CN104218101A - 一种n型局域铝背晶体硅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N型局域背结晶体硅太阳能电池及其制备方法,以N型硅片作为基体,其背面设有发射结且为局域接触结构,该背面设有钝化膜。本发明通过采用将背面反型层钝化技术与局域铝背结相结合,本发明的铝发射结的作用为:发射结和背面金属化,省略了高温扩硼对硅片基体的影响,大幅度降低了生产成本,降低能耗,减少环境污染,本发明具有高效低成本等特点,且制备方法步骤简单,操作方便,具有良好的经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明属于光伏技术领域,具体涉及一种N型局域铝背晶体硅太阳能电池及其制备方法。
背景技术
相对于P型硅片,N型硅片具有更高的少数载流子寿命,且对金属杂质的敏感性较弱,另外对于基体中没有人为掺杂的硼原子,不会形成硼氧复合对,所以N型电池无光致衰减,上述原因使N型硅片成为高校晶硅电池宠儿,但有利有弊,N型硅片的工艺制程相对比较复杂,制备成本比较高,所以目前产业化的仍旧是P型电池。
目前,背钝化电池技术在P型电池上已经较为成熟,但在N型电池上用于工业化生产的技术方案仍然比较稀缺。
故需要一种新的技术方案,已解决上述问题。
发明内容
发明目的:针对上述现有技术存在的问题和不足,本发明的目的是提供了一种N型局域背铝晶体硅太阳能电池及其制备方法。
技术方案:本发明公开了一种N型局域背结晶体硅太阳能电池,以N型硅片作为基体,从上至下依次叠层银电极、氮化硅减反膜、磷扩散层、硅基体、钝化膜、铝层和发射结;所述钝化膜上设有点阵列或者线阵列图形,铝浆烧结形成的发射结透过钝化膜上的图形与硅基体局域接触。
进一步优化,本发明所述的钝化膜为氧化铝和氮化硅叠层钝化膜。
进一步优化,本发明所述的N型硅片的电阻率为0.5-12 ohmcm。
本发明通过在电池背面设有钝化膜,有效增加对长波光的吸收,对未来薄片电池提供了技术保证。
本发明还公开了一种N型局域背结晶体硅太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
(1)硅片去损伤并制绒;
(2)硅片正面磷扩散;
(3)利用扩散自然形成的磷硅玻璃作为硅片正面掩膜,硅片背面抛光,同时,去除硅片正面制绒面的磷硅玻璃并进行清洗;
(4)硅片背面生长氧化铝作为钝化膜;
(5)硅片正面采用氮化硅作为减反膜;
(6)硅片背面生长氮化硅作为钝化膜;
(7)硅片背面利用激光在氮化硅上开孔;
(8)硅片背面印刷铝浆;
(9)在正面印刷银栅线,烧结形成银电极;
(10)在forming gas气氛下退火;
其中:步骤(1)所述的硅片采用N型单晶硅片作为基体,电阻率控制在0.5-12 ohmcm;
步骤(2)采用管式磷扩散或者链式磷扩散;
步骤(3)采用湿法设备对硅片背面进行磷硅玻璃去除,采用溶液浓度为0.1-20%的氢氟酸溶液去除硅片正面磷硅玻璃;
步骤(5)硅片正面采用PECVD的方法生长氮化硅减反膜;
步骤(6)硅片反面采用PECVD的方法生长氮化硅钝化膜。
上述介质薄膜生长部分顺序可以改变。
本发明所述的步骤(2)中的磷扩散方阻控制在50-180 ohm/sq。
本发明所述的步骤(4)中的钝化膜厚度控制在1-50nm。
本发明所述的步骤(5)中氮化硅减反膜(2)厚度控制在50-120nm,折射率控制在1.9-2.3
本发明所述的步骤(6)中背面氮化硅钝化膜厚度控制在50-200nm。
