CN103367547A - 全背电极太阳电池及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳电池领域，具体涉及一种全背电极太阳电池及其制作方法，该电池的细栅铝电极局部穿透介电层二，在细栅铝电极穿透介电层二的位置、n型硅片背光表面设有局域铝掺杂层；多个由细栅铝电极间接相连的局域铝掺杂层组成局域铝掺杂阵列；局域铝掺杂阵列的总面积不超过细栅铝电极面积的50％。与现有技术相比，本发明减小了铝发射极的面积，从而减小了光生载流子在铝发射极结区及其体内的复合。

Description

全背电极太阳电池及其制作方法

技术领域：

本发明属于太阳电池领域，具体涉及一种全背电极太阳电池及其制作方法。

技术背景：

太阳电池可将太阳能直接转化成电能，是利用太阳能资源的有效方式，由于在使用中不会产生任何有害物质，所以近几年来太阳能电池在解决能源与环境问题方面倍受青睐，有着极好的市场前景。太阳能也被誉为是最理想的能源，是解决人类社会赖以生存和发展的重要资源。

全背电极太阳电池是一种极具潜力的高效太阳电池。全背电极太阳电池正、负电极均位于太阳电池的背光表面，其受光表面没有任何电极遮挡，因此，与传统太阳电池相比，全背电极太阳电池的发电效率更高。但是，正、负电极均设置与太阳电池的同一个表面，这给该电池的制作带来了困难。原因是正、负电极需要分别和掺杂类型相反的p型掺杂区及n型掺杂区接触，正、赴电极位于同一个表面，意味着必须在太阳电池的同一表面的不同区域制作掺杂类型相反的掺杂层，并且要实现两者之间的隔离。而目前行业内几乎所有太阳电池采用气态源扩散的方法实现掺杂。气态源扩散在制作全背电极时遇到困难，因为气态源的分布难以控制，所以很难直接在同一表面上实现掺杂类型相反的扩散。

针对上述困难，现有的解决办法之一是采用掩膜及光刻技术对掺杂后的表面的局部区域进行屏蔽保护，然后再进行腐蚀或另一种掺杂类型杂质的扩散。这种方法的缺点是工艺复杂，涉及制作掩膜、去除掩膜、光刻等多不工艺；工艺复杂同时导致了成本高昂的结果。

对比文献CN 102437239A(公开号)提出了“一种全背电极铝背结太阳电池制作工艺”。该方案利用铝电极与n型硅片在高温下的铝硅合金反应，使铝电极中的部分铝熔融到n型硅片背便面，作为全背电极太阳电池的发射极。由于铝电极可以通过丝网印刷等成本低廉、容易控制的方法实现图形化的沉积，因而该方法较简单地实现了对铝杂质分布的控制，进而使“在同一表面实现掺杂类型相反的掺杂层”的问题变得相对简单。该方案制作的全背电极太阳电池如图1所示，n型硅片11受光表面111设有有n型掺杂层一12和介电层一15；n型硅片11背光表面112设有n型局域掺杂层二121，上面设有介电层二14，金属电极一17穿透介电层二14与n型局域掺杂层二121接触，铝电极18直接覆盖在n型硅片背光表面112，并与n型硅片11形成了形状与铝电极18一致的大面积铝掺杂层19，作为该太阳电池的发射极。但是，从该太阳电池的结构分析，用该方法制作全背电极太阳电池仍然存在问题。原因是铝发射极比用传统气态源扩散方法制备的硼发射极的pn结质量差，大面积的铝发射极将导致严重的结区复合及发射极内部的体复合，并最终使全背电极铝背结太阳电池的效率低下。

