CN101800267A

CN101800267A - 晶体硅太阳电池背点接触结构的制备方法

Info

Publication number: CN101800267A
Application number: CN201010123646A
Authority: CN
Inventors: 王懿喆; 周呈悦; 马小凤; 梅伟芳
Original assignee: SHANGHAI SOLAR BATTERY RESEARCH AND DEVELOPMENT CENTER
Current assignee: SHANGHAI SOLAR BATTERY RESEARCH AND DEVELOPMENT CENTER
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: CN101800267B

Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池背点接触结构的制备方法，具体是指对已制备好绒面结构和P-N结的清洗后的样品背表面用丝网印刷制备光刻胶点列阵，而后用真空镀膜或PECVD的方法制备SiO₂钝化膜，并用碱溶液去除光刻胶点列阵，从而形成背点接触结构。在具有该结构的衬底上制备铝电极后，在该点列阵处实现载流子收集和导出。本发明的制备方法的优点是：将激光烧蚀形成的背点接触结构列阵图形改为用丝网印刷的方法，具有成本低廉、适合于批量生产、同时对硅衬底无明显损伤。同时，背表面处155nm厚的SiO₂膜能够与铝背电极界面处形成在近红外光线漫射状态下的最高反射，从而提高了晶体硅电池的转换效率。

Description

晶体硅太阳电池背点接触结构的制备方法

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能光伏电池，具体是指晶体硅太阳能电池背点接触结构的制备方法。

技术背景

太阳能发电是近年来发展非常迅速的清洁能源技术之一。据统计，2008年全球太阳能电池产量7.9GW，与2007年相比增幅达85％。尽管如此，与传统火电相比，由于各类太阳电池成本昂贵，导致上网电价居高不下，太阳能发电仍然不具备明显价格竞争力，这是阻碍太阳能发电代替传统能源，大面积普及使用的一个主要瓶颈。如何降低太阳能发电的成本，是目前业界最关心的话题之一。

在目前所有太阳电池产品中，晶体硅(包括单晶硅和多晶硅)电池占据了90％左右的市场份额。尽管包括非晶硅电池在内的薄膜电池提供了一种低成本产品的前景，但由于转换效率不高等原因，目前还不能完全取代晶体硅电池。因此，可以说，在可以预见的将来，降低太阳电池成本，主要还是降低晶体硅电池的成本。为此，科学家们发展了各种新的电池技术。包括研究新型结构的电池，提高其转换效率，用材料工艺更简单、成本更低的多晶硅代替单晶硅，等等。

影响晶体硅太阳电池转换效率的关键因素之一是降低表面的少子复合速率，为此需要在硅片表面制备氧化物或氮化物作为钝化膜，消除表面的悬挂键。对于制备在硅太阳能电池背面的钝化膜，实际上要考虑两个方面的问题：一是钝化膜与背电极的铝膜形成高反射结构，将太阳光谱中尚未被硅片吸收的近红外区域的辐射反射回硅片内部，提高入射光谱的利用率；二是钝化膜不能完全覆盖背表面，需要预留收集载流子的金属电极与衬底硅片接触的点接触结构。为解决上述问题，一般采用的方法是在电池片背面用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)方法制备SiO₂膜，之后通过激光烧蚀在SiO₂膜上制作所需要大小和密度的孔列阵，背电极的金属铝通过这些孔与衬底硅片接触，烧结后形成局部背场收集载流子。这种制备点接触结构的方法的不足之处在于使用到的激光器比较昂贵，生产效率不高，同时激光烧蚀过程中对功率要求比较苛刻，功率过大会严重扭曲衬底硅片晶格结构，引起附加的复合中心。

赵雷等提出了“一种制备晶硅电池局域背接触的方法”(中国专利公开号CN101359702A)，实现了不使用激光器的工艺，但所用到氧化铝只能实现部分钝化，同时氧化铝不易实现背反射结构。

发明内容：

本发明的目的是提出一种简单的晶体硅太阳能电池背点接触结构的制备方法，该工艺过程中不使用激光器，而是在晶体硅太阳能电池背面用丝网印刷的方法制作光刻胶点接触结构的图形，之后制备所需要的钝化膜，最后用去胶液洗去光刻胶，从而形成点列阵接触结构。

