CN103367540A - 背钝化太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种背钝化太阳能电池的制作方法，在硅片制备完减反射膜后，首先形成具有镂空图案的背面场，再形成背钝化层，之后形成正电极，通过使背面场先于背钝化层形成，减少了激光开槽的步骤，避免了激光开槽对硅片的损伤；背面场为镂空结构，与背钝化层的接触面积减少，减轻了背面场对背钝化层的侵蚀程度，使背钝化层能够很好地发挥钝化作用，减少了电池背面的载流子复合，这些最终均能提高背钝化太阳能电池的转换效率。由于不需要进行激光开槽，所以简化了生产工艺；背面场为镂空结构，减少了制作背面场所需材料的用量，降低了生产成本；镂空结构的背面场能够减少由于硅铝膨胀系数差别导致的应力弯曲，降低了由电池弯曲引起的电池破碎。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地说，涉及一种背钝化太阳能电池及其制作方法。
背景技术
太阳能电池是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且利用的是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池具有广阔的发展前景。
在硅片的背面制备钝化层，形成背钝化电池，能够使减少电池背面载流子复合，增加载流子寿命，进而提高电池的转换效率。通常背钝化太阳能电池的制作过程为：去除表面损伤层及制备绒面-扩散制作PN结-边缘刻蚀和去玻璃层-制备减反射层-制备背钝化层-激光开槽-印刷背电极并烘干-印刷背面场并烘干-印刷正电极并烘干-烧结。
但是，在实际生产过程中发现，常规的背钝化太阳能电池的转换效率有待提高。
发明内容
本发明提供了一种背钝化太阳能电池及其制作方法，以提高背钝化太阳能电池片的转换效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种背钝化太阳能电池的制作方法，包括：
提供硅片，所述硅片包括硅片基体、覆盖在所述硅片基体正面的掺杂层、及覆盖在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧表面上的减反射层；
在所述硅片基体的背面形成背面场，烘干所述背面场，所述背面场具有镂空图案；
在所述背面场背离所述硅片基体的一侧形成背钝化层，所述背钝化层覆盖所述背面场和所述硅片基体的背面；
在所述背钝化层背离所述硅片基体一侧的表面上形成背电极，烘干所述背电极；
在所述减反射层背离所述硅片基体一侧的表面上形成正电极，烘干所述正电极；
对烘干完所述正电极的硅片进行烧结，完成所述背钝化太阳能电池的制作。
优选的，所述镂空图案为栅状图案、花纹图案、折线图案或曲线图案。
优选的，所述镂空图案均匀分布于所述硅片基体的背面。
优选的，所述背钝化层的厚度范围为1nm～100nm，包括端点值。
优选的，所述背钝化层为单层结构或叠层结构。
优选的，所述背钝化层的形成材料为介电材料。
优选的，所述背钝化层的形成材料为氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一种。
优选的，所述背钝化层的形成材料为本征半导体材料。
本发明还提供了一种背钝化太阳能电池，采用以上任一项所述的制作方法制作，所述背钝化太阳能电池包括：
硅片基体，覆盖在所述硅片基体正面的掺杂层，覆盖在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧表面上的减反射层；
位于所述硅片基体背面的背面场，所述背面场具有镂空图案；
位于所述背面场背离所述硅片基体一侧的背钝化层，所述背钝化层覆盖所述背面场和所述硅片基体的背面；
位于所述背钝化层背离所述硅片基体一侧表面上的背电极；
位于所述减反射层背离所述硅片基体一侧表面上的正电极。
优选的，所述镂空图案为栅状图案、花纹图案、折线图案或曲线图案。
优选的，所述镂空图案均匀分布于所述硅片基体的背面。
优选的，所述背钝化层的厚度范围为1nm～100nm，包括端点值。