发明内容

本发明的目的是提出一种全背电极太阳电池结构及其制作方法，解决全背电极太阳电池制作复杂，而全背电极铝背结太阳电池效率较低的问题。

为实现上述目的，本发明提出以下技术方案：

一种全背电极太阳电池，它由n型硅片、n型掺杂层一、n型局域掺杂层二、局域铝掺杂阵列、介电层一、介电层二、细栅金属电极一、细栅铝电极、主栅电极一及主栅电极二组成；n型掺杂层一位于n型硅片受光表面，介电层一覆盖于n型掺杂层一之上，n型局域掺杂层二和局域铝掺杂阵列交替分布于n型硅片背光表面，介电层二覆盖于n型硅片背光表面及n型局域掺杂层二、局域铝掺杂阵列之上；细栅金属电极一位于介电层二之上、与n型局域掺杂层二对应的位置；细栅铝电极位于介电层二之上、与局域铝掺杂阵列对应的位置；金属电极一全部或局部穿透介电层二、与n型局域掺杂层二接触；细栅铝电极位于局域铝掺杂阵列所在位置的介电层二之上；主栅电极一和主栅电极二分别连接所有的细栅金属电极一和细栅铝电极，细栅铝电极局部穿透介电层二，在细栅铝电极穿透介电层二的位置、n型硅片背光表面设有局域铝掺杂层；多个由细栅铝电极间接相连的局域铝掺杂层组成局域铝掺杂阵列；局域铝掺杂阵列的总面积不超过细栅铝电极面积的50％。

一方面，本发明采用的局域铝掺杂阵列代替了现有技术中的大面积铝掺杂发射极，其铝发射极面积只有现有技术的不到50％，甚至更低。光生载流子在结区及发射极体内发生的复合是和发射极面积呈正相关的，减小铝发射极面积将使发生在结区及发射极体内的复合大幅减小，从而提高全背电极太阳电池的效率。另一方面，局域铝掺杂阵列有多个细小但分布紧密的局域铝掺杂层组成，这使得局域铝掺杂阵列对空穴的收集几率几乎与大面积铝发射极相同，不会因为降低了铝发射极面积而导致少子在基区的复合增加。

作为优选方案，上述的局域铝掺杂阵列是由点状、线状或短线状的多个由细栅铝电极间接相连的局域铝掺杂层排列组成；细栅铝电极穿透介电层二的部分呈与上述局域铝掺杂层相对应的点状、线状或短线状；上述线状或短线状局域铝掺杂层的宽度小于250微米；上述点状局域铝掺杂层的直径小于500微米。

作为优选方案，上述的局域铝掺杂阵列的总面积不超过细栅铝电极面积的20％。

作为优选方案，上述的介电层二是带有负束缚电荷的介质薄膜，其负束缚电荷密度大于2×10¹¹cm^-2，该带负束缚电荷的介质薄膜在与其解除的n型硅片背光表面诱导生成一个p型反型层。

作为更优选方案，上述的介电层二是氧化铝单层膜，或由氧化铝与氮化硅、氧化硅、碳化硅、氧化钛、氮氧化硅中的一种或多种所组成的多层膜。采用原子层沉积方法或等离子体增强化学气相沉积方法制作、并经过适当退火的氧化铝薄膜，其负束缚电荷密度可达1-10×10¹²cm^-2，

本发明还提出一种全背电极太阳电池的制作方法，该制作方法包括以下步骤：

步骤一：去除n型硅片表面的损伤层，在n型硅片受光表面制作绒面；

步骤二：在n型硅片受光表面及背光表面制作n型掺杂层，形成n型掺杂层一；

步骤三：在n型硅片背光表面沉积局域阻挡层；

步骤四：对n型硅片背光表面进行刻蚀，去除n型硅片背光表面上除局域阻挡层覆盖区域以外的n型掺杂层一；保留的n型掺杂层形成n型局域掺杂层二。

步骤五：去除局域阻挡层，并对n型硅片进行清洗；

步骤六：在n型硅片背光表面沉积介电层二，在n型硅片受光表面沉积介电层一；

步骤七：对介电层二进行局部开孔；

步骤八：在n型局域掺杂层二对应的位置沉积细栅金属电极一，在n型硅片背光表面上已除去n型局域掺杂层一的位置沉积细栅铝电极；在与细栅金属电极一交叉的方向上沉积主栅电极一，连接所有细栅金属电极一；在与细栅铝电极交叉的方向上沉积主栅电极二，连接所有细栅铝电极。

