硅衬底的制造方法、硅衬底及太阳能电池与流程

1.本发明涉及一种硅衬底的制造方法、硅衬底及太阳能电池。


背景技术：

2.随着太阳能电池技术的发展，晶硅太阳能电池市场竞争日益激烈。于是，在光伏行业，成本的任何降低都是非常重要的。因此，人们不断致力于降低工艺成本，以增强产品的成本竞争力。而提高硅太阳能电池的生产效率成为降低制造成本的重要手段。在现有技术中，经常采用双面制绒的方法来制造太阳能电池的硅衬底，在一面制绒之后在另一面再进行制绒步骤，而且太阳能电池的硅衬底的背光面不包括抛光面。这样一方面在制造硅衬底时需要分两步进行制绒使得太阳能电池的生产效率较低，从而导致制造成本较高。另一方面，导致无法为后续的加工工艺提供反射性良好的太阳能电池硅片，无法提供更光滑的背光面以便于后续的化学钝化处理。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种硅衬底的制造方法，其既能提供良好的钝化效果又实现了生产效率的提高和制造成本的降低，从而实现了质量好、成本低和制造方法简单的优势。本发明还提供了一种利用该制造方法制造的硅衬底和太阳能电池。
4.本发明提供了一种硅衬底的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：提供包括受光面和背光面的衬底；同时地对所述受光面和所述背光面进行抛光；以及同时地对所述受光面和所述背光面进行制绒以在所述受光面上形成减反射绒面且在所述背光面的一部分上形成绒面区域，使得制绒后的所述背光面上包括抛光面区域和所述绒面区域。
5.采用本发明提供的硅衬底的制造方法，一方面，该硅衬底的背光面包括抛光面区域和绒面区域，由于抛光面区域占据背光面的一部分面积，提供了更光滑的背光面，从而能够为后续的加工工艺提供良好的反射性，以便获得良好的钝化效果等。更进一步地，在本发明的制造方法中，对受光面和背光面进行制绒以在受光面上形成减反射绒面且在背光面的一部分上形成绒面区域的步骤是同时进行的。相比之下，在现有技术中，通常先形成一面的绒面结构再形成另一面的绒面结构，不仅需要进行两个制绒步骤，而且在进行第二次制绒步骤时还需要提供掩膜以保护先前制得的绒面结构不受损。因此，本发明不仅将两面的制绒合成为一步进行，而且无需在制绒步骤提供用于保护绒面结构的掩膜，这样能够快速制造出符合要求的硅衬底，进而进一步提高了太阳能电池整体的生产效率，而且进一步降低了制造成本。
6.在一些实施例中，该制造方法还包括以下步骤：在对所述受光面和所述背光面进行抛光之后，在所述受光面和所述背光面上制备掩膜以覆盖所述受光面和所述背光面，然后去除所述受光面上的掩膜和所述背光面上的部分掩膜。
7.在一些实施例中，在同时地对所述受光面和所述背光面进行制绒的步骤中，通过
刻蚀对所述受光面和所述背光面进行制绒，使得所述背光面的刻蚀深度小于6微米以形成所述减反射绒面和所述绒面区域。
8.在一些实施例中，在同时地对所述受光面和所述背光面进行制绒的步骤中，对所述受光面进行制绒的方法包括碱制绒、酸制绒、其他化学刻蚀以及离子刻蚀方法。本发明的太阳能电池的制造方法中，能够实现对受光面和背光面的同时制绒从而进一步提高了太阳能电池整体的生产效率。
9.在一些实施例中，在同时地对所述受光面和所述背光面进行制绒的步骤中，对所述背光面进行制绒的方法包括激光刻蚀和化学刻蚀法。在本发明的硅衬底的制造方法中，能够实现对受光面和背光面的同时制绒从而进一步提高了太阳能电池整体的生产效率。
10.在一些实施例中，在进行抛光和制绒时采用koh作为刻蚀剂，采用氧化硅作为介质材料。
11.本发明还提供一种上述制造方法制造的硅衬底。
12.采用本发明提供的硅衬底，使其背光面包括抛光面区域和绒面区域而且抛光面区域占据背光面的一部分面积，提供了更光滑的背光面，从而能够为后续的加工工艺提供良好的反射性，以便获得良好的钝化效果等。而且该硅衬底能够以更低的成本获得。
13.本发明还提供一种包括上述制造方法制造的硅衬底的太阳能电池。
14.采用本发明提供的太阳能电池，其硅衬底的背光面包括抛光面区域和绒面区域而且抛光面区域占据背光面的一部分面积，提供了更光滑的背光面，从而能够为后续的加工工艺提供良好的反射性，以便获得良好的钝化效果等。而且该太阳能电池能够以更低的成本获得。
15.在一些实施例中，所述太阳能电池还包括金属栅线电极，所述金属栅线电极形成在所述硅衬底的所述背光面的所述绒面区域上且所述背光面的所述绒面区域的位置与所述金属栅线电极的位置相同。
