CN103762253A - 一种背接触太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背接触太阳能电池，包括硅基体，设于硅基体背面相互交替排列的p+掺杂区域和n+掺杂区域，p+掺杂区域上设有正电极接触细栅，n+掺杂区域上设有负电极接触细栅，硅基体的背面上还设有正电极主栅和负电极主栅，正电极主栅与负电极接触细栅相接触位置处设有绝缘阻挡层，正电极主栅位于绝缘阻挡层上且与正电极接触细栅相连接，负电极主栅与正电极接触细栅相接触的位置处设有绝缘阻挡层，负电极主栅位于绝缘阻挡层上且与负电极接触细栅相连接。还公开了上述背接触太阳能电池的制备方法，该背接触太阳能电池能消除以往背接触太阳能电池中常规主栅所带来的载流子横向传输损耗和主栅的电极遮蔽效应，提高背接触太阳能电池的填充因子和短路电流。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种背接触太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种将光能转化为电能的半导体器件，较低的生产成本和较高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。对于目前常规太阳能电池，其正电极接触电极和负电极接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属正电极接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所反射，造成一部分光学损失。普通晶硅太阳能电池的正面金属电极的覆盖面积在7%左右，减少金属电极的正面覆盖可以直接提高的电池的能量转化效率。
背接触太阳能电池是一种将正电极和负电极接触电极均放置在电池背面（非受光面）的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。
背接触结构的太阳能电池是目前能工业化批量生产的晶硅太阳能电池中能量转化效率最高的一种电池，它的高转化效率，低的组件封装成本，一直深受人们所青睐。在以往的背接触太阳能电池制作工艺中，其金属化工艺大都采用流程较为复杂电镀来实现，该方法在降低背接触电池的串联电阻，提高电池的开路电压确实有出色的表现，但是该方法工艺复杂，排放的废弃物严重污染环境，且与目前工业化生产的主流金属化方法不相兼容，因此对于低成本的产业化推广难度较大。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种背接触太阳能电池，该背接触太阳能电池的主栅线悬浮在硅片表面，只与金属细栅形成欧姆连接，不与硅基底形成欧姆接触，该悬浮主栅能消除以往背接触太阳能电池中非悬浮主栅所带来的载流子横向传输损耗和主栅的电极遮蔽效应，从而极大提高背接触太阳能电池的填充因子和短路电流。
本发明的目的还在于提供是上述背接触太阳能电池的制备方法，该方法工艺流程简单，所有制程都可以在当前工业化产线上完成，不需引入新设备，工艺合理安全可靠。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案来实现的：一种背接触太阳能电池，包括硅基体，设于硅基体背面的p+掺杂区域和n+掺杂区域，所述p+掺杂区域和n+掺杂区域相互交替排列在所述硅基体的背面，所述p+掺杂区域上设有正电极接触细栅，所述n+掺杂区域上设有负电极接触细栅，所述硅基体的背面上还设有正电极主栅和负电极主栅，所述正电极主栅与所述负电极接触细栅相接触位置处设有绝缘层，所述正电极主栅位于所述绝缘层上且与所述正电极接触细栅相连接但不与所述负电极接触细栅和所述n+掺杂区域相接触，所述负电极主栅与所述正电极接触细栅相接触的位置处设有绝缘层，所述负电极主栅位于所述绝缘层上且与所述负电极接触细栅相连接但不与所述正电极接触细栅和所述p+掺杂区域相接触。
为了实现所述p+掺杂区域和所述n+掺杂区域交界处的绝缘，本发明所述p+掺杂区域和所述n+掺杂区域之间还设有用于使所述p+掺杂区域和所述n+掺杂区域绝缘的带隙。
作为本发明的一种优选的实施方案，本发明所述正电极接触细栅为银铝细栅线；所述负电极接触细栅为银细栅线。
