专利名称：透光单晶硅太阳电池的制造方法
技术领域：
本发明涉及太阳电池的制造方法，特别是用于光伏-建筑一体化的透光 单晶硅太阳电池的制造方法。
背景技术：
利用太阳能解决人类发展过程中的能源问题已是一个不争的合理途
径，在建筑玻璃上附载太阳能电池，将建筑和光伏发电相结合(BIPV)起 来已成为当前太阳能应用的一个热点。现有单晶硅太阳电池的生产工艺一 般包括将硅棒切割成晶片，晶片表面研磨、绒化处理；扩散制结，边缘 结刻蚀，腐蚀去除磷硅玻璃，制减反射膜，再制作电极。但是现有太阳电 池不透光，而作为建筑玻璃的光伏-建筑一体化组件需要一定的透光率，为 提高透光率，组件中电池片必须间断分布，由电池片之间的间隙透光，这 样，电池片布置方式单调，形态也不雅观，因此光伏-建筑一体化组件常遭 受建筑设计师和用户的拒绝。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以透光的太阳电池的制造方法。 该方法包括以下步骤
A. 将单晶硅棒分切成长度小于160mm的硅柱，在氦气、氖气或氩气 保护气氛中，根据透光孔的尺寸和布置要求，用激光或高压水刀对硅柱切 割透光孔,用1 10wt。/。的NaOH水溶液腐蚀透光孔壁上30~70pm的损伤层；
B. 将已经切割透光孔的硅柱切割成晶片，经表面研磨，绒化处理后， 进行磷扩散制得p-n结；
C. 刻蚀去除晶片周边和透光孔周围0.2~0.8mm的扩散层；D. 腐蚀去除磷硅玻璃，制减反射膜；
E. 制作电极，成为具有透光孔的单晶硅太阳能电池。 在步骤A中，激光割孔优选的技术参数是激光脉冲能量450 850MJ，
脉冲宽度小于15ns，脉冲频率大于60Hz，激光束焦点的峰值功率密度小于 8xl09W/cm2。当硅柱长度为30 40mm,切割速度为8~13mm/s，能获得高 质量的切口和打孔效率，切割速度过大会使得切口粗糙度增加，同时也会 增大晶体硅因切割而引起的热影响区的深度。在切割过程，为了快速清除 晶体硅的气化物质及其液体，最好使用气枪向切割点喷射气体以清洁切割 点，气枪中的气体与保护气氛相同。
高压水刀割孔的水刀水压最好310 380MPa，低于310MPa时会在切口处 产生毛剌，高于380MPa时会使切口处的晶体灼热区向纵深方向扩展，影响 晶体的性能。高压水最好使用软化水，以石榴石或氧化铝作为磨擦料。割 孔过程在硅柱长度为120 160mm时可取得最高效的打孔效果。
激光或高压水刀割孔过程一般会在孔壁出现一定深度热损伤和微裂 纹，激光割孔的损伤层深度一般在30 40nm之间，高压水刀割孔的损伤层 深度一般在6(K70pm之间，需要用NaOH水溶液腐蚀去除该损伤层。使用的 NaOH水溶液重量浓度优选是4 6 wt%。
在步骤C中，可使用等离子刻蚀方法刻蚀去除晶片周边和透光孔周围 的扩散层，透光孔周围的刻蚀宽度优选是03 0.5mm，使晶片上下表面之间 在透光孔位置能得到较好的绝缘性能。
本发明制造的太阳能电池具有透光孔，用于制造双玻璃光伏-建筑组件 太阳能电池之间可以相接而不留透光间隙，由透光孔实现透光，使双玻璃 光伏-建筑组件较为美观，在光伏-建筑一体化(BIPV)领域可以得到大规 模的商业应用。
具体实施例方式
实施例1 :
选择电阻率0.5 2Q'cm，位错密度< 3xl03at/cm2 ，含氧量《 1.0xl018at/cm3，含碳量《5xl(^7at/cm3，少子寿命〉10ins、晶向偏离度《士3。 的单晶硅棒，用外圆切割机切除单晶硅棒的头部、尾部，将单晶硅棒切割 成横截面为125.5xl25.5mm，再分段成切片长度30 40mm的硅柱。
在氩气保护下，用激光切割机在硅柱的轴向切割透光孔，透光孔尺寸 4.6x4.6mm，排列方式为8x8等间距阵列分布，留出5mm宽的边部。激光 切割机的激光脉冲能量700MJ，脉冲宽度12ns，脉冲频率75Hz，激光束焦 点的峰值功率密度6xl09W/cm2。切割速度为9.5mm/s,切割过程用氩气压 力枪向切割点喷射氩气清洁切割点。
