[发明专利]一种溶液法制备晶体硅太阳能电池的工艺

说明书

本发明公开了一种溶液法制备晶体硅太阳能电池的工艺，在磷酸溶液中添加乙醇、聚乙二醇、乙烯基三甲氧基硅烷等作为磷扩散溶液源，并采用超声雾化喷涂法把扩散液均匀涂覆在硅片表面，然后磷在高温下扩散从而获得表面均匀的掺杂浓度。本发明采用溶液喷涂法制备二氧化钛抗反射膜替代PECVD法制备的氮化硅抗反射膜，在四氯化钛溶液中添加阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、异丙醇等组成的微乳液为二氧化钛薄膜的前驱体溶液，以提高薄膜对硅表面的钝化功能。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别是涉及一种溶液法制备晶体硅太阳能电池的工艺。

背景技术

目前，晶体硅太阳能电池已经占据光伏市场的90％以上，主流的晶体硅电池制备工艺主要包括：清洗与制绒、扩散、去除磷硅玻璃、沉积氮化硅抗反射薄膜、印刷电极、高温烧结等。其中，扩散是最为关键的工艺，通过扩散形成p-n结，产生内建电场，分离光生载流子(电子和空穴)，最终使得它们分别被硅片前后表面两个电极收集。目前主流的晶体硅电池主要是使用p型晶体硅片，在现有的工业化生产中，采用三氯氧磷液态源扩散形成p-n结。三氯氧磷是目前太阳能电池行业使用最多的一种掺杂源，是一种无色透明、有窒息性气味的毒性液体，极易挥发和水解，因此对扩散系统的密封性要求很高。在大于600℃温度下三氯氧磷分解生成五氯化磷和五氧化二磷，生成的五氧化二磷在扩散温度(通常为900℃)下与硅反应，生成二氧化硅和磷原子，并在硅片表面形成磷硅玻璃，然后磷原子再往硅内部扩散，形成p-n结。三氯氧磷热分解时，没有氧气在参与下，其分解是不充分的，生成的五氯化磷不易分解，且对硅有腐蚀作用，会破坏硅片的表面状态。但在，当有氧参与的情况下，五氯化磷会进一步分解成五氧化二磷并放出氯气，而氯气是一种有强烈刺激性气味的剧毒气体。目前晶体硅电池的抗反射层-氮化硅是利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法制备，是制备电池工序中所需设备最昂贵的，而且使用的反应气体硅烷是具有毒性且易燃易爆的。

由于常规的晶体硅太阳能电池的制备工艺中使用的三氯氧磷液体和硅烷气体是具有毒性且易燃易爆的，废气需要经过处理才能排放到大气中，而且采用PECVD法沉积氮化硅的成本很高，因此，需要发展一种简单、对环境友好、低成本的晶体体硅电池的制备方法。目前已经有文献报导了采用在硅片上旋涂磷酸(H₃PO₄)溶液然后高温退火，从而达到磷扩散掺杂的目的。磷掺杂原理如下：磷酸在213℃时失去部分水变成焦磷酸(H₄P₂O₇)，在300℃时失去一个水分子，变为偏磷酸(HPO₃)，当温度继续升高到480℃时，水分子全部失去生成五氧化二磷。五氧化二磷在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅和磷原子。为了增加磷酸旋涂溶液的稳定性，通常添加乙醇、异丙醇或二丁醇等有机溶剂，但是从现有的文献来看，磷酸旋涂液与硅表面的浸润性较差，使得旋涂液很难均匀被旋涂在硅片表面，导致硅表面磷掺杂浓度的均匀性较差。另外，为了增加硅片对光的吸收，硅片表面通常要进行制绒，在制绒后的硅片表面旋涂磷酸掺杂溶液，会导致旋涂液很难到达硅表面的金字塔底部，使得致磷掺杂的均匀性也会变差。

为了替代PECVD法沉积的氮化硅抗反射薄膜，也有文献报导利用二氧化硅旋涂溶液在高温下形成二氧化硅或在高温氧化时形成二氧化硅抗反射薄膜，但是银浆在二氧化硅薄膜中的烧穿(Fire-through)能力很弱，会使得银电极与硅的接触性能变差，导致接触电阻增大，影响电池的效率。由于二氧化钛在银浆高温烧结时比二氧化硅具有更好的烧穿功能，银可以穿透二氧化钛而形成良好电接触。

综上所述，开发一种低成本的晶体硅太阳能电池的磷扩散和制备二氧化钛抗反射层的工艺，保证硅表面磷掺杂浓度分布均匀，二氧化钛薄膜与银浆具有很好的烧穿功能，对降低晶体硅电池的生产成本、同时减少对环境造成的污染有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备太阳能电池的工艺，具有良好的磷扩散效果和二氧化钛抗反射膜。

为此，本发明采用的技术方案是这样的：