电池片的正表面。对硅片本体层进行薄化处理，达到预期的厚度。将无定形搀杂材料涂敷到薄硅片背面，并曝露在持续时间和强度适当的脉冲激光能量中，使无定形材料熔化，但又不致于对粘接线造成热损伤。背表面电介质，背接触掩膜及背表面反射器的制作最终完成了电池片的加工。
文档编号H01L31/18GK101373801SQ20071012060
公开日2009年2月25日 申请日期2007年8月22日 优先权日2007年8月22日
发明者唐景庭, 李士会, 李青红, 郭健辉 申请人:北京中科信电子装备有限公司