在磨床上对硅柱进行滚圆处理，以获得平整的表面，再用聚四氟乙烯制 成的封口套将透光孔的一端封闭，用5wtM的NaOH水溶液倒入透光孔浸泡 孔壁，腐蚀孔壁上30 40pm的损伤层，然后清洗干净。
用多线切割机将上述单晶硅柱切成厚度为350~400^im的晶片，再用倒 角机将晶片上锐利的边角修整成圆弧形。
在研磨机上通过研磨除去晶片上下表面的锯痕和损伤层，研磨浆料由氧 化铝、铬砂和水组成。研磨加工后的理想表面形态是由无数微小破碎痕迹 构成的均匀无光泽表面。研磨过程控制晶片厚度为250 30(Him，弯曲度< 45(im，翘曲度〈40Mm，晶片表面无划道、无蚀坑、无崩边、无小丘等缺陷。 晶片用甲苯、5(TC的稀硫酸分别清洗后，用3.0wt。/。的NaOH水溶液浸 泡晶片，腐蚀深度5 l(Him，再用2.0wt。/。的Na2CO3水溶液浸泡晶片，对晶 片表面绒化处理，处理结果晶片表面的太阳光反射率<8%。用水清洗后红 外线烘干。以液态POCl3作为扩散源进行磷扩散形成n型层，与p型硅基底组成 p-n结。扩散设备选用横向石英管，扩散温度为880°C 。首先预热扩散炉8min; 然后向扩散炉中通入POCl3和氮气的混合气体，流量为80ml/min，两者体 积比为3 : 2，持续为15min;最后使扩散炉保持恒温25min,完成定源扩散 过程，扩散过程在通氮氧保护气的条件下进行的，即氮气流量350ml/min、 氧气流量90ml/min。
采用等离子体刻蚀技术去除晶片周边和透光孔周围0.4mm的扩散层， 再用浓度为15wtn/。的氢氟酸腐蚀晶片，去除晶片表面的磷硅玻璃。
用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在晶片的下表面沉积一层 氮化硅减反射膜。工艺参数如下高频功率为120W，本底真空为0.3Pa， 衬底温度为280°C，硅源气体为体积比3%的SiH4和97%的N2，流量 500ml/min， NH3的流量为45ml/min，反应气体压强为12Pa，氮化硅薄膜的 厚度为65nm。
采用丝网印刷法将银浆印制在晶片的上表面，铝浆印制在晶片的下表 面，270。C烘烤后在810。C烧结20min，形成电极，其中上表面电极为梳子 状，有2条主电极粗线，下表面也有2条粗电极线。上述过程制得的单晶 硅太阳电池为深蓝色，光电转换率13.2%，透光率10%。该电池片用来制 造双玻璃光伏-建筑一体化(BIPV)组件可以不留出透光间隙而满足透光要 求。
实施例2
选择电阻率0.5 2Q'cm，位错密度< 3xl03at/cm2 ，含氧量《 1.0xl018at/cm3，含碳量《5xlO"at/cm3，少子寿命"Ops、晶向偏离度《士3。 的单晶硅棒，用外圆切割机切除单晶硅棒的头部、尾部，将单晶硅棒切割 成横截面为156.5xl56.5mmmm，再分段成切片长度120~160mm的硅柱。在氩气保护下，用增压泵驱动的高压水刀在硅柱的轴向切割透光孔，透
光孔尺寸6.4x6.4mm，排列方式为9x9等间距阵列分布，留出5mm宽的边 部。高压水刀水压为350MPa，以氧化铝为砂料，高压水为软化水。
在磨床上对硅柱进行滚圆处理，以获得平整的表面，再用聚四氟乙烯制 成的封口套将透光孔的一端封闭，用5wtW的NaOH水溶液倒入透光孔浸泡 孔壁，腐蚀孔壁上60 70pm的损伤层，然后清洗干净。
用多线切割机将上述单晶硅柱切成厚度为350 400^im的晶片，用倒角 机将晶片上锐利的边角修整成圆弧形。
在研磨机上通过研磨除去晶片上下表面的锯痕和损伤层，研磨浆料由氧 化铝、铬砂和水组成。研磨加工后的理想表面形态是由无数微小破碎痕迹 构成的均匀无光泽表面。研磨过程控制晶片厚度为250~300^im，弯曲度< 45]Lim，翘曲度〈40]Lim，晶片表面无划道、无蚀坑、无崩边、无小丘等缺陷。 晶片用甲苯、5(TC的稀硫酸分别清洗后，用3.0wtn/。的NaOH水溶液浸 泡腐蚀晶片，腐蚀深度5 10pm，再用2.0wtn/。的Na2CO3水溶液浸泡晶片， 对晶片表面绒化处理，处理结果晶片表面的太阳光反射率<8%。用水清洗 后红外线烘干。