16.在一些实施例中，所述绒面区域的宽度比所述金属栅线电极宽5微米至500微米。通过采用本发明的这种设置方式，可以防止连接两个发射极导致漏电失效。
17.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
18.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
19.图1为根据本发明一个实施例的硅衬底的一部分的侧视示意图。
20.图2示出用于获得根据本发明一个实施例的硅衬底的步骤。
21.图3为用于获得根据本发明一个实施例的硅衬底的流程图。
22.图4为根据本发明一个实施例的太阳能电池的一部分的侧视示意图。
23.图5为用于获得根据本发明一个实施例的太阳能电池的流程图。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
25.需要说明的是，本发明中的附图不一定是按照比例绘制的，为了更清楚地示出结构，附图可能会将其某一部分放大或缩小。
26.图1为根据本发明一个实施例的硅衬底的一部分的侧视示意图；图2示出用于获得根据本发明一个实施例的硅衬底的步骤；图3为用于获得根据本发明一个实施例的硅衬底的流程图；图4为根据本发明一个实施例的太阳能电池的一部分的侧视示意图；图5为用于获得根据本发明一个实施例的太阳能电池的流程图。本领域技术人员将理解到，为了能够更清楚地示出硅衬底100和太阳能电池200的具体结构，图1、2和4仅示出了硅衬底100和太阳能电池200的一部分；另外本领域技术人员还可以理解到，图1、2和4中夸张示出了硅衬底100和太阳能电池200中的绒面。另外，图1、2和4中所示出的部分可以作为一基本单位在x-x和z-z方向上重复，其中参见图1和4，x-x方向为附图中的左右方向，y-y方向为附图中的竖直方向，并且z-z方向为附图中的与x-x和y-y方向均垂直的方向。
27.硅衬底100
28.下面将参考图1，描述硅衬底100的一个实施例。硅衬底100可以包括p、n型单晶硅或多晶硅材料。在一些实施例中，硅衬底100可以包括n型单晶体材料。
29.如图1所示，硅衬底100包括沿y-y方向设置的两个相反表面；其中，受光面101朝向阳光，接受辐射；背光面102背向阳光。更具体而言，硅衬底100包括：受光面101，其为绒面，具体而言，受光面101通过制绒工艺而形成为减反射绒面；和背光面102，其经过抛光处理和制绒处理而包括抛光面区域103和绒面区域104。在一些实施例中，抛光面区域103可以占据背光面102的面积的大于例如30％；在一些实施例中，抛光面区域103可以占据背光面102的面积的大于例如50％。
30.背光面102的绒面区域104可以包括金属接触区208和非金属接触区209(可以参见附图4所示的标记)二者。在一些实施例中，金属接触区208为太阳能电池的例如金属栅线电极接触区等。在形成背光面102结构之后的工艺中包括通过例如丝网印刷等在金属接触区208中形成金属栅线电极的步骤，在形成硅衬底100的背光面102结构的步骤与形成金属栅线电极的步骤之间可以包括形成其他结构的步骤，具体方法在本实施例中不受限制。另外背光面102的抛光面区域103可以通过例如丝网印刷金属浆料而包括第二金属接触区和第二非金属接触区。
31.在一些实施例中，背光面102上的绒面区域104形成有绒面结构阵列，绒面结构阵列可以根据需要按照合适的方式进行设置。下面描述了一些绒面结构阵列可以实现的方式。
32.绒面结构阵列中的每个绒面结构在背光面102上沿x-x方向以第一间隔间隔开，抛光面区域103设置在各个绒面结构之间。即，每个绒面结构沿x-x方向与其相邻的下一绒面结构之间的距离为第一间隔。在一些实施例中，第一间隔为恒定的；在另一些实施例中，第一间隔可以为变化的。绒面结构为微米级的，在一些实施例中，绒面结构的高度在0.1μm和10μm之间；在一些实施例中，绒面结构的高度小于6μm。在一些实施例中，第一间隔可以介于
0.1mm和10mm之间；在其他实施例中，第一间隔可以设置为其它值。在一些实施例中，每个绒面结构的微观结构可以包括例如金字塔形结构等。在一些实施例中，每个绒面结构包括多于2排沟槽；在一些实施例中，每个绒面结构包括多于5排沟槽。
33.在一些实施例中，绒面结构沿着z-z方向延伸从而覆盖太阳能电池硅片的z-z方向。在一些实施例中，每个绒面结构在背光面102上沿z-z方向以第二间隔间隔开，即沿z-z方向与其相邻的下一绒面结构之间的距离为第二间隔。在一些实施例中，第二间隔为恒定的；在另一些实施例中，第二间隔可以为变化的。在一些实施例中，第二间隔介于0.1mm和10mm之间；在其他实施例中，第二间隔可以设置为其它值。