本发明所述的步骤(8)中的激光刻蚀为线阵列或点阵列,线阵列其刻蚀线宽控制在5-80um,间距控制在0.1-2.0mm,点阵列其点的直径为5-80um,间距为0.1-2.0mm。
本发明所述的步骤(10)的退火温度控制在150-400℃,时间控制在3-60分钟。
有益效果:本发明与现有技术相比,具有以下优点:
1、本发明通过采用将背面反型层钝化技术与局域铝背结相结合,本发明的铝发射结的作用为:发射结和背面金属化,省略了高温扩硼对硅片基体的影响,大幅度降低了生产成本,降低能耗,减少环境污染,本发明具有高效低成本等特点,且制备方法步骤简单,操作方便,具有良好的经济效益和环境效益;
2、本发明通过采用电池背面介质膜,使内背反射从65%增加到92-95%,提高对长波光的吸收能力的同时,为薄片电池提高了技术保证;
3、本发明通过采用背钝化技术,能有效降低介质薄膜区域的背面符合速率至10-50 cm/s。
4、本发明能够直接在现行的工业化太阳电池生产线上实现。
附图说明
图1为本发明的电池截面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明的一种N型局域背结晶体硅太阳能电池,以电阻率为0.5-12 ohmcm 的N型硅片4作为基体,从上至下依次叠层银电极1、氮化硅减反膜2、磷扩散层3、硅基体4、钝化膜5、铝层6和发射结7;所述钝化膜5上设有点阵列或者线阵列图形,铝浆烧结形成的发射结7透过钝化膜5上的图形与硅基体4局域接触,钝化膜5由氧化铝和氮化硅叠层形成。
下面结合实施例进一步阐明本发明。
实施例1:
本实施例以156mm N型单晶硅片为基体材料,对N型硅片去损伤、制绒、清洗;采用管式磷扩散,扩散方阻控制在90 ohm/sq,利用扩散自然形成的磷硅玻璃作为电池正面掩膜,实现硅片背面抛光的目的,同时,采用2%的氢氟酸溶液去除硅片正面制绒面的磷硅玻璃并利用溶液浓度为1%的氢氟酸溶液进行清洗。在硅片背面生长厚度为15nm的氧化铝钝化膜,利用PECVD的方法在硅片正面生长折射率为2.07,厚度为78nm的氮化硅减反膜,同样的利用PECVD的方法在硅片背面生长厚度为120nm的氮化硅,介质薄膜生长结束后,在硅片背面用激光刻蚀氮化硅薄膜,其线宽为20um,间距为0.4mm。在硅片的背面印刷铝浆烧结局域形成发射结,在硅片正面丝网印刷银栅线并烧结形成正面银电极,而后,在forming gas,温度控制在350℃的气氛下进行退火,时间为10分钟。
本实施例中的单晶电池转换效率平均效率到达19.9%,无光衰减。
实施例2:
本实施例以156mm N型单晶硅片为基体材料,对N型硅片去损伤、制绒、清洗;采用管式磷扩散,扩散方阻控制在50 ohm/sq,利用扩散自然形成的磷硅玻璃作为电池正面掩膜,实现硅片背面抛光的目的,同时,采用2%的氢氟酸溶液去除硅片正面制绒面的磷硅玻璃并利用溶液浓度为1%的氢氟酸溶液进行清洗。在硅片背面生长厚度为2nm的氧化铝钝化膜,利用PECVD的方法在硅片正面生长折射率为1.90,厚度为90nm的氮化硅减反膜,同样的利用PECVD的方法在硅片背面生长厚度为200nm的氮化硅,介质薄膜生长结束后,在硅片背面用激光刻蚀氮化硅薄膜,其线宽为10um,间距为0.3mm。在硅片的背面印刷铝浆烧结局域形成发射结,在硅片正面丝网印刷银栅线并烧结形成正面银电极,而后,在forming gas,温度控制在150℃的气氛下进行退火,时间为60分钟。
本实施例中的单晶电池转换效率平均效率到达19.5%,无光衰减。
实施例3:
