CN102683484B - 背接触硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背接触硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在硅片的受光面进行制绒；(2)在硅片的受光面扩散制结；(3)去除杂质玻璃，然后在硅片受光面的PN结上设置减反射膜；(4)在硅片受光面内的PN结和背光面孔金属电极区域生长重掺杂层；(5)采用激光处理重掺杂层得到局部重掺杂发射极，同时采用激光在硅片上开孔；(6)在上述硅片上制备受光金属电极、孔金属电极和背光金属电极；(7)在背光面印刷背面电场，烧结，即可得到背接触硅太阳能电池。本发明成功将选择性发射极结构与背接触电池相结合，从而大大提高了转换效率，试验证明：与现有技术相比，本发明制得的背接触太阳电池的光电转换效率提升了0.4~0.6%，取得了显著的效果。

Description

背接触硅太阳能电池的制备方法

技术领域

本发明涉及一种背接触硅太阳能电池的制备方法，属于太阳电池领域。

背景技术

常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时硅太阳能电池相比其他类型的太阳能电池，有着优异的电学性能和机械性能。因此，晶体硅太阳电池在光伏领域占据着重要的地位。高效化是目前晶体硅太阳电池的发展趋势，通过改进表面织构化、选择性发射结、前表面和背表面的钝化，激光埋栅等技术来提高太阳能电池的转化效率，但由于其需要特殊的设备和复杂的工艺流程，产业化进程受到制约。

目前，背接触硅太阳电池（MWT太阳电池）受到了大家的广泛关注，其优点在于：由于其正面没有主栅线，正极和负极都在电池片的背面，减少了电池片的遮光，提高了电池片的转换效率，同时由于正极和负极均在背面，在制作组件时，可以减少焊带对电池片的遮光影响，同时采用新的封装方式可以降低电池片的串联电阻，减小电池片的功率损失。

为了进一步提升光电转换效率，背接触硅太阳电池开始与其他新技术结合，例如与选择性发射极技术结合，但由于步骤复杂，目前还无法实现产业化生产。因此，开发一种具有选择性发射极结构的背接触硅太阳电池，以提高其光电转换效率，具有积极的现实意义。

发明内容

本发明目的是提供一种背接触硅太阳能电池的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种背接触硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

(1) 在硅片的受光面进行制绒；

(2) 在硅片的受光面扩散制结；

(3) 去除杂质玻璃，然后在硅片受光面的PN结上设置减反射膜；

(4) 在硅片受光面内的PN结和背光面孔金属电极区域生长重掺杂层；

(5) 采用激光处理重掺杂层得到局部重掺杂发射极，同时采用激光在硅片上开孔；

(6) 在上述硅片上制备受光金属电极、孔金属电极和背光金属电极；

(7) 在背光面印刷背面电场，烧结，即可得到背接触硅太阳能电池。

上文中，所述步骤(5)的开孔的数量为1~50个。

所述孔金属电极区域是指背光面以激光开孔的孔中心为圆心的2~10mm的范围内的正方形、圆形、三角形或任意形状的区域。

所述步骤(4)为重掺杂，步骤(2)的扩散制结为浅掺杂，从而构成选择性发射极结构。其中，重掺杂层可以采用喷涂掺杂源或丝网印刷掺杂浆料的方法，然后在250~350℃烘干1~5min。

上述技术方案中，所述步骤(6)中的孔金属电极的主要成分选自镍、铜、锡和银中的一种或几种。

上述技术方案中，所述步骤(5)中的激光为355nm紫外激光或532nm绿光激光。

优选的技术方案，在所述步骤(5)之后，先在硅片的非激光处理的区域和非背光电极区域生长保护膜；然后采用电镀的方法生成受光金属电极、孔金属电极和背光金属电极；去除保护膜，在背光面印刷背面电场，烧结，即可得到背接触硅太阳能电池。