本发明中可以通过印刷金属浆料和共烧结的方法制作与p+区域和n+区域相欧姆接触的金属细栅，其中与正电极p+掺杂区域相接触的金属细栅为银铝合金，与负电极n+掺杂区域相接触的金属细栅为银，该两种金属电极通过丝网印刷的方式分别印刷在硅片背表面正电极p+和负电极n+区域，印刷结束后经一次烧结形成欧姆接触，烧结温度优选为300～1200℃。
所述正电极接触细栅的宽度不宽于所述p+掺杂区域的宽度；所述负电极接触细栅的宽度不宽于所述n+掺杂区域的宽度。
本发明通过在细栅表面选择性地覆盖绝缘层以实现主栅线与细栅接触电极的选择性绝缘，该绝缘层可以在金属细栅制作完毕后利用丝网印刷的方法将绝缘浆料直接印刷在正电极或负电极接触栅线的表面，其中绝缘浆料覆盖正电极接触细栅的区域，与之相邻的负电极接触细栅裸露，覆盖负电极接触细栅的区域，与之相邻的正电极接触细栅裸露，印刷结束后经烘干形成固化的绝缘阻挡层，烘干温度优选为100～400℃，从而实现细栅接触电极的选择性绝缘。
本发明用于实现正电极主栅和负电极接触细栅之间绝缘的绝缘层宽度不窄于所述n+掺杂区域的宽度且保证与之相邻的正电极接触细栅不被绝缘层覆盖；用于实现负电极主栅与正电极接触细栅之间绝缘的绝缘层宽度不窄于所述p+掺杂区域的宽度且保证与之相邻的负电极接触细栅不被绝缘层覆盖。
本发明所述绝缘层可以采用丝网印刷绝缘浆料的方法形成，其中绝缘浆料的成分主要包括芳香族聚酰胺亚胺树脂、γ-丁内酯和三甘醇二甲醚等。
本发明所述正电极主栅和所述负电极主栅分别与所述p+掺杂区域和所述n+掺杂区域之间的夹角为80～100°，且所述正电极主栅和所述负电极主栅相互平行且不相接触，所述正电极主栅的根数为M，所述负电极主栅的根数为N，M与N均为自然数。
本发明制作主栅电极以实现主栅与细栅的选择性连接，该主栅电极可以通过丝网印刷的方式实现，在绝缘层覆盖正电极接触栅线的区域，负电极主栅线与裸露的负电极接触栅线形成欧姆连接，在绝缘层覆盖负电极接触栅线的区域，正电极主栅线与裸露的正电极接触栅线形成欧姆连接，主栅电极是悬浮于硅片表面，只与金属细栅形成欧姆连接，不与硅基底形成欧姆接触。
作为本发明的一种优选的技术方案，本发明所述的硅基体优选为N型单晶硅基体，其电阻率为1～30Ω·cm，厚度为50～300μm，N型晶体硅基体使用前先经表面制绒处理，然后利用扩散、离子注入和退火、掩膜、刻蚀等技术组合实现背接触电池的p+区域和n+区域相互交替排列在电池背表面，再利用SiO，SiN和AlO等介质膜进行电池前后表面的钝化和前表面的光学减反，从而形成所需要的p+和n+区域相互交替排列在硅片背表面的背接触太阳能电池。
本发明所述硅基体的前表面优选为制绒面，所述制绒面上设有低掺杂浓度的n+前表面场（FSF），所述FSF上设有钝化减反膜，所述钝化减反膜为SiOx钝化膜和SiNx减反膜的复合膜；所述硅基体的背表面为抛光面或制绒面。
作为本发明的一种优选技术方案，本发明所述p+掺杂区域和n+掺杂区域的表面上还覆盖有氧化铝AlO钝化膜和氮化硅SiN保护膜。
本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的：上述背接触太阳能电池的制备方法，含以下步骤：
（1）在硅基体背面制作相互交替排列分布的p+掺杂区域和n+掺杂区域；
（2）在所述p+掺杂区域上制作正电极接触细栅，在所述n+掺杂区域上制作负电极接触细栅；
（3）在所述正电极接触细栅及所在的p+掺杂区域上覆盖绝缘层并裸露与之相邻的负电极接触细栅，在所述负电极接触细栅及其所在n+掺杂区域上覆盖绝缘层并裸露与之相邻的正电极接触细栅；
（4）在所述硅基体的背面上制作正电极主栅和负电极主栅，所述正电极主栅位于所述绝缘层上且与所述正电极接触细栅相连接但不与所述负电极接触细栅和所述n+掺杂区域相接触；所述负电极主栅位于所述绝缘层上且与所述负电极接触细栅相连接但不与所述正电极接触细栅和所述p+掺杂区域相接触，制备获得背接触太阳能电池。
