CN103109375A - 用于生产具有纹理化正面的太阳能电池的方法及相应的太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生产太阳能电池(100)的方法以及可以相应地生产的太阳能电池。在太阳能电池衬底(1)上,首先,例如可包括由碱性蚀刻产生的锥体(7)的有棱角的纹理(7)形成在太阳能电池衬底(1)的正面(3)和背面(5)上。然后,将蚀刻阻挡层施加到太阳能电池衬底(1)的正面。接下来,通过在例如含酸的各向同性地作用的蚀刻溶液中蚀刻,使太阳能电池衬底(1)的背面(5)上的纹理(7)平滑,其中正面(3)被蚀刻阻挡层保护。因而,在背面(5)上的有棱角的结构可以被消除,这种方式下可以增加反射率并可以提高表面钝化,这两者能导致潜在效率提高。同时,在背面(5)上形成在太阳能电池衬底(1)的整个表面上的发射极层(13)可以在蚀刻期间去除,使得正面触点(23)和背面触点(25)的电隔离是多余的。

Description

用于生产具有纹理化正面的太阳能电池的方法及相应的太阳能电池
技术领域
本发明涉及用于生产具有纹理化正面的太阳能电池的方法。本发明还涉及可以用该方法生产的太阳能电池。
背景技术
太阳能电池通常是基于诸如例如硅晶片的半导体衬底产生的,并且该电池在使用时朝向太阳的该衬底的正面经常被纹理化。这种情况下的纹理化应被理解为指的是故意偏离该正面的平坦实现。例如,可以利用所谓纹理化蚀刻方法对该正面进行蚀刻,在这种方式下,小的锥体留在该表面上。以这种方式纹理化的表面可以具有比未纹理化的表面小的反射,从而更多射到该正面的光进入太阳能电池衬底,由此可以增加太阳能电池的效率。
US2004/0259335A1描述一种太阳能电池和用于生产这种太阳能电池的方法,其中正面被掩膜,并且背面被回蚀刻。
然而,已经观察到,例如由于传统上在太阳能电池的情况下实现纹理的方法,经常需要接受可不利地影响可能实现的效率的某些缺点。
发明内容
因此,寻求一种用于生产太阳能电池的方法,在该方法中,特别可以减小由在太阳能电池的表面处形成纹理而导致的不利影响。特别地,与类似地设置有表面纹理的太阳能电池相比,提高了效率。此外,还关注于提出尽可能简单的生产方法,通过该方法可以实现积极的效果而不需要额外的复杂方法步骤,并且优选该方法与传统的太阳能电池的工业生产中使用的处理步骤兼容。
这可以通过根据独立权利要求的生产方法和太阳能电池来实现。在独立权利要求中描述了优选实施例。
根据本发明的第一方面,描述一种用于生产太阳能电池的方法。该方法包括:提供太阳能电池衬底;在所述太阳能电池衬底的正面处或正面上以及背面处或背面上形成纹理;对所述太阳能电池衬底的所述正面施加蚀刻阻挡层;以及通过在各向同性地作用的蚀刻溶液中蚀刻,使所述太阳能电池衬底的所述背面上的纹理平滑。
另外,可以基于以下经验考虑本发明的各方面:在例如基于硅晶片的太阳能电池的生产中,通常通过利用纹理蚀刻溶液进行蚀刻使晶片表面纹理化,以实现正面反射降低。传统上,在此情况下,晶片通常完全浸在纹理蚀刻溶液中,使得晶片的正面和背面都被纹理化。在该纹理蚀刻期间,晶片表面的一部分被蚀刻掉,由于纹理蚀刻溶液的各向异性作用,该蚀刻处理是以典型地留下高度在几微米范围内的小锥体的方式完成的。这些锥体产生倾斜的侧面,入射光可以在这些侧面上多次反射,由于所谓的光陷阱,反射降低。而这在太阳能电池的正面上是希望的,以使反射最小化,已经确认,在太阳能电池的背面上这种锥体的锐利边缘可能具有不利的影响。
本文描述一种用于生产太阳能电池的方法,该方法可以防止太阳能电池背面上的纹理的锐利边缘。为此,提出了通过在各向同性地作用的蚀刻溶液中进行蚀刻,使预先在太阳能电池衬底的背面上实现的纹理在后来平滑化。在此情况下,该各向同性地作用的蚀刻溶液可以在所有方向上以相同的程度蚀刻太阳能电池衬底的材料,即,没有优先的蚀刻方向。这种情况下的“平滑化”可被理解为指的是,预先实现的具有棱角的,即,有刃的结构,诸如例如锥体结构的纹理在后来通过在包含酸的蚀刻溶液中进行蚀刻而被圆润化。因此,在平滑化之后,该纹理结构的边缘不再具有成角度相互接合的平坦表面,而是以一定的曲率半径逐渐相互接合。在此情况下,该曲率半径可以例如是各纹理单位,如原始纹理结构的各锥体,的尺寸的量级,或者大于该尺寸,即,在0.1至10μm的范围内。
已经发现,纹理化的背面被平滑化的太阳能电池可以具有增加的背面反射。这可以具有从正面透入到太阳能电池衬底中的光更好地在背面处反射的结果,因此该光留在太阳能电池衬底内而不是显现在背面处。这特别是对于在背面上不具有例如涂敷的金属层形式的单独背面反射器的太阳能电池的情况可能是有益的,并且特别是对于长波波长的情况下提高量子效率可能是有帮助的。
