CN105097987B - 背接触电池及其制作方法和太阳能电池组件 - Google Patents

背接触电池及其制作方法和太阳能电池组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种背接触电池及其制作方法和太阳能电池组件。该背接触电池包括至少一对第一主栅和第二主栅，所有第一主栅和第二主栅在该第一导电类型衬底的背面被设置为：在第一导电类型衬底绕其几何中心旋转180°后的旋转图样中，该旋转图样中的第一主栅位于该第一导电类型衬底的第二主栅的延长线上，该旋转图样中的第二主栅位于该第一导电类型衬底的第一主栅的延长线上。由于相邻太阳能电池片之间的连接通过在主栅长度方向上将主栅相连来实现，由此包括每对主栅的单元之间形成的是并联结构，所有导电条的电阻等效为并联电阻，有效降低了导电条电阻对太阳能电池组件的影响。

Description

背接触电池及其制作方法和太阳能电池组件
技术领域
本发明涉及一种背接触电池及其制作方法和太阳能电池组件，特别是涉及一种形成组件时连接方式简便的背接触电池及其制作方法和太阳能电池组件。
背景技术
背接触电池是指所有栅线均设置在晶片背面的太阳能电池，这样晶片的正面就没有电极遮挡，可以全部用来受光。Sunpower公司研制的背接触电池的光电转换效率可以达到20％以上。
采用背接触电池来制作太阳能电池组件时，需要将一背接触电池的正极与相邻背接触电池的负极相连。目前，常用的做法就是通过一连接条将两者相连，参考图1所示，背接触电池1的正极11与相邻背接触电池1的负极12通过连接条100相连，例如连接条100连接正极11和负极12的中部。然而，为了降低连接条处的电阻，只能增加连接条、甚至是正极和负极(背接触电池的两条主栅)的厚度，这无形中增加了组件的成本，也不利于整体工艺的简化，更不利用太阳能电池组件的轻薄化。
再者，参考图2，在形成太阳能电池组件时，相邻两背接触电池采用图1所示的连接方法，因而太阳能电池组件中的多个背接触电池是首尾相连形成串联结构，假设每个连接条的电阻为R，太阳能电池组件中包括了N个背接触电池，那么连接条的等效串联电阻就为(N-1)*R，背接触电池越多，连接条的电阻就会越大，这势必会对太阳能电池组件造成压力，因而现有工艺中通常会增加用于连接连接条的主栅的厚度，或者增加连接条的厚度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中采用背接触电池来形成太阳能电池组件时为了降低连接相邻背接触电池的连接条的电阻而增加连接条厚度、增加成本、工艺难以简化的缺陷，提供一种背接触电池及其制作方法和太阳能电池组件。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种背接触电池的制作方法，其特点在于，包括以下步骤：
S1、在第一导电类型衬底的背面形成第二导电类型掺杂层；
S2、在该第一导电类型衬底的背面上形成具有图样的第一掩膜，未被该第一掩膜覆盖的区域为开放区域；
S3、蚀刻去除该开放区域的第二导电类型掺杂层，蚀刻深度大于该第二导电类型掺杂层的厚度，未经蚀刻的第二导电类型掺杂层为第二导电类型区域；
S4、对该开放区域进行第一导电类型离子注入以在该第一导电类型衬底的背面中形成第一导电类型掺杂区域，去除该第一掩膜；
S5、在该第一导电类型衬底的背面覆盖保护层，采用热扩散工艺在该第一导电类型衬底的正面形成第一导电类型掺杂层，同时修复离子注入的损伤，该保护层用于避免该第一导电类型衬底的背面形成扩散掺杂，在该第一导电类型掺杂层形成之后去除该保护层以及在扩散过程中产生的氧化层；
S6、在该第一导电类型衬底的正面和背面形成钝化层；
