CN103219416A - 一种晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，包括硅片衬底，在硅片背面设有背面钝化薄膜层，所述的背面钝化薄膜层已经被局部去除，露出硅片衬底，本发明通过二次沉积的方法，先在晶体硅太阳电池的去除背面钝化薄膜的区域局部沉积铝层，然后进行高温烧结形成局域背表面场；之后背面完全沉积或者局部沉积铝层并低温形成背面金属电极。由于第一次仅在去除背面钝化薄膜区域沉积铝层，在高温过程中能够消除铝硅之间的空洞，然后通过全面覆盖或局部覆盖的方法把第一次沉积时孤立的铝层连接起来，形成背面电极。本发明方法能够有效消除晶体硅太阳电池局域背表面场中的空洞，提高电池的光电转换效率。

Description

一种晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法。
背景技术
目前，晶体硅太阳电池局域背表面场被普遍认为是提高太阳电池转换效率的非常具有潜力和产业化前景的结构。区别于常规电池背面印刷铝浆，经过高温烧结后形成的全铝背场，制备晶体硅太阳电池局域背表面场一般先在电池背面沉积一层背面钝化薄膜，然后采用激光或者化学腐蚀的办法把背面钝化膜局部去除，露出线状或者点状的硅衬底。然后通过丝网印刷铝浆或者物理气相沉积的方法在背面沉积一层铝层。在去除背面钝化膜的区域，硅与铝直接接触，在未去除的区域，钝化膜将硅与铝隔离开来。经过高温烧结，硅与铝接触的部分发生共溶，在重结晶的时候微量的铝原子取代了硅原子的位置，形成p型掺杂。而存在钝化膜的区域，钝化膜将硅与铝完全隔离。钝化膜不仅降低了载流子在表面的复合，而且增强了背面的反射。钝化膜和局部的p型层交替出现，形成了太阳电池的局域背表面场。其中，局部的p型层能够提高背面的少子寿命，同时降低硅与铝之间的接触电阻，提高太阳电池的开路电压和填充因子，更重要的是，这层p型层将硅衬底与背面电极连接起来。
然而，在实验中经常发现本应该形成局域背表面场的区域出现了空洞，这不仅意味着背面没有形成p型层，更严重的是，空洞使得硅与背面电极完全隔离。这严重影响了电池的转换效率，空洞率高的局域背表面场电池效率比常规电池还要差。为了降低或者消除局域背表面场电池中的空洞，本发明提出了一个二次沉积的方法，有效的消除了局域背表面场的空洞。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，本发明通过二次沉积的方法，先在晶体硅太阳电池的去除背面钝化薄膜的区域局部沉积铝层，然后进行高温烧结形成局域背表面场；之后背面完全沉积或者局部沉积铝层并低温形成背面金属电极。由于第一次仅在去除背面钝化薄膜区域沉积相当宽的铝层而非将铝层完全覆盖在背面，在高温过程中能够在铝原子和硅原子之间的相互扩散现象进行控制，在重结晶的时候硅的扩散距离受到约束，能够在降温时返回铝硅界面，进行填充。从而消除铝硅之间的空洞。然后通过全面覆盖或局部覆盖的方法把第一次沉积时孤立的铝层连接起来，形成背面电极。本发明方法能够有效消除晶体硅太阳电池局域背表面场中的空洞，提高电池的光电转换效率。
本发明采用先在特定区域局部沉积铝层，对比常规的背面完全沉积铝层，具有能够控制铝硅共溶距离的优势。
一种晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，包括硅片衬底，在硅片背面设有背面钝化薄膜层，所述的背面钝化薄膜层已经被局部去除，露出硅片衬底，本发明的具体步骤是：
(1)在晶体硅太阳电池的去除背面钝化薄膜的区域局部沉积铝层；
(2)高温烧结形成局域背表面场；
(3)在背面完全沉积或者局部沉积铝层；
(4)低温形成背面金属电极。
在上述制备方法中：
本发明所述的在晶体硅太阳电池的去除背面钝化薄膜的区域局部沉积铝层，其沉积方法包括丝网印刷含铝浆料、热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射中的一种或几种。
本发明所述的在晶体硅太阳电池的去除背面钝化薄膜的区域局部沉积铝层，其沉积的铝层宽度为1-1000μm，厚度为0.01-1000μm。
本发明所述的高温烧结，其高温过程的温度为500–1200摄氏度，高温过程的时间为0.1-1000秒。
本发明所述的在背面完全沉积或者局部沉积铝层，其沉积方法包括丝网印刷含铝浆料、热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射中的一种或几种。
本发明所述的在背面完全沉积或者局部沉积铝层，其完全沉积或者局部沉积的铝层厚度为0.01-1000μm，局部沉积铝层的间距为1-10000μm。
本发明所述的低温形成背面金属电极，其温度为20–600摄氏度，时间为0.1-1000秒。
本发明所述的硅片衬底为n型或者p型，电阻率在0.1-100Ωcm。
本发明所述的背面钝化薄膜层成分包括非晶硅、三氧化二铝、氮化硅、氧化硅中的一种或几种，背面钝化薄膜层的厚度为0.1-1000nm。
本发明所述的背面钝化薄膜层被局部去除，其局部去除背面钝化薄膜层的方法为激光刻蚀、等离子刻蚀、化学溶液腐蚀中的一种或几种。
本发明的有益效果是：
(1)在电池背面已经去除背面钝化膜的区域覆盖相当宽度的铝层，在高温烧结过程中能够有效的控制硅往铝扩散的距离和速率；
(2)在重结晶的时候由于硅的扩散距离受到约束，硅在降温时有足够的时间返回铝硅界面并进行填充。
(3)采用本发明方法制备的局域p型层能达到相当可观的厚度，同时空洞率相当低。
(4)采用本发明方法，无须增加复杂的工艺或者高温过程，可以很容易的和现有工艺进行对接，具有良好的产业化前景。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中已经完成背面钝化膜沉积和局部去除的晶体硅太阳电池的结构剖面示意图；
图2是本发明具体实施方式中完成局部沉积铝层的剖面示意图；
图3是本发明具体实施方式中完成高温烧结，形成局域背表面场的剖面图；
图4是本发明具体实施方式中完成背面全面覆盖铝层并形成背面电极的剖面图；
图5是本发明具体实施方式中完成背面局部覆盖铝层并形成背面电极的剖面图；
其中，1、前表面减反膜；2、p-n结n区；3、硅衬底；4、背面钝化薄膜；5、局部沉积的铝层；6、局域背表面场；7、铝硅合金层；8、第二次沉积的铝层。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法。如图1所示，在已经完成包括p-n结n区2制备，前表面减反膜1沉积，以及背面钝化薄膜4的沉积和局部去除（去除的形状为线状，宽度为100μm）的硅衬底3上，采用丝网印刷的方法在未被背面钝化薄膜4保护的硅衬底3上印刷一层厚度为20μm，宽度为150μm局部沉积的铝层5，如图2所示。经过800摄氏度高温烧结，其中温度在600摄氏度以上经历的时间为3秒，形成了如图3所示的局域背表面场6和铝硅合金层7。然后采用热蒸发的方法在背面整面沉积一层厚度为2μm第二次沉积的铝层8，经过20分钟400摄氏度的退火，第二次沉积的铝层8与第一次局部沉积的铝层5形成良好的欧姆接触，如图4所示。
实施例2
本实施例提供的一种晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法。如图1所示，在已经完成包括p-n结n区2制备，前表面减反膜1沉积，以及背面钝化薄膜4的沉积和局部去除（去除的形状为线状，宽度为50μm）的硅衬底3上，采用丝网印刷的方法在未被背面钝化薄膜4保护的硅衬底3上印刷一层厚度为15μm，宽度为100μm局部沉积的铝层5，如图2所示。经过860摄氏度高温烧结，其中温度在600摄氏度以上经历的时间为4秒，形成了如图3所示的局域背表面场6和铝硅合金层7。然后采用丝网印刷的方法在背面以线间距为1mm，宽度为1mm印刷厚度为10μm第二次沉积的铝层8，经过30秒的300摄氏度的退火，第二次沉积的铝层8与第一次局部沉积的铝层5形成良好的欧姆接触，如图4所示。背面俯视图如图5所示。