34.可以理解到，背光面102上的绒面区域104的绒面结构阵列可以按照各种合适的方式进行设置，而不限于以上的描述。
35.硅衬底100的制造方法
36.下面请参阅图2-3，将具体描述本发明的硅衬底100的制造方法的一个实施例。根据本发明的硅衬底100的制造方法的一个实施例，如图3所示包括以下步骤：
37.s1.提供包括受光面101和背光面102的硅衬底。
38.s2.同时对受光面101和背光面102进行抛光(参见图2的(a))。
39.s3.在受光面101和背光面102上制备掩膜(参见图2的(b))。
40.s4.去除受光面101上的掩膜和背光面102上的部分掩膜(参见图2的(c))。
41.s5.同时地对受光面101和背光面102进行制绒以在受光面101上形成减反射绒面且在背光面102的一部分上形成绒面区域(参见图2的(d))，使得制绒后的背光面上包括抛光面区域103和绒面区域104。
42.本发明的制造方法简单，只需同时对受光面101和背光面102进行抛光，然后同时对受光面101和背光面102进行制绒，从而将抛光和制绒步骤都简化为一步进行，实现了生产效率的提升和成本的降低。
43.这里，所提供的方法和依照该方法提供的硅衬底100可以适用于多种电池，而不限定电池类型，另外也不对其它的工艺流程进行限定，本领域技术人员可以根据需要增加其它工艺流程。
44.太阳能电池200
45.下面将参考图4，描述包括采用上述方法制造的硅衬底100的太阳能电池200的一个实施例。
46.太阳能电池200包括硅衬底100。如上文所述，硅衬底100包括受光面101和背光面102，受光面101制成为减反射绒面，背光面102包括抛光面区域103和绒面区域104。
47.在本发明的实施例中，在对受光面101和背光面102进行抛光而形成抛光面之后，再对背光面102进行刻蚀以形成包括绒面结构的绒面区域104。在一些实施例中，同时地执行对受光面101进行制绒以形成绒面的操作以及对背光面102进行制绒以形成绒面区域104的操作。在一些实施例中，将受光面101制作为减反射绒面，并且可以在制作受光面101的绒面的同时，也将背光面102局部刻蚀，以去除掉不需要的部分而形成背光面2上的绒面结构，由此得到背光面局部反应面。绒面制作方法，即减反射绒面制作方法包含但不限于碱制绒、酸制绒、以及其他各种化学、离子刻蚀等方法。制得背光面局部反应面可以采用的方法包含但不限于激光去除、化学去除等。
48.太阳能电池200还包括pn结层(可以根据需要形成在抛光面区域103中，因此在图中未示出)，pn结层通过扩散掺杂形成在背光面102上。太阳能电池200在背光面102上还包括金属栅线电极210，金属栅线电极210形成在硅衬底100的绒面区域103的金属接触区208上且形成为与金属接触区208的形状一致，背光面102的绒面区域104与金属接触区208和非金属接触区209二者重叠。太阳能电池200在背光面102的抛光面区域103上还包括第二金属电极。
49.在可选的实施例中，太阳能电池200还包括在受光面101上通过扩散掺杂形成的前表面场(未示出)、以及受光面钝化层204。
50.太阳能电池200还包括背光面钝化层205，其形成在背光面102上。在可选的实施例中，太阳能电池200还可以包括减反射膜206，减反射膜206形成在背光面钝化层205上。
51.背光面102的绒面结构的表面形貌，即背光面局部反应后的表面形貌与受光面101的绒面的表面形貌可以相同或不同。在一些实施例中，背光面102的绒面区域104中的绒面结构和受光面101的减反射绒面包括金字塔形结构。
52.该太阳能电池既保证了良好的钝化效果还具有容易制造、生产效率高和成本低的优势。
53.太阳能电池200的制造方法
54.下面请参阅图5，将具体描述本发明的太阳能电池200的制造方法的一个具体实施例。本领域技术人员将理解到这里提供的具体实施例仅仅是示例性的，可以根据需要添加或删减一些步骤。
55.根据本发明的太阳能电池200的制造方法的本实施例包括以下步骤：
56.s11.提供硅衬底。在本实施例中，硅衬底可以包括n型单晶硅材料。
57.s12.同时地对硅衬底的受光面101和背光面102进行抛光，形成抛光面。
58.在一些实施例中，在进行抛光时可以采用koh作为刻蚀剂，采用氧化硅作为介质材料。
59.s13.同时对硅衬底的受光面101和背光面102进行制绒，以在受光面101形成减反射绒面且在背光面102的一部分上形成绒面区域104，使得获得的背光面102包括抛光面区域103和绒面区域104。