S7、在该第一导电类型衬底的背面丝网印刷或者喷印或者电镀形成第一副栅和第二副栅以及至少一对第一主栅和第二主栅，所有第一主栅和第二主栅间隔设置且相互平行，该第一副栅位于该第一导电类型衬底的背面与该第一导电类型掺杂区域相应的位置且连接该第一导电类型掺杂区域，该第二副栅位于该第一导电类型衬底的背面与该第二导电类型掺杂区域相应的位置且连接该第二导电类型掺杂区域，第一副栅和第二副栅间隔设置、相互平行，且第一副栅与第一主栅相交，第二副栅和第二主栅相交，所有第一主栅和第二主栅在该第一导电类型衬底的背面被设置为：
在该第一导电类型衬底绕其几何中心旋转180°后的旋转图样中，该旋转图样中的第一主栅位于该第一导电类型衬底的第二主栅的延长线上，该旋转图样中的第二主栅位于该第一导电类型衬底的第一主栅的延长线上。这里位于延长线上指的是第一主栅的延长线和第二主栅的延长线完全重合的情况以及在丝网印刷的系统误差范围内的情况，例如，在垂直于第一主栅的方向上，第一主栅与第二主栅错开的距离小于6mm。同样的，第一副栅和第二副栅之间相互平行也包括了几何上平行的情况以及在系统误差范围内的基本平行的情况，所述基本平行指的是第一副栅和第二副栅的延长线的夹角小于10°的情况。
优选地，第一主栅和第二主栅的数量为至少两对。一个第一主栅和一个第二主栅为一对。
其中，步骤S3中在该第一导电类型衬底背面的开窗操作可以通过激光消融来实现，或者采用蚀刻剂来完成蚀刻。
优选地，步骤S5中形成该保护层之后、形成第一导电类型掺杂层之前包括以下步骤：
S5P：在该第一导电类型衬底的正面形成绒面。
优选地，步骤S3还包括：采用蚀刻剂蚀刻去除该开放区域的第二导电类型掺杂层同时蚀刻该第一导电类型衬底的正面以在该正面上形成绒面。制绒和背面开窗在同一步骤中完成，使得整体流程更为精简，工艺的连贯性就更强。
优选地，步骤S3中还包括：蚀刻过程中在该第一掩膜接近该开放区域的一端形成凸缘，
其中，在该第一导电类型衬底的长度方向上，步骤S4中离子注入所形成的该第一导电类型掺杂区域与该第二导电类型区域之间间隔一预设距离。
优选地，其中该第一导电类型掺杂区域和该第二导电类型区域互不接触，即在该第一导电类型衬底的法线方向上和长度方向上，该第一导电类型掺杂区域和该第二导电类型区域均具有一定距离。
优选地，该保护膜为介电质膜。
优选地，步骤S6中包括：
在该第一导电类型衬底的正面和背面形成SiO2；
在SiO2的正面和背面形成SiN。
优选地，该第一主栅与该第一副栅的夹角为85°-95°。
本发明还提供一种背接触电池，其包括第一导电类型衬底，其特点在于，该背接触电池还包括：
形成于该第一导电类型衬底正面的第一导电类型掺杂层；
形成于该第一导电类型衬底背面的相互间隔的第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域，其中该第一导电类型掺杂区域形成于该第一导电类型衬底背面的凹槽中；
覆盖该第一导电类型掺杂层以及该第一导电类型衬底背面的钝化层；
形成于该第一导电类型衬底背面的第一副栅和第二副栅以及至少一对第一主栅和第二主栅，所有第一主栅和第二主栅间隔设置且相互平行，该第一副栅位于该第一导电类型衬底的背面与该第一导电类型掺杂区域相应的位置且连接该第一导电类型掺杂区域，该第二副栅位于该第一导电类型衬底的背面与该第二导电类型掺杂区域相应的位置且连接该第二导电类型掺杂区域，第一副栅和第二副栅间隔设置、相互平行，且第一副栅与第一主栅相交，第二副栅和第二主栅相交，所有第一主栅和第二主栅在该第一导电类型衬底的背面被设置为：