本实施例以156mm N型单晶硅片为基体材料,对N型硅片去损伤、制绒、清洗;采用管式磷扩散,扩散方阻控制在180 ohm/sq,利用扩散自然形成的磷硅玻璃作为电池正面掩膜,实现硅片背面抛光的目的,同时,采用2%的氢氟酸溶液去除硅片正面制绒面的磷硅玻璃并利用溶液浓度为1%的氢氟酸溶液进行清洗。在硅片背面生长厚度为40nm的氧化铝钝化膜,利用PECVD的方法在硅片正面生长折射率为2.30,厚度为50nm的氮化硅减反膜,同样的利用PECVD的方法在硅片背面生长厚度为50nm的氮化硅,介质薄膜生长结束后,在硅片背面用激光刻蚀氮化硅薄膜,其线宽为100um,间距为2.5mm。在硅片的背面印刷铝浆烧结局域形成发射结,在硅片正面丝网印刷银栅线并烧结形成正面银电极,而后,在forming gas,温度控制在400℃的气氛下进行退火,时间为3分钟。
本实施例中的单晶电池转换效率平均效率到达19.1%,无光衰减。
实施例4:
本实施例以156mm N型单晶硅片为基体材料,对N型硅片去损伤、制绒、清洗;采用链式磷扩散,扩散方阻控制在90 ohm/sq,利用扩散自然形成的磷硅玻璃作为电池正面掩膜,实现硅片背面抛光的目的,同时,采用2%的氢氟酸溶液去除硅片正面制绒面的磷硅玻璃并利用溶液浓度为1%的氢氟酸溶液进行清洗。在硅片背面生长厚度为15nm的氧化铝钝化膜,利用PECVD的方法在硅片正面生长折射率为2.07,厚度为78nm的氮化硅减反膜,同样的利用PECVD的方法在硅片背面生长厚度为120nm的氮化硅,介质薄膜生长结束后,在硅片背面用激光刻蚀氮化硅薄膜,其点的直径为10um,间距为0.2mm。在硅片的背面印刷铝浆烧结局域形成发射结,在硅片正面丝网印刷银栅线并烧结形成正面银电极,而后,在forming gas,温度控制在350℃的气氛下进行退火,时间为10分钟。
本实施例中的单晶电池转换效率平均效率到达19.7%,无光衰减。
实施例5:
本实施例以156mm N型单晶硅片为基体材料,对N型硅片去损伤、制绒、清洗;采用链式磷扩散,扩散方阻控制在50 ohm/sq,利用扩散自然形成的磷硅玻璃作为电池正面掩膜,实现硅片背面抛光的目的,同时,采用2%的氢氟酸溶液去除硅片正面制绒面的磷硅玻璃并利用溶液浓度为1%的氢氟酸溶液进行清洗。在硅片背面生长厚度为2nm的氧化铝钝化膜,利用PECVD的方法在硅片正面生长折射率为1.90,厚度为90nm的氮化硅减反膜,同样的利用PECVD的方法在硅片背面生长厚度为200nm的氮化硅,介质薄膜生长结束后,在硅片背面用激光刻蚀氮化硅薄膜,其点的直径为5um,间距为0.1mm。在硅片的背面印刷铝浆烧结局域形成发射结,在硅片正面丝网印刷银栅线并烧结形成正面银电极,而后,在forming gas,温度控制在150℃的气氛下进行退火,时间为60分钟。
本实施例中的单晶电池转换效率平均效率到达19.4%,无光衰减。
实施例6:
本实施例以156mm N型单晶硅片为基体材料,对N型硅片去损伤、制绒、清洗;采用链式磷扩散,扩散方阻控制在180 ohm/sq,利用扩散自然形成的磷硅玻璃作为电池正面掩膜,实现硅片背面抛光的目的,同时,采用2%的氢氟酸溶液去除硅片正面制绒面的磷硅玻璃并利用溶液浓度为1%的氢氟酸溶液进行清洗。在硅片背面生长厚度为40nm的氧化铝钝化膜,利用PECVD的方法在硅片正面生长折射率为2.30,厚度为50nm的氮化硅减反膜,同样的利用PECVD的方法在硅片背面生长厚度为50nm的氮化硅,介质薄膜生长结束后,在硅片背面用激光刻蚀氮化硅薄膜,其点的直径为80um,间距为2.0mm。在硅片的背面印刷铝浆烧结局域形成发射结,在硅片正面丝网印刷银栅线并烧结形成正面银电极,而后,在forming gas,温度控制在400℃的气氛下进行退火,时间为3分钟。
