CN103022174B

CN103022174B - 一种基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池及其制备方法

Info

Publication number: CN103022174B
Application number: CN201210439342.4A
Authority: CN
Inventors: 涂宏波; 王学林; 聂金艳; 刘自龙; 马超
Original assignee: Zhejiang Jinko Solar Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Jinko Solar Co Ltd
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: CN103022174A

Abstract

本发明涉及一种基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池。包括n型晶硅硅片衬底、SiN_x膜层、SiO₂膜层、浅掺杂n⁺层、p型接触电极、局部接触发射极p⁺层、激光烧结孔、前接触电极、重掺杂n⁺⁺层、贯穿孔以及n型接触电极。n型晶硅硅片衬底正反两面均具有SiO₂/SiN_x叠层，背面SiN_x膜层上设有Al层，局部Al层穿过背面SiO₂/SiN_x叠层，并形成局部接触发射极P⁺层；贯穿孔设置于衬底的中部，Ag浆贯穿其中，并与前接触电极细栅线和n型接触电极相连接。本发明解决了p型硅片少子寿命低和复合敏感问题及传统电池片钝化效果不佳问题；提高了光的通量，增加了长波长光的利用率；并解决了传统全铝背场电池片烧结后弯曲现象。

Description

一种基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体太阳电池技术领域，特别是涉及一种基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池。

背景技术

目前，传统的燃料能源正在逐渐的减少，对环境造成的危害日益突出。太阳电池直接将太阳能转化为电能，被公认为是解决能源危机和环境问题十分有效的途径之一。已经商业化的常规硅太阳电池，80%以上是由晶体硅材料制备而成，因此，制备高效低成本的晶体硅太阳电池对大规模利用太阳能发电有着十分重要的意义。

传统太阳电池栅线电极全部在受光面，虽然研究人员致力于减少栅线的宽度，但依然阻挡了较多的太阳光，使电池有效受光面积降低；组件封装时，需要用涂锡带从一块电池的正面焊接到另一块电池的背面，这种连接方式使自动化生产的难度加大。为此，解决这个问题有利于自动化生产和提高光电转换效率。

传统的掺硼p型晶体硅太阳电池存在一些弊端，一是p型硅片本身掺硼，而形成硼氧复合对会引起转换效率衰减，二是p型硅片中的少子是电子，对外来杂质引起的复合敏感，导致少子寿命不高。还有，传统太阳电池是全铝覆盖硅片背面形成铝背场的，会导致电池片弯曲，随着硅片的厚度的减少，弯曲度将越来越严重。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供一种不仅结构简单合理，而且能提高光吸收能力的高效低成本的基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池，同时提供该太阳电池的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是，一种基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池，包括n型晶硅硅片衬底、SiN_x膜层、SiO₂膜层、浅掺杂n⁺层、p型接触电极、局部接触发射极p⁺层、激光烧结孔、前接触电极、重掺杂n⁺⁺层、贯穿孔以及n型接触电极；所述的n型晶硅硅片衬底正反两面均具有SiO₂/SiN_x叠层，且SiN_x膜层在SiO₂膜层之上；所述的贯穿孔设置于n型晶硅硅片衬底的中部，Ag浆贯穿其中，并与前接触电极细栅线和n型接触电极相连接；所述的n型晶硅硅片衬底背面SiN_x膜层上设有Al层，局部Al层激光烧结穿过背面SiO₂/SiN_x叠层，并形成局部接触发射极P⁺层。

作为一种优选，所述的n型晶硅硅片衬底正面细栅线印刷在重掺杂n⁺⁺层之上并覆盖贯穿孔，所述的正面细栅线由Ag曲线和Ag直线构成。

作为一种优选，所述的n型晶硅硅片衬底为单晶或多晶，厚度为70-180μm，电阻率为0.2~ 5Ωcm；SiO₂膜层厚度为10~300nm；SiN_x膜层厚度为20~200nm；重掺杂n⁺⁺层方阻为10~50Ω/□；浅掺杂n⁺层方阻为70~120Ω/□；激光烧结孔的孔径为100~960μm，间距为1~5mm；贯穿孔的孔径为60~1000μm。

