CN102969371B - 双面太阳能电池的构造及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双面太阳能电池的构造及其制作方法，该构造是在电池的正面设有平面式PN结，背面设有螺旋型PN结组，通过电池片四周的n型层及通孔内填充的电极材料互连，形成双面电池，总体光电转换效率较传统电池片有较大的提高，可大量地节省所需硅材料，制作成本低，而且将正面的平面式PN结的负电极引至背面，可相应地缩小线宽，减少遮光面积，进一步提高转换率，加上通孔填充的电极材料有利于将正面收集的电流通过较短的路径传导至背面的焊接线中，降低串连电阻；另外，通过本制作方法制作双面太阳电池的构造时，扩散后的电池片，不必经过刻蚀传统的电池片刻蚀环节，生产流程工序得以简化，生产周期大大缩短，同时生产难度也可降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种双面太阳能电池的构造及其制作方法。
背景技术
传统太阳能电池是一个PN结的结构，电池片接收太阳光后激发电子空穴对，在内建电场的作用下，电子空穴分离并聚积在电池两侧形成电势差。这种结构的电池片，一般PN结都在表层几个μm的范围内，作为主要的光伏效应的场所，所吸收的太阳光中，有用的部分存在一个有限的光波范围，长波部分激发的电子空穴对，由于少子寿命的原因，大部分不能被电池片有效利用，反而以形成热量的方式释放，进而影响电池片的转换效率。因而单面太阳能电池片在达到一定转换效率后，很难提升。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种能够突破单面太阳能电池在光波利用方面的极限，提高了太阳能转换效率，同时由于大量地节省了硅材料，制作成本低的双面太阳能电池的构造及其制作方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种双面太阳能电池的构造，太阳能电池的正面设有平面式PN结，背面设有螺旋型PN结组，所述平面式PN结的N区上设有正电极和负电极，所述螺旋型PN结组包括有第一螺旋型PN结、第二螺旋型PN结、第三螺旋型PN结和第四螺旋型PN结，呈田字形分布；所述第一螺旋型PN结、第二螺旋型PN结、第三螺旋型PN结和第四螺旋型PN结主要由螺旋型P区和螺旋型N区组成，且所述螺旋型P区和螺旋型N区上分别设有正电极和负电极；其中，
所述第一螺旋型PN结和第二螺旋型PN结的螺旋型P区的外围端部重合，所述第三螺旋型PN结和第四螺旋型PN结的螺旋型P区的外围端部重合，且所述正电极相互连接导通；
所述第一螺旋型PN结和第三螺旋型PN结的螺旋型N区的外围重合，所述第二螺旋型PN结和第四螺旋型PN结的螺旋型N区的外围重合，且其负电极与所述正面的平面式PN结的N区上的负电极连接导通。
进一步地，所述第一螺旋型PN结和第三螺旋型PN结的螺旋型N区的外围重合部分与所述第二螺旋型PN结和第四螺旋型PN结螺旋型N区的外围重合部分通过电池四周的n型层连接，且所述背面的螺旋型N区的负电极与所述正面的N区上的负电极相互投影的交叉处设有通孔，所述通孔内填充有导通连接所述负电极和所述正面的负电极的电极材料，将焊接的负电极引至所述背面。
进一步地，所述通孔的孔径大小与所述螺旋型N区的负电极和所述正面的N区上的负电极相当。
一种双面太阳能电池的构造的制作方法，包括有以下步骤：
a.在P型硅片上制作通孔；
b.对硅片的正面和背面的表面进行制绒处理；
c.对硅片依次进行网版印制光刻胶、爆光、加热固化和真空加热处理理，在背面形成扩散阻拦层；
d.把硅片浸入加热的光刻胶剥离液中，将硅片表面的光刻胶剥离；
e.对硅片进行扩散处理，使其正面和背面形成n型扩散层；
f.对硅片的正面和背面生成的磷硅玻璃层去除，并进行镀膜处理，形成氮化硅薄膜；