本发明步骤（1）中所述的硅基体选用N型单晶硅基体，其电阻率为1～30Ω·cm，厚度为50～300μm，该硅基体使用前先经表面制绒处理，然后利用扩散、离子注入&退火、掩膜、刻蚀等技术组合在硅基体背表面制作相互交替排列的p+掺杂区域和n+掺杂区域，在硅基体前表面制作低表面掺杂浓度的n+FSF，然后再利用SiO/SiN和AlO/SiN等介质膜分别进行电池前表面的钝化、光学减反和电池背表面的钝化。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明中主栅电极悬浮在硅基体背表面，只与金属细栅形成欧姆连接，不与硅基底形成欧姆接触，这样就消除了以往背接触太阳能电池中常规非悬浮主栅电极所带来的载流子横向传输损耗和电极遮蔽效应，从而极大地提高了背接触太阳能电池的填充因子和短路电流；
（2）本发明中的主栅电极在硅片背表面的分布具有很大的随意性，正负主栅电极可以平行的排列在硅片背表面且与正负电极接触细栅呈一定的角度，如80～100°，另外对主栅电极的分布位置和根数也不做限制，可以根据组件需求进行设置，这样也极大地方便的该背接触电池的组件制作；
（3）本发明中的背接触太阳能电池的电极制作过程可以全部采用丝网印刷的方式实现，该制作方法与目前晶硅太阳能电池生产工艺采用的金属化方法完全一致，不需引入新设备，所有制程都可以在当前工业化产线上完成，工艺简单合理安全可靠。
在以下的结合附图和优选示例性实施方案进一步详细说明给出本发明的特征和优点。
附图说明
图1是具体实施方式中制备的相互交替排列在硅基体的背面的p+掺杂区域和n+掺杂区域示意图；
图2是具体实施方式中制备的设于p+掺杂区域上的正电极接触细栅和设于n+掺杂区域上的负电极接触细栅示意图；
图3是具体实施方式中制备的设于正电极接触细栅上的绝缘层和设于负电极接触细栅上的绝缘层；
图4是具体实施方式中制备的设于硅基体背面的正电极主栅和负电极主栅。
附图说明：20、N型晶体硅基底；30、背面p+掺杂区域；32、背面n+掺杂区域；34、p+区域与n+区域交界处的带隙；40、正电极接触细栅；42、负电极接触细栅；50、设于负电极接触细栅上的绝缘阻挡层；52、设于正电极接触细栅上的绝缘阻挡层；60、正电极主栅；62、负电极主栅。
具体实施方式
实施例1
如图4中所示，本实施例提供的背接触太阳能电池，包括N型单晶硅基体硅基体20，设于硅基体背面的p+掺杂区域30和n+掺杂区域32，p+掺杂区域30和n+掺杂区域32相互交替排列在硅基体20的背面，p+掺杂区域30上设有正电极接触细栅40，n+掺杂区域32上设有负电极接触细栅42，硅基体20的背面上还设有正电极主栅60和负电极主栅62，正电极主栅60与负电极接触细栅42及其所在的n+掺杂区域32相接触位置处设有绝缘阻挡层50，正电极主栅60位于绝缘阻挡层50上且与正电极接触细栅40相连接但不与负电极接触细栅42和n+掺杂区域32相接触，负电极主栅62与正电极接触细栅40及其所在的p+掺杂区域30相接触的位置处设有绝缘阻挡层52，负电极主栅62位于绝缘阻挡层52上且与负电极接触细栅42相连接但不与正电极接触细栅40和p+掺杂区域30相接触。
p+掺杂区域30和n+掺杂区域32之间还设有用于使p+掺杂区域30和n+掺杂区域32绝缘的带隙34。
正电极接触细栅40为银铝细栅线；负电极接触细栅42为银细栅线。
正电极接触细栅40的宽度不宽于p+掺杂区域30的宽度；负电极接触细栅42的宽度不宽于n+掺杂区域32的宽度。
绝缘阻挡层50的宽度不窄于n+掺杂区域32的宽度且保证与之相邻的正电极接触细栅40不被绝缘阻挡层50覆盖；绝缘阻挡层52的宽度不窄于p+掺杂区域30的宽度且保证与之相邻的负电极接触细栅42不被绝缘阻挡层52覆盖。
绝缘阻挡层50和绝缘阻挡层52可以采用丝网印刷绝缘浆料的方法制成，绝缘浆料的成分主要包括芳香族聚酰胺亚胺树脂、γ-丁内酯和三甘醇二甲醚。
正电极主栅60和负电极主栅62与p+掺杂区域30和n+掺杂区域32之间的夹角较好为90°，正负偏差不超过10°为佳；且正电极主栅60和负电极主栅62相互平行且不相接触。其中正电极主栅的根数为M，所述负电极主栅的根数为N，M与N为1-10的自然数。
其中N型单晶硅基体硅基体20的电阻率为1～30Ω·cm，厚度为50～300μm，使用前先经表面制绒处理。
硅基体20的前表面为制绒面，制绒面上依次设有低表面掺杂浓度的n+FSF，SiOx钝化膜和SiNx减反膜；硅基体20背表面可以为抛光面，也可以为制绒面。
