CN103077984B - 一种n型硅衬底的双pin结双面太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池，包括N型硅衬底，N型硅衬底上下两个表面上均制成绒面，N型硅衬底上表面绒面上自下而上依次高温硼扩散掺杂沉积隔离层I(SiO₂)、P型掺杂层、隔离层I和P⁺型掺杂层四层结构；最上一层再用PECVD技术实现SiN减反射膜；其中要在最后才实行埋电极与输出极的制备(上电极等丝网印刷技术)；N型硅衬底下表面绒面上自上而下进行背面的亚高温磷扩散掺杂，依次形成隔离层I(SiO₂)和N⁺型掺杂层构成NIN⁺的结构。

Description

一种N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池

技术领域

本发明涉及一种双面太阳能电池，特别是一种N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池。

背景技术

能源危机下光伏产业发展迅速。光伏理论与技术的发展逐渐走向成熟，进一步推广光伏应用的关键是提高电池光电转换效率、降低电池成本。Si衬底上HIT(物理上讲即PIN结)电池在日本Sanyo公司得到大力发展。它是晶体Si上生长非晶Si薄层的“异质结”(HIT结)电池，其工艺温度实际是一种中温工艺，虽然转换效率略强，但是寿命短，双面电池是适合于高日照下工作，工艺上适合规模化生产的低价高效电池之一。但是真正的双面电池是德国2006年开发的双PIN结、三电极(背电极，发射极，选择发射极)结构。日本改为双电极结构(基极，集电极)，其实三电极结构更合理，发电效率更高。因为晶体的形成都是高温下形成，掺杂的薄膜可以高温或者亚高温，而中温的CVD品质上会影响整个电池片的寿命。日本Si衬底上所谓“HIT结构”太阳能电池(hetero2junctionwithintrinsicthin2layersolarcells)并非传统的异质结，我们做的有机单晶与硅单晶的双面电池才是真正的异质结。我们分别以P型Si、N型Si为衬底，开发了1、2型双PIN结的双面电池。我们又以有机半导体加玻璃TCO与N型或P型Si单晶掺杂之单面电池构成双异质结3、4型双面电池。以下分别以1、2、3、4型四种双面电池对当前全球晶体太阳能电池产业的发展与机理做出了创新。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池。它是高温工艺结晶成形，所以结构稳定，品质因素高，而且是在原有的工艺设备上实现工艺创新，相对德、日、美太阳能电池大国的电池片成本要低。

本发明的技术方案：一种N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池，其特点是：包括N型硅衬底，N型硅衬底上下两个表面上均制成绒面，N型硅衬底上表面绒面上进行高温硼扩散掺杂，并自下而上依次形成隔离层I(SiO₂)、P型掺杂层、隔离层I和P⁺型掺杂层的四层结构；最上一层再用PECVD技术实现SiN减反射膜；其中要在最后才实行埋电极与输出极的制备(上电极等丝网印刷技术)；N型硅衬底下表面绒面上进行背面的亚高温磷扩散掺杂，自上而下依次形成隔离层I(SiO₂)和N⁺型掺杂层构成NIN⁺的结构；由于N型硅的方阻是300Ω，因此它的掺杂分层沉积难以均匀，工艺上达到±3％是其关键。

上述的N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池中，所述N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池，其最顶层的轻掺杂P⁺型材料层上(加减上标分别表示重掺杂和轻掺杂)再印刷前电极后覆盖有EVA层，用激光刻槽、清洗，实现银选择电极引出线；其最底层实现银烧结背电极，再覆以EVA。或直接用TCO(氧化物薄膜)导电玻璃或导电薄膜作为透光又可支撑的背电极；正面的埋电极有两种，一是正对背电极的正上方位置制作埋电极，二是在正上方做常规的输出电极，在其硅片边缘离边5毫米(mm)处做埋电极，埋深是80-90微米(μm)。

前述的N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池中，所述前电极、背电极和埋电极均为银电极，埋电极为一种连续战壕式或长方形段壕式；埋电极的侧面与硅片上半部绝缘，要求其方阻低于100Ω。