g.在硅片的正面和背面印制正电极和负电极，并烧结。
进一步地，所述对硅片的正面和背面的表面进行制绒处理，具体为：在纯水中加入NaOH、异丙醇及制绒添加剂，在75℃～85℃条件腐蚀15min～28min，由于硅片晶向中的<100>面比<111>面的腐蚀速率快，使硅片的正面和背面的表面形成金字塔的绒面结构。
进一步地，所述对硅片依次进行网版印制光刻胶、爆光、加热固化和真空加热处理，在背面形成扩散阻拦层，具体为：在硅片制绒后，首先对硅片进行烘干除去水气，接着在暗室内用预制好图案的网版将光刻胶均匀地印制在硅片的背面预设的n型区上，并对硅片进行爆光、在烘箱内加热固化光刻胶，然后将两片硅片的正面相对地叠合放入真空炉管中，通入氧气进行加热，使硅片的背面未被光刻胶覆盖的p型区上方生成一层厚0.5μm～2μm的SiO2层，作为扩散阻拦层。
进一步地，所述对硅片进行扩散处理，使其正面和背面形成n型扩散层，具体为：将硅片放置于石英舟中，推入扩散炉管，在真空的环境下加热至830℃～900℃，先通入氮气和氧气在硅片表面生成一层薄的氧化层，接着通入氧气和携带POCl3的氮气加热30min～50min，在硅片正背两面生成方阻为45Ω/口～70Ω/口的n型扩散层。
进一步地，所述对硅片的正面和背面生成的磷硅玻璃层，并进行镀膜处理，形成氮化硅薄膜，具体为：首先把扩散后的硅片浸入浓度为0.1％HF～0.3％HF的溶液中进行漂洗4min～8min，去除扩散过程中在硅片表面生成的磷硅玻璃层，并用甩干机烘干硅片表面的水分；然后采用PECVD的方法，在真空加热至450℃～530℃的环境中，在硅片的正面和背面分别镀上膜厚为75nm～85nm，折射率为2.0～2.2的氮化硅薄膜。
所述在硅片的正面和背面印制正电极和负电极，并烧结，具体为：首先通过硅片上的通孔进行定位，并用预制好的网版在硅片的正面印制负电极，并进行烘干；接着翻转硅片后再通过其上的通孔进行定位，用预制好的网版在硅片的背面印制正电极和负电极；最后将印制好电极的电池片用网带送入烧结炉中，在850℃～950℃的环境中快速加热3sec～10sec，蒸发正电极和负电极浆料中的有机溶剂，并使正电极和负电极与n型扩散层形成良好的欧姆接触。
在执行“在P型硅片上制作通孔”后和“对硅片的正面和背面的表面进行制绒处理”前，对所述硅片进行预清洁，用低浓度的碱和双氧水的溶液在55℃～75℃条件腐蚀3min～5min以达到去除损伤层的效果,同时利用双氧水的强腐蚀性，去除硅片表面的油污和金属杂质。
本发明的有益效果是：
本发明通过上述技术方案，太阳光短波激发的电子空穴对被正面的平面式pn结利用，长波靠近背面激发的电子空穴对被背面的螺旋型PN结组利用，同时电池片的背面也能吸收较弱的太阳光，作为光电转换的次区域，也能提供一部分的光电能量，总体光电转换效率较传统电池片有较大的提高，可大量地节省所需硅材料，制作成本低，而且将正面的平面式PN结的负电极引至背面，可相应地缩小线宽，减少遮光面积，进一步提高了转换率，加上通孔填充的电极材料有利于将正面收集的电流通过较短的路径传导至背面的焊接线中，降低串连电阻。
另外，通过本制作方法制作双面太阳电池的构造时，扩散后的电池片，不必经过刻蚀这个传统的电池片刻蚀环节，生产流程工序得以简化，生产周期大大缩短，同时生产难度也可降低。
附图说明
图1是本发明所述的双面太阳能电池的构造实施例的正面结构示意图；
图2是本发明所述的双面太阳能电池的构造实施例的背面结构示意图；
图3是本发明所述的双面太阳能电池的构造实施例的背面的局部放大结构示意图；
图4是本发明所述的双面太阳能电池的构造实施例的局部结构示意图；
图5是本发明所述的双面太阳能电池的构造的制作方法的流程图；
图6是本发明所述的双面太阳能电池的构造的制作方法中硅片制作通孔后的结构示意图；