在该第一导电类型衬底绕其几何中心旋转180°后的旋转图样中，该旋转图样中的第一主栅位于该第一导电类型衬底的第二主栅的延长线上，该旋转图样中的第二主栅位于该第一导电类型衬底的第一主栅的延长线上。这里位于延长线上指的是第一主栅的延长线和第二主栅的延长线完全重合的情况以及在丝网印刷的系统误差范围内的情况，例如，在垂直于第一主栅的方向上，第一主栅与第二主栅错开的距离小于6mm。同样的，第一副栅和第二副栅之间相互平行也包括了几何上平行的情况以及在系统误差范围内的基本平行的情况，所述基本平行指的是第一副栅和第二副栅的延长线的夹角小于10°的情况。主栅平行的概念也是一样。
优选地，第一主栅和第二主栅的数量为至少两对。一个第一主栅和一个第二主栅为一对。
优选地，该钝化层中包括形成于该第一导电类型衬底的正面和背面的SiO2以及形成于SiO2的正面和背面的SiN。
优选地，该第一主栅与该第一副栅的夹角为85°-95°。
本发明还提供一种太阳能电池组件，其包括顶部边框和底部边框，其特点在于，该太阳能电池组件还包括多个如上所述的背接触电池，多个背接触电池沿着该第一主栅的长度方向排列，每个背接触电池的第一主栅与相邻背接触电池的第二主栅对齐，其中，邻近顶部边框的背接触电池为顶部背接触电池，邻近底部边框的背接触电池为底部背接触电池，与该顶部背接触电池或该底部背接触电池相邻的背接触电池为中间背接触电池，
每个中间背接触电池的第一主栅与相邻的中间背接触电池、相邻的顶部背接触电池或相邻的底部背接触电池的第二主栅相连，
其中，当顶部背接触电池的第一主栅不与相邻的中间背接触电池的第二主栅相连时，该顶部背接触电池的第一主栅连接至一引出电极，该底部背接触电池的第二主栅连接至另一引出电极，
当顶部背接触电池的第二主栅不与相邻的中间背接触电池的第一主栅相连时，该顶部背接触电池的第二主栅连接至一引出电极，该底部背接触电池的第一主栅连接至另一引出电极，
其中，第一主栅和第二主栅通过导电条相连，第一主栅、第二主栅和导电条位于同一直线上。这里的位于同一直线包括几何上完全重合的情况以及在系统误差范围内的情况，例如在垂直于第一主栅的方向上，第一主栅与第二主栅错开的距离小于6mm。同样的，第一副栅和第二副栅之间相互平行也包括了几何上平行的情况以及在系统误差范围内的基本平行的情况，所述基本平行指的是第一副栅和第二副栅的延长线的夹角小于10°的情况。主栅平行的概念也是一样。
优选地，该太阳能电池组件还包括背板，该导电条设置在该背板上。
优选地，该导电条至少部分覆盖所连接的第一主栅和第二主栅。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明采用了一种和现有组件的连接方式完全不同的连接方式，相邻太阳能电池片之间的连接通过在主栅长度方向上将主栅相连来实现，太阳能电池片中包括的主栅的对数即为连接主栅的导电条的数量，由此包括每对主栅的单元之间形成的是并联结构，所有导电条的电阻等效为并联电阻，有效降低了导电条电阻对太阳能电池组件的影响。
2、由于连接第一主栅和第二主栅的导电条可以从长度方向上覆盖第一主栅和第二主栅，那么导电条可以具备主栅的功能，这样就可以减小第一主栅和第二主栅的尺寸，而且就可以采用丝网印刷的方式来形成主栅，工艺上可以得到简化。
3、导电条可以形成于背板上，只需在形成导电条时使其能够对准于第一主栅和第二主栅，这样太阳能电池组件的装配过程也能得到极大简化，只需将背接触电池按照对准的方式贴合在背板上即可完成背接触电池之间的连接。
附图说明
图1为现有技术中相邻两个背接触电池的连接示意图。
图2为现有技术中多个背接触电池串联成组件的示意图。
图3为本发明实施例1的PN掺杂结构的截面示意图。
图4为本发明实施例1中掺杂情况的示意图。
图5为本发明实施例1的背接触电池中的主栅示意图。
图6为图5的旋转图样。
图7为本发明实施例1的太阳能电池组件的主栅连接示意图。
图8为本发明实施例2的PN掺杂结构在步骤S3时的截面示意图。