此外,已经发现,与具有锐利边缘的纹理化背面相比,平滑化的背面,特别是如果覆盖有用于表面钝化目的的电介质层,则具有较低的表面再结合。因此,由于由纹理的平滑化导致的太阳能电池的背面的表面形态的变化,这两种效果都可以导致以所提出的方式生产的太阳能电池的效率提高。
已经观察到,特别是在由硅构成的太阳能电池衬底的情况下,优选地,可以利用含酸的蚀刻溶液实现这种纹理的平滑化。在此情况下,该含酸的蚀刻溶液意图作用于该太阳能电池衬底的材料。例如,该含酸的蚀刻溶液可以包含氢氟酸(HF)。特别对于硅衬底来说,适当的蚀刻溶液例如由氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)和水(H2O)组成。与许多碱的(basic)蚀刻溶液,即,碱性(alkaline)蚀刻溶液不同,含酸的蚀刻溶液通常各向同性地作用,因此可以帮助用于圆润目的的蚀刻,从而使锐利边缘的纹理结构平滑。
为了在蚀刻处理期间保护太阳能电池衬底的正面,可以在该正面上覆盖蚀刻阻挡层。这种情况下的蚀刻阻挡层可被理解为意味着施加到该衬底正面的具有足够的化学蚀刻抵抗能力和足够厚度及密封性的层,以防止该正面被蚀刻溶液蚀刻。例如,可以利用粘性膏状物实现该蚀刻阻挡层。这种情况下的该粘性膏状物可以是蜡状的或者液态的,粘性可以被开发为使得在蚀刻处理期间该膏状物可以在该衬底的正面上形成稳定的不能渗透的膜。
例如可以利用丝网印刷技术或者喷墨技术施加该蚀刻阻挡层。丝网印刷技术和喷墨技术二者构成的方法技术是在太阳能电池的工业生产中建立的技术,并且长期被可靠地用于例如形成金属触点。
为了使纹理平滑而进行的蚀刻可以以如下方式来进行:从太阳能电池衬底的背面去除小于20μm,优选小于10μm,并且更优选地小于5μm的衬底材料。因此,与传统上在太阳能电池的生产中进行的其他蚀刻步骤相比,例如与为了去除锯断损伤或者为了对太阳能电池表面抛光而进行的蚀刻步骤相比,从太阳能电池表面去除的材料显著减少。尽管为了实现衬底背面上的结构的足够平滑而仍需要蚀刻,但是特别是考虑到在太阳能电池的生产中使用的衬底越来越薄的事实,在蚀刻处理期间去除尽可能少的衬底材料可能是有利的。已经证明,对于这种情况,在衬底的背面上去除大约1-20μm,优选地3-10μm的衬底材料是适当的。
与传统上在太阳能电池生产中使用的其他蚀刻处理相比,用于使纹理平滑的目的的蚀刻处理可能持续时间短。例如,可以在小于5分钟,优选地小于3分钟,并且更优选地小于2分钟的时间段内进行该蚀刻。这种短时间的蚀刻对于太阳能电池作为整体的快速生产可能是有帮助的。
在该蚀刻处理期间,该含酸的蚀刻溶液可以基本上处于室温,即,例如在10℃至40℃的范围内,优选地在20℃至30℃的范围内。因此,这种情况不需要特别的调温,例如,加热蚀刻溶液。这对于简化并且加速整个生产方法也可能是有帮助的。
在该方法的一个实施方式中,在使纹理平滑之前,在太阳能电池衬底的正面和背面二者上实现发射极层。由于正面随后被蚀刻阻挡层保护,所以在随后的出于使纹理平滑目的的蚀刻期间,只去除太阳能电池衬底的背面上的发射极层。这样,由于用于平滑化目的的蚀刻步骤,可以生产出只在太阳能电池衬底的正面上以及可能在侧沿上具有发射极层的太阳能电池,在其它方面用作基极的该太阳能电池衬底在背面上存在的发射极层被去除,从而可以在背面上直接接触该基极。因此,不再需要像许多传统上生产的太阳能电池那样将衬底的背面上的寄生发射极与正面上的发射极电隔离,这在传统上需要附加的方法步骤,例如,在没有掩膜的情况下在一个单个面上的湿法化学发射极蚀刻、利用激光的边缘隔离、利用等离子体的边缘隔离或者利用锯断的边缘隔离。换句话说,在此实现的出于使纹理平滑的目的蚀刻衬底背面的方法步骤可被用于同时蚀刻掉先前在衬底的背面上实现的寄生发射极。因此,可以使得用于电隔离由背面触点接触的该衬底的背面和由正面触点接触的该太阳能电池的正面的附加方法步骤是不必要的。
在该生产方法的另一实施方式中,在使纹理平滑之后,对太阳能电池衬底的背面施加钝化层。这种情况下的钝化层可被理解为使半导体衬底的表面钝化并因此导致表面再结合率降低的层。钝化层可以例如是由氮化硅(SixNy)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)或者非晶硅(a-Si)形成的电介质层。已经观察到,特别是在已经通过前述方式使纹理平滑的太阳能电池的背面上,这种钝化层可以具有特别有益的效果。具体来说,已经观察到,与类似地具有钝化层和锐利边缘的非平滑的背面表面相比,具有钝化层的平滑背面表面的表面再结合率低。
