CN101546790B - 一种利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，该方法首先在硅基体的背面镀钝化介质层，然后在钝化介质层上蒸镀铝层，再在铝层上印刷或涂敷铝热剂，然后用激光辐照点燃铝热剂，引发铝热反应产生高温，从而使铝层与硅基体熔融后结晶，最终形成良好的欧姆接触和铝背场。本发明采用激光间接烧结电极的方式，即用激光来诱导铝热剂的自发反应，反应产生的高温促使铝与硅片形成良好的欧姆接触，这样制得的太阳电池有较小的串联电阻；同时形成铝背场，制得的太阳电池有较大的短路电流。采用本发明的工艺，激光没有直接辐照在金属膜上面，对硅片的损伤减少到最低，进一步提高太阳电池的短路电流。

Description

一种利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种太阳电池电极的制备方法。
背景技术
探索太阳电池的新工艺来降低成本，同时提高转换效率，是太阳能产业化的必经途径。硅片背表面的复合对太阳电池效率的影响较大。现有的电极烧结工艺使太阳电池整个背面形成金属-半导体界面，该界面具有很高的少子复合速度，造成太阳电池的短路电流不高。因而点接触方式的背电极越来越受到关注，它可以减小金属--半导体接触区域的面积，从而有效地降低了太阳电池表面复合速率，对提高太阳电池性能特别是短路电流有很大的帮助。
目前制备点接触电极的方式有光刻技术(如PERC，PERL太阳电池)、激光烧结(如laser-fired contacts-LFC太阳电池)、腐蚀性浆料开孔等。光刻技术非常昂贵，产业化成本较高。激光烧结制备点接触电极被认为是一种较容易产业化的工艺，国外研究的激光烧结电极太阳电池效率达到21.2％。然而，现有的激光烧结电极(LFC)工艺采用的是激光直接辐照在用作背电极的金属膜(如铝Al)表面，因而存在以下两个问题：一是由于普通激光器脉冲的能量稳定性较差，作为电极的金属膜受脉冲激光辐照后，如果脉冲激光能量太小，则达不到烧结的温度，从而不能形成欧姆接触；如果脉冲激光能量太大，脉冲的激光会使金属膜蒸发掉，只在烧蚀坑的周边区域形成欧姆接触，制得的太阳电池有很高的串联电阻，同时激光对电池材料的损伤很大，制备出来的电池短路电流较低。二是即使脉冲激光能量大小合适，激光对电极下的材料也有一定损伤，这也从一定程度上降低了电池短路电流。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，该方法可制备出具有良好的欧姆接触和铝背场点接触电极，提高太阳电池的短路电流和开路电压。
本发明的目的通过采取以下技术方案予以实现：
一种利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，其特征在于，首先在硅基体的背面镀钝化介质层，然后在钝化介质层上蒸镀铝层，再在铝层上印刷或涂敷铝热剂，然后用激光辐照点燃铝热剂，引发铝热反应产生高温，从而使铝层与硅基体熔融后结晶，最终形成良好的欧姆接触和铝背场。
本发明所述的铝热剂呈点状，以一定阵列排布在铝层上。
本发明所述的铝层厚度为0.1～10um。
本发明所述的硅基体为p型单晶硅片或p型多晶硅片。
本发明所述的铝热剂是由还原性单质金属粉和金属氧化物组成，其中还原性单质金属粉占铝热剂的重量比例为2～30％，所述的还原性单质金属粉为铝粉或镁粉等，所述的金属氧化物为氧化铜或氧化钛等。
本发明所述的铝热反应产生高温(高于550℃)，并将高温传递给蒸镀在硅片上的铝层，使铝元素溶解在硅基体中形成良好的欧姆接触。
本发明所述的铝热反应产生高温(高于550℃)，并将高温传递给蒸镀在硅片上的铝层，使铝元素溶解在硅基体中形成良好的铝背场。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和技术效果：
a.能够用脉冲能量稳定性较差的激光器制备出具有良好的欧姆接触和铝背场点接触电极。
b.由于采用激光间接烧结制备点接触电极，可以制备出低损伤的电极接触点，降低金属半导体接触区域的载流子复合速率，提高太阳电池的短路电流和开路电压。
c.一定程度上弥补了激光器不稳定对电池工艺的影响，减小了在电极制备过程中激光对太阳电池的损伤。
附图说明
图1～6为本发明的制备流程示意图。
具体实施方式
本发明提供的利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，包括如下步骤：
(1)在硅基体1前表面经清洗制绒，扩散得到前表面发射结区9，镀前表面减反射膜10(如SiNx:H或SiO2等)，制备正面银栅线电极11，如图1所示；
