CN102683495A - 一种n型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：(1)制绒；(2)在硅片背面的通孔方块区域设置阻挡层；所述阻挡层为二氧化硅乳胶，采用丝网印刷或喷墨的方法进行设置；所述硅片背面的通孔方块区域包括硅片背面的孔及孔的周围区域；(3)在硅片的背面进行扩磷；(4)开孔；(5)刻蚀周边结、清洗；(6)在硅片的正面和孔内进行扩硼；(7)刻蚀；(8)设置钝化减反射膜；(9)在孔内设置孔金属电极；双面印刷金属电极，烧结；即可得到N型双面背接触晶体硅太阳能电池。本发明解决了背面通孔方块区域不能掺磷的问题，在太阳能电池背面与导电孔，以及背面方块区电极之间不会形成接触漏电。

Description

一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明涉及一种N型双面背接触晶体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，由于背接触晶体硅太阳电池的受光面没有主栅线，这就大大降低了受光面栅线的遮光率，提高了电池片的转换效率，所以背接触晶体硅太阳能电池成为目前太阳电池研发的热点。
另一方面，N型硅片由于其材料本身的特点，材料体寿命高，且没有光衰减，因此被逐渐应用于高效太阳电池的研发。N型电池通常正面采用硼扩散形成PN结，背面采用磷扩散形成背面场，两面均镀有减反膜，属于双面电池结构，效率已经超过19%，而目前，N型双面电池结合背接触的结构使得电池的转化效率更是超过了20%。
在现有的N型背接触结构中，在扩散制结步骤中，要实现在背面局部的扩散比较困难，通常采用离子注入或生长氧化膜阻挡的方法。离子注入成本比较高，距离大规模应用生产还有段距离；而氧化阻挡的方法，需要先在要阻挡区进行阻挡膜的制备，通常采用高温氧化的方法，或者使用PECVD沉积阻挡膜，然后采用腐蚀的方法去除非阻挡区，接着进行扩散；这种方法比较稳定，但工艺步骤多，导致成本比较高。因此，开发一种相对简单的方法来实现N型背接触电池背面局部区域的磷掺杂，对于N型背接触晶体硅太阳能电池的大规模量产至关重要。
发明内容
本发明目的是提供一种N型双面背接触晶体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N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 在N型硅片的正面和背面进行制绒；
(2) 在硅片背面的通孔方块区域设置阻挡层；
所述阻挡层为二氧化硅乳胶，采用丝网印刷或喷墨的方法进行设置；
所述硅片背面的通孔方块区域包括硅片背面的孔及孔的周围区域；
(3) 在硅片的背面进行扩磷，形成扩磷层；
(4) 在硅片上开孔；
(5) 刻蚀周边结、去除硅片背面的阻挡层、清洗；
(6) 在硅片的正面和孔内进行扩硼，形成扩硼层；
(7) 刻蚀周边结；去除硅片表面的杂质玻璃；
(8) 在硅片的正面和背面设置钝化减反射膜；
(9) 在孔内设置孔金属电极；双面印刷金属电极，烧结；即可得到N型双面背接触晶体硅太阳能电池。
与之相应的另一种技术方案，一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 在N型硅片上开孔；
(2) 在N型硅片的正面和背面进行制绒；
(3) 在硅片背面的通孔方块区域设置阻挡层；
所述阻挡层为二氧化硅乳胶，采用丝网印刷或喷墨的方法进行设置；
所述硅片背面的通孔方块区域包括硅片背面的孔及孔的周围区域；
(4) 在硅片的背面进行扩磷，形成扩磷层；
(5) 刻蚀周边结、去除硅片背面的阻挡层、清洗；
(6) 在硅片的正面和孔内进行扩硼，形成扩硼层；
(7) 刻蚀周边结；去除硅片表面的杂质玻璃；
(8) 在硅片的正面和背面设置钝化减反射膜；
(9) 在孔内设置孔金属电极；双面印刷金属电极，烧结；即可得到N型双面背接触晶体硅太阳能电池。