优选的，所述背钝化层为单层结构或叠层结构。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明所提供的背钝化太阳能电池及其制作方法，在硅片制备完减反射膜后，首先形成具有镂空图案的背面场，再形成背钝化层，之后形成正电极，通过使背面场先于背钝化层形成，减少了激光开槽的步骤，从而避免了激光开槽对硅片的损伤，提高了电池性能；背面场为镂空结构，与背钝化层的接触面积减少，减轻了背面场对背钝化层的侵蚀程度，使背钝化层能够很好地发挥对硅片基体背面的钝化作用，减少了电池背面的载流子复合，这些最终均能提高背钝化太阳能电池的转换效率。
另外，由于本发明所提供的制作方法不需要进行激光开槽，所以简化了背钝化太阳能电池的生产工艺；且背面场为镂空结构，即非全铝背场，减少了制作背面场所需材料的用量，所以降低了生产成本；不同于现有技术中背面场全部覆盖硅片基体，本发明中镂空结构的背面场能够减少由于硅铝膨胀系数差别导致的电池应力弯曲，进而降低了由电池弯曲引起的电池破碎。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中背钝化太阳能电池的基本结构图；
图2为本发明实施例一所提供的背钝化太阳能电池的制作方法的流程图；
图3为本发明实施例一所提供的背钝化太阳能电池的背面场的结构示意图；
图4为本发明实施例一所提供的背钝化太阳能电池的背面场及背电极的结构示意图；
图5为本发明实施例一所提供的背钝化太阳能电池的基本结构图。
具体实施方式
正如背景技术所述，常规的背钝化太阳能电池的转换效率有待提高。如图1所示，发明人研究发现，现有技术在制作背钝化太阳能电池时，在硅片基体101正面制备完掺杂层102和减反射层103后，在硅片基体101背面形成背钝化层104。背钝化层104是绝缘的，为了使后续步骤中在背钝化层104上形成的背面场105与硅片基体101形成电性接触，所以必须在硅片基体101背面进行激光开槽，形成接触区107，以暴露出硅片基101。然后再依次印刷背电极106、背面场105和正电极（图中未示出）。由于激光开槽工序中激光会对硅片造成不可逆的损伤，破坏硅片的内部结构，导致电池的发电性能下降，最终对背钝化太阳能电池的转换效率产生不利影响；并且，背面场105覆盖硅片基体101背面背钝化层104的全部区域，其形成材料通常为具有侵蚀性的铝浆，背面场105会侵蚀背钝化层104，使大部分背钝化层104丧失钝化功能，电池背面并不能被很好的钝化，载流子的复合仍然较多，造成背钝化太阳能电池的转换效率难以提高。
基于此，本发明提供了一种背钝化太阳能电池的制作方法，包括：
提供硅片，所述硅片包括硅片基体、覆盖在所述硅片基体正面的掺杂层、及覆盖在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧表面上的减反射层；
在所述硅片基体的背面形成背面场，烘干所述背面场，所述背面场具有镂空图案；
在所述背面场背离所述硅片基体的一侧形成背钝化层，所述背钝化层覆盖所述背面场和所述硅片基体的背面；
在所述背钝化层背离所述硅片基体一侧的表面上形成背电极，烘干所述背电极；
在所述减反射层背离所述硅片基体一侧的表面上形成正电极，烘干所述正电极；
对烘干完所述正电极的硅片进行烧结，完成所述背钝化太阳能电池的制作。
上述制作方法在硅片制备完减反射膜后，首先形成具有镂空图案的背面场，再形成背钝化层，之后形成正电极，通过使背面场先于背钝化层形成，减少了激光开槽的步骤，从而避免了激光开槽对硅片的损伤，提高了电池性能，进而提高了电池的转换效率；背面场为镂空结构，与背钝化层的接触面积减少，减轻了背面场对背钝化层的侵蚀程度，使背钝化层能够很好地发挥对硅片基体背面的钝化作用，减少了电池背面的载流子复合，从而提高了电池的转换效率。
以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例一
本实施例提供了一种背钝化太阳能电池的制作方法，如图2所示，该方法包括：
提供硅片，所述硅片包括硅片基体、覆盖在所述硅片基体正面的掺杂层、及覆盖在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧表面上的减反射层；
硅片经过去除表面损伤层及制备绒面后，对一面进行扩散形成掺杂层，掺杂层与硅片基体的交界面形成PN结。然后对硅片的边缘进行刻蚀，去除硅片边缘侧面的PN结，之后去除扩散过程中在硅片正面形成的玻璃层，再在硅片正面PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）减反射层。
