CN102437211A - 一种背电极太阳能电池结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背电极太阳能电池结构及其制造方法。该背电极太阳能电池采用单晶衬底硅片，在硅片背面一侧通过掺杂形成与衬底硅片具有相同导电类型的第一半导体区域；与衬底硅片具有相反导电类型的第二半导体区域和与衬底硅片具有相同导电类型的第三半导体区域，交替形成在第一半导体区域内，第二半导体区域与第一半导体区域间形成PN结；金属电极分别从第二、第三半导体区域的电极引出区引出并与引出区形成欧姆接触；在硅片的表面一侧加工出绒面，通过掺杂形成与衬底硅片具有相同导电类型的第四半导体区域，绒面上覆盖减反射膜。该结构及其制造方法可以减少衬底硅片体内载流子的复合，提高电池的转换效率，制造过程简单，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池，特别涉及一种背电极太阳能电池结构及其制造方法。
背景技术
目前，最典型的太阳能电池制造方法之一是采用双面电极方案，即从硅片两面，分别为P型和N型掺杂区之上引出电极的太阳能电池制造方案。这种方案所具有的特点是：使用P型衬底硅片，在表面做N型掺杂形成PN结，工艺简单，制造成本低，但转换效率也较低。为了提高太阳能电池的转换效率，人们又提出了多种改善方案，其中一种方案是背电极太阳能电池制造方案，该方案所具有的特点是：采用N型衬底硅片，在硅片背面一侧做P型和N型掺杂，形成PN结，并从该侧的P型区和N型区分别引出电极，这种方案的工艺会较为复杂一些，制造成本也较高，但其转换效率更高，从综合因素来看更具竞争优势。
然而，这种背电极太阳能电池的衬底掺杂浓度相对较高，少子寿命会相对较短，太阳光照射下在硅片中产生的光生载流子，在到达硅片背面形成的PN结势垒区之前，更容易产生复合，从而影响转换效率。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的不足，本发明提供一种背电极太阳能电池结构及其制造方法。即在常规背电极太阳能电池方案的基础上，通过在衬底硅片的背面一侧掺入与衬底硅片具有相同导电类型的杂质，形成第一半导体区域；通过在不同区域掺入与衬底硅片具有相反导电类型的杂质形成第二半导体区域，和掺入与衬底硅片具有相同导电类型的杂质形成第三半导体区域，且第二半导体区域和第三半导体区域交替分布在第一半导体区域的表层，第二半导体区域与第一半导体区域之间形成PN结，之后再完成该电池的其它工艺。这种结构既可以通过采用更低掺杂浓度的衬底硅片以降低衬底材料中光生载流子的复合，也可以通过背面PN结下掺杂形成较低电阻率的第一半导体区域来改善电池的串联电阻等特性，从而可以提高太阳能电池的转换效率。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案是：一种背电极太阳能电池结构，包括单晶衬底硅片，其特征在于：在单晶衬底硅片背面一侧形成与单晶衬底硅片具有相同导电类型的第一半导体区域；在第一半导体区域内形成与单晶衬底硅片具有相反导电类型的第二半导体区域，在第一半导体区域内形成与单晶衬底硅片具有相同导电类型的第三半导体区域，第二半导体区域和第三半导体区域交替分布在第一半导体区域的表层，第二半导体区域与第一半导体区域之间形成PN结；P极金属电极和N极金属电极与第二半导体区域和第三半导体区域之间分别通过绝缘介质膜隔离，绝缘介质膜在第二半导体区域和第三半导体区域的电极引出区开孔，P极金属电极通过开孔与第二半导体区域形成欧姆接触，N极金属电极通过开孔与第三半导体区域形成欧姆接触；在单晶衬底硅片表面一侧加工有金字塔状或者倒金字塔状的绒面，绒面内形成与单晶衬底硅片具有相同导电类型的第四半导体区域，绒面之上有减反射膜。
一种背电极太阳能电池结构的制造方法，其特征在于：具有以下步骤：
（一）、准备单晶衬底硅片，通过高温扩散掺杂，或者通过化学汽相淀积方法在硅片表层形成杂质源，以高温推进方法掺杂，在单晶衬底硅片的背面一侧形成与单晶衬底硅片具有相同导电类型的第一半导体区域；
（二）、在第一半导体区域内，通过高温扩散，热氧化和湿法腐蚀方法，或者通过离子注入与退火方法，或者通过磷玻璃化学汽相淀积、硼玻璃化学汽相淀积与高温推进方法，或者它们的组合方法，掺入与单晶衬底硅片具有相反导电类型的杂质，形成第二半导体区域，和掺杂与单晶衬底硅片具有相同导电类型的杂质，形成第三半导体区域，第二半导体区域和第三半导体区域交替分布在第一半导体区域的表层，第二半导体区域与第一半导体区域之间形成PN结；之后完成绝缘介质膜的淀积和开孔，并形成分离的P极金属电极和N极金属电极，P极金属电极通过开孔与第二半导体区域形成欧姆接触，N极金属电极通过开孔与第三半导体区域形成欧姆接触；