所述硅片的非激光处理的区域是指受光面重掺杂以后的区域；所述非背光电极区域是指背光面孔金属电极和背光金属电极以外的区域。

上述技术方案中，所述保护膜包括如下组分，以质量计：

合成树脂30~50%，颜料30~50%，乙二醇单丁醚10~20%，二乙二醇丁醚10~20%。

所述保护膜可以采用市售商品，如保护膜可以采用PVGS公司的RJ-01。保护膜的去除可以采用0.1~2%的稀碱液清洗30~120秒。

上述技术方案中，所述孔金属电极的主要成分选自镍、铜、锡和银中的一种或几种。

上述技术方案中，所述激光为355nm紫外激光或532nm绿光激光。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明开发了一种背接触硅太阳能电池的制备方法，采用激光处理重掺杂层得到局部重掺杂发射极，配合扩散制结的浅掺杂，得到了选择性发射极结构，使电池受光面和背光面都有重掺杂发射极，成功将选择性发射极结构与背接触电池相结合，从而大大提高了转换效率，试验证明：与现有技术相比，本发明制得的背接触太阳电池的光电转换效率提升了0.4~0.6%，取得了显著的效果。

2．本发明采用激光一次实现受光面、背光面的重掺结构和灌穿孔的开通，大大节约了成本，缩减了工艺流程。

3．本发明可以采用电镀的方法生长孔金属电极，解决了背接触电池的灌孔不良的现象，大大降低了不良成品率；同时也降低了生产成本。

4．本发明的制备方法简单，易于实现，且成本较低，适于工业化应用。

附图说明

图1~8是本发明的制备过程示意图；

图9是本发明的背接触硅太阳能电池的结构示意图；

其中，1、硅片；2、受光面；3、背光面；4、绒面；5、PN结；6、减反射膜；7、重掺杂层；8、孔洞；9、保护膜；10、受光金属电极；11、孔金属电极；12、背光金属电极；13、背面电场；

图10是本发明的孔金属电极和背光金属电极的示意图。

其中，1、背光金属电极；2、孔金属电极。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一

参见图1~10所示，一种背接触硅太阳能电池的制备方法，硅片为p型，包括如下步骤：

步骤S101：在半导体基片的受光面2进行制绒，其目的是通过化学反应使原本光亮的硅片表面形成凸凹不平的结构以延长光在其表面的传播路径，从而提高硅片对光的吸收；硅片1的绒面4结构示意图如图1所示；

步骤S102：在上述半导体基片的受光面2磷扩散制结，形成PN结5后的结构示意图如图2所示；

步骤S103：用氢氟酸去除磷硅玻璃；去除磷硅玻璃后，在上述受光面内的PN结上设置减反射膜6；采用PECVD镀减反射膜，其只是本发明的一个实施例，不应构成对本发明的限制，在本发明其他实施例中，镀膜方法还可以采用本领域技术人员所熟知的其他方法；镀减反射膜6后硅片的结构示意图如图3所示；

步骤S104：在受光面内的PN结和背光面3孔金属电极区域生长重掺杂层7，孔金属电极区域如图10所示，背光金属电极1和孔金属电极2均布于硅片上；采用喷涂掺杂磷源或丝网印刷掺杂磷浆料的方法在减反射膜6上面生成掺杂剂，如图4所示，然后采用200度烘干3min；

步骤S105：采用激光处理重掺杂层得到局部重掺杂发射极，同时一步采用激光在半导体基片上开设孔洞8；采用激光处理得到重掺杂区域，如图5所示，激光处理采用532nm的绿光，脉冲宽度为100~150ns，得到的重掺杂方块电阻在30~40Ω/□，同时采用此激光在硅片上开出16个孔洞8，其作用在孔洞内可以设置电极将电池片受光面的电流引到电池片的背光面，这样就可以使得电池片的正极和负极都位于电池片的背面，降低了正面栅线的遮光率；