图7是本发明所述的双面太阳能电池的构造的制作方法中硅片制绒处理后的结构示意图；
图8是本发明所述的双面太阳能电池的构造的制作方法中硅片的背面印制光刻胶后的结构示意图；
图9是本发明所述的双面太阳能电池的构造的制作方法中硅片扩散处理过程中在背面光刻胶区域外形成气化层的结构示意图；
图10是本发明所述的双面太阳能电池的构造的制作方法中硅片经扩散处理和去除磷硅下班后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图4中所示：
本发明实施例所述的一种双面太阳能电池的构造，太阳能电池的正面1设有平面式PN结，背面2设有螺旋型PN结组；所述平面式PN结的N区11上设有负电极12，具体结构与现有的PN结相同，在此不再详细赘述；所述螺旋型PN结组包括有第一螺旋型PN结21、第二螺旋型PN结22、第三螺旋型PN结23和第四螺旋型PN结24，呈田字形分布；所述第一螺旋型PN结21、第二螺旋型PN结22、第三螺旋型PN结23和第四螺旋型PN结24主要由螺旋型P区25和螺旋型N区26组成，且螺旋型P区25和螺旋型N区26上分别设有正电极27和负电极28；其中，所述第一螺旋型PN结21和第二螺旋型PN结22的螺旋型P区25的外围端部重合，所述第三螺旋型PN结23和第四螺旋型PN结24的螺旋型P区25的外围端部重合，且正电极27相互连接导通；所述第一螺旋型PN结21和第三螺旋型PN结23的螺旋型N区26的外围重合，所述第二螺旋型PN结22和第四螺旋型PN结24的螺旋型N区26的外围重合，且其负电极28与正面1的平面式PN结的N区上11的负电极12连接导通，具体可以为：所述第一螺旋型PN结21和第三螺旋型PN结23的螺旋型N区26的外围重合部分与第二螺旋型PN结22和第四螺旋型PN结24的螺旋型N区26的外围重合部分通过电池四周的n型层连接，且背面2的螺旋型N区26的负电极28与正面1的N区上的负电极相互投影的交叉处设有通孔29，所述通孔29的孔径大小与螺旋型N区26的负电极28和正面1的N区11上的负电极12相当(40μm～70μm)，所述通孔29内填充有导通连接负电极28和正面1的负电极的电极材料；同时将正面1的平面式PN结上焊接的负电极12引至背面2。
这样，本发明所述的双面太阳能电池的构造工作时，其正面1的平面式pn结作为主要的电光转换区域，接收较强的太阳光，太阳光短波激发的电子空穴对被正面1的平面式pn结利用，长波靠近背面2激发的电子空穴对被背面2的螺旋型PN结组利用，相对于统传的电池片，对能量的转换率将有所提高；同时电池片的背面2也能吸收较弱的太阳光，作为光电转换的次区域，也能提供一部分的光电能量，两者综合，将使得其单片的总体光电转换效率较传统电池片有较大的提高，可大量地节省所需硅材料，制作成本低，而且将正面1的平面式PN结的负电极12引至背面2，可相应地缩小线宽，减少遮光面积，进一步提高了转换率，加上通孔29填充的电极材料有利于将正面1收集的电流通过较短的路径传导至背面2的焊接线中，降低串连电阻。
如图4至图10所示：
本发明所述的双面太阳能电池的构造的制作方法，包括有以下步骤：
步骤A1.在P型硅片上制作通孔29(如图6)；
步骤A2.对硅片的正面和背面的表面进行制绒处理，具体可以为：在纯水中加入NaOH、异丙醇及制绒添加剂，在75℃～85℃条件腐蚀15min～28min，由于硅片晶向中的<100>面比<111>面的腐蚀速率快，使硅片的正面和背面的表面形成金字塔的绒面结构(如图7)；
步骤A3.对硅片依次进行网版印制光刻胶、爆光、加热固化和真空加热处理，在背面形成扩散阻拦层，具体可以为：在硅片制绒后，首先对硅片进行烘干除去水气，接着在暗室内用预制好图案的网版将光刻胶3均匀地印制在硅片的背面预设的n型区上(如图8)，并对硅片进行爆光、在烘箱内加热固化光刻胶3，然后将两片硅片的正面相对地叠合放入真空炉管中，通入氧气进行加热，使硅片的背面未被光刻胶覆盖的p型区上方生成一层厚0.5μm～2μm的SiO2层，作为扩散阻拦层；