（三）、在单晶衬底硅片表面一侧，以化学腐蚀方法制作出金字塔状或者倒金字塔状绒面；通过高温扩散、或者通过化学汽相淀积方法在绒面表层形成杂质源，以高温推进方法掺杂，在绒面内掺入与单晶衬底硅片具有相同导电类型的杂质，形成第四半导体区域；在绒面之上淀积一层氮化硅绝缘介质膜，或者形成由氧化硅绝缘介质膜和氮化硅绝缘介质膜构成的复合薄膜，作为减反射膜。
本发明所产生的有益效果是：本发明公开的背电极太阳能电池结构及其制造方法可以进一步提高太阳能电池的光-电转换效率，从而降低发电总体成本，提升产品竞争力。
附图说明
图1是本发明中通过化学汽相淀积与高温推进方法，或者离子注入方法掺杂形成第二半导体区域和第三半导体区域的电池结构示意图。
图2是本发明中通过高温扩散方法掺杂形成第二半导体区域和第三半导体区域的电池结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：参照图1和图2，一种背电极太阳能电池结构包括单晶衬底硅片101，在单晶衬底硅片101背面一侧形成与单晶衬底硅片101具有相同导电类型的第一半导体区域201；在第一半导体区域201内形成与单晶衬底硅片101具有相反导电类型的第二半导体区域301，在第一半导体区域201内形成与单晶衬底硅片101具有相同导电类型的第三半导体区域302，第二半导体区域301和第三半导体区域302交替分布在第一半导体区域201的表层，第二半导体区域301与第一半导体区域201之间形成PN结；P极金属电极801和N极金属电极802与第二半导体区域301和第三半导体区域302之间分别通过绝缘介质膜401隔离，绝缘介质膜401在第二半导体区域301和第三半导体区域302的电极引出区开孔，P极金属电极801通过开孔与第二半导体区域301形成欧姆接触，N极金属电极802通过开孔与第三半导体区域302形成欧姆接触；在单晶衬底硅片101表面一侧加工有金字塔状或者倒金字塔状绒面501，绒面501内形成与单晶衬底硅片101具有相同导电类型的第四半导体区域601，绒面501之上有减反射膜701。
实施例1：如图1所示，一种背电极太阳能电池结构的制造方法可以按如下步骤实现：
（1）、准备电阻率在30-50ohm.cm的高电阻率N型单晶衬底硅片101，通过高温磷扩散方法，或者通过磷玻璃的化学汽相淀积与高温推进方法，或者通过磷离子注入方法，在单晶衬底硅片的背面一侧掺杂形成与单晶衬底硅片101具有相同导电类型，且杂质浓度在1x1016~5x1018cm-3，深度在5~10微米的第一半导体区域201；
（2）、在第一半导体区域201内，通过磷玻璃化学汽相淀积，氧化硅或者氮化硅化学汽相淀积，丝网印刷，腐蚀与去胶，硼玻璃化学汽相淀积以及高温推进方法，或者通过磷离子注入，硼离子注入以及退火方法，掺杂形成交替分布的，杂质浓度在1x1019~5x1020cm-3，深度在2~4微米的第二半导体区域301和第三半导体区域302；
（3）、在单晶衬底硅片101表面一侧，通过化学腐蚀制作出金字塔状的绒面501，或者通过丝网印刷制作出倒金字塔状绒面501；之后通过高温磷扩散方法，或者通过磷玻璃的化学汽相淀积与高温推进方法，或者通过磷离子注入与退火方法，在绒面501内形成与单晶衬底硅片101具有相同导电类型，且杂质浓度在1x1017~1x1019cm-3，深度在0.1-1微米的第四半导体区域601；在绒面501上淀积一层氮化硅绝缘介质膜，或者形成由氧化硅绝缘介质膜和氮化硅绝缘介质膜构成的复合薄膜，作为减反射膜701；
（4）、在单晶衬底硅片101背面第二半导体区域301和第三半导体区域302之上，生长或者淀积氧化硅绝缘介质膜，或者氮化硅绝缘介质膜，或者二者的组合，形成绝缘介质膜401；并以丝网印刷，腐蚀与去胶工艺，分别在第二半导体区域301和第三半导体区域302之上将绝缘介质膜401开孔；之后在绝缘介质膜401之上以物理气相淀积的方法淀积金属，丝网印刷，腐蚀金属与去胶，或者直接丝网印刷金属，之后电镀铜，形成分离的P极金属电极801和N极金属电极802，P极金属电极801通过开孔与第二半导体区域301形成欧姆接触，N极金属电极802通过开孔与第三半导体区域302形成欧姆接触。
实施例2：如图2所示，一种背电极太阳能电池结构的制造方法可以按如下步骤实现：