优选的技术方案，在硅片背面的通孔方块区域设置阻挡层之前，先在该通孔方块区域设置硼浆，烘干之后，再采用丝网印刷或喷墨的方法设置二氧化硅乳胶，烘干，形成所述阻挡层；所述阻挡层包覆所述硼浆。
上文中，所述阻挡层包覆所述硼浆，即阻挡层的面积大于硼浆的覆盖面积。
与之相应的另一种技术方案，一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 在N型硅片的正面和背面进行制绒；
(2) 在硅片背面的通孔方块区域设置阻挡层；
所述阻挡层为二氧化硅乳胶，采用丝网印刷或喷墨的方法进行设置；
所述硅片背面的通孔方块区域包括硅片背面的孔及孔的周围区域；
(3) 在硅片的背面进行扩磷，形成扩磷层；
(4) 刻蚀周边结、去除硅片背面的阻挡层、清洗；
(5) 在硅片的正面进行扩硼，形成扩硼层；
(6) 在硅片上开孔；
(7) 刻蚀周边结；去除硅片表面的杂质玻璃；
(8) 在硅片的正面和背面设置钝化减反射膜；
(9) 在孔内设置孔金属电极；双面印刷金属电极，烧结；即可得到N型双面背接触晶体硅太阳能电池。
上文中，所述在硅片上开孔，可以采用现有技术，例如可以采用激光、机械、化学等方法；孔的数目可以为1~100个。
所述硅片背面的通孔方块区域包括硅片背面的孔及孔的周围区域；其中，孔的周围区域是指硅片背面以开孔的孔中心为圆心的2~10 mm的范围内的正方形、圆形、三角形或任意形状的区域。
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N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，通过在硅片背面的通孔方块区域设置二氧化硅乳胶方法，形成一层绝缘阻挡层，阻挡磷扩散在通孔方块区域的掺杂，在一次炉管磷扩散中实现背面的非方块区的局部磷扩散，解决了背面通孔方块区域不能掺磷的问题，在太阳能电池背面与导电孔，以及背面方块区电极之间不会形成接触漏电。
2．与现有技术相比，为了形成背面的局部非通孔方块区域的磷掺杂，本发明的方法避免了使用高温氧化掩膜阻挡、腐蚀开图形、进行扩磷的方法，使得工艺更加简单，并减少了设备成本和浆料成本，有利于大规模工业化生产。
3．本发明的二氧化硅乳胶可以采用丝印或喷墨的方法，成本都比较低，适于大规模生产。
4．本发明通过在硅片背面的通孔方块区域先覆盖一层硼浆，并在硼浆上覆盖一层绝缘层，用来阻挡扩磷对硼浆的影响，然后在炉管中扩磷，在非方块区形成磷掺杂的同时，背面方块区形成硼掺杂；这样就解决了一次扩散中背面不同区域形成不同的掺杂效果，而且背面方块区的硼掺杂，使得通过孔并在背面方块区的电极在形成良好接触的同时，不会漏电，同时又使得常规的正极浆料即可作为通孔浆料和背面方块区的电极浆料。
附图说明
图1~9是本发明实施例一的制备过程示意图；
图10~18是本发明实施例二的制备过程示意图。
其中，1、N型硅片；2、正面；3、背面；4、绒面；5、阻挡层；6、扩磷层；7、通孔；8、扩硼层；9、钝化减反射膜；10、孔金属电极；11、背电极；12、正电极；81、硼浆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
参见图1~9所示，一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤S01：在N型硅片1的正面2和背面3上进行制绒，形成绒面4，如图1所示；
步骤S02：在硅片的背面的通孔方块区域喷涂二氧化硅乳胶，烘干，形成阻挡层5；喷涂二氧化硅乳胶可以采用丝印或喷墨的方法，丝印二氧化硅乳胶方块区要大于方块区丝印电极的大小，以免后续丝印电极时形成与磷的接触漏电，如图2所示；
步骤S03：图3为磷扩散后硅片的结构示意图，背面扩磷层6作为背场，方块区没有任何掺杂；
步骤S04：在硅片上开孔；采用激光在硅片上开出至少一个通孔7，其作用在通孔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；如图4所示；