其中，硅片基体可以为N型或P型，多晶硅太阳能电池片通常选用P型，单晶硅太阳能电池片通常选用N型，本实施例中优选P型硅片。
掺杂层的掺杂类型与硅片基体相对应，如果硅片基体为P型，则需要进行N型磷掺杂，形成N型磷掺杂层，如果硅片基体为N型，则需要进行P型硼掺杂，形成P型硼掺杂层。
减反射层的主要材料为氮化硅，氮化硅薄膜能够增强太阳能电池片对光的吸收，有效提高电池的光电转换效率，减反射层中同时含有大量的H原子，在薄膜沉积的过程中，H原子到达电池表面和内部，结合电池中的悬挂键，起到表钝化和体钝化的作用，降低载流子的复合。
需要说明的是，所述“硅片基体正面”是指硅片基体朝向掺杂层一侧的表面，“硅片基体背面”是指硅片基体背离掺杂层一侧的表面。
在所述硅片基体的背面形成背面场，烘干所述背面场，所述背面场具有镂空图案；
如图3所示，可采用丝网印刷工艺在硅片基体301的背面制作背面场302，背面场302可以为任意形状的镂空图案，优选的为栅状图案、花纹图案、折线图案或曲线图案，本实施例中更为优选的是栅状图案（如图3中所示），并且本实施例对于背面场302在硅片基体301背面的分布情况并不限定，为了使电池的性能更优，背面场302优选的可以均匀分布于所述硅片基体301的背面。
由于背面场302为镂空结构，而非现有技术中全铝背面场的结构，因此在后续形成背钝化层后，背面场302与背钝化层仅在有背面场302图案的区域接触，在背面场302镂空的区域，背钝化层是与硅片基体301直接接触的，这就大大减轻了形成背面场302的具有侵蚀性的铝浆对背钝化层的损伤。因此，相比现有技术，本实施例中后续形成的背钝化层能够更充分的发挥钝化功能，电池背面载流子的复合更少，载流子寿命更长，从而电池的转换效率更高。
由于背面场302先于背钝化层形成，直接与硅片基体301形成局部电性接触，所以无需现有技术中为了实现背面场与硅片基体的电性接触而进行的激光开槽步骤，避免了激光对硅片基体和其它部分的损伤，提高了电池性能，进而提高了转换效率。
并且，具有镂空图案的背面场302能够暴露出硅片基体301的表面，可以将本实施例提供的电池制作成双面电池，使暴露出来的硅片基体301的背面能够接受光照，增加了电池的能量输出，从而提高了背钝化太阳能电池的转换效率。
另外，现有技术中背面场覆盖背钝化层的全部区域，由于形成背面场的铝浆与硅片基体的膨胀系数不同，烧结后电池的弯曲程度很大，容易造成电池破碎。本实施例中的背面场302具有镂空图案，并非全部覆盖硅片基体301的背面，从而能够使电池的弯曲程度减轻，减少由于电池弯曲造成的破碎，相当于节省了生产成本。
同时，本实施例中镂空结构的背面场302相对于现有技术中的全铝背面场所需的制作材料更少，因此节省了生产成本。
由于背面场为镂空结构，与背钝化层局部接触，背钝化层不与背面场接触的区域根本不会受到铝浆的侵蚀，所以本实施例中背面场对形成材料（铝浆）的要求更低。而现有技术中，为了减轻背面场对背钝化层的侵蚀，会尽量选用侵蚀性较低的铝浆制作背面场，这种单独制作研发的侵蚀性低的铝浆成本相较普通铝浆的价格更高，使背钝化太阳能电池的制作成本升高。可见，由于本实施例对背面场的形成材料要求不高（普通铝浆即可），所以使电池的生产成本降低。
在所述背面场背离所述硅片基体的一侧形成背钝化层，所述背钝化层覆盖所述背面场和所述硅片基体的背面；
可采用PECVD工艺或ALD（Atomic layer deposition，原子层沉积）工艺沉积背钝化层，背钝化层对硅片基体的背面具有钝化作用，键合硅片基体背表面和背面内部的悬挂键，修复晶格缺陷，使硅片基体背面的复合中心减少，从而增加背面载流子寿命，有效减少电池开路电压和短路电流的损失，提高电池的转换效率。
现有技术中形成背面场的铝浆对背钝化层具有侵蚀性，为了保证背钝化层能够充分钝化硅片基体背面，会增大背钝化层的厚度，或者增加背钝化层的层数，但是这种方法无疑会使成本增加。本实施例中由于背面场是与背钝化层局部接触的，背面场对背钝化层的侵蚀大大减少，因此无需增大背钝化层的厚度或增加层数就能够较充分的发挥钝化作用，从而降低了背钝化太阳能电池生产成本。本实施例中，所述背钝化层的厚度范围为1nm～100nm，包括端点值，更为优选的是10nm。并且，在不增加生产成本的前提下，本着优化电池性能的原则，本实施例中的背钝化层采用单层结构或叠层结构的自由度更大，具体的，所述背钝化层为单层结构或包括至少2层薄膜的叠层结构。