60.在一些实施例中，对受光面进行制绒的方法包括碱制绒、酸制绒、其他化学刻蚀以及离子刻蚀方法，对所述背光面进行制绒的方法包括激光刻蚀和化学刻蚀法。
61.更具体地，在一些实施例中，在进行制绒时可以采用koh作为刻蚀剂，采用氧化硅作为介质材料。使用koh刻蚀背光面，控制减薄量，以保证背面绒面不被刻蚀掉。
62.在一些实施例中，经过制绒后最终形成的减反射绒面和绒面区域104的表面形貌可以根据具体需要而相同或不同。例如，在一个实施例中，在采用酸、碱制绒的方法中，通过将硅衬底浸没在制绒溶液中并在受光面101和/或背光面102上提供不完整的介质层而在受光面101和背光面102的绒面区域104中提供不同的表面形貌，从而可以对受光面101和背光面102实现更多变的表面形貌。
63.在优选实施例中，减反射绒面和绒面区域104可以采用金字塔型绒面形貌。
64.在该s13步骤中，在对背光面进行局部刻蚀时以获得绒面区域104，背光面的局部区域的刻蚀深度小于6微米，并且使得绒面区域104包括金属接触区和非金属接触区二者，
从而绒面结构中的沟槽数目与金属电极栅线可以不一致。具体而言，绒面区域104形成为比金属接触区208宽例如5微米至500微米，从而防止漏电失效。
65.在s13步骤中，对硅衬底的受光面和背光面同时制绒，这样能够低成本且快速制造出符合要求的硅衬底，进而进一步提高了太阳能电池整体的生产效率。
66.s14.在背光面102上扩散掺杂形成pn结层(在图中未示出)。
67.在一些实施例中，在背光面102上扩散例如硼形成pn结层。在对背光面102进行了硼扩散掺杂之后，可以采用例如氢氟酸对硼扩散处理得到的硅片进行处理，以便去除硅片背光面的bsg层。在一些实施例中，pn结层可以形成在背光面102的抛光面区域103中。
68.在一些实施例中，在s14步骤之后可以包括对受光面101进行磷扩的步骤，以在受光面101形成前表面场。在对受光面101进行了磷扩散掺杂之后，可以采用例如氢氟酸水溶液清洗受光面101和背光面102上的psg等。
69.s15.在受光面101和背光面102上镀钝化层。
70.钝化层可以由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镓、氧化锌和氧化钛中的一种或几种组成。在本发明的一些实施例中，可以在受光面101上依次沉积氧化铝层和氮化硅层形成受光面钝化层204，并且可以在背光面102上沉积氮化硅层以形成背光面钝化层205。
71.由于之前在s13步骤中对背光面102进行了抛光处理，抛光面占据背光面102的一部分面积，因此在s15步骤中，钝化层在背光面上的沉积更加致密，钝化效果更好。该钝化处理可以获得好的钝化效果。
72.在s15步骤之后，还可以在受光面101和背光面102的钝化层上形成减反射膜。在图中示出了背光面102上的减反射膜206。
73.在另外一些实施例中，在形成减反射膜206之后，可以在背光面102上镀保护层。
74.s16.在背光面102中印刷金属浆料，从而在背光面102上形成金属电极。
75.金属电极包括形成在背光面102的绒面区域104的金属接触区208上的金属栅线电极以及形成在与背光面102的抛光面区域103中的第二金属电极(附图中未示出)。
76.具体而言，绒面区域104包括金属接触区208和非金属接触区209，在绒面区域104中，通过印刷金属浆料将金属栅线电极形成在硅衬底的背光面102的金属接触区208上使得金属栅线电极的位置与背光面102的绒面区域104的位置相同。在一些实施例中，绒面区域104的宽度比金属栅线电极宽5微米至500微米。
77.金属浆料的材料包括但不限于银、铝、铜、镍、钛、锡、铅、镉、金、锌的一种或多种金属或他们的合金。在一些实施例中，金属浆料可以为银浆料，其中可以采用丝网印刷的方式制备受光面和背光面的电极，其中背光面电极丝网印刷时，将银栅线形成在金属接触区中使得绒面区域比金属接触区更宽。
78.s17.印刷后进行烧结，完成整个制造过程。
79.由此获得包括图2所示结构的太阳能电池200。
80.太阳能电池的制造方法具有以下优势：能够以成本低、方法简单、生产效率得到提高的方式获得太阳能电池。
81.本领域的技术人员可以理解到，获得太阳能电池200的方法步骤不限于上述实施例的描述，在各步骤之间可以增加其他步骤，也可以省略一些步骤。
82.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。