(2)在硅基体1的背面上镀一层钝化介质层(2)(如SiNx:H或SiO2等)，如图2所示；
(3)在钝化介质层2上蒸镀一层铝层3，铝层3的厚度为0.1～10um，如图3所示；
(4)在铝层3上印刷或涂敷呈一定阵列排布的点状铝热剂4，如图4所示；
(5)用激光5辐照点燃铝热剂4，引发铝热反应，释放出高温(高于550℃)，如图5所示；
(6)在高温条件下，铝层3局部区域受热熔融，并穿透钝化介质层2与硅基体1产生硅铝共晶反应，硅铝合金在冷却过程中形成局域铝背场6(点接触电极)，如图6所示。
以上步骤中，硅基体为p型单晶硅片或p型多晶硅片；铝热剂是由还原性单质金属粉(如铝粉或镁粉等)和金属氧化物(如氧化铜或氧化钛等)组成，其中还原性单质金属粉占铝热剂的重量比例为2～30％。
本发明采用激光间接烧结电极的方式，即用激光来诱导铝热剂的自发反应，反应产生的高温促使铝与硅片形成良好的欧姆接触，这样制得的太阳电池有较小的串联电阻；同时形成铝背场，制得的太阳电池有较大的短路电流。在本发明的工艺过程中，激光没有直接辐照在金属膜上面，对硅片的损伤减少到最低，进一步提高太阳电池的短路电流。
总之，本发明例举了上述优选实施方式，但是应该说明，本领域的技术人员可以进行各种变化和改型。因此，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，其特征在于，首先在硅基体的背面镀钝化介质层，然后在钝化介质层上蒸镀铝层，再在铝层上印刷或涂敷铝热剂，然后用激光辐照点燃铝热剂，引发铝热反应产生550℃以上的高温，从而使铝层与硅基体熔融后结晶，最终形成欧姆接触和铝背场。
2.根据权利要求1所述的利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，其特征在于，所述的铝热剂呈点状，以一定阵列排布在铝层上。
3.根据权利要求1所述的利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，其特征在于，所述的铝层厚度为0.1～10um。
4.根据权利要求1所述的利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，其特征在于，所述的硅基体为p型单晶硅片或p型多晶硅片。
5.根据权利要求1所述的利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，其特征在于，所述的铝热剂是由还原性单质金属粉和金属氧化物组成，其中还原性单质金属粉占铝热剂的重量比例为2～30％。
6.根据权利要求5所述的利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，其特征在于，所述的还原性单质金属粉为铝粉或镁粉。
7.根据权利要求5所述的利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，其特征在于，所述的金属氧化物为氧化铜或氧化钛。
8.根据权利要求1所述的利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，其特征在于，所述的铝热反应产生550℃以上的高温，并将550℃以上的高温传递给蒸镀在硅片上的铝层，使铝元素溶解在硅基体中形成欧姆接触。
9.根据权利要求1所述的利用激光诱导铝热反应制备太阳电池背面点接触电极的方法，其特征在于，所述的铝热反应产生550℃以上的高温，并将550℃以上的高温传递给蒸镀在硅片上的铝层，使铝元素溶解在硅基体中形成铝背场。
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Assignee: ALTUSVIA ENERGY (TAICANG) Co.,Ltd.

Assignor: Sun Yat-sen University

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Denomination of invention: Method for preparing point contact electrode at back of solar cell by utilizing laser induced thermit reaction

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License type: Exclusive License

Open date: 20090930

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