Claims (10)

1.一种晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，包括硅片衬底，在硅片背面设有背面钝化薄膜层，所述的背面钝化薄膜层已经被局部去除，露出硅片衬底，其特征在于，包括下述步骤：
(1)在晶体硅太阳电池的去除背面钝化薄膜的区域局部沉积铝层；
(2)高温烧结形成局域背表面场；
(3)在背面完全沉积或者局部沉积铝层；
(4)低温形成背面金属电极。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，其特征是：在晶体硅太阳电池的去除背面钝化薄膜的区域局部沉积铝层步骤中，其沉积方法包括丝网印刷含铝浆料、热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，其特征是：在晶体硅太阳电池的去除背面钝化薄膜的区域局部沉积铝层，其沉积的铝层宽度为1-1000μm，厚度为0.01-1000μm。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，其特征是：高温烧结步骤中，高温过程的温度为500–1200摄氏度，高温过程的时间为0.1-1000秒。
5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，其特征是：在背面完全沉积或者局部沉积铝层步骤中，沉积方法包括丝网印刷含铝浆料、热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，其特征是：在背面完全沉积或者局部沉积铝层，其完全沉积或者局部沉积的铝层厚度为0.01-1000μm，局部沉积铝层的间距为1-10000μm。
7.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，其特征是：低温形成背面金属电极，其温度为20–600摄氏度，时间为0.1-1000秒。
8.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，其特征是：硅片衬底为n型或者p型，电阻率在0.1-100Ωcm。
9.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，其特征是：背面钝化薄膜层成分包括非晶硅、三氧化二铝、氮化硅、氧化硅中的一种或几种，背面钝化薄膜层的厚度为0.1-1000nm。
10.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池局域背表面场的制备方法，其特征是：局部去除背面钝化薄膜层的方法为激光刻蚀、等离子刻蚀、化学溶液腐蚀中的一种或几种。
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