在另一实施方式中,衬底背面的所述平滑化可以与选择性发射极的形成相结合。可以通过在蚀刻溶液中蚀刻来实现这种情况下的选择性发射极。这种情况下的选择性发射极可被理解为指以发射极的方式掺杂的层,其掺杂浓度在局部不同。换句话说,可以首先产生均匀掺杂的发射极层,然后在局部部分地蚀刻掉该层。在应用蚀刻步骤以使背面平滑之前,在任何情况下沉积在正面上的蚀刻阻挡层可以在此情况下被适当地配置为,使得通过该蚀刻阻挡层还可以实现对正面的选择性蚀刻,以及因此产生选择性发射极。
例如,蚀刻阻挡层(15)可以具有相互重叠设置的两部分层,这两部分层对于用于去除所述部分层的剥离溶液具有不同的抵抗能力。
根据本发明的另一方面,描述一种太阳能电池,该太阳能电池具有太阳能电池衬底,该太阳能电池衬底在正面上具有有棱角的纹理,并且在背面上具有平滑的纹理。可以通过上述方法生产这种太阳能电池。这种情况下的正面上有棱角的纹理可以具有锐利边缘,而背面上的平滑纹理可以具有圆润的边缘。然而,这种情况下的太阳能电池的背面不需要完全平滑,即,平坦,而是明确地可以具有某种波状纹理,因此是不平坦的。然而,设置在背面上的平滑纹理意指不具有锐利边缘。优选地,该太阳能电池衬底的背面覆盖有钝化层。
另外,所提出的生产方法和所提出的太阳能电池能够实现以下优点:
–背面上设置有平滑纹理的太阳能电池可以具有提高的效率,特别是如果该背面附加设置有优选的电介质钝化层。这种效率提高可以是由太阳能电池背面上的反射增加导致的,这种反射增加是该纹理平滑的结果,并因此是该太阳能电池的光入射增加的结果,这种光入射增加导致在长波波长范围内太阳能电池量子效率增加。设置有平滑纹理的表面被钝化的背面表面可导致潜在的效率增加成为可能,特别是对于背面上局部接触的太阳能电池。
–沉积在太阳能电池衬底的正面上的蚀刻阻挡层可以充分且可靠地保护在正面上预先实现的发射极层,使得正面发射极不被蚀刻。具体来说,如果将容易施加且容易去除的粘性膏状物用于该蚀刻阻挡层,那么即使在该蚀刻阻挡层被去除之后,正面发射极的表面电阻没有会引起注意的变化。
–为了使纹理平滑,只从太阳能电池衬底的背面蚀刻掉少量材料。因此,可以以短处理时间段进行该蚀刻处理。尽管材料损失少,但是作为使背面纹理平滑的结果,可以实现背面反射的显著增加。
–背面纹理的平滑化可以与背面发射极的去除相结合。作为用于使后者平滑的目的的在蚀刻背面期间去除材料的结果,背面发射极被同时伴随地去除。可以省掉对寄生背面发射极的单独电隔离。
–此处提出的用于使背面纹理平滑的方法可以任选地与在该衬底的正面上产生所谓的选择性发射极的方法相结合。在此情况下,可以产生该选择性发射极,因为正面部分地被蚀刻阻挡层保护,然后通过在未被保护的区域中回蚀刻而被局部地去除,使得具有较大表面电阻的发射极区域留在那里。为了产生以这种方式生产的选择性发射极,以及为了使背面纹理平滑,在太阳能电池衬底的正面上选择性地施加蚀刻阻挡层的单独一个掩膜步骤就足够了。此外,单独一个蚀刻处理就足以选择性地回蚀刻该发射极并且使背面纹理平滑。
–所提出的方法可以利用在工业规模上成本效益好的技术,如丝网印刷或喷墨打印以及湿法化学蚀刻方法。这些方法已经在太阳能电池的生产中使用了许多年,并且可以无任何困难地适于所提出的方法。
需要指出的是,在此部分关于生产方法并且部分关于太阳能电池描述了本发明的特征和实施方式。然而,本领域的技术人员将会认识到,相应的特征还可以类推地转移到太阳能电池和生产方法。具体来说,所描述的特征还可以用任何方式相互结合。
附图说明
通过以下参照附图对特定实施方式的描述,上面描述的本发明的各方面、特征和优点以及本发明的其他方面、特征和优点将变得明显,然而该描述不应当被理解为限制本发明。
图1示出根据本发明一实施方式的用于生产太阳能电池的方法的一系列处理步骤。
图2示出根据本发明一实施例的太阳能电池的示意性截面图。
附图仅是示意性的,并且不是真实的比例。
具体实施方式
将参照图1描述根据本发明一实施方式的用于生产太阳能电池的方法。需要指出的是,在该图中,特别是根据本发明的该方法所必需的一些处理步骤被示意性地表示。用于生产太阳能电池的整个方法可以包括进一步的处理步骤。在以下描述中以举例的方式陈述这种进一步处理步骤中的一些。然而,需要指出,在权利要求中陈述的、该方法必需的处理步骤还可以与其他处理步骤结合以形成完整的生产程序。