图9为本发明实施例2的PN掺杂结构完成掺杂时的截面示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
参考图3(图3中仅示出该背接触电池的PN掺杂结构，不包含钝化层和主栅)，该背接触电池的制作方法，包括以下步骤：
S1、在第一导电类型衬10的背面形成第二导电类型掺杂层；
S2、在该第一导电类型衬底的背面上形成具有图样的第一掩膜，未被该第一掩膜覆盖的区域为开放区域；
S3、蚀刻去除该开放区域的第二导电类型掺杂层，蚀刻深度大于该第二导电类型掺杂层的厚度，未经蚀刻的第二导电类型掺杂层为第二导电类型区域11；
S4、对该开放区域进行第一导电类型离子注入以在该第一导电类型衬底的背面中形成第一导电类型掺杂区域12，去除该第一掩膜；
S5、在该第一导电类型衬底的背面覆盖保护层，采用热扩散工艺在该第一导电类型衬底的正面形成第一导电类型掺杂层13，同时修复离子注入的损伤，该保护层用于避免该第一导电类型衬底的背面形成扩散掺杂，在该第一导电类型掺杂层形成之后去除该保护层以及在扩散过程中产生的氧化层，PN掺杂结构的截面图如图3所示，从第一导电类型衬底的背面来看，掺杂区域的形状如图4所示；
S6、在该第一导电类型衬底的正面和背面形成钝化层(图3中未示出)；
S7、在该第一导电类型衬底的背面丝网印刷形成第一副栅和第二副栅以及至少一对第一主栅和第二主栅，所有第一主栅和第二主栅间隔设置且相互平行，该第一副栅位于该第一导电类型衬底的背面与该第一导电类型掺杂区域相应的位置且连接该第一导电类型掺杂区域，该第二副栅位于该第一导电类型衬底的背面与该第二导电类型掺杂区域相应的位置且连接该第二导电类型掺杂区域，第一副栅和第二副栅间隔设置、相互平行，且第一副栅与第一主栅垂直，第二副栅和第二主栅垂直，所有第一主栅和第二主栅在该第一导电类型衬底的背面被设置为：
在该第一导电类型衬底绕其几何中心旋转180°后的旋转图样中，该旋转图样中的第一主栅位于该第一导电类型衬底的第二主栅的延长线上，该旋转图样中的第二主栅位于该第一导电类型衬底的第一主栅的延长线上。
采用该制作方法制得的背接触电池包括：其包括第一导电类型衬底，以及：
形成于该第一导电类型衬底正面的第一导电类型掺杂层；
形成于该第一导电类型衬底背面的相互间隔的第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域，其中该第一导电类型掺杂区域形成于该第一导电类型衬底背面的凹槽中；
覆盖该第一导电类型掺杂层以及该第一导电类型衬底背面的钝化层；
形成于该第一导电类型衬底背面的第一副栅和第二副栅以及至少一对第一主栅和第二主栅，所有第一主栅和第二主栅间隔设置且相互平行，该第一副栅位于该第一导电类型衬底的背面与该第一导电类型掺杂区域相应的位置且连接该第一导电类型掺杂区域，该第二副栅位于该第一导电类型衬底的背面与该第二导电类型掺杂区域相应的位置且连接该第二导电类型掺杂区域，第一副栅和第二副栅间隔设置、相互平行，且第一副栅与第一主栅相交，第二副栅和第二主栅相交，所有第一主栅和第二主栅在该第一导电类型衬底的背面被设置为：
在该第一导电类型衬底绕其几何中心旋转180°后的旋转图样中，该旋转图样中的第一主栅位于该第一导电类型衬底的第二主栅的延长线上，该旋转图样中的第二主栅位于该第一导电类型衬底的第一主栅的延长线上。
参考图5，示出了背接触电池的主栅，其中101表示第一主栅(以空白矩形表示)，102表示第二主栅(以阴影矩形表示)，本实施例中的背接触电池包括三对主栅，图6表示图5所示的结构绕衬底几何中心旋转180°后的旋转图样，第二主栅102的位置即对应于图5中第一主栅101的位置。