步骤A4.把硅片浸入加热的光刻胶剥离液中，将硅片表面的光刻胶剥离；
步骤A5.对硅片进行扩散处理，使其正面和背面形成n型扩散层，具体可以为：将硅片放置于石英舟中，推入扩散炉管，在真空的环境下加热至830℃～900℃，先通入氮气和氧气在硅片表面生成一层薄的氧化层4(如图9)，接着通入氧气和携带POCl3的氮气加热30min～50min，在硅片正背两面生成方阻为45Ω/口～70Ω/口的n型扩散层；
步骤A6.对硅片的正面和背面生成的磷硅玻璃层去除，并进行镀膜处理，形成氮化硅薄膜，具体可以为：首先把扩散后的硅片浸入浓度为0.1％HF～0.3％HF的溶液中进行漂洗4min～8min，去除扩散过程中在硅片表面生成的磷硅玻璃层，在背面形成螺旋型P区25和螺旋型N区26(如图10)，并用甩干机烘干硅片表面的水分；然后采用PECVD的方法，在真空加热至450℃～530℃的环境中，在硅片的正面和背面分别镀上膜厚为75nm～85nm，折射率为2.0～2.2的氮化硅薄膜；
步骤A7.在硅片的正面和背面印制正电极和负电极，并烧结，具体可以为：首先通过硅片上的通孔29进行定位，并用预制好的网版在硅片的正面印制N电极(负电极12)，并进行烘干；接着翻转硅片后再通过其上的通孔29进行定位，用预制好的网版在硅片的背面印制P电极(正电极27和负电极28)，如图4；最后将印制好电极的电池片用网带送入烧结炉中，在850℃～950℃的环境中快速加热3sec～10sec，蒸发正电极和负电极浆料中的有机溶剂，并使正电极和负电极与n型扩散层形成良好的欧姆接触。
其中，在执行“在P型硅片上制作通孔29”后和“对硅片的正面和背面的表面进行制绒处理”前，对所述硅片进行预清洁，用低浓度的碱和双氧水的溶液在55℃～75℃条件腐蚀3min～5min以达到去除损伤层的效果,同时利用双氧水的强腐蚀性，去除硅片表面的油污和金属杂质。
这样，通过本制作方法制作所述的双面太阳电池的构造时，扩散后的电池片，不必经过刻蚀这个传统的电池片刻蚀环节，生产流程工序得以简化，生产周期大大缩短，同时生产难度也可降低。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种双面太阳能电池的构造，其特征在于：太阳能电池的正面(1)设有平面式PN结，背面(2)设有螺旋型PN结组，所述平面式PN结的N区(11)上设有负电极(12)，所述螺旋型PN结组包括有第一螺旋型PN结(21)、第二螺旋型PN结(22)、第三螺旋型PN结(23)和第四螺旋型PN结(24)，呈田字形分布；所述第一螺旋型PN结(21)、第二螺旋型PN结(22)、第三螺旋型PN结(23)和第四螺旋型PN结(24)主要由螺旋型P区(25)和螺旋型N区(26)组成，且所述螺旋型P区(25)和螺旋型N区(26)上分别设有正电极(27)和负电极(28)；其中，
所述第一螺旋型PN结(21)和第二螺旋型PN结(22)的螺旋型P区(25)的外围端部重合，所述第三螺旋型PN结(23)和第四螺旋型PN结(24)的螺旋型P区(25)的外围端部重合，且所述正电极(27)相互连接导通；
所述第一螺旋型PN结(21)和第三螺旋型PN结(23)的螺旋型N区(26)的外围重合，所述第二螺旋型PN结(22)和第四螺旋型PN结(24)的螺旋型N区(26)的外围重合，且其负电极(28)与所述正面(1)的平面式PN结的N区(11)上的负电极(12)连接导通。
