CN102185030A - 基于n型硅片的背接触式hit太阳能电池制备方法 - Google Patents

基于n型硅片的背接触式hit太阳能电池制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在N型硅衬底上制备背接触式HIT太阳能电池的方法。本发明的制备工艺将常规晶硅电池生产工艺和薄膜太阳能电池生产工艺结合，方法简单，能够迅速产业化；采用该方法制备的太阳能电池不会出现晶硅太阳能电池的光致衰减现象；太阳光在电池内传播光程更长，电池较常规晶硅太阳电池厚度大大减薄；电极全部印刷在电池背面，即避免了常规太阳能电池正面电极遮光的问题，又降低了对电极印刷精度和高宽比的要求；在组件生产中使用本电池可减少焊接工序，节约焊带，降低组件生产成本。

Description

基于N型硅片的背接触式HIT太阳能电池制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制备方法，具体涉及一种在N型硅衬底上制备背接触式HIT太阳能电池的方法。
背景技术
太阳能产业的迅速发展需求一种工艺流程简单，光电转化效率高的产业化技术来降低发电成本，达到与市电同价或低于市电电价的目标。
当前常规晶硅电池随着产业化的发展，转换效率提升和成本降低都有了较大的进步。但常规晶硅电池的本身技术特点限制了其发电成本的进一步降低，难以达到市电同价的目标。业界出现了多种解决方案，包括选择性发射极太阳能电池、背接触式太阳能电池、HIT电池等。同时新的技术，如激光技术、LIP技术、光刻技术等的出现也为太阳能电池进一步的转换效率提升和成本降低提供了可能。
目前在各种高效太阳电池中，背接触电池和HIT电池是极为有效地解决方案。背接触电池提高太阳能电池的光利用率，使得效率有了巨大提升。但是其多采用了激光技术，成本较高且产能较小。HIT电池减少了电池厚度且效率较常规晶硅电池有了提高，但其仍在电池正面印刷银电极，遮光率的问题没有解决。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种在N型硅衬底上制备背接触式HIT太阳能电池的方法，该方法可提高晶体硅太阳能电池的效率，适用于产业化生产。
本发明采用的技术方案为一种基于N型硅片的背接触式HIT太阳能电池制备方法，步骤包括：
(1)在制绒后的N型硅片正表面沉积一层高浓度N+型非晶硅薄膜；
(2)在N型硅片背表面依次沉积一层本征非晶硅薄层和一层P型非晶硅薄层；
(3)在N型硅片背表面采用丝网印刷烧结方式沉积SiO2作为掩膜；
(4)在N型硅片正表面沉积氮化硅减反射层；
(5)使用强碱溶液腐蚀背表面掩膜未遮档区域直至露出N型硅基体；使用HF酸腐蚀掉SiO2掩膜以露出P型非晶硅；
(6)在硅片背表面沉积一层SiO2薄层作为背面钝化层和反射面；
(7)在背表面的N型区域和P型区域分别丝网印刷导电浆料经烧结作为N区电极和P 区电极。
步骤（1）和（2）中在N型硅片正表面沉积N+型非晶硅薄层以及在背表面依次沉积一层本征非晶硅薄层和一层P型非晶硅薄层，膜厚度范围均为1~50000nm。
步骤（4）在N型硅片正表面沉积氮化硅减反射膜采用PECVD技术，减反射膜厚度为75~85nm，折射率为2.0~2.2。
步骤（5）使用强碱溶液腐蚀掩膜未遮挡区域非晶硅薄膜至露出N型晶硅基体表面，所用强碱腐蚀剂可以为KOH、NaOH或四甲基氢氧化铵(TMAH),碱溶液浓度为0.1%~40%；使用HF溶液去除SiO2掩膜，HF酸浓度为1%~40%。
步骤（6）在硅片背面沉积一层SiO2薄层作为背面钝化层和反射面，SiO2薄层厚度在1~50000nm。
步骤（7）在背表面的N型区域和P型区域分别丝网印刷导电浆料经烧结作为N区电极和P 区电极，N型区域上采用的电极印刷材料为银浆；P型区域上采用的电极印刷材料为银浆、银铝浆，或者是类似常规太阳能电池背面银铝相接的结构的一种。
本发明的有益效果是：一种在N型硅衬底上制备背接触式HIT太阳能电池的方法，首先对N型硅片进行清洗和制绒；在制绒后的N型硅片正表面沉积一层高浓度N+型非晶硅薄膜；在背表面依次沉积一层本征非晶硅薄层和一层P型非晶硅薄层；在硅片背表面采用丝网印刷烧结方式沉积SiO2作为掩膜，采用丝网印刷的方式把SiO2浆料印刷在硅片背面，烧结形成掩膜的方法使掩膜形状更精准和易控；在硅片正表面生长氮化硅减反射层；使用强碱溶液腐蚀背表面掩膜未遮档区域直至露出N型硅基体；使用HF酸腐蚀掉SiO2掩膜以露出P型非晶硅；在硅片背面沉积一层SiO2薄层作为背面钝化层和反射面；在背表面的N型区域和P型区域分别丝网印刷导电浆料经烧结作为N区电极和P 区电极。采用该方法制备的太阳能电池不会出现晶硅太阳能电池光致衰减现象；太阳光在电池内传播光程更长，电池较常规晶硅太阳电池厚度大大减薄；电极全部印刷在电池背面，即避免了常规太阳能电池正面电极遮光的问题，又降低了对电极印刷精度和高宽比的要求；在组件生产中使用本电池可减少焊接工序，节约焊带，降低组件生产成本。本发明的制备工艺将常规晶硅生产工艺和薄膜太阳能电池生产工艺结合，方法简单，能够迅速产业化。