步骤S05：对硅片的进行清洗，如图5所示；
步骤S06：图6为硼扩散后硅片的结构示意图，正面进行掺硼扩散，形成PN结，得到扩硼层8；
步骤S07：对硅片边缘进行刻蚀绝缘，刻蚀采用等离子刻蚀，如图7所示；
步骤S08：去除硅片上的掺杂玻璃层；通过该步骤可以将硅片在扩散时形成的掺杂玻璃层去除；
步骤S09：在硅片的正背面上进行镀钝化减反射膜9，如图8所示；
在硅片的正背面进行镀膜，该膜的作用是减小阳光的反射，最大限度地利用太阳能；在本发明实施例中，采用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法）在硅片上形成减反射膜；
步骤S10：在镀膜后的硅片上制备正电极12，孔金属电极10及背电极11，如图9所示。
经测试，本实施例一得到的N型双面背接触晶体硅太阳能电池的电性能如下：开路电压为650毫伏，短路电流为9.3安，光电转换效率为19.62%。
 
实施例二
参见图10~18所示，一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤S01：在N型硅片1的正面2和背面3进行制绒，形成绒面4，如图10所示；
步骤S02：在硅片的背面覆盖硼浆81后，烘干，烘干温度在300~400度，时间2~5min，覆盖二氧化硅乳胶后，烘干，烘干温度200~300度，时间5~10min，得到覆盖所述硼浆的阻挡层5；
喷涂硼浆和二氧化硅乳胶可以采用丝印或喷墨的方法，丝印硼浆方块区要大于方块区电极的大小；二氧化硅乳胶要大于硼浆区的大小，目的是把硼浆全部覆盖住，避免硼磷的互掺，如图11所示；
步骤S03：图12为磷扩散后硅片的结构示意图，背面扩磷层6作为背场，方块区在扩磷的同时形成扩硼层8，如图12所示；
步骤S04：在硅片上开设通孔7；如图13所示；采用激光在硅片上开出至少一个通孔，其作用在通孔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；在本发明实施例中，采用在磷扩散后，硼扩散前开孔的工艺，所以在开孔后形成的通孔内会有掺硼发射结，所以孔内与正面同为掺硼，因此灌孔浆料不会在孔内形成漏电；
步骤S05：对硅片的进行清洗，如图14所示；
步骤S06：图15为硼扩散后硅片的结构示意图，正面进行掺硼扩散，形成PN结，得到扩硼层8；
步骤S07：对硅片边缘进行刻蚀绝缘，刻蚀采用等离子刻蚀，如图16所示；
步骤S08：去除硅片上的掺杂玻璃层；通过该步骤可以将硅片上在扩散时形成的掺杂玻璃层去除；
步骤S09：在硅片的正背面上进行镀钝化减反射膜9；如图17所示
在硅片的正背面进行镀膜，该膜的作用是减小阳光的反射，最大限度地利用太阳能；在本发明实施例中，采用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法）在硅片上形成减反射膜；
步骤S10：在镀膜后的硅片上制备正面电极12、孔金属电极10及背电极11，如图18所示。
经测试，本实施例二得到的N型双面背接触晶体硅太阳能电池的电性能如下：开路电压为652毫伏，短路电流为9.35安，光电转换效率为19.82%。由此可见，相对于实施例一，本实施例二的太阳能电池的光电转换效率提高了0.2%，取得了意想不到的效果。
实施例三
一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 在N型硅片上开孔；
(2) 在N型硅片的正面和背面进行制绒；
(3) 在硅片背面的通孔方块区域设置硼浆，烘干；然后在其上设置阻挡层；所述阻挡层为二氧化硅乳胶，采用丝网印刷或喷墨的方法进行设置；所述硅片背面的通孔方块区域包括硅片背面的孔及孔的周围区域；
丝印硼浆方块区要大于方块区电极的大小；二氧化硅乳胶要大于硼浆区的大小，目的是把硼浆全部覆盖住，避免硼磷的互掺；
(4) 在硅片的背面进行扩磷，形成扩磷层；
(5) 刻蚀周边结、去除硅片背面的阻挡层、清洗；