2.根据权利要求1所述的双面太阳能电池的构造，其特征在于：所述第一螺旋型PN结(21)和第三螺旋型PN结(23)的螺旋型N区(26)的外围重合部分与所述第二螺旋型PN结(22)和第四螺旋型PN结(24)螺旋型N区(26)的外围重合部分通过电池四周的n型层连接，且所述背面(2)的螺旋型N区(26)的负电极(28)与所述正面(1)的N区(11)上的负电极(12)相互投影的交叉处设有通孔(29)，所述通孔(29)内填充有导通连接所述负电极(28)和所述正面(1)的负电极(12)的电极材料，将焊接的负电极引至所述背面(2)。
3.根据权利要求2所述的双面太阳能电池的构造，其特征在于：所述通孔(29)的孔径大小与所述螺旋型N区(26)的负电极(28)和所述正面(1)的N区(11)上的负电极(12)相当。
4.一种双面太阳能电池的构造的制作方法，其特征在于：包括有以下步骤：
a.在P型硅片上制作通孔(29)；
b.对硅片的正面和背面的表面进行制绒处理；
c.对硅片依次进行网版印制光刻胶、爆光、加热固化和真空加热处理，在背面形成扩散阻拦层；
d.把硅片浸入加热的光刻胶剥离液中，将硅片表面的光刻胶剥离；
e.对硅片进行扩散处理，使其正面和背面形成n型扩散层；
f.对硅片的正面和背面生成的磷硅玻璃层去除，并进行镀膜处理，形成氮化硅薄膜；
g.在硅片的正面和背面印制正电极和负电极，并烧结；
其中，所述对硅片的正面和背面的表面进行制绒处理，具体为：在纯水中加入NaOH、异丙醇及制绒添加剂，在75℃～85℃条件腐蚀15min～28min，由于硅片晶向中的<100>面比<111>面的腐蚀速率快，使硅片的正面和背面的表面形成金字塔的绒面结构；
所述对硅片依次进行网版印制光刻胶、爆光、加热固化和真空加热处理，在背面形成扩散阻拦层，具体为：在硅片制绒后，首先对硅片进行烘干除去水气，接着在暗室内用预制好图案的网版将光刻胶均匀地印制在硅片的背面预设的n型区上，并对硅片进行爆光、在烘箱内加热固化光刻胶，然后将两片硅片的正面相对地叠合放入真空炉管中，通入氧气进行加热，使硅片的背面未被光刻胶覆盖的p型区上方生成一层厚0.5μm～2μm的SiO2层，作为扩散阻拦层；
所述对硅片进行扩散处理，使其正面和背面形成n型扩散层，具体为：将硅片放置于石英舟中，推入扩散炉管，在真空的环境下加热至830℃～900℃，先通入氮气和氧气在硅片表面生成一层薄的氧化层，接着通入氧气和携带POCl3的氮气加热30min～50min，在硅片正背两面生成方阻为45Ω/口～70Ω/口的n型扩散层；
所述对硅片的正面和背面生成的磷硅玻璃层去除，并进行镀膜处理，形成氮化硅薄膜，具体为：首先把扩散后的硅片浸入浓度为0.1％HF～0.3％HF的溶液中进行漂洗4min～8min，去除扩散过程中在硅片表面生成的磷硅玻璃层，并用甩干机烘干硅片表面的水分；然后采用PECVD的方法，在真空加热至450℃～530℃的环境中，在硅片的正面和背面分别镀上膜厚为75nm～85nm，折射率为2.0～2.2的氮化硅薄膜；
所述在硅片的正面和背面印制正电极和负电极，并烧结，具体为：首先通过硅片上的通孔(29)进行定位，并用预制好的网版在硅片的正面印制负电极，并进行烘干；接着翻转硅片后再通过其上的通孔(29)进行定位，用预制好的网版在硅片的背面印制正电极和负电极；最后将印制好电极的电池片用网带送入烧结炉中，在850℃～950℃的环境中快速加热3sec～10sec，蒸发正电极和负电极浆料中的有机溶剂，并使正电极和负电极与n型扩散层形成良好的欧姆接触。
5.根据权利要求4项所述的双面太阳能电池的构造的制作方法，其特征在于：在执行“在P型硅片上制作通孔(29)”后和“对硅片的正面和背面的表面进行制绒处理”前，对所述硅片进行预清洁，用低浓度的碱和双氧水的溶液在55℃～75℃条件腐蚀3min～5min以 达到去除损伤层的效果，同时利用双氧水的强腐蚀性，去除硅片表面的油污和金属杂质。
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