p+掺杂区域30和n+掺杂区域32的表面上依次覆盖有氧化铝AlO钝化膜和氮化硅SiN保护膜。
相互交替排列在硅基体20的背面的p+掺杂区域30和n+掺杂区域32可以通过本领域所熟知的技术如扩散、离子注入&退火、掩膜和刻蚀等方法组合进行制作。
上述背接触太阳能电池的制备方法如下：
（1）制备p+掺杂区域30和n+掺杂区域32相互交替排列在硅片背表面的太阳能电池，使用N型单晶硅基体20，电阻率为1～30Ω·cm，厚度为50～300μm，N型晶体硅基体20使用前先经表面制绒处理，然后利用扩散、离子注入&退火、掩膜、刻蚀等技术组合在硅基体20的背表面制作相互交替排列的p+掺杂区域30和n+掺杂区域32，在p+掺杂区域30和n+掺杂区域32的交界处制作带隙34，在硅基体前表面制作低表面掺杂浓度的n+FSF，然后再利用SiO/SiN和AlO/SiN等介质膜分别进行电池前表面的钝化、光学减反和电池背表面的钝化，从而形成所需要的p+掺杂区域30和n+掺杂区域32相互交替排列在硅片背表面的太阳能电池，其中每列p+掺杂区域30的宽度为500～3000μm，每列n+掺杂区域32的宽度为200～2000μm，带隙区域34的宽度为30～200μm，如图1所示。
（2）如图2所示，通过印刷金属浆料形成与p+掺杂区域30和n+掺杂区域32相欧姆接触的金属细栅，其中与p+掺杂区域30相接触的正电极接触细栅40为银铝合金，与n+掺杂区域32相接触的负电极接触细栅42为银，该两种金属电极通过丝网印刷的方式分别印刷在硅片背表面p+和n+掺杂区域，栅线的宽度不能超过其所在掺杂区域的宽度，印刷结束后经一次烧结形成欧姆接触，烧结温度为300～1200℃。
（3）如图3所示，在正电极接触细栅40及其所在的p+区域30上选择性覆盖绝缘阻挡层52，在负电极接触细栅42及其所在的n+区域32上选择性覆盖绝缘阻挡层50，以实现正电极接触细栅40和负电极接触细栅42的选择性绝缘，该绝缘阻挡层在金属细栅制作完毕后利用丝网印刷的方法将绝缘浆料直接印刷在正电极接触细栅40和负电极接触细栅42表面，其中覆盖正电极接触细栅40的区域负电极接触细栅42裸露，覆盖负电极接触细栅42的区域正电极接触细栅40裸露，印刷结束后经烘干形成固化的绝缘阻挡层50和绝缘阻挡层52，烘干温度为100～400℃。
（4）如图4所示，制作正电极主栅60和负电极主栅62实现正负主栅电极分别与正电极接触细栅40和负电极接触细线42的欧姆连接，正电极主栅60和负电极主栅62可以通过丝网印刷的方式实现，在绝缘阻挡层50覆盖负电极接触电极42的区域，正电极主栅60与裸露的正电极接触细栅40相连接，在绝缘阻挡层52覆盖正电极接触细栅40的区域，负电极主栅62与裸露的负电极接触细栅42相连接，印刷结束后烘干实现正电极主栅60、负电极主栅62与正电极接触细栅40和负电极接触细栅42的之间的欧姆接触，从而完成背接触太阳能的整个金属化过程。其中正电极主栅60、负电极主栅62悬浮在硅片表面，只与正电极接触细栅40和负电极接触细栅42形成欧姆连接，不与硅基体20形成欧姆接触，因此该金属化方案消除了以往背接触太阳能电池中常规主栅所带来的载流子横向传输损耗和主栅的电极遮蔽效应，从而极大地提高了背接触太阳能电池的填充因子和短路电流。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种背接触太阳能电池，包括硅基体（20），设于硅基体背面的p+掺杂区域（30）和n+掺杂区域（32），其特征是：所述p+掺杂区域（30）和n+掺杂区域（32）相互交替排列在所述硅基体（20）的背面，所述p+掺杂区域（30）上设有正电极接触细栅（40），所述n+掺杂区域（32）上设有负电极接触细栅（42），所述硅基体（20）的背面上还设有正电极主栅（60）和负电极主栅（62），所述正电极主栅（60）与所述负电极接触细栅（42）及其所在的n+掺杂区域（32）相接触位置处设有绝缘阻挡层（50），所述正电极主栅（60）位于所述绝缘阻挡层（50）上且与所述正电极接触细栅（40）相连接但不与所述负电极接触细栅（42）和所述n+掺杂区域（32）相接触，所述负电极主栅（62）与所述正电极接触细栅（40）及其所在的p+掺杂区域（30）相接触的位置处设有绝缘阻挡层（52），所述负电极主栅（62）位于所述绝缘阻挡层（52）上且与所述负电极接触细栅（42）相连接但不与所述正电极接触细栅（40）和所述p+掺杂区域（30）相接触。