接下来将参考图7，介绍本实施例所述的太阳能电池组件。
该太阳能电池组件，其包括顶部边框和底部边框(这里的顶部、底部只是便于描述，只是表示位于太阳能电池组件的两个相对的端部，一般来说，太阳能电池组件为矩形，具有四条边缘，后文所说的顶部背接触电池和底部背接触电池指的是最接近两条相互对置的边缘的背接触电池，两条相互对置的边缘可以是顶边和底边，也可以是两条侧边，这里以顶边和底边为例)，该太阳能电池组件还包括多个如上所述的背接触电池，多个背接触电池沿着该第一主栅的长度方向排列，每个背接触电池的第一主栅与相邻背接触电池的第二主栅对齐，其中，邻近顶部边框的背接触电池为顶部背接触电池，邻近底部边框的背接触电池为底部背接触电池，与该顶部背接触电池或该底部背接触电池相邻的背接触电池为中间背接触电池，
每个中间背接触电池的第一主栅与相邻的中间背接触电池、相邻的顶部背接触电池或相邻的底部背接触电池的第二主栅相连，
其中，当顶部背接触电池的第一主栅不与相邻的中间背接触电池的第二主栅相连时，该顶部背接触电池的第一主栅连接至一引出电极，该底部背接触电池的第二主栅连接至另一引出电极，
当顶部背接触电池的第二主栅不与相邻的中间背接触电池的第一主栅相连时，该顶部背接触电池的第二主栅连接至一引出电极，该底部背接触电池的第一主栅连接至另一引出电极，
其中，第一主栅和第二主栅通过导电条相连，第一主栅、第二主栅和导电条位于同一直线上。
图7中以五个背接触电池为例，分别为电池a-电池e。电池a即为顶部背接触电池，电池e为底部背接触电池，电池b-电池d为中间背接触电池，电池a-电池e在第一主栅的长度方向上依次排列，从图7中可以看出，电池b-电池d的第一主栅和相邻电池的第二主栅相连(为了图示清楚，这里并未示出导电条，仅以虚线矩形框将相连的第一主栅和第二主栅圈出来表示两者相连)，而对于位于两端的电池a和电池e来说，未与中间背接触电池相连的那个主栅(电池a是指第一主栅，电池e是指第二主栅)将用于引出至两个引出电极，即正极和负极。而且，可以从图7的连接方式看出，导电条的电阻可以等效为并联电阻，而并非是现有技术中的串联电阻。
实施例2
实施例2的基本原理与实施例1相同，不同之处仅在于：
参考图8-图9，步骤S3中还包括：蚀刻过程中在该第一掩膜接近该开放区域的一端形成凸缘2，
其中，在该第一导电类型衬底的长度方向上，步骤S4中离子注入所形成的该第一导电类型掺杂区域与该第二导电类型区域之间间隔一预设距离。
由于在该第一导电类型衬底的法线方向上，有凹槽的存在，该第一导电类型掺杂区域与该第二导电类型区域在该法线方向上形成一定落差；并且又由于该凸缘2的存在，使得在该第一导电类型衬底的长度方向上，该第一导电类型掺杂区域与该第二导电类型区域也有一定的距离，因此该第一导电类型掺杂区域和该第二导电类型区域互不接触。
其余未提及之处，参照实施例1。
实施例3
实施例3的基本原理与实施例1相同，不同之处仅在于：
在制作背接触电池时，步骤S3还包括：采用蚀刻剂蚀刻去除该开放区域的第二导电类型掺杂层同时蚀刻该第一导电类型衬底的正面以在该正面上形成绒面，即背面的开窗和正面的制绒在同一步骤中实现。
其余未提及之处，参照实施例1。
实施例4
实施例4的基本原理与实施例1相同，不同之处在于：
本实施例所述的太阳能电池组件中还包括背板，该导电条设置于该背板上，在太阳能电池组件的制作过程中，只需根据背接触电池的尺寸、第一主栅和第二主栅的位置设置好导电条的尺寸和位置，再将背接触电池的背面与导电条贴合即可，其中该导电条部分覆盖其所连接的第一主栅和第二主栅。
本发明采用了一种和现有组件的连接方式完全不同的连接方式，相邻太阳能电池片之间的连接通过在主栅长度方向上将主栅相连来实现，由此包括每对主栅的单元之间形成的是并联结构，所有导电条的电阻等效为并联电阻，有效降低了导电条电阻对太阳能电池组件的影响。