首先,在步骤(a)中,提供太阳能电池衬底1。其可以例如是厚度小于200μm的薄硅晶片。可以在进一步的处理之前,通过例如用来去除锯断衬底期间产生的锯断损伤的清洗步骤和蚀刻步骤来制备该太阳能电池衬底。
在随后的步骤(b)中,在太阳能电池衬底1的正面3上和背面5上实现纹理7。为此,可以将衬底1充分浸在例如包含氢氧化钾(KaOH)的热碱性蚀刻溶液中。这种情况下的该碱性蚀刻溶液被选择为使得该太阳能电池衬底的表面经受各向异性蚀刻,从而在其上实现小锥体类型的结构。对于步骤(b),在此情况下,图1在右侧的放大视图中清晰地示出,作为该蚀刻步骤的结果,除其它以外,在背面5上实现锐利边缘的纹理7。在此情况下,在背面5上的有棱角的结构11中实现锥体9。
作为选择,还可以在具有氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)和水(H2O)的混合物的特殊的酸性溶液中蚀刻太阳能电池衬底1,由于各向异性的蚀刻性质,这可同样导致锐利边缘的纹理。这样,即使多晶太阳能电池衬底也可以被纹理化。
然后,在步骤(c)中,对已经以这种方式纹理化的太阳能电池衬底1进行发射极扩散。在此情况下,在太阳能电池衬底1的整个表面上形成薄发射极层13。为此,将掺杂剂浅薄地扩散在基极类型的半导体太阳能电池衬底1中,以形成相反半导体类型的薄发射极层13。在此情况下,该发射极层扩展在包括正面3和背面5的太阳能电池衬底1的整个表面上。
然后,在步骤(d)中,在该太阳能电池衬底的正面3上施加蚀刻阻挡层15。在此情况下,可以利用传统的丝网印刷技术或者喷墨技术,以粘性膏状物的形式,例如蜡状膏状物,在正面3上施加蚀刻阻挡层15。例如,可以利用喷墨机在正面3上施加5-10μm厚度的由Sun Chemical Corporation(英国)生产以SunJet为名称而经销的所谓喷墨蜡。作为选择,可以利用丝网印刷机在正面3上施加5-10μm厚度的例如由Peters Lackwerke GmbH(德国)经销的粘性膏状物。
然后,在步骤(e)中,将以这种方式制备的太阳能电池衬底1浸在含酸的蚀刻溶液中。在此情况下,被蚀刻阻挡层15保护的区域不会受到该蚀刻溶液侵蚀。然而,暴露的区域17被该各向同性地作用的酸性蚀刻溶液侵蚀并蚀刻掉。在此情况下,该酸性蚀刻溶液可以包含例如比例为19:60:20的氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)和醋酸(CH3COOH)。该蚀刻溶液可以另外包含水(H2O)。在此情况下,该蚀刻溶液的温度可以大约与室温一致。该蚀刻处理可以持续小于2分钟。在此情况下,根据经验,从该暴露区域17去除了小于10μm厚度的层。
由于在该含酸的蚀刻溶液中的蚀刻处理是各向同性的,所以先前以锐利边缘实现的纹理7变得圆润,从而被平滑化。同时,在该蚀刻步骤中,典型地只有几百nm厚的先前扩散到的发射极层13被去除。
除了使该衬底的背面平滑以外,该蚀刻处理和蚀刻阻挡层15还可以特别适于使得可以在该衬底的正面上实现选择性发射极。对该衬底的正面3上的发射极层13的位置选择性的回蚀刻以纳米级实现。另一方面,对背面5的蚀刻以微米级实现。因此,该蚀刻介质和/或蚀刻持续时间适于该背面。
如下文所述,可以通过单独一个掩膜步骤实现对背面5上的纹理7的用于使其平滑的蚀刻以及对正面3上的发射极层13的选择性回蚀刻:在此情况下,利用作为蚀刻阻挡层15的部分层的两个蚀刻掩膜的不同剥离程度。抵抗性更大的第一掩膜用于保护该选择性发射极的低欧姆电阻区域。在第一掩膜上的全表面的第二蚀刻掩膜用于在蚀刻背面5以使其平滑时保护整个正面3。在背面5被蚀刻之后,通过湿法化学剥离去除该全表面蚀刻掩膜。由于其较大的抵抗能力(例如,硬蚀刻掩膜),下面的部分蚀刻掩膜不受第一剥离影响,从而对于该选择性发射极蚀刻步骤是有效的。该掩膜步骤之后,对该发射极层13进行湿法化学蚀刻,然后在适于硬蚀刻掩膜的剥离溶液中对该部分掩膜进行剥离。
如上所述,还可以只使用一个掩膜代替两个掩膜。在此情况下,然后例如利用正面3的边缘处的附加‘线’,只施加用于发射极层13的选择性回蚀刻的掩膜。然后,在随后的平滑蚀刻步骤中,该太阳能电池衬底不完全浸在该蚀刻溶液中,而是只有背面5浮在该溶液上,使得正面3不接触该蚀刻溶液。之后,可以通过将该晶片完全浸入来完成发射极的回蚀刻。
在该蚀刻处理之后,蚀刻阻挡层15被再次去除。为此,可以将设置有蚀刻阻挡层15的太阳能电池衬底1浸在弱碱性溶液中,并且从衬底1剥离蚀刻阻挡层15。由此得到图1中步骤(e)所示的结构,在步骤(e)中,在太阳能电池衬底1的正面3上留下包括扩散在其中的发射极层13的锐利边缘的纹理7,并且在背面5上可以看到没有在其中扩散的发射极层的圆润的平滑纹理19。圆润的纹理19不具有锐利边缘。由于这种圆润纹理的光陷阱效应的减小,与有棱角地纹理化的正面相比,背面的反射增加。