由于背钝化层本身要求电绝缘性能较高，所以本实施例中，所述背钝化层的形成材料可以为介电材料，介电材料为电的绝缘体，其电阻率很高，介电常量大，具体优选为氧化铝、氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一种，背钝化层的形成材料也可以为本征半导体材料，本征半导体材料的载流子很少，电绝缘性能较好。
在所述背钝化层背离所述硅片基体一侧的表面上形成背电极，烘干所述背电极；
如图4所示，可采用丝网印刷工艺印刷背电极401；背电极401通常采用银浆形成，在后续烧结的过程中，银浆会穿透钝化层，与硅片基体301和背面场302形成电性接触；背电极401的宽度与焊条的宽度基本一致，以便在电池组装过程中与焊条焊接串联其它电池，将自身所收集的电流输出。
在所述减反射层背离所述硅片基体一侧的表面上形成正电极，烘干所述正电极；
正电极通常采用丝网印刷工艺制作成栅状结构，由多条相互平行的副栅线和多条相互平行的主栅线构成，副栅线与主栅线相互垂直，正电极的主要作用是收集电池正面的电流，另外主栅线的宽度与焊条的宽度基本一致，用于连接焊条，使多片电池串联起来；正电极的形成材料通常为银浆，在烧结过程中，银浆穿透减反射层与掺杂层形成电性接触。
对烘干完所述正电极的硅片进行烧结，完成所述背钝化太阳能电池的制作。
烧结的作用是使印刷有正电极、背面场和背电极的硅片金属化，使金属浆料与硅片基体结合，形成欧姆接触，达到降低正电极、背面场和背电极与硅片基体接触电阻的目的。
本实施例所提供的背钝化太阳能电池的制作方法，背面场先于背钝化层形成，因此无需激光开槽，就能够实现背面场与硅片基体的电性接触，简化了生产工艺，降低了生产成本。
实施例二
基于本实施例一，本实施例提供了一种背钝化太阳能电池，如图5所示，该背钝化太阳能电池包括：
硅片基体501，覆盖在所述硅片基体501正面的掺杂层502，覆盖在所述掺杂层502背离所述硅片基体501一侧表面上的减反射层503；
位于所述硅片基体501背面的背面场504，所述背面场504具有镂空图案；
位于所述背面场504背离所述硅片基体501一侧的背钝化层505，所述背钝化层505覆盖所述背面场504和所述硅片基体501的背面；
位于所述背钝化层505背离所述硅片基体501一侧表面上的背电极（图中未示出）；
位于所述减反射层503背离所述硅片基体501一侧表面上的正电极（图中未示出）。
背面场504与硅片基体501局部接触，背面场504所具有的镂空图案可以为栅状图案、花纹图案、折线图案或曲线图案，本实施例中优选为栅状图案，为了使电池的性能更优，所述镂空图案优选的均匀分布于所述硅片基体501的背面。
本实施例中由于背面场504与背钝化层505局部接触，背面场504对背钝化层505的侵蚀程度大大减小，因此从节省原材料，降低成本的角度出发，在保证背钝化层505充分钝化硅片基体501背面的基础上，背钝化层505的厚度不需要太大，所述背钝化层505的厚度范围为1nm～100nm，包括端点值，更为优选的是10nm；并且，背钝化层可以为单层结构或包括至少2层薄膜的叠层结构。
本实施例所提供的背钝化太阳能电池相对于现有技术具有以下优点：
1、本实施例中的背钝化太阳能电池的背面场先于背钝化层形成，减少了激光开槽的步骤，从而避免了激光开槽对硅片的损伤，改善了电池性能，提高了背钝化太阳能电池的转换效率；
2、本实施例中的背钝化太阳能电池的背面场为镂空结构，与背钝化层的接触面积相对现有技术减少，从而减轻了背面场对背钝化层的侵蚀程度，使背钝化层能够很好地发挥对硅片基体背面的钝化作用，减少了电池背面的载流子复合，使背钝化太阳能电池的转换效率提高。
3、具有镂空图案的背面场能够暴露出硅片基体的表面，因此本实施例中的背钝化太阳能电池可以制作成双面电池，使电池背面也能够接受光照，从而增加了电池的能量输出，提高了背钝化太阳能电池的转换效率。
4、本实施例中的背面场并非全部覆盖硅片基体的背面，使由硅铝膨胀系数不一致引起的电池应力弯曲程度减轻，从而减少由于电池弯曲造成的破碎，进而节约了生产成本。