2.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征是：所述p+掺杂区域（30）和所述n+掺杂区域（32）之间还设有用于使所述p+掺杂区域（30）和所述n+掺杂区域（32）绝缘的带隙（34）。
3.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征是：所述正电极接触细栅（40）为银铝细栅线；所述负电极接触细栅（42）为银细栅线。
4.根据权利要求3所述的背接触太阳能电池，其特征是：所述正电极接触细栅（40）的宽度不宽于所述p+掺杂区域（30）的宽度；所述负电极接触细栅（42）的宽度不宽于所述n+掺杂区域（32）的宽度。
5.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征是：所述绝缘阻挡层（50）的宽度不窄于所述n+掺杂区域（32）的宽度且不覆盖与之相邻的正电极接触细栅（40）；所述绝缘阻挡层（52）的宽度不窄于所述p+掺杂区域（30）的宽度且不覆盖与之相邻的负电极接触细栅（42）。
6.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征是：所述正电极主栅（60）和所述负电极主栅（62）分别与所述p+掺杂区域（30）和所述n+掺杂区域（32）之间的夹角为80～100°，且所述正电极主栅（60）和所述负电极主栅（62）相互平行且不相接触，所述正电极主栅（60）的根数为M，所述负电极主栅的根数为N，M与N均为自然数。
7.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征是：所述的硅基体（20）为N型单晶硅衬底，其电阻率为1～30Ω·cm，厚度为50～300μm，使用前先经表面制绒。
8.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征是：所述硅基体（20）的前表面为制绒面，所述制绒面上设有低掺杂浓度的n+前表面场FSF，所述n+前表面场FSF上设有钝化减反膜，所述钝化减反膜为SiOx钝化膜和SiNx减反膜的复合膜；所述硅基体（20）的背表面为抛光面或制绒面。
9.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征是：相互交替排列在所述硅基体（20）的背面的p+掺杂区域（30）和n+掺杂区域（32）通过热扩散、离子注入和退火、掩膜和刻蚀中的一种或多种相结合的工艺进行制备；所述p+掺杂区域（30）和n+掺杂区域（32）的表面上还覆盖有氧化铝AlO钝化膜和氮化硅SiN保护膜。
10.权利要求1-9任一项权利要求所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征是含以下步骤：
（1）在硅基体（20）背面制作相互交替排列分布的p+掺杂区域（30）和n+掺杂区域（32）；
（2）在所述p+掺杂区域（30）上制作正电极接触细栅（40），在所述n+掺杂区域（32）上制作负电极接触细栅（42）；
（3）在所述正电极接触细栅（40）及所在的p+掺杂区域（30）上覆盖绝缘阻挡层（52）并裸露与之相邻的负电极接触细栅（42），在所述负电极接触细栅（42）及其所在的n+掺杂区域（32）上覆盖绝缘阻挡层（50）并裸露与之相邻的正电极接触细栅（40）；
（4）在所述硅基体（20）的背面上制作正电极主栅（60）和负电极主栅（62），所述正电极主栅（60）位于所述绝缘阻挡层（50）上且与所述正电极接触细栅（40）相连接但不与所述负电极接触细栅（42）和所述n+掺杂区域（32）相接触；所述负电极主栅（62）位于所述绝缘阻挡层（52）上且与所述负电极接触细栅（42）相连接但不与所述正电极接触细栅（40）和所述p+掺杂区域（30）相接触，制备获得背接触太阳能电池。
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