在随后的处理步骤中,可以在已经以这种方式纹理化并且设置有正面发射极层13的太阳能电池衬底1上沉积其他层,并且可以施加金属触点以最终实现图2中所示的太阳能电池100。在此情况下,例如由氮化硅、氧化硅或氧化铝构成的电介质层形式的附加钝化层21沉积在有棱角地纹理化的正面3上和平滑地纹理化的背面5上。在正面3上,在此情况下,钝化层21覆盖发射极层13。在背面5处,钝化层21直接覆盖太阳能电池衬底1的基极。由于太阳能电池衬底1的背面5上的该电介质层和该圆润的平滑纹理19,表面再结合减小。
正面触点23和背面触点25可以在局部接触太阳能电池衬底1。在此情况下,正面触点23接触发射极层13。例如,可以通过丝网印刷产生正面触点23,其中线状金属结构可以印刷在正面3上,然后烧穿钝化层21。该烧穿处理使包含在正面触点23中的金属直接接触发射极层13(为了清晰,该图中没有示出)。同样地,可以利用丝网印刷,将背面触点25类似地实现为线状结构,并且将其施加到钝化层21,然后烧穿钝化层。
利用所提出的生产方法,已经可以在电阻率为2.5欧姆-厘米的p型Cz硅上,利用适用于工业生产的丝网印刷方法,生产出大面积(125×125mm2)太阳能电池。在此情况下,该背面具有全表面铝BSF(back surface field,背面电场)。该正面具有均匀的发射极。实现了高达18.4%的效率,测量到大约10,000欧姆-厘米2的太阳能电池并联电阻,这确保了该衬底的背面上的发射极被成功去除而又不会产生短路。
还已经在实验室规模上生产出具有电介质钝化的背面的太阳能电池。在此情况下,在FZ硅上实现了超过20%的效率。对该衬底背面的反射率的测量可以确认,在纹理化的背面表面被平滑化之后,该反射率显著增加,在被碱性蚀刻的表面的情况下,该反射率平均大约为10%,并且在有些情况下,平均高达大约35%。同时,可以测试各种钝化层,并且与具有锐利边缘的背面纹理的未被蚀刻的衬底相比,在被平滑蚀刻的衬底的情况下,测量到有效的少数载流子寿命显著增加。
最后,需要指出,术语“包括”、“具有”等不意图排除进一步的附加要素的存在。术语“一个”也不排除多个要素或物体的存在。此外,除了权利要求中陈述的方法步骤以外,进一步的方法步骤也可能是需要的或有利的,例如为了生产最终完成的太阳能电池。权利要求中的附图标记仅是用于帮助辨认,并且绝不意图限制权利要求的保护范围。
附图标记说明
1  太阳能电池衬底
3  正面
5  背面
7  纹理
9  锥体
11  有棱角的结构
13  发射极层
15  蚀刻阻挡层
17  暴露区域
19  平滑纹理
21  钝化层
23  正面触点
25  背面触点

Claims (14)

1.一种用于生产太阳能电池(100)的方法,包括:
提供太阳能电池衬底(1);
在所述太阳能电池衬底(1)的正面(3)和背面(5)形成纹理(7);
对所述太阳能电池衬底(1)的所述正面(3)施加蚀刻阻挡层(15);以及
通过在各向同性地作用的蚀刻溶液中蚀刻,使所述太阳能电池衬底(1)的所述背面(5)的纹理(7)平滑,所述纹理(7)为有棱角的结构(11),并且当该纹理被平滑化(7)时,纹理结构的边缘圆润化为波状。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述各向同性地作用的蚀刻溶液包含酸。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述含酸的蚀刻溶液包含氢氟酸。
4.根据上述任一项权利要求所述的方法,其中所述蚀刻阻挡层(15)是用粘性膏状物实现的。
5.根据上述任一项权利要求所述的方法,其中利用丝网印刷技术或者喷墨技术施加所述蚀刻阻挡层(15)。
6.根据上述任一项权利要求所述的方法,其中以从所述太阳能电池衬底(1)的所述背面(5)去除小于20μm衬底材料的方式进行所述蚀刻。
7.根据上述任一项权利要求所述的方法,其中在小于5分钟的时间段内进行所述蚀刻。
8.根据上述任一项权利要求所述的方法,其中在蚀刻期间所述蚀刻溶液的温度处于10℃至40℃范围内。
9.根据上述任一项权利要求所述的方法,其中在使所述纹理(7)平滑之前,在所述太阳能电池衬底(1)的所述正面(3)和所述背面(5)处实现发射极层(13),并且其中在使所述纹理(7)平滑时,所述太阳能电池衬底(1)的所述背面(5)处的所述发射极层(13)被去除。