步骤九：在峰值温度高于575℃的环境下进行烧结，烧结过程中，透过介电层二上的开孔相互接触的n型硅片和细栅铝电极之间发生铝硅合金反应，在n型硅片受光表面形成与介电层二上的开孔形状相似的局域铝掺杂层。

作为优选方案，上述的步骤四和步骤五之间，包括一个对n型硅片受光表面进行刻蚀的步骤，使n型硅片受光表面上的n型掺杂一的方块电阻比n型硅片背光表面上的n型局域掺杂层二高。

本发明的有益效果：本发明采用局域铝掺杂阵列代替了现有技术中的大面积铝发射极，使得铝发射极中的光生载流子复合得以减小，从而实现全背电极太阳电池的效率提升。

附图说明

图1为现有全背电极铝背结太阳电池的结构示意图；

图2为本发明提出的一种全背电极太阳电池的结构示意图；

图3为本发明实施例一中n型硅片未经处理时的结构示意图；

图4为本发明实施例一中n型硅片经步骤一处理后的结构示意图；

图5为本发明实施例一中n型硅片经步骤二处理后的结构示意图；

图6为本发明实施例一中n型硅片经步骤三处理后的结构示意图；

图7为本发明实施例一中n型硅片经步骤四处理后的结构示意图；

图8为本发明实施例一中n型硅片经步骤五处理后的结构示意图；

图9为本发明实施例一中n型硅片经步骤六处理后的结构示意图；

图10为本发明实施例一中n型硅片经步骤七处理后的结构示意图；

图11为本发明实施例一中n型硅片经步骤八处理后的结构示意图；

图12为本发明实施例一中n型硅片经步骤九处理后的结构示意图；

具体实施方式

为了更清晰地说明本发明的目的、特征及优点，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行说明。

在下面描述的实施例中披露了很多具体细节及详细的工艺参数，但本发明还可以采用其他不同于下面公布的实施例的其它方式来实施，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。

另外，本发明结合示意图进行描述，为了便于说明，本发明所使用之附图如涉及太阳电池结构的，只作为示意图使用，其尺寸并非按照实际器件尺寸进行等比例缩放所得，因此该附图不应限制本发明保护的范围。

实施例一：

一种全背电极太阳电池，它由n型硅片21、n型掺杂层一22、n型局域掺杂层二221、局域铝掺杂阵列291、介电层一25、介电层二24、细栅金属电极一27、细栅铝电极28、主栅电极一及主栅电极二组成；n型掺杂层一22位于n型硅片受光表面211，介电层一25覆盖于n型掺杂层一22之上，n型局域掺杂层二221和局域铝掺杂阵列291交替分布于n型硅片背光表面212，介电层二24覆盖于n型硅片背光表面212及n型局域掺杂层二221、局域铝掺杂阵列291之上；细栅金属电极一27位于介电层二24之上、与n型局域掺杂层二221对应的位置；细栅铝电极28位于介电层二24之上、与局域铝掺杂阵列291对应的位置；金属电极一27全部或局部穿透介电层二24、与n型局域掺杂层二221接触；细栅铝电极28位于局域铝掺杂阵列291所在位置的介电层二24之上；主栅电极一和主栅电极二分别连接所有的细栅金属电极一27和细栅铝电极28。

n型硅片21的厚度在20-300微米之间，例如20，100，200或300微米；其电阻率在0.5-20欧姆·厘米之间，例如0.5，2，5或20欧姆·厘米。

n型掺杂层一22的方块电阻在50-250欧姆/□之间，例如50，80，120或250欧姆/□。

n型局域掺杂层二221的方块电阻在30-150欧姆/□之间，例如30，50，80或150欧姆/□。

介电层一25为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铝中的一种或多种组成的单层或多层膜，例如氮化硅单层膜；其厚度为60-200纳米，例如60，80或200纳米。

介电层二24是氧化铝组成的单层膜，或氧化铝与氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化铝中的一种或多种组成的多层膜，例如是氧化铝与氮化硅组成的双层膜；其厚度为30-300纳米，例如30，80或300纳米；其负束缚电荷密度大于2×10¹¹cm^-2，例如5×10¹²cm^-2。