所述的基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池的制备方法，依次包括以下步骤：对所述的n型晶硅硅片衬底进行开孔，形成贯穿孔，然后清洗制绒并背面化学抛光；接着在硅片衬底正面预制作细栅线处进行激光重掺杂，形成重掺杂n⁺⁺层；非细栅线处和贯穿孔内壁进行扩散，形成表面场浅掺杂n⁺层；等离子刻蚀硅片边缘PN结，掩膜法印刷腐蚀性浆料去除磷扩散时在背面形成的n⁺层，然后用HF溶液清洗硅片衬底，去除硅片衬底上的腐蚀性浆料、磷硅玻璃以及因等离子刻蚀产生的损失层；在硅片衬底正反两面分别制备形成钝化层SiO₂膜层，并在正反两面SiO₂膜层上镀SiN_x膜层；然后在背面贯穿孔形成的直线方向上印刷Ag层，形成n型接触电极，非贯穿孔处印刷Al层，形成p型接触电极，正面重掺杂处印刷Ag细栅线，形成前接触电极，最后用LFC法形成背面局部接触发射极p⁺层以及激光烧结孔。

本发明中，利用少子寿命较高的n型硅片作衬底，解决了p型硅片少子寿命低和复合敏感的问题；双面钝化处理进一步降低复合速度，解决了传统电池片的钝化效果不佳的问题；主栅线通过贯穿孔连接正面细栅线，提高了光的通量，背面SiO₂膜层提高反射率进一步增加了长波长光的利用率；Al层局部与硅片本体接触，解决了传统全铝背场电池片烧结后弯曲现象。因此，本发明改善了传统太阳电池多方面不利因素。

附图说明

图1是本发明实施例结构截面示意图。其中：1-SiN_x膜层，2-SiO₂膜层，3-浅掺杂n⁺层，4-n型晶硅硅片衬底，5-p型接触电极，6-局部接触发射极p⁺层，7-激光烧结孔，8-前接触电极，9-重掺杂n⁺⁺层，10-贯穿孔，11-n型接触电极。

具体实施方式

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。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

实施例1：

如图1所示，基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池，包括n型晶硅硅片衬底4、SiN_x膜层1、SiO₂膜层2、浅掺杂n⁺层3、p型接触电极5、局部接触发射极p⁺层6、激光烧结孔7、前接触电极8、重掺杂n⁺⁺层9、贯穿孔10以及n型接触电极11；n型晶硅硅片衬底4为多晶硅片156×156mm，电阻率为1.5Ωcm。具体制备过程如下：将n型晶硅硅片衬底4进行激光开孔，形成贯穿孔10，孔径为160μm，然后清洗制绒并背面化学抛光；接着在硅片衬底4正面预制作细栅线处进行激光重掺杂，形成重掺杂n⁺⁺层9，方阻为40Ω/□；非细栅线处和贯穿孔10内壁进行扩散，形成表面场浅掺杂n⁺层3，方阻为90Ω/□；等离子刻蚀硅片边缘PN结，掩膜法印刷腐蚀性浆料去除磷扩散时在背面形成的n⁺层，然后用HF溶液清洗硅片衬底4，去除硅片衬底4上的腐蚀性浆料、磷硅玻璃以及因等离子刻蚀产生的损失层；在硅片衬底4正反两面分别制备形成钝化层SiO₂膜层2，膜厚分别为10nm和200nm，并在正反两面SiO₂膜层2上镀SiN_x膜层1，膜厚分别为80nm和30nm；然后在背面贯穿孔10形成的直线方向上印刷Ag层，形成n型接触电极11，非贯穿孔处印刷Al层，形成p型接触电极5，正面重掺杂处印刷Ag细栅线，形成前接触电极8，最后用LFC法形成背面局部接触发射极p⁺层6以及激光烧结孔7，孔径为460μm，间距为3mm。