为了清楚地显示各个结构，附图中的各个部分的大小并非按比例描绘，本领域技术人员应当理解附图中的比例并非对本发明的限制。另外，上述的正面和背面是为了描述的方便，也不应当理解为对本发明的限制。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种背接触电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在第一导电类型衬底的背面形成第二导电类型掺杂层；
S2、在该第一导电类型衬底的背面上形成具有图样的第一掩膜，未被该第一掩膜覆盖的区域为开放区域；
S3、蚀刻去除该开放区域的第二导电类型掺杂层，蚀刻深度大于该第二导电类型掺杂层的厚度，未经蚀刻的第二导电类型掺杂层为第二导电类型区域；
S4、对该开放区域进行第一导电类型离子注入以在该第一导电类型衬底的背面中形成第一导电类型掺杂区域，去除该第一掩膜；
S5、在该第一导电类型衬底的背面覆盖保护层，采用热扩散工艺在该第一导电类型衬底的正面形成第一导电类型掺杂层，同时修复离子注入的损伤，该保护层用于避免该第一导电类型衬底的背面形成扩散掺杂，在该第一导电类型掺杂层形成之后去除该保护层以及在扩散过程中产生的氧化层；
S6、在该第一导电类型衬底的正面和背面形成钝化层；
S7、在该第一导电类型衬底的背面丝网印刷或者喷印或者电镀形成第一副栅和第二副栅以及至少一对第一主栅和第二主栅，所有第一主栅和第二主栅间隔设置且相互平行，该第一副栅位于该第一导电类型衬底的背面与该第一导电类型掺杂区域相应的位置且连接该第一导电类型掺杂区域，该第二副栅位于该第一导电类型衬底的背面与该第二导电类型掺杂区域相应的位置且连接该第二导电类型掺杂区域，第一副栅和第二副栅间隔设置、相互平行，且第一副栅与第一主栅相交，第二副栅和第二主栅相交，所有第一主栅和第二主栅在该第一导电类型衬底的背面被设置为：
在该第一导电类型衬底绕其几何中心旋转180°后的旋转图样中，该旋转图样中的第一主栅位于该第一导电类型衬底的第二主栅的延长线上，该旋转图样中的第二主栅位于该第一导电类型衬底的第一主栅的延长线上，
其中，步骤S3中还包括：蚀刻过程中在该第一掩膜接近该开放区域的一端形成凸缘，
其中，在该第一导电类型衬底的长度方向上，步骤S4中离子注入所形成的该第一导电类型掺杂区域与该第二导电类型区域之间间隔一预设距离。
2.如权利要求1所述的背接触电池的制作方法，其特征在于，步骤S5中形成该保护层之后、形成第一导电类型掺杂层之前包括以下步骤：
S5P：在该第一导电类型衬底的正面形成绒面。
3.如权利要求1所述的背接触电池的制作方法，其特征在于，步骤S3还包括：采用蚀刻剂蚀刻去除该开放区域的第二导电类型掺杂层同时蚀刻该第一导电类型衬底的正面以在该正面上形成绒面。
4.如权利要求1所述的背接触电池的制作方法，其特征在于，其中该第一导电类型掺杂区域和该第二导电类型区域互不接触。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的背接触电池的制作方法，其特征在于，该保护层为介电质膜。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的背接触电池的制作方法，其特征在于，步骤S6中包括：
在该第一导电类型衬底的正面和背面形成SiO2；
在SiO2的正面和背面形成SiN。
7.如权利要求1-4中任意一项所述的背接触电池的制作方法，其特征在于，该第一主栅与该第一副栅的夹角为85°-95°。
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