5、本实施例中背钝化太阳能电池镂空结构的背面场相对于现有技术中的全铝背面场所需的制作材料更少，因此节省了生产成本。
6、由于本实施所提供的背钝化太阳能电池背面场对背钝化层的侵蚀程度大大减轻，所以相对于现有技术对铝浆的要求（现有技术中为了减轻背面场对背钝化层的侵蚀，会尽量选用侵蚀性较低的铝浆制作背面场，这种单独制作研发的侵蚀性低的铝浆成本相较普通铝浆的价格更高），本实施例对背面场对形成材料（铝浆）的要求更低，从而节约了生产成本。
7、由于本实施所提供的背钝化太阳能电池背面场对背钝化层的侵蚀程度大大减轻，所以不必像现有技术中为了保证背钝化层能够充分发挥钝化作用，而增大背钝化层的厚度或增加背钝化层的层数，在保证背钝化层有足够的钝化能力的前提下，本实施甚至可以适当的减薄背钝化层的厚度从而节省了制作背钝化层所需的材料，降低了生产成本。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (13)
1.一种背钝化太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括：
提供硅片，所述硅片包括硅片基体、覆盖在所述硅片基体正面的掺杂层、及覆盖在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧表面上的减反射层；
在所述硅片基体的背面形成背面场，烘干所述背面场，所述背面场具有镂空图案；
在所述背面场背离所述硅片基体的一侧形成背钝化层，所述背钝化层覆盖所述背面场和所述硅片基体的背面；
在所述背钝化层背离所述硅片基体一侧的表面上形成背电极，烘干所述背电极；
在所述减反射层背离所述硅片基体一侧的表面上形成正电极，烘干所述正电极；
对烘干完所述正电极的硅片进行烧结，完成所述背钝化太阳能电池的制作。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述镂空图案为栅状图案、花纹图案、折线图案或曲线图案。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述镂空图案均匀分布于所述硅片基体的背面。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述背钝化层的厚度范围为1nm～100nm，包括端点值。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述背钝化层为单层结构或叠层结构。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述背钝化层的形成材料为介电材料。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述背钝化层的形成材料为氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述背钝化层的形成材料为本征半导体材料。
9.一种背钝化太阳能电池，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的制作方法制作，所述背钝化太阳能电池包括：
硅片基体，覆盖在所述硅片基体正面的掺杂层，覆盖在所述掺杂层背离所述硅片基体一侧表面上的减反射层；
位于所述硅片基体背面的背面场，所述背面场具有镂空图案；
位于所述背面场背离所述硅片基体一侧的背钝化层，所述背钝化层覆盖所述背面场和所述硅片基体的背面；
位于所述背钝化层背离所述硅片基体一侧表面上的背电极；
位于所述减反射层背离所述硅片基体一侧表面上的正电极。
10.根据权利要求9所述的背钝化太阳能电池，其特征在于，所述镂空图案为栅状图案、花纹图案、折线图案或曲线图案。
11.根据权利要求10所述的背钝化太阳能电池，其特征在于，所述镂空图案均匀分布于所述硅片基体的背面。
12.根据权利要求10所述的背钝化太阳能电池，其特征在于，所述背钝化层的厚度范围为1nm～100nm，包括端点值。
13.根据权利要求10所述的背钝化太阳能电池，其特征在于，所述背钝化层为单层结构或叠层结构。
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