附图说明：
图1所示为本发明电池结构示意图；
图2所示为本发明实施例1和2中电池背面的掩膜区域的示意图；
图3所示为本发明实施例1和2中背面电极的示意图；
图4所示为本发明工艺流程图。
图中，1. N型硅片，2. N+非晶硅薄膜，3. 本征非晶硅薄层，4. P型非晶硅薄层，5. 氮化硅减反射膜，6. SiO2薄层，7. N区电极，8. P区电极，9. SiO2掩膜。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面结合附图和实例来说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
一种基于N型硅片1的背接触式HIT太阳能电池制备方法，首先对N型硅片1进行清洗和制绒；在制绒后的N型硅片1正表面沉积一层高浓度N+型非晶硅薄膜2；在背表面依次沉积一层本征非晶硅薄层3和一层P型非晶硅薄层4；在硅片背表面采用丝网印刷烧结方式沉积SiO2作为SiO2掩膜9；在硅片正表面生长氮化硅减反射层5；使用强碱溶液腐蚀背表面掩膜未遮档区域直至露出N型硅基体；使用HF酸腐蚀掉SiO2掩膜9以露出P型非晶硅薄层4；在硅片背表面沉积一层SiO2薄层6作为背面钝化和反射面；在背表面的N型区域和P型区域分别丝网印刷导电浆料经烧结作为N区电极7和P 区电极8。
N型区域上采用的电极印刷材料为银浆；P型区域上采用的电极印刷材料为银浆、银铝浆，或者是类似常规太阳能电池背面银铝相接的结构的一种。
实施例1：
选择N型单晶硅片；N型硅片1经过常规的清洗工艺，进行表面碱制绒，以便去除硅片表面的机械损伤层，清除表面油污和金属杂质，形成金字塔形貌的绒面，增加对太阳光的吸收，增加PN结面积，提高短路电流。采用非晶硅镀膜设备在N型硅片1的正表面沉积一层高掺杂的N+型非晶硅薄层2, 薄膜膜厚为50nm，然后在N型硅片1背表面依次沉积一层本征非晶硅薄层3，膜厚度为1nm，和一层P型非晶硅薄层4，膜厚度为150nm。在丝网印刷机台上，依照说明书附图图2中所示掩膜图样，在N型硅片1背表面印刷上SiO2浆料，烧结后成为SiO2掩膜9。在400℃下，采用PECVD工艺即等离子体增强化学气相沉积法在N型硅片1正表面沉积70~80nm厚的氮化硅减反射膜5，反应气体为硅烷和氨气。然后将硅片置于浓度为20%的NaOH溶液中，85℃下将SiO2掩膜9未覆盖的非晶硅去除，露出背表面的N型硅基体。然后在浓度为15%的HF酸溶液中将SiO2掩膜9去除。采用APCVD或PECVD机台在硅片背表面沉积一层很薄的SiO2薄层6，薄层厚度为30nm，作为背面钝化层和反射面。最后按照说明书附图图3所示图案在背表面的N型区域和P型区域分别印刷导电浆料作为作为N区电极7和P区电极8，N型区域上采用的电极印刷材料为银浆；P型区域上采用的电极印刷材料为银浆、银铝浆，或者是类似常规太阳能电池背面银铝相接的结构的一种，烧结后形成本发明的基于N型硅片的背接触式HIT太阳能电池。
实施例2：
选择N型多晶硅片；N型硅片1经过常规的清洗工艺，进行表面酸制绒，以便去除硅片表面的机械损伤层，清除表面油污和金属杂质，形成起伏的绒面，增加对太阳光的吸收，增加PN结面积，提高短路电流。采用非晶硅镀膜设备在N型硅片1的上表面沉积一层高掺杂的N+型非晶硅薄层2,薄膜膜厚为50nm，然后在N型硅片1背表面依次沉积一层本征非晶硅薄层3，膜厚度为1nm，和一层P型非晶硅薄层4, 膜厚度为150nm。在丝网印刷机台上，依照说明书附图图2中所示掩膜图样，在N型硅片1背表面上印刷上SiO2浆料，烧结后成为SiO2掩膜9。在400℃下，采用PECVD工艺即等离子体增强化学气相沉积法在N型硅片1正表面沉积70~80nm厚的氮化硅减反射层5，反应气体为硅烷和氨气。然后将硅片置于浓度为20%的NaOH溶液中，85℃下将SiO2掩膜9未覆盖的非晶硅去除，露出背表面的N型硅基体。然后在浓度为15%的HF酸溶液中将SiO2掩膜9去除。采用APCVD或PECVD机台在硅片下表面沉积一层很薄的SiO2薄层6，薄层厚度为30nm，作为背面钝化层和反射面。最后按照说明书附图图3所示图案在背表面的N型区域和P型区域分别印刷导电浆料作为作为N区电极7和P区电极8，N型区域上采用的电极印刷材料为银浆；P型区域上采用的电极印刷材料为银浆、银铝浆，或者是类似常规太阳能电池背面银铝相接的结构的一种，烧结后形成本发明的基于N型硅片的背接触式HIT太阳能电池。

