专利名称：冶金多晶硅太阳能电池片及太阳能电池板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能利用技术领域，尤其涉及一种应用冶金法提纯多晶硅工艺的太阳能电池片及具有该冶金多晶硅太阳能电池片的太阳能电池板。
背景技术：
对于高新技术光伏产业的可持续良性发展，研发低成本、环境友好的生产技术极为重要。国内外常规生产的多晶硅太阳电池片，都采用改良西门子法提纯的多晶硅材料，但由于改良西门子法提纯的多晶硅具有产能低、成本高、对环境污染大等缺点，限制了光伏产业低成本的商业运行及推广。与改良西门子法相比，冶金法提纯多晶硅的工艺因具有提纯技术产能大、生产工艺简单、提纯工艺不涉及化学过程与环境友好等优点，有着巨大的市场潜力和发展空间，所 以采用冶金法提纯的多晶硅太阳电池材料最有可能取代改良西门子法生产太阳能级硅材料。目前，国际、国内用冶金法提纯多晶硅及制作高效太阳能电池技术，都未形成规模化。因此针对冶金多晶硅电池生产中的关键环节进行探索，研制高效太阳电池，以期达到光伏发电低成本产业化的目标，成为一个重要课题。用冶金法提纯多晶硅后制造太阳能电池片的过程主要包括腐蚀制绒和在腐蚀制绒形成的绒面上镀双层减反射膜的过程。对于制绒过程，采用常规化学腐蚀液进行冶金多晶硅电池表面制绒，无法得到良好的绒面效果，且绒面的凹槽的深度也与后续的镀膜工艺缺乏很好的匹配。为配合太阳电池片厚度逐渐向减薄方向发展的需要，尽量减小对硅片的腐蚀量，以降低后续工序的碎片率。采用常规的丝网印刷技术进行商业化生产多晶硅电池，为降低成本已将硅片的厚度从200iim减为180 iim。如果仍用常规生产使用的制绒工艺，常规制绒时间2分钟，则腐蚀掉的多晶硅片厚度约在4. 2 4. 5iim，也即如图I所示的绒面的凹槽5的厚度为介于
4.2 4. 5iim之间。180 iim的硅片，减薄量较大会导致生产碎片率的上升。所以用现有的腐蚀制绒工艺进行冶金多晶硅片的绒面制备，无法制出良好的电池的绒面，也不能与后续的沉积氮化硅减反射膜工艺相匹配，导致电池的减反射膜色差大。另外，现有技术的用于西门子法多晶硅的PECVD双层镀膜工艺制备的冶金多晶硅太阳能电池片，如图I所示，其西门子法制备的多晶硅片I的绒面上具有双层氮化硅(SixNy)减反射膜，第一层膜41和第二层膜42的厚度都在40 45nm之间，第一层膜41折射率
2.I 2. 2，第二层膜42折射率2. 0 2. 1，总膜厚85 90nm，总折射率2. 0 2. I。该双层减反射膜存在的最大问题是色差大，30%以上的成品太阳电池片的外观不合格。若采用上述常规双膜工艺做标准，制备冶金法提纯的多晶硅电池的双层减反射膜的色差问题更为显著，可导致短路电流低。
发明内容[0008]本实用新型的目的在于提供一种冶金多晶硅太阳能电池片，以解决现有技术中太阳能电池片存在的色差及短路电流低的技术问题。本实用新型的另一目的在于提供具有本实用新型双层减反射膜太阳能电池片的一种太阳能电池板。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种冶金多晶硅太阳能电池片，所述冶金多晶硅太阳能电池片的硅片为冶金法提纯的多晶硅硅片，所述硅片的正面为腐蚀制绒所成的绒面，所述绒面的凹槽深度介于
3.2-4. 0微米之间；所述绒面的上表面涂覆有双层减反射膜，所述双层减反射膜均为氮化硅膜，所述双层减反射膜包括第一层膜和第二层膜；所述第一层膜，覆盖于所述太阳能电池片正面，具有第一折射率和第一厚度；所述第二层膜，覆盖于所述第一层膜上表面，具有第二折射率和第二厚度；所述第一层膜和所述第二层膜的总折射率介于I. 98-2. 03之间，且 所述第一折射率大于所述第二折射率，所述第二厚度大于两倍的所述第一厚度，所述第一厚度和所述第二厚度之和介于78-85纳米之间。本实用新型的冶金多晶硅太阳能电池片，优选的，所述凹槽的长度介于8. 6-11. I微米之间，所述凹槽的宽度介于I. 29-3. 92微米之间。本实用新型的冶金多晶硅太阳能电池片，优选的，所述第一折射率介于2. 79-2. 92之间。本实用新型的冶金多晶硅太阳能电池片，优选的，所述第二折射率介于1.9-2. 0之间。本实用新型的冶金多晶硅太阳能电池片，优选的，所述第二厚度介于56-60纳米之间。本实用新型的冶金多晶硅太阳能电池片，优选的，所述第一厚度介于21-26纳米之间。