本发明的晶体硅太阳能电池背点接触结构的制备方法，其具体制备步骤如下：

A.根据所设计的晶体硅太阳能电池结构，确定电池背点接触结构的样式，即点列阵的密度和载流子引出的电极接触点的大小。

B.根据该样式制作丝网印刷用的网板。

C.对用常规方法已制备好绒面结构和P-N结的清洗后的样品背表面印刷光刻胶点列阵图形，接着对光刻胶点列阵图形进行加热固化，固化温度在100-200℃之间。

D.将步骤C所得到的有光刻胶点列阵的样品表面，用真空热蒸发或等离子体气相化学沉积的方法制备特定厚度的钝化、增反射膜，具体为155nm厚度的SiO₂膜。

E.将步骤D所得到的有光刻胶点列阵和钝化膜的样品表面用去胶液洗去光刻胶点列阵，使在点列阵处暴露晶体硅衬底，形成点孔列阵。

F.将步骤E所得到的样品经漂洗、甩干后，用常规工艺方法完成后续上表面减反射膜及上、背表面的电极丝网印刷及烧结工艺，最终得到完整的电池结构。

本发明所指的晶体硅太阳能电池，既包括单晶硅太阳电池，又包括多晶硅太阳电池，以及其他在晶体硅衬底上制作的以P-N结为基础的太阳电池。

本发明所指的钝化膜为SiO₂钝化膜，该钝化膜能与其上覆盖的铝背电极形成高反射结构，能够将透射至背部的近红外辐射反射回硅片内部。

本发明的制备方法的优点是：成本低廉、适合于批量生产、同时对硅衬底无明显损伤。

附图说明

图1为晶体硅太阳能电池背点接触结构示意图；

图2为背表面丝网印刷光刻胶后的结构示意图；

图3为背表面制备钝化膜后的结构示意图；

图4为背表面用去胶液洗去光刻胶后得到的点接触结构示意图；

图5为从外部入射的平行光束经过晶体硅太阳能电池上表面绒面并到达背表面处的漫射状态；

图6为本发明计算得到的高反射结构与一般电池对红外区光谱的反射率比较。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方法作进一步的详细说明：

如图1所示，晶体硅太阳能电池上表面为具有绒面结构的电池基体1和上表面金属栅线2，背表面沉积有钝化膜3和铝背电极4。

本发明所涉及的晶体硅太阳能电池背点接触结构制备工艺如下：

1.根据所需的晶体硅太阳能电池结构，确定电池背点接触结构的样式，即点列阵的密度和导电的接触点的大小。接触点的大小通常为0.1-0.2mm，点间距为2mm左右，根据该样式制作丝网印刷用网板。

2.在清洗后的已制备好绒面结构和P-N结的样品背表面印刷点列阵图形，所用的光刻胶既可以为正胶，也可以为反胶，对光刻胶的点列阵图形进行加热固化，固化温度在100-200℃之间，见图2。图中5为点阵处的光刻胶柱体。

3.将步骤2所得到的有光刻胶点列阵的样品放入真空室，用真空热蒸发或PECVD的方法，在有光刻胶点列阵的表面制备SiO₂钝化膜。所制备的SiO₂膜厚度为155nm，见图3。

本发明在晶体硅背表面采用SiO₂钝化膜，是考虑了SiO₂钝化膜与铝背电极可形成高反射结构，SiO₂钝化膜的厚度是考虑了入射光线从上表面入射后，由于上表面存在的绒面结构，使得入射到背表面处的光线入射角为0-90°的漫射状态，根据此入射状态，通过数学模型计算得到的SiO₂钝化膜最佳厚度为155nm。

4.将步骤3所得到的样品置于碱性溶液中，溶去点列阵处的光刻胶，暴露出原来的硅衬底。该溶液可为NaOH、KOH、AMTH等碱性溶液，溶液的质量比浓度在5-50％之间，溶液的碱性越强，去胶时间越短。所得到图形如图4所示。

5.将步骤4所得到的样品经漂洗、甩干后，用常规工艺方法完成后续成上表面减反射膜和上、背表面电极丝网印刷及烧结工艺，最终得到完整的电池结构。

Claims

1.一种晶体硅太阳能电池背点接触结构的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：

A.根据所设计的晶体硅太阳能电池结构，确定电池背点接触结构的样式，即点列阵的密度和导电的接触点的大小；

B.根据该样式制作丝网印刷用的网板；

C.对已制备好绒面结构和P-N结的清洗后的样品背表面印刷光刻胶点列阵图形，接着对光刻胶点列阵图形进行加热固化，固化温度在100-200℃之间；

D.将步骤C所得到的有光刻胶点列阵的样品表面，用真空热蒸发或等离子体气相化学沉积的方法制备SiO2钝化膜，其厚度为155nm；

E.将步骤D所得到的有光刻胶点列阵和钝化膜的样品表面用去胶液洗去光刻胶点列阵，使在点列阵处暴露晶体硅衬底；

F.将步骤E所得到的样品经漂洗、甩干后，用常规工艺方法完成后续上表面减反射膜和上、背表面铝电极丝网印刷及烧结工艺，最终得到完整的电池结构。

2.根据权利要求1的一种晶体硅太阳能电池背点接触结构的制备方法，其特征在于：所说的钝化膜为与其上覆盖的铝背电极形成高反射结构的SiO2钝化膜。