实施例2：

如图1所示，基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池，结构同实施例1；n型晶硅硅片衬底4为单晶硅片156×156mm，电阻率为1Ωcm。具体制备过程如下：将n型晶硅硅片衬底4进行激光开孔，形成贯穿孔10，孔径为220μm，然后清洗制绒并背面化学抛光；接着在硅片衬底4正面预制作细栅线处进行激光重掺杂，形成重掺杂n⁺⁺层9，方阻为45Ω/□；非细栅线处和贯穿孔10内壁进行扩散，形成表面场浅掺杂n⁺层3，方阻为85Ω/□；等离子刻蚀硅片边缘PN结，掩膜法印刷腐蚀性浆料去除磷扩散时在背面形成的n⁺层，然后用HF溶液清洗硅片衬底4，去除硅片衬底4上的腐蚀性浆料、磷硅玻璃以及因等离子刻蚀产生的损失层；在硅片衬底4正反两面分别制备形成钝化层SiO₂膜层2，膜厚分别为15nm和240nm，并在正反两面SiO₂膜层2上镀SiN_x膜层1，膜厚分别为75nm和40nm；然后在背面贯穿孔10形成的直线方向上印刷Ag层，形成n型接触电极11，非贯穿孔处印刷Al层，形成p型接触电极5，正面重掺杂处印刷Ag细栅线，形成前接触电极8，最后用LFC法形成背面局部接触发射极p⁺层6以及激光烧结孔7，孔径为300μm，间距为4mm。

实施例3：

如图1所示，基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池，结构同实施例1；n型晶硅硅片衬底4为单晶硅片125×125mm，电阻率为1.2Ωcm。具体制备过程如下：将n型晶硅硅片衬底4进行激光开孔，形成贯穿孔10，孔径为180μm，然后清洗制绒并背面化学抛光；接着在硅片衬底4正面预制作细栅线处进行激光重掺杂，形成重掺杂n⁺⁺层9，方阻为45Ω/□；非细栅线处和贯穿孔10内壁进行扩散，形成表面场浅掺杂n⁺层3，方阻为80Ω/□；等离子刻蚀硅片边缘PN结，掩膜法印刷腐蚀性浆料去除磷扩散时在背面形成的n⁺层，然后用HF溶液清洗硅片衬底4，去除硅片衬底4上的腐蚀性浆料、磷硅玻璃以及因等离子刻蚀产生的损失层；在硅片衬底4正反两面分别制备形成钝化层SiO₂膜层2，膜厚分别为10nm和240nm，并在正反两面SiO₂膜层2上镀SiN_x膜层1，膜厚分别为80nm和20nm；然后在背面贯穿孔10形成的直线方向上印刷Ag层，形成n型接触电极11，非贯穿孔处印刷Al层，形成p型接触电极5，正面重掺杂处印刷Ag细栅线，形成前接触电极8，最后用LFC法形成背面局部接触发射极p⁺层6以及激光烧结孔7，孔径为400μm，间距为2mm。