10.根据上述任一项权利要求所述的方法,其中在所述纹理(7)被平滑之后,对所述太阳能电池衬底(1)的所述背面(5)施加钝化层(21)。
11.根据上述任一项权利要求所述的方法,其中在对所述太阳能电池衬底(1)的所述正面(3)施加所述蚀刻阻挡层(15)之后,通过在蚀刻溶液中蚀刻来实现选择性发射极。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述蚀刻阻挡层(15)具有相互重叠设置的两部分层,这两部分层对于用于去除所述部分层的剥离溶液具有不同的抵抗能力。
13.一种太阳能电池(100),包括:
太阳能电池衬底(1),该太阳能电池衬底(1)在正面(3)具有有棱角的纹理(7),并且在背面(5)具有波状的圆润的纹理(19)。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池,进一步包括在所述太阳能电池衬底(1)的正面(3)处的选择性发射极。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105529381A (zh) * 2015-12-09 2016-04-27 常州天合光能有限公司 一种高效太阳电池的制备方法
CN109378357A (zh) * 2018-09-06 2019-02-22 横店集团东磁股份有限公司 一种perc双面太阳电池湿法刻蚀工艺
CN110197856A (zh) * 2018-02-27 2019-09-03 松下电器产业株式会社 太阳能单电池和太阳能单电池的制造方法
CN112053936A (zh) * 2020-09-22 2020-12-08 广州粤芯半导体技术有限公司 晶圆背面粗糙化控制方法以及功率器件制造方法

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8679889B2 (en) 2011-12-21 2014-03-25 Sunpower Corporation Hybrid polysilicon heterojunction back contact cell
US8597970B2 (en) 2011-12-21 2013-12-03 Sunpower Corporation Hybrid polysilicon heterojunction back contact cell
KR101916436B1 (ko) * 2012-04-30 2018-11-07 엘지전자 주식회사 태양 전지의 제조 방법
DE102012107537A1 (de) 2012-08-16 2014-05-22 Hanwha Q Cells Gmbh Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines monokristallinen Halbleiterwafers und Verfahren zur Herstellung einer monokristallinen Halbleiterwafer-Solarzelle
TWI643351B (zh) * 2013-01-31 2018-12-01 澳洲商新南創新有限公司 太陽能電池金屬化及互連方法
CN103151398A (zh) * 2013-02-17 2013-06-12 英利集团有限公司 异质结电池及其制作方法
KR101976420B1 (ko) * 2013-03-06 2019-05-09 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
US9082925B2 (en) * 2013-03-13 2015-07-14 Sunpower Corporation Methods for wet chemistry polishing for improved low viscosity printing in solar cell fabrication
US20150040983A1 (en) * 2013-08-07 2015-02-12 Solarworld Industries America, Inc. Acidic etching process for si wafers