本实施例中的单晶电池转换效率平均效率到达19.0%,无光衰减。
Claims (10)
1.一种N型局域背结晶体硅太阳能电池,其特征在于:以N型硅片作为基体,从上至下依次叠层银电极、氮化硅减反膜、磷扩散层、硅基体、钝化膜、铝层和发射结;所述钝化膜上设有点阵列或者线阵列图形,铝浆烧结形成的发射结透过钝化膜上的图形与硅基体局域接触。
2.根据权利要求1所述的一种N型局域背结晶体硅太阳能电池,其特征在于:所述钝化膜(5)为氧化铝和氮化硅叠层钝化膜。
3.根据权利要求1所述的一种N型局域背结晶体硅太阳能电池,其特征在于:所述N型硅片的电阻率为0.5-12 ohm·cm。
4.一种N型局域背结晶体硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)硅片去损伤并制绒;
(2)硅片正面磷扩散;
(3)利用扩散自然形成的磷硅玻璃作为硅片正面掩膜,硅片背面抛光,同时,去除硅片正面制绒面的磷硅玻璃并进行清洗;
(4)硅片背面生长氧化铝作为钝化膜;
(5)硅片正面采用氮化硅(2)作为减反膜;
(6)硅片背面生长氮化硅作为钝化膜;
(7)硅片背面利用激光在氮化硅上开孔;
(8)硅片背面印刷铝浆;
(9)在正面印刷银栅线,烧结形成银电极(1);
(10)在forming gas气氛下退火;
其中:步骤(1)所述的硅片采用N型单晶硅片作为基体,电阻率控制在0.5-12 ohm·cm;
步骤(2)采用管式磷扩散或者链式磷扩散;
步骤(3)采用湿法设备对硅片背面进行磷硅玻璃去除,采用溶液浓度为0.1-20%的氢氟酸溶液去除硅片正面磷硅玻璃;
步骤(5)硅片正面采用PECVD的方法生长氮化硅减反膜(2);
步骤(6)硅片反面采用PECVD的方法生长氮化硅钝化膜。
5.根据权利要求4所述的一种N型局域背结晶体硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的磷扩散方阻控制在50-180 ohm/sq。
6.根据权利要求4所述的一种N型局域背结晶体硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中的钝化膜厚度控制在1-50nm。
7.根据权利要求4所述的一种N型局域背结晶体硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(5)中氮化硅减反膜(2)厚度控制在50-120nm,折射率控制在1.9-2.3。
8.根据权利要求4所述的一种N型局域背结晶体硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(6)中背面氮化硅钝化膜厚度控制在50-200nm。
9.根据权利要求4所述的一种N型局域背结晶体硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(8)中的激光刻蚀为线阵列或点阵列,线阵列其刻蚀线宽控制在5-80um,间距控制在0.1-2.0mm;点阵列其点的直径为5-80um,间距为0.1-2.0mm。
10.根据权利要求4所述的一种N型局域背结晶体硅太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(10)的退火温度控制在150-500℃,时间控制在3-100分钟。
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