实施例4：

如图1所示，基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池，结构同实施例1；n型晶硅硅片衬底4为类单晶硅片156×156mm，电阻率为2Ωcm。具体制备过程如下：将n型晶硅硅片衬底4进行激光开孔，形成贯穿孔10，孔径为180μm，然后清洗制绒并背面化学抛光；接着在硅片衬底4正面预制作细栅线处进行激光重掺杂，形成重掺杂n⁺⁺层9，方阻为48Ω/□；非细栅线处和贯穿孔10内壁进行扩散，形成表面场浅掺杂n⁺层3，方阻为90Ω/□；等离子刻蚀硅片边缘PN结，掩膜法印刷腐蚀性浆料去除磷扩散时在背面形成的n⁺层，然后用HF溶液清洗硅片衬底4，去除硅片衬底4上的腐蚀性浆料、磷硅玻璃以及因等离子刻蚀产生的损失层；在硅片衬底4正反两面分别制备形成钝化层SiO₂膜层2，膜厚分别为15nm和220nm，并在正反两面SiO₂膜层2上镀SiN_x膜层1，膜厚分别为80nm和20nm；然后在背面贯穿孔10形成的直线方向上印刷Ag层，形成n型接触电极11，非贯穿孔处印刷Al层，形成p型接触电极5，正面重掺杂处印刷Ag细栅线，形成前接触电极8，最后用LFC法形成背面局部接触发射极p⁺层6以及激光烧结孔7，孔径为300μm，间距为2mm。

Claims

1.一种基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池，包括n型晶硅硅片衬底（4）、SiN_x膜层（1）、SiO₂膜层（2）、浅掺杂n⁺层（3）、p型接触电极（5）、局部接触发射极p⁺层（6）、激光烧结孔（7）、前接触电极（8）、重掺杂n⁺⁺层（9）、贯穿孔（10）以及n型接触电极（11）；其特征在于：所述的n型晶硅硅片衬底（4）正反两面均具有SiO₂/SiN_x叠层，且SiN_x膜层在SiO₂膜层之上；所述的贯穿孔（10）设置于n型晶硅硅片衬底（4）的中部，Ag浆贯穿其中，并与前接触电极（8）细栅线和n型接触电极（11）相连接；所述的n型晶硅硅片衬底（4）背面SiN_x膜层上设有Al层，局部Al层激光烧结穿过背面SiO₂/SiN_x叠层，并形成局部接触发射极P⁺层（6）。

2.按权利要求1所述的基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池，其特征在于：所述的n型晶硅硅片衬底（4）正面细栅线印刷在重掺杂n⁺⁺层（9）之上并覆盖贯穿孔（10），所述的正面细栅线由Ag曲线和Ag直线构成。

3.按权利要求1所述的基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池，其特征在于：所述的n型晶硅硅片衬底（4）为单晶或多晶，厚度为70-180μm，电阻率为0.2~ 5Ωcm；SiO₂膜层（2）厚度为10~300nm；SiN_x膜层（1）厚度为20~200nm；重掺杂n⁺⁺层（9）方阻为10~50Ω/□；浅掺杂n⁺层（3）方阻为70~120Ω/□；激光烧结孔（7）的孔径为100~960μm，间距为1~5mm；贯穿孔（10）的孔径为60~1000μm。

4.按权利要求1至3之任意一项所述的基于n型硅片的金属贯穿式背发射极晶硅太阳电池的制备方法，其特征在于：依次包括以下步骤：对所述的n型晶硅硅片衬底（4）进行开孔，形成贯穿孔（10），然后清洗制绒并背面化学抛光；接着在硅片衬底（4）正面预制作细栅线处进行激光重掺杂，形成重掺杂n⁺⁺层（9）；非细栅线处和贯穿孔内壁进行扩散，形成表面场浅掺杂n⁺层（3）；等离子刻蚀硅片边缘PN结，掩膜法印刷腐蚀性浆料去除磷扩散时在背面形成的n⁺层，然后用HF溶液清洗硅片衬底（4），去除硅片衬底（4）上的腐蚀性浆料、磷硅玻璃以及因等离子刻蚀产生的损失层；在硅片衬底（4）正反两面分别制备形成钝化层SiO₂膜层（2），并在正反两面SiO₂膜层（2）上镀SiN_x膜层（1）；然后在背面贯穿孔形成的直线方向上印刷Ag层，形成n型接触电极（11），非贯穿孔处印刷Al层，形成p型接触电极（5），正面重掺杂处印刷Ag细栅线，形成前接触电极（8），最后用LFC法形成背面局部接触发射极p⁺层（6）以及激光烧结孔（7）。