DE102013218693A1 (de) 2013-09-18 2015-03-19 lP RENA GmbH Vorrichtung und Verfahren zur asymmetrischen alkalischen Textur von Oberflächen
DE102014103303A1 (de) 2014-03-12 2015-10-01 Universität Konstanz Verfahren zum Herstellen von Solarzellen mit simultan rückgeätzten dotierten Bereichen
EP2922101A1 (en) 2014-03-19 2015-09-23 Institut für Solarenergieforschung GmbH Conductive polymer/Si interfaces at the backside of solar cells
EP3067949A1 (en) 2015-03-09 2016-09-14 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Conductive polymer/si interfaces at the back side of solar cells
CN105826411B (zh) * 2016-05-17 2017-12-08 常州天合光能有限公司 单晶硅双面太阳电池及其制备方法
EP3276693A1 (en) 2016-07-28 2018-01-31 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Solar cells with conductive polymer passivation layers on the back side
US10541346B2 (en) * 2017-02-06 2020-01-21 International Business Machines Corporation High work function MoO2 back contacts for improved solar cell performance
CN111448672A (zh) * 2018-04-16 2020-07-24 太阳能公司 具有从切割边缘缩回的结的太阳能电池
FR3114442B1 (fr) * 2020-09-21 2022-08-12 Commissariat Energie Atomique Procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque à contacts passivés
CN116722054B (zh) * 2022-06-10 2024-05-10 浙江晶科能源有限公司 太阳能电池及太阳能电池的制备方法、光伏组件
CN116314382B (zh) * 2023-05-16 2023-09-08 天合光能股份有限公司 太阳能电池及其制作方法、光伏组件及光伏系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005311060A (ja) * 2004-04-21 2005-11-04 Sharp Corp 太陽電池の製造方法、太陽電池
WO2008010782A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Vadim Volodimirovich Naumov The method of production of the photoelectric converter
JP2009182290A (ja) * 2008-02-01 2009-08-13 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池とその製造方法
CN101707222A (zh) * 2009-11-18 2010-05-12 茂迪股份有限公司 硅晶体电池表面结构及其制造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3772456B2 (ja) * 1997-04-23 2006-05-10 三菱電機株式会社 太陽電池及びその製造方法、半導体製造装置
JP2004193350A (ja) * 2002-12-11 2004-07-08 Sharp Corp 太陽電池セルおよびその製造方法