以液态POCl3作为扩散源进行磷扩散形成n型层，与p型硅基底组成 p-n结。扩散设备选用横向石英管，扩散温度为900°C 。首先预热扩散炉8min; 然后向扩散炉中通入POCl3和氮气的混合气体，流量为80ml/min，两者体 积比为3 : 2，持续为12min;最后使扩散炉保持恒温18min，完成定源扩散 过程，扩散过程在通氮氧保护气的条件下进行的，即氮气流量350ml/min、 氧气流量90ml/min。
采用等离子体刻蚀技术去除晶片周边和透光孔周围0.4mm的扩散层， 再用浓度为15wt。/。的氢氟酸腐蚀晶片，去除晶片表面的磷硅玻璃。用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在晶片的下表面沉积一层 氮化硅减反射膜。工艺参数如下高频功率为120W，本底真空为0.3Pa， 衬底温度为320°C，硅源气体为体积比3%的SiH4和97%的N2，流量 500ml/min， NH3的流量为45ml/min，反应气体压强为12Pa，氮化硅薄膜的 厚度为55nm。
采用丝网印刷法将银浆印制在晶片的上表面，铝浆印制在晶片的下表 面，30(TC烘烤后在85(TC烧结15min，形成电极。其中上表面电极为梳子 状，有3条主电极粗线，下表面也有3条粗电极线。上述过程制得的单晶 硅太阳电池为古铜色，光电转换率12.8%,透光率15%。该电池片用来制 造双玻璃光伏-建筑一体化(BIPV)组件可以不留出透光间隙而满足透光要 求。
权利要求
1. 透光单晶硅太阳电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤A. 将单晶硅棒分切成长度小于160mm的硅柱，在氦气、氖气或氩气保护气氛中，根据透光孔的尺寸和布置要求，用激光或高压水刀对硅柱切割透光孔，用1～10wt％的NaOH水溶液腐蚀透光孔壁上30～70μm的损伤层；B. 将已经切割透光孔的硅柱切割成晶片，经表面研磨，绒化处理后，进行磷扩散制得p-n结；C. 刻蚀去除晶片周边和透光孔周围0.2～0.8mm的扩散层；D. 腐蚀去除磷硅玻璃，制减反射膜；E. 制作电极，成为具有透光孔的单晶硅太阳能电池。
2. 根据权利要求l所述方法，其特征在于，在步骤A中，激光的脉冲能 量450 850MJ，脉冲宽度小于15ns，脉冲频率大于60Hz，激光束焦点的峰值 功率密度小于8xl09W/cm2，硅柱长度为30~40mm。
3. 根据权利要求l所述方法，其特征在于，在步骤A中，高压水刀的水 压310 380MPa，以石榴石或氧化铝作为磨擦料，硅柱长度为120 160mm。
4. 根据权利要求l所述方法，其特征在于，在步骤A中，腐蚀透光孔壁 损伤层的NaOH水溶液浓度4 6 wt%。
5. 根据权利要求l所述方法，其特征在于，在步骤C中，所述透光孔周 围扩散层的刻蚀宽度是03 0.5mm。
全文摘要
本发明公开用于光伏-建筑一体化的透光单晶硅太阳电池的制造方法，包括将单晶硅棒分段，切割透光孔，腐蚀透光孔壁，扩散制得p-n结，去除晶片周边和透光孔周围的扩散层，去除磷硅玻璃，制减反射膜，制作电极，成为具有透光孔的单晶硅太阳能电池，用于制造双玻璃光伏-建筑组件太阳能电池之间可以相接而不留透光间隙，由透光孔实现透光，使双玻璃光伏-建筑组件较为美观，在光伏-建筑一体化(BIPV)领域可以得到大规模的商业应用。
文档编号H01L31/18GK101442085SQ20081022060
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者庄大建, 张乐军, 林汉德, 沈忠灿, 洪晓东, 肖坚伟, 蔡岳涛, 邱速希, 郑新玲, 郑鸿生 申请人:广东金刚玻璃科技股份有限公司