(6) 在硅片的正面和孔内进行扩硼，形成扩硼层；
(7) 刻蚀周边结；去除硅片表面的杂质玻璃；
(8) 在硅片的正面和背面设置钝化减反射膜；
(9) 在孔内设置孔金属电极；双面印刷金属电极，烧结；即可得到N型双面背接触晶体硅太阳能电池。
实施例四
一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 在N型硅片的正面和背面进行制绒；
(2) 在硅片背面的通孔方块区域设置阻挡层；
所述阻挡层为二氧化硅乳胶，采用丝网印刷或喷墨的方法进行设置；
所述硅片背面的通孔方块区域包括硅片背面的孔及孔的周围区域；
(3) 在硅片的背面进行扩磷，形成扩磷层；
(4) 刻蚀周边结、去除硅片背面的阻挡层、清洗；
(5) 在硅片的正面进行扩硼，形成扩硼层；
(6) 在硅片上开孔；
(7) 刻蚀周边结；去除硅片表面的杂质玻璃；
(8) 在硅片的正面和背面设置钝化减反射膜；
(9) 在孔内设置孔金属电极；双面印刷金属电极，烧结；即可得到N型双面背接触晶体硅太阳能电池。

Claims (4)

1.一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 在N型硅片的正面和背面进行制绒；
(2) 在硅片背面的通孔方块区域设置阻挡层；
所述阻挡层为二氧化硅乳胶，采用丝网印刷或喷墨的方法进行设置；
所述硅片背面的通孔方块区域包括硅片背面的孔及孔的周围区域；
(3) 在硅片的背面进行扩磷，形成扩磷层；
(4) 在硅片上开孔；
(5) 刻蚀周边结、去除硅片背面的阻挡层、清洗；
(6) 在硅片的正面和孔内进行扩硼，形成扩硼层；
(7) 刻蚀周边结；去除硅片表面的杂质玻璃；
(8) 在硅片的正面和背面设置钝化减反射膜；
(9) 在孔内设置孔金属电极；双面印刷金属电极，烧结；即可得到N型双面背接触晶体硅太阳能电池。
2.一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 在N型硅片上开孔；
(2) 在N型硅片的正面和背面进行制绒；
(3) 在硅片背面的通孔方块区域设置阻挡层；
所述阻挡层为二氧化硅乳胶，采用丝网印刷或喷墨的方法进行设置；
所述硅片背面的通孔方块区域包括硅片背面的孔及孔的周围区域；
(4) 在硅片的背面进行扩磷，形成扩磷层；
(5) 刻蚀周边结、去除硅片背面的阻挡层、清洗；
(6) 在硅片的正面和孔内进行扩硼，形成扩硼层；
(7) 刻蚀周边结；去除硅片表面的杂质玻璃；
(8) 在硅片的正面和背面设置钝化减反射膜；
(9) 在孔内设置孔金属电极；双面印刷金属电极，烧结；即可得到N型双面背接触晶体硅太阳能电池。
3.根据权利要求1或2所述的N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：在硅片背面的通孔方块区域设置阻挡层之前，先在该通孔方块区域设置硼浆，烘干之后，再采用丝网印刷或喷墨的方法设置二氧化硅乳胶，烘干，形成所述阻挡层；所述阻挡层包覆所述硼浆。
4.一种N型双面背接触晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 在N型硅片的正面和背面进行制绒；
(2) 在硅片背面的通孔方块区域设置阻挡层；
所述阻挡层为二氧化硅乳胶，采用丝网印刷或喷墨的方法进行设置；
所述硅片背面的通孔方块区域包括硅片背面的孔及孔的周围区域；
(3) 在硅片的背面进行扩磷，形成扩磷层；
(4) 刻蚀周边结、去除硅片背面的阻挡层、清洗；
(5) 在硅片的正面进行扩硼，形成扩硼层；
(6) 在硅片上开孔；
(7) 刻蚀周边结；去除硅片表面的杂质玻璃；
(8) 在硅片的正面和背面设置钝化减反射膜；
(9) 在孔内设置孔金属电极；双面印刷金属电极，烧结；即可得到N型双面背接触晶体硅太阳能电池。
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