US7402448B2 (en) * 2003-01-31 2008-07-22 Bp Corporation North America Inc. Photovoltaic cell and production thereof
JP2005150614A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Sharp Corp 太陽電池及びその製造方法
JP2006310368A (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池の製造方法及び太陽電池
DE102007035068A1 (de) * 2007-07-26 2009-01-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Fertigen einer Silizium-Solarzelle mit einem selektiven Emitter sowie entsprechende Solarzelle
US8247312B2 (en) * 2008-04-24 2012-08-21 Innovalight, Inc. Methods for printing an ink on a textured wafer surface
DE102009031151A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-12 Bosch Solar Energy Ag Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005311060A (ja) * 2004-04-21 2005-11-04 Sharp Corp 太陽電池の製造方法、太陽電池
WO2008010782A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Vadim Volodimirovich Naumov The method of production of the photoelectric converter
JP2009182290A (ja) * 2008-02-01 2009-08-13 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池とその製造方法
CN101707222A (zh) * 2009-11-18 2010-05-12 茂迪股份有限公司 硅晶体电池表面结构及其制造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105529381A (zh) * 2015-12-09 2016-04-27 常州天合光能有限公司 一种高效太阳电池的制备方法
CN105529381B (zh) * 2015-12-09 2018-09-18 天合光能股份有限公司 一种高效太阳电池的制备方法
CN110197856A (zh) * 2018-02-27 2019-09-03 松下电器产业株式会社 太阳能单电池和太阳能单电池的制造方法
CN109378357A (zh) * 2018-09-06 2019-02-22 横店集团东磁股份有限公司 一种perc双面太阳电池湿法刻蚀工艺
CN109378357B (zh) * 2018-09-06 2020-06-05 横店集团东磁股份有限公司 一种perc双面太阳电池湿法刻蚀工艺
CN112053936A (zh) * 2020-09-22 2020-12-08 广州粤芯半导体技术有限公司 晶圆背面粗糙化控制方法以及功率器件制造方法
CN112053936B (zh) * 2020-09-22 2024-06-11 粤芯半导体技术股份有限公司 晶圆背面粗糙化控制方法以及功率器件制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010035582B4 (de) 2017-01-26
KR20130112877A (ko) 2013-10-14
WO2012025511A1 (de) 2012-03-01
US20130153025A1 (en) 2013-06-20
DE102010035582A1 (de) 2012-03-01

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