细栅金属电极一27、主栅电极一和主栅电极二由银、铝、镍、铜、锡中的一种或多种组分组成，例如有银组成；细栅金属电极一27的线宽在40-200微米之间，例如40，80，或200微米。

细栅铝电极28的主要组分为铝，其线宽在300-2000微米之间，例如300，1000或2000微米。

细栅铝电极28以点状阵列、线状阵列或短线状阵列的方式，局部穿透介电层二24，并在n型硅片背光表面212形成相似形状的局域铝掺杂层，并组成局域铝掺杂阵列；点状局域铝掺杂层的直径小于500微米，例如500，200或100微米；线状或短线状局域铝掺杂层的宽度小于250微米，例如250，100或50微米；局域铝掺杂阵列291的总面积不超过细栅铝电极28面积的50％，例如50％，20％，或5％。

上述全背电极太阳电池的制作方法，具体包括以下步骤：

步骤一：如图4所示，去除n型硅片21表面的损伤层，在n型硅片受光表面211制作绒面，例如采用常规电池生产中常用的碱制绒方法。

步骤二：如图5所示，在n型硅片受光表面211及n型硅片背光表面212制作n型掺杂层，形成n型掺杂层一22，例如采用常规电池生产中常用的三氯氧磷气态源扩散方法。

步骤三：如图6所示，在n型硅片背光表面212沉积局域阻挡层；例如采用喷墨打印、丝网印刷、喷涂等方法，在n型硅片背光表面沉积蜡、氧化物等局域阻挡层。

步骤四：如图7所示，对n型硅片背光表面212进行刻蚀，去除n型硅片背光表面上除局域阻挡层覆盖区域以外的n型掺杂层一22；保留的n型掺杂层形成n型局域掺杂层二221。例如采用稀释的硝酸、氢氟酸混合溶液对n型硅片背光表面进行腐蚀。

步骤五：如图8所示，去除局域阻挡层，并对n型硅片21进行清洗；

步骤六：如图9所示，在n型硅片背光表面212沉积介电层二24，在n型硅片受光表面211沉积介电层一25；例如采用PECVD方法在n型硅片背光表面212沉积氧化铝-氮化硅双层膜，在n型硅片受光表面211沉积氮化硅单层膜。

步骤七：如图10所示，对介电层二24进行局部开孔；例如采用激光烧蚀或腐蚀性浆料，以点状阵列、线状阵列或短线状阵列方式去除介电层二24的局部区域。

步骤八：如图11所示，在n型局域掺杂层二221对应的位置沉积细栅金属电极一27，在n型硅片背光表面212上已除去n型局域掺杂层一22的位置沉积细栅铝电极28；在与细栅金属电极一27交叉的方向上沉积主栅电极一，连接所有细栅金属电极一27；在与细栅铝电极28交叉的方向上沉积主栅电极二，连接所有细栅铝电极28。例如采用丝网印刷或喷墨打印方法制作上述细栅金属电极一、细栅铝电极、主栅电极一及主栅电极二。

步骤九：如图12所示，在峰值温度高于575℃的环境下进行烧结，烧结过程中，透过介电层二24上的开孔相互接触的n型硅片和细栅铝电极之间发生铝硅合金反应，在n型硅片受光表面形成与介电层二24上的开孔形状相似的局域铝掺杂层29。例如在峰值温度为600，750，或800℃的环境下进行烧结。

Claims (7)