（1）、准备电阻率在30-50ohm.cm的高电阻率N型单晶衬底硅片101，通过高温磷扩散方法，或者通过磷玻璃的化学汽相淀积与高温推进方法，或者通过磷离子注入方法，在单晶衬底硅片101的背面一侧掺杂形成与单晶衬底硅片具有相同导电类型，且杂质浓度在1x1016~5x1018cm-3，深度在5~10微米的第一半导体区域201；
（2）、在第一半导体区域201内，通过高温硼扩散，氧化，腐蚀和高温磷扩散方法，掺杂形成交替分布的，杂质浓度在1x1019~5x1020cm-3，深度在2~4微米的第二半导体区域301和第三半导体区域302；
（3）、在单晶衬底硅片101表面一侧，通过化学腐蚀制作出金字塔状，或者通过丝网印刷制作出倒金字塔状绒面501；之后通过高温磷扩散方法，或者通过磷玻璃的化学汽相淀积与高温推进方法，或者通过磷离子注入与退火方法，在绒面501内形成与单晶衬底硅片101具有相同导电类型，且杂质浓度在1x1017~1x1019cm-3，深度在0.1-1微米的第四半导体区域601；在绒面501之上淀积一层氮化硅绝缘介质膜，或者形成由氧化硅绝缘介质膜和氮化硅绝缘介质膜构成的复合薄膜，作为减反射膜701；
（4）、在单晶衬底硅片101背面第二半导体区域301和第三半导体区域302之上，生长或者淀积氧化硅绝缘介质膜，或者氮化硅绝缘介质膜，或者二者的组合，形成绝缘介质膜401；并以丝网印刷，腐蚀与去胶工艺，分别在第二半导体区域301和第三半导体区域302之上将绝缘介质膜401开孔；之后在绝缘介质膜之上以物理气相淀积的方法淀积金属，丝网印刷，腐蚀金属与去胶，或者直接丝网印刷金属，之后电镀铜，形成分离的P极金属电极801和N极金属电极802，P极金属电极801通过开孔与第二半导体区域301形成欧姆接触，N极金属电极802通过开孔与第三半导体区域302形成欧姆接触。
Claims (2)
1.一种背电极太阳能电池结构，包括单晶衬底硅片（101），其特征在于：在单晶衬底硅片（101）背面一侧形成与单晶衬底硅片（101）具有相同导电类型的第一半导体区域（201）；在第一半导体区域（201）内形成与单晶衬底硅片（101）具有相反导电类型的第二半导体区域（301），在第一半导体区域（201）内形成与单晶衬底硅片（101）具有相同导电类型的第三半导体区域（302），第二半导体区域（301）和第三半导体区域（302）交替分布在第一半导体区域（201）的表层，第二半导体区域（301）与第一半导体区域（201）之间形成PN结；P极金属电极（801）和N极金属电极（802）与第二半导体区域（301）和第三半导体区域（302）之间分别通过绝缘介质膜（401）隔离，绝缘介质膜（401）在第二半导体区域（301）和第三半导体区域（302）的电极引出区开孔， P极金属电极（801）通过第二半导体区域（301）的电极引出区开孔与第二半导体区域（301）欧姆接触，N极金属电极（802）通过第三半导体区域（302）的电极引出区开孔与第三半导体区域（302）欧姆接触；在单晶衬底硅片（101）表面一侧加工有金字塔状或者倒金字塔状的绒面（501），绒面（501）内形成有与单晶衬底硅片（101）具有相同导电类型的第四半导体区域（601），绒面（501）之上有减反射膜（701）。
2.一种背电极太阳能电池结构的制造方法，其特征在于：具有以下步骤：
（一）、准备单晶衬底硅片，通过高温扩散掺杂，或者通过化学汽相淀积方法在硅片表层形成杂质源，以高温推进方法掺杂，在单晶衬底硅片的背面一侧形成与单晶衬底硅片具有相同导电类型的第一半导体区域；
（二）、在第一半导体区域内，通过高温扩散，热氧化和湿法腐蚀方法，或者通过离子注入与退火方法，或者通过磷玻璃化学汽相淀积、硼玻璃化学汽相淀积与高温推进方法，或者它们的组合方法，掺入与单晶衬底硅片具有相反导电类型的杂质，形成第二半导体区域，和掺杂与单晶衬底硅片具有相同导电类型的杂质，形成第三半导体区域，第二半导体区域和第三半导体区域交替分布在第一半导体区域的表层，第二半导体区域与第一半导体区域之间形成PN结；之后完成绝缘介质膜的淀积和开孔，并形成分离的P极金属电极和N极金属电极，P极金属电极通过开孔与第二半导体区域形成欧姆接触，N极金属电极通过开孔与第三半导体区域形成欧姆接触；
（三）、在单晶衬底硅片表面一侧，以化学腐蚀方法制作出金字塔状或者倒金字塔状的绒面；通过高温扩散、或者通过化学汽相淀积方法在绒面表层形成杂质源，以高温推进方法掺杂，绒面内掺入与单晶衬底硅片具有相同导电类型的杂质，形成第四半导体区域；绒面之上淀积一层氮化硅绝缘介质膜，或者形成由氧化硅绝缘介质膜和氮化硅绝缘介质膜构成的复合薄膜，作为减反射膜。
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