前述的N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池中，高温掺杂的均匀度要求不大于3％的误差。

与现有技术相比，本发明在N型硅衬底与PIN结掺杂结构之间采用SiO₂隔离层，而且硼磷掺杂层构成浓度梯度，各梯度之间也设置SiO₂隔离层。这种结构必须实现水平方向均匀化、垂直方向禁带梯度化，以利于提高光伏效率；由于SiO₂的存在，减少了重复污染，也提高了光伏效率，所以本发明给出了一个光伏效率函数：ΔF＝F₁dt+F₂dt-PmΔmdt。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。

一种N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池，如图1所示，包括N型硅衬底N(Si)，N型硅衬底上下两个表面上均制成绒面6，N型硅衬底上表面绒面上自下而上依次高温硼扩散掺杂沉积隔离层I(SiO₂)、P型掺杂层、隔离层I和P⁺型掺杂层四层结构；最上一层再用PECVD技术实现SiN减反射膜5；其中要在最后才实行埋电极2与输出极的制备(上电极等丝网印刷技术)；N型硅衬底下表面绒面上自上而下进行背面的亚高温磷扩散掺杂，依次形成隔离层I(SiO₂)和N⁺型掺杂层构成NIN⁺的结构；由于N型硅的方阻是300Ω，因此它的掺杂分层沉积难以均匀，工艺上达到±3％是其关键。所述N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池，其最顶层的轻掺杂P⁺型上再印刷前电极3后覆盖有EVA层7，用激光刻槽、清洗，实现银选择电极引出线；其最底层实现银烧结背电极1，再覆以EVA。或直接用TCO(氧化物薄膜)导电玻璃或导电薄膜作为透光又可支撑的背电极；正面的埋电极有两种，一是正对背电极的正上方位置制作埋电极，二是在正上方做常规的输出电极，在其硅片边缘离边5毫米(mm)处做埋电极，埋深是80-90微米(μm)。所述前电极、背电极和埋电极均为银电极，埋电极为一种连续战壕式或长方形段壕式；埋电极的侧面4与硅片上半部绝缘，要求其方阻低于100Ω。高温掺杂的均匀度要求不大于3％的误差。

在制备本发明的N型硅衬底的双PIN结双面太阳能电池时，在制作工艺方面还存在以下这些需要注意的地方。

本发明为双面采光电池片，去掉了BSF底层反光结构。即双面采光的双重进光光伏效应器件；a)背面光电池，正面光电池。b)三电极由烧结型+光腐蚀型工艺获取。形成背极、前极、埋电极(选择发射极)。c)保持双刻蚀、清洗、制绒收边的原工艺。d)双面光减反射薄膜及EVA光电子囚笼结构工艺可保留，并作成禁带梯度结构使双面采光囚笼效应实现。e)导电玻璃TCO粘胶工艺技术、印刷电极工艺保留。但是TCO镀层一面紧贴晶片表面，从而将支撑作用与导电作用合二为一。

微纳米级沉积厚度Δμm(μ＝Micrometer)、其控制工艺与R_□(方阻)均匀度ΔR_□与扩散时间Δt有关。形成一个光伏效率F1(Δμm、ΔR_□、Δt)的经验函数，我们称之经验扩散函数。关键是这些参数的合理控制，直接提高电池片的质量和效率。

埋电极的微纳米刻蚀技术，刻深是属微米级，掺杂导电层厚度是纳米级，它的导电率涉及埋深层位ΔL，掺杂材料视电阻率R，刻蚀条数Δn与刻蚀电流ΔA、频率ΔfF3(R、ΔL、Δn、ΔA、Δf)可以建立一个临界埋深函数Fc＝f(ΔL、R、Δn、ΔA、Tflaser)。这是第三个经验函数。

本发明形成了禁带台阶，它与扩散、烧结、PECVD、流延工艺步骤、作业时间有关；并涉及衬底材料、掺杂层数及其数量、频率控制、隔离带(I)的厚薄、制做过程融合函数，允许一定的幅度涨落，即F＝F1dt+F2dt-PmΔmdt.Pm为金属污化损耗。F1+f2＞＞Pm，但是Pm不能也不会为0。