本实用新型的太阳能电池板内，封装有本实用新型的冶金多晶硅太阳能电池片。本实用新型的有益效果在于，本实用新型的双层减反射膜冶金多晶硅太阳能电池片，结合了冶金硅自身的特点及相应的制绒工艺，使耐腐蚀的冶金多晶硅腐蚀出质量较高的绒面，其凹槽的深度与后续的冶金法多晶硅的镀减反射膜工艺相匹配，二者相结合得到的太阳电池外观均匀且表面反射率低，同时提高了太阳电池片的短路电流和光电转换效率，降低了生产碎片率。对于双层减反射膜，第一层氮化硅减反射膜的厚度薄、折射率大，使得该层膜具有较高的Si-H键密度，有利于烧结工序的氢钝化，但光吸收损失大；第二层氮化硅减反射膜相对第一层膜则厚、折射率小，使得第二层膜的光吸收损失小，两层膜互补形成的双层减反射膜起到较好的减反射效果，一来提高光的吸收，增大短路电流，二来为后续工序提供了较好的氢钝化效果，提高了太阳电池片的光电转换效率。
图I为现有技术西门子法的冶金多晶硅太阳能电池片的截面示意图。图2为本实用新型优选实施例的双层减反射膜冶金多晶硅太阳能电池片的截面示意图。
具体实施方式
体现本实用新型特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。本实用新型实施例的太阳能电池板，封装有本实用新型实施例的冶金多晶硅太阳能电池片。但本实用新型的冶金多晶硅太阳能电池片的应用并不限于太阳能电池板，而可以应用到其他太阳能电池制品上。下面具体介绍本实用新型优选实施例的冶金多晶硅太阳能电池片。如图2所示，本实用新型实施例的冶金多晶硅太阳能电池片，其硅片I为冶金法提纯的多晶硅硅片，在腐蚀制绒过程在硅片I表面形成绒面，即腐蚀出大小均匀的凹槽3，凹槽3的长度约11. I 8. 6 ii m，宽度约I. 29 3. 92 y m，深度约3. 2 4. 0 y m ;经腐蚀后硅 片I表面厚度减少量为3. 2 4. 0 ii m，制出的多晶硅绒面与PECVD镀膜沉积的双减反射膜工艺相匹配，使电池表面的反射率可降到20%左右。如图2所示，在硅片I的绒面上，镀有两层厚度和折射率都不同的氮化硅(SixNy)减反射膜，第一层膜21在硅片正面表面上，第二层膜22在第一层膜21的上表面。其中，SixNy可有多种不同的形式,例如y = 4, X = 3,或者其他的比例。本实用新型实施例的冶金多晶硅太阳能电池片，两层氮化硅膜的总厚为78 85nm，总折射率I. 98 2. 03。其中，第一层膜21的折射率大于第二层膜22的折射率，第二层膜22的厚度至少大于两倍的第一层膜21的厚度，如果第一层膜的厚度为nl，第二层膜的厚度为n2，则n2 > 2nl。在此条件下，优选的，第一层膜21的厚度可为21 26nm，折射率可为2. 79 2. 92 ;第二层膜22的厚度为56 60nm，折射率为I. 9 2. O。本实用新型实施例的冶金多晶硅太阳能电池片，若入射光的波长在600 IOOOnm范围内时，该双层减反射膜仅有5 %以下的反射率，极大降低了太阳电池表面对光的反射，同时使冶金级多晶硅太阳电池的光电转换效率提高为0. 2% 0. 3 %。以下在介绍一下本实用新型的冶金多晶硅太阳能电池片的生产工艺及工艺参数，在腐蚀制绒过程中，反应温度可控制在9 11°C，腐蚀溶液配比例如可为HF HNO3 H2O=1 : 2. 5 : 2;腐蚀时间30 60s，比现有技术2分钟的制绒时间要短。再进行上述的腐蚀制绒过程后，还需第一次去离子水漂洗、碱性溶液去表面的多孔硅层、第二次去离子水漂洗、酸性溶液去表面金属离子、第三次去离子水漂洗及烘干。三次去离子水(DI)漂洗的时间可均为2分钟。所使用的碱性溶液配比为K0H(或NaOH) H2O=I 15 ;酸性溶液的配比为HCL HF H2O = I 3 8 ;碱性溶液去表面的多孔硅层的反应时间可为40 60秒，酸洗的时间可为120 150秒。本实用新型实施例的冶金多晶硅太阳能电池片，在进行上述的双层减反射膜镀膜时，温度可控制在450 480°C，压力控制在183 190Pa，镀膜设备的功率在3200 3800W。本实用新型实施例的冶金多晶硅太阳能电池片，在硅片I的绒面上表面沉积第一层膜21时，沉积时间在56 126秒内，根据电池的制绒腐蚀的减薄厚度来控制，镀膜过程中，硅烷的流量可在110毫升/分(sccm，标准状况，以下相同)，氨气流量可在5300毫升/分。本实用新型实施例的冶金多晶硅太阳能电池片，在硅片I表面沉积第二层膜22时，沉积时间在525 575秒内，根据电池的制绒腐蚀的减薄厚度来控制，镀膜过程中，硅烷的流量可在420晕升/分，氨气的流量可在6000晕升/分。