1.一种全背电极太阳电池，由n型硅片(21)、n型掺杂层一(22)、n型局域掺杂层二(221)、局域铝掺杂阵列(291)、介电层一(25)、介电层二(24)、细栅金属电极一(27)、细栅铝电极(28)、主栅电极一及主栅电极二组成；n型掺杂层一(22)位于n型硅片受光表面(211)，介电层一(25)覆盖于n型掺杂层一(22)之上，n型局域掺杂层二(221)和局域铝掺杂阵列(291)交替分布于n型硅片背光表面(212)，介电层二(24)覆盖于n型硅片背光表面(212)及n型局域掺杂层二(221)、局域铝掺杂阵列(291)之上；细栅金属电极一(27)位于介电层二(24)之上、与n型局域掺杂层二(221)对应的位置；细栅铝电极(28)位于介电层二(24)之上、与局域铝掺杂阵列(291)对应的位置；细栅金属电极一(27)全部或局部穿透介电层二(24)、与n型局域掺杂层二(221)接触；细栅铝电极(28)位于局域铝掺杂阵列(291)所在位置的介电层二(24)之上；主栅电极一和主栅电极二分别连接所有的细栅金属电极一(27)和细栅铝电极(28)，其特征在于：细栅铝电极(28)局部穿透介电层二(24)，在细栅铝电极(28)穿透介电层二(24)的位置、n型硅片背光表面(212)设有局域铝掺杂层(29)；多个由细栅铝电极(28)间接相连的局域铝掺杂层(29)组成局域铝掺杂阵列(291)。

2.根据权利要求1所述的一种全背电极太阳电池，其特征在于：所述的局域铝掺杂阵列(291)是由点状、线状或短线状的多个由细栅铝电极(28)间接相连的局域铝掺杂层(29)排列组成；细栅铝电极(28)穿透介电层二(24)的部分呈与上述局域铝掺杂层(29)相对应的点状、线状或短线状；上述线状或短线状局域铝掺杂层(29)的宽度小于250微米；上述点状局域铝掺杂层(29)的直径小于500微米。

3.根据权利要求1所述的一种全背电极太阳电池，其特征在于：所述的局域铝掺杂阵列(291)的总面积不超过细栅铝电极(28)面积的50％。

4.根据权利要求1所述的一种全背电极太阳电池，其特征在于：所述的介电层二(24)是带有负束缚电荷的介质薄膜，其负束缚电荷密度大于2×10¹¹cm^-2。

5.根据权利要求1和4所述的一种全背电极太阳电池，其特征在于：所述的介电层二(24)是氧化铝单层膜，或由氧化铝与氮化硅、氧化硅、碳化硅、氧化钛、氮氧化硅中的一种或多种所组成的多层膜。

6.权利要求1所述的一种全背电极太阳电池的制作方法，其特征在于：该制作方法包括以下步骤：

步骤一：去除n型硅片(21)表面的损伤层，在n型硅片受光表面(211)制作绒面；

步骤二：在n型硅片受光表面(211)及背光表面制作n型掺杂层，形成n型掺杂层一(22)；

步骤三：在n型硅片背光表面(212)沉积局域阻挡层；

步骤四：对n型硅片背光表面(212)进行刻蚀，去除n型硅片背光表面(212)上除局域阻挡层覆盖区域以外的n型掺杂层一(22)；保留的n型掺杂层形成n型局域掺杂层二(221)。

步骤五：去除局域阻挡层，并对n型硅片(21)进行清洗；

步骤六：在n型硅片背光表面(212)沉积介电层二(24)，在n型硅片受光表面(211)沉积介电层一(25)；

步骤七：对介电层二(24)进行局部开孔；

步骤八：在n型局域掺杂层二(221)对应的位置沉积细栅金属电极一(27)，在n型硅片背光表面(212)上已除去n型局域掺杂层一的位置沉积细栅铝电极(28)；在与细栅金属电极一(27)交叉的方向上沉积主栅电极一，连接所有细栅金属电极一(27)；在与细栅铝电极(28)交叉的方向上沉积主栅电极二，连接所有细栅铝电极(28)。

步骤九：在峰值温度高于575℃的环境下进行烧结，烧结过程中，透过介电层二(24)上的开孔相互接触的n型硅片(21)和细栅铝电极(28)之间发生铝硅合金反应，在n型硅片受光表面(211)形成与介电层二(24)上的开孔形状相似的局域铝掺杂层(29)。

7.根据权利要求6所述的一种全背电极太阳电池的制作方法，其特征在于：所述的步骤四和步骤五之间，包括一个对n型硅片受光表面(211)进行刻蚀的步骤，使n型硅片受光表面(211)上的n型掺杂一的方块电阻比n型硅片背光表面(212)上的n型局域掺杂层二(221)高。

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