Claims (6)

1.一种基于N型硅片的背接触式HIT太阳能电池制备方法，其特征在于，步骤包括：
（1）在制绒后的N型硅片正表面沉积一层高浓度N+型非晶硅薄膜；
（2）在N型硅片背表面依次沉积一层本征非晶硅薄层和一层P型非晶硅薄层；
（3）在N型硅片背表面采用丝网印刷烧结方式沉积SiO2作为掩膜；
（4）在N型硅片正表面沉积氮化硅减反射层；
（5）使用强碱溶液腐蚀背表面掩膜未遮档区域直至露出N型硅基体；使用HF酸腐蚀掉SiO2掩膜以露出P型非晶硅；
（6）在硅片背表面沉积一层SiO2薄层作为背面钝化层和反射面；
（7）在背表面的N型区域和P型区域分别丝网印刷导电浆料经烧结作为N区电极和P 区电极。
2.根据权利要求1所述的基于N型硅片的背接触式HIT太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤（1）和（2）中在N型硅片正表面沉积N+型非晶硅薄层以及在背表面依次沉积一层本征非晶硅薄层和一层P型非晶硅薄层，膜厚度范围均为1~50000nm。
3.根据权利要求1所述的基于N型硅片的背接触式HIT太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤（4）在N型硅片正表面沉积氮化硅减反射膜采用PECVD技术，减反射膜厚度为75~85nm，折射率为2.0~2.2。
4.根据权利要求1所述的基于N型硅片的背接触式HIT太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤（5）使用强碱溶液腐蚀掩膜未遮挡区域非晶硅薄膜至露出N型晶硅基体表面，所用强碱腐蚀剂可以为KOH、NaOH或四甲基氢氧化铵,碱溶液浓度为0.1%~40%；使用HF溶液去除SiO2掩膜，HF酸浓度为1%~40%。
5.根据权利要求1所述的基于N型硅片的背接触式HIT太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤（6）在硅片背面沉积一层SiO2薄层作为背面钝化层和反射面，SiO2薄层厚度在1~50000nm。
6.根据权利要求1所述的基于N型硅片的背接触式HIT太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤（7）在背表面的N型区域和P型区域分别丝网印刷导电浆料经烧结作为N区电极和P 区电极，N型区域上采用的电极印刷材料为银浆；P型区域上采用的电极印刷材料为银浆、银铝浆，或者是类似常规太阳能电池背面银铝相接的结构的一种。
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