在沉积第一层膜21的步骤和淀积第二层膜22的步骤之间，可具有缓冲工序，缓冲工序包括将上述硅烷和氨气抽空30秒及抽空后恒压30秒两个步骤。本实用新型的冶金多晶硅太阳能电池片，结合了冶金硅自身的特点及制绒工艺而进行镀膜，其中，第一层膜21的厚度薄、折射率大，使得该层膜具有较高的Si-H键密度，有利于烧结工序的氢钝化，但光吸收损失大；第二层膜22比第一层膜21厚，但折射率变小，使得第二层膜22的光吸收损失小，两层膜互补形成的双层减反射膜起到较好的减反射效果，一来提高光的吸收，增大短路电流，二来为后续工序提供了较好的氢钝化效果，提高了太阳电池片的光电转换效率。以8英寸(156mmX156mm)规格为例，本实用新型的冶金多晶硅太阳能电池片沉积薄膜后，外观色差锐减，每舟(144片)的色差片从10%降到4%，短路电流提高了 2% 5%，光电转换效率提高了 0. 20Z0 0. 3%。本领域技术人员应当意识到在不脱离本实用新型所附的权利要求所揭示的本实用新型的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本实用新型的权利要求的保护范围之内。
权利要求1.一种冶金多晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述冶金多晶硅太阳能电池片的硅片为冶金法提纯的多晶硅硅片，所述硅片的正面为腐蚀制绒所成的绒面，所述绒面的凹槽深度介于3. 2-4. O微米之间；所述绒面的上表面涂覆有双层减反射膜，所述双层减反射膜均为氮化硅膜，所述双层减反射膜包括第一层膜和第二层膜； 所述第一层膜，覆盖于所述太阳能电池片正面，具有第一折射率和第一厚度； 所述第二层膜，覆盖于所述第一层膜上表面，具有第二折射率和第二厚度； 所述第一层膜和所述第二层膜的总折射率介于I. 98-2. 03之间，且所述第一折射率大于所述第二折射率，所述第二厚度大于两倍的所述第一厚度，所述第一厚度和所述第二厚度之和介于78-85纳米之间。
2.如权利要求I所述的冶金多晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述凹槽的长度介于8. 6-11. I微米之间，所述凹槽的宽度介于I. 29-3. 92微米之间。
3.如权利要求2所述的冶金多晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述第一折射率介于2. 79-2. 92 之间。
4.如权利要求3所述的冶金多晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述第二折射率介于I. 9-2. 0 之间。
5.如权利要求3所述的冶金多晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述第二厚度介于56-60纳米之间。
6.如权利要求4所述的冶金多晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述第一厚度介于21-26纳米之间。
7.一种太阳能电池板，其特征在于，所述太阳能电池板内封装有权利要求1-6任一所述的冶金多晶硅太阳能电池片。
专利摘要本实用新型公开了一种冶金多晶硅太阳能电池片及太阳能电池板，冶金多晶硅太阳能电池片的硅片为冶金法提纯的多晶硅硅片，硅片的正面为腐蚀制绒所成的绒面，绒面的凹槽深度介于3.2-4.0微米之间，绒面上表面覆有双层减反射膜，双层减反射膜均为氮化硅膜，包括第一层膜和第二层膜；第一层膜覆盖于太阳能电池片正面，具有第一折射率和第一厚度；第二层膜覆盖于第一层膜上表面，具有第二折射率和第二厚度；第一层膜和第二层膜的总折射率介于1.98-2.03之间，且第一折射率大于第二折射率，第二厚度大于两倍的第一厚度，第一厚度和第二厚度之和介于78-85纳米之间。本实用新型解决了太阳能电池片色差问题及短路电流低的问题。
文档编号H01L31/0216GK202502997SQ201220162259
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者何杰, 李云, 李建, 谢俊叶, 马承宏 申请人:内蒙古日月太阳能科技有限责任公司, 包头市山晟新能源有限责任公司