步骤S106：采用丝网印刷方式形成受光金属电极10、孔金属电极11、背光金属电极12和背面电场，其结构图如图9所示，其中受光金属电极、孔金属电极、背光金属电极可以为同种金属银浆料或不同金属银浆料；背面电场13与背光金属电极12电连通，这两者与孔金属电极11仅靠空气绝缘隔离。

实施例二

一种背接触硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：如步骤S201~步骤S205与实施例一中的步骤S101~步骤S105相同；

步骤S206：在非激光处理的区域和非背电极区域生长保护膜，此保护膜的主要成分为：合成树脂30%，颜料35%，乙二醇单丁醚15%，二乙二醇丁醚20%，采用丝网印刷生长保护膜9，如图6所示；丝网印刷只是一种方法，但不限于丝网印刷，还包括太阳能领域生长保护膜的其他方法，例如：喷涂或喷墨打印方法；

步骤S207：激光处理区域采用电镀生成受光金属电极10、孔金属电极11和背光金属电极12，电镀液采用镀镍液、镀铜液、镀银液，镀层的宽度在10~30um，镀层的结构为镍2 um，铜8 um，银1 um；如图7所示；

步骤S208：去除保护膜9，采用1%的稀碱液在室温下去除保护膜，如图8所示；

步骤S209：在背光面印刷背面电场，烧结，形成晶体硅太阳能电池，可以通过真空蒸发、溅射等方法将背面电场13沉积在硅片上；其结构示意图如图9所示；其中，背面电场13与背光金属电极12电连通，这两者与孔金属电极11仅靠空气绝缘隔离。

对比例一

步骤S101：在硅片上开孔；采用激光在硅片上开出16个通孔；

步骤S102：在硅片表面进行制绒，形成表面结构；

步骤S103：在硅片的表面扩散形成P-N结；

步骤S104：采用化学液硅片的受光面边缘和背光面进行刻蚀；

步骤S105：去除硅片上的掺杂玻璃层；

步骤S106：在硅片的受光面上进行镀膜；

步骤S107：在镀膜后的硅片上印刷电极及背电场；通过丝网印刷的受光面电极、孔电极、孔背面电极、背光面电极、背光面电场；

步骤108：烧结。

通过烧结可以使得印刷的受光面电极、孔电极、孔背面电极、背光面电极、背光面电场与硅片之间形成合金，使得电极与硅片之间形成欧姆接触。通过丝网印刷和烧结，就可以实现制备电极及电场。

测定上述实施例一、二和对比例一中的太阳电池（单晶硅）的电性能，结果见下表所示：

其中，Voc代表开路电压，Isc代表短路电流密度，FF代表填充因子，Rs代表串联电阻，Rsh代表并联电阻，Eff代表光电转换效率。

由上表可见，采用本发明制得的太阳电池，其开路电压和短路电流密度均有较大幅度的提高，光电转换效率提高了0.4~0.6%。

Claims (3)

1.一种背接触硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1) 在硅片的受光面进行制绒；

(2) 在硅片的受光面扩散制结；

(3) 去除杂质玻璃，然后在硅片受光面的PN结上设置减反射膜；

(4) 在硅片受光面内的PN结和背光面孔金属电极区域生长重掺杂层；

(5) 采用激光处理重掺杂层得到局部重掺杂发射极，同时采用激光在硅片上开孔；

在所述步骤(5)之后，先在硅片的非激光处理的区域和非背光电极区域生长保护膜；然后采用电镀的方法生成受光金属电极、孔金属电极和背光金属电极；去除保护膜，在背光面印刷背面电场，烧结，即可得到背接触硅太阳能电池；

所述激光为355nm紫外激光或532nm绿光激光。

2.根据权利要1所述的背接触硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述保护膜包括如下组分，以质量计：

合成树脂30~50%，颜料30~50%，乙二醇单丁醚10~20%，二乙二醇丁醚10~20%。

3.根据权利要求1所述的背接触硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述孔金属电极的主要成分选自镍、铜、锡和银中的一种或几种。