利用高温扩散+亚高温烧结+中温PECVD，形成三明治叠层结构。因为衬底厚度都在180μm左右。这种双层三明治厚度在微米级。掺杂电子或空穴层在纳米级，这时其均匀度(J)是效率的关键因子，J函数PV＝F1(J)+F2(J)，J是由温度及其老化时间，气氛杂质含量决定的。我们的清污次数不能过高，它也会增加成本和产生嵌套污染(P)。PV效率＝F1(J)-P(m).污化包括金属杂质，掺杂过量也是杂质。如三氯氧磷、三溴化硼、氢氟酸、印刷稀释剂等。

三电极(背向埋)材料选择与埋电极的工艺(深度、工具、均匀度、导电率、边缘绝缘技术，使其物理结构保持深槽侧面绝缘，更重要的使三个电极有接触电势差。几何结构保持易操作，化学性质保持均匀和化学稳定并达到持续长期耐老化的特点，发电寿命取决于极化层的出现与厚度。

烧结与丝网印刷：双面、双扩、双晶工艺中最讲究材料纯度以及浆料与稀释剂浓度，析出直接影响印刷电极均匀度，电极均匀度是双面电池的“瓷器活”。如，Ag/AlAgCu/NiSn/Bi)都可用，但导电率与成本要根据市场需求加以调整。

EVA的使用：双面电池取消了BSF反射层，因此它的透明性保持。但是它易吸水导致老化损坏。因此在做组件时玻璃作为保护垫是必要的。我们把玻璃保护支撑作用与电极导电作用合二为一。因此背面去除了铝反射层。从而有机、加无机，做成双面电池降低了成本，使组件更轻更薄也更便宜。

硼扩散工艺炉比磷扩散要求更高的温度，扩散时均匀度要求更高，时间要求更短。因此不只控制炉温，还要控制层流速度、尾排速度，管内温度、组分配比。因此其硼扩散PID控制尤其精微无怠。

银浆、铝浆、铜镍浆、锡铋浆，热熔流程，印刷烘干的方法不同，它直接副作用是产生互相污染，影响寿命长短、影响开路电压与短路电流。它还会因异质结结构而改变，因此建立一个优化函数F3＝f(MJ；TJ；ΔtJ；DPN)。(MJ：导电材料；TJ：热熔温度；ΔtJ：作业时间；DPN：禁带宽度)。

本发明太阳能电池的制备工艺流程如图2所示。

Claims (3)

1.一种N型硅衬底的PIN结双面太阳能电池，其特征在于：包括N型硅衬底，N型硅衬底上下两个表面上均制成绒面，N型硅衬底上表面绒面上进行高温硼扩散掺杂，并自下而上依次形成隔离层I、P型掺杂层、隔离层I和P⁺型掺杂层的四层结构；最上一层再用PECVD技术实现SiN减反射膜；其中要在最后才实行埋电极与输出极的制备；N型硅衬底下表面绒面上进行背面的高温硼扩散掺杂，并自上而下依次形成隔离层I和N⁺型掺杂层构成NIN⁺的结构；

所述N型硅衬底的PIN结双面太阳能电池，其最顶层的P⁺型掺杂层上在印刷前电极后覆盖有EVA层，用激光刻槽、清洗，实现银选择电极引出线；其最底层实现银烧结背电极，再覆以EVA；直接用导电薄膜作为透光又可支撑的背电极；正面的埋电极有两种，一是正对背电极的正上方位置制作埋电极，二是在正上方做常规的输出电极，在其硅片边缘离边5毫米处做埋电极，埋深是80-90微米。

2.根据权利要求1所述的N型硅衬底的PIN结双面太阳能电池，其特征在于：所述前电极、背电极和埋电极均为银电极，埋电极为一种连续战壕式或长方形段壕式；埋电极的侧面与硅片上半部绝缘，要求其方阻低于100Ω/□。

3.根据权利要求1所述的N型硅衬底的PIN结双面太阳能电池，其特征在于：高温掺杂的均匀度要求不大于3%的误差。