CN105280733A - 一种n型晶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型晶硅太阳能电池，包括：正面电极副栅、氮化硅膜、N型硅衬底、背面正电极主栅、背面背电极和背面铝背场。本发明还公开了一种N型晶硅太阳能电池的制造方法。采用本发明，将正电极主栅印刷在硅片背面，通过孔洞与正面副栅相连，大大减少正面的遮光面积，提高电池的光电转换效率；在电池背面印刷铝背场形成背面PN结，避免硼扩散高温掺杂带来的少子寿命低的缺点，同时简化工艺流程，降低电池制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶硅太阳能电池，具体的说是一种N型晶硅太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种有效地吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P-N结(P-NJunction)上，形成新的空穴-电子对(V-Epair)，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。
目前，业界的主流产品为P型晶硅太阳能电池。该电池工艺简单，但是具有光致衰减效应，即电池的效率会随着时间的增加而逐渐衰减，这主要是由于掺入P型硅衬底中的硼原子与衬底中的氧原子相结合产生硼氧对的结果。研究表明，硼氧对起着载流子陷阱作用，使少数载流子寿命降低，从而导致了电池光电转换效率的衰减。
基体掺杂为磷原子的N型晶体硅，由于没有硼元素，从原理上彻底避免了硼氧对导致的电池衰减。从而保证N型太阳能电池发电设备在寿命期内产生更多的电能。另外，N型硅(n-Si)相对于P型硅来说，由于对金属杂质和许多非金属缺陷不敏感，或者说具有很好的忍耐性能，故其少数载流子具有较长而且稳定的扩散长度。因此N型电池具有更高的少子寿命，更适合制造高效率晶硅太阳能电池。
目前所采用的大部分硅太阳能电池一般要求主栅线和副栅线与硅基体的正面能够实现良好的欧姆接触，且主栅线和副栅线都位于硅基体的同侧，这就要求主栅线和副栅线尽量的细，以减少主栅线和副栅线对太阳入射光的遮挡，增大有效光照面，提高硅太阳能电池的单位面积发电量。但是即使将主栅线做得再细，也还是具有一定的宽度，目前的太阳能电池的主栅线的面积最少也要占总面积的3.5％，因此这种硅太阳能电池未能真正达到有效增大有效光照面的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够很好地增大电池正面有效光照面，光电转换效率高，且低制造成本的N型晶硅太阳能电池及其制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种N型晶硅太阳能电池，其特征是，包括N型硅基体，N型硅基体的正面镀有一层氮化硅膜，氮化硅膜上印刷有正面正电极副栅，N型硅基体的背面涂覆有铝浆料构成铝背场形成PN结，在铝背场上印刷有背面正电极主栅和背电极，所述正电极副栅和正电极主栅投影呈90°，所述背电极平行于正电极主栅；所述正电极副栅上通过激光打有穿透N型硅基体的导电通孔，导电通孔内印刷银浆形成穿孔电极，穿孔电极的两端分别连接正电极副栅和正电极主栅；一根正电极副栅上的导电通孔至少为两个，导电通孔的中心点位于正电极副栅的水平中心线上，在N型硅基体的背面，同侧通孔均落于同侧正电极主栅上。
进一步的，所述正电极副栅的根数M1满足80≤M1≤150，线宽d1满足10μm≤d1≤80μm。
进一步的，所述正电极主栅的根数M2满足2≤M2≤5，线宽d2满足1mm≤d2≤2mm。
进一步的，所述通孔直径d3≥正电极副栅线宽d1，并满足20μm≤d3≤100μm。
一种N型晶硅太阳能电池的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
1)硅基体选择：选用电阻率在0.6-2欧姆，厚度为0.2mm的硅基片；
2)采用激光打孔技术对硅基片进行打孔形成导电通孔：用激光对硅基体进行打孔，形成导电通孔，孔径20μm≤d3≤100μm，其中横向孔数量为2-5个，孔距间隔均匀，纵向每隔3mm打一个导电通孔，使其上下面贯通；
3)表面织构化：按质量比分别取：氢氧化钠或氢氧化钾10％-15％、硅酸钠2.5％-5％、无水乙醇0.1％-0.5％、异丙醇0.1％-0.5％和其余为去离子水，将上述溶液混合，混合后加热至60℃-80℃，将硅基片放入混合液中进行碱腐蚀制绒，制绒时间20min-50min，形成表面的金字塔结构；然后将制绒后的硅基片依次经过盐酸冲洗10s-15s，氢氟酸冲洗10s-15s和去离子水冲洗10s-20s，去掉表面残留的碱液；将清洗完的硅基片放入甩干机中进行甩干；
4)制减反射膜：将刻蚀完的硅基片放入现有的PECVD设备中，真空条件下通入硅烷和氨气，在450℃的温度时长30分钟进行等高于增强化学气相沉积，在硅基片正面沉积一层氮化硅膜；
5)印刷导电通孔：将硅基片放入丝印机中，校正好导电通孔网版位置，加入银浆，印刷导电通孔，将银浆填入导电通孔中；
6)印刷正面副栅线：将硅基片放入丝印机中，校正好副栅线网版位置，加入银浆，在镀有氮化硅膜的一面印刷正面副栅线；印刷完成后使硅基片经过350℃的烘干炉，去除副栅线中的大部分有机物；
7)印刷背面主栅线和焊接条：将硅基片放入丝印机中，校正好主栅线和焊接条网版位置，加入银浆，在没有印刷副栅线的一面印刷主栅线和背电极；印刷完成后使硅基片经过250℃的烘干炉，去除主栅线和焊接条中的大部分有机物；
8)印刷背面铝背场：将硅基片放入丝印机中，校正好铝背场网版位置，加入铝浆，在印刷有主栅线和焊接条的一面印刷铝背场，形成PN结；印刷完成后使硅基片经过300℃的烘干炉，去除铝背场中的大部分有机物；
9)烧结：采用红外烧结炉使硅基片经过高温烧结炉，炉内各个温区温度在300℃～1000℃之间，烧结后硅基片成型。
进一步的，步骤2)中所述激光的波长为1064nm，频率为30～70KW，光斑直径为10～20微米，脉冲时间为5～20ns。
进一步的，所述氮化硅膜的厚度为75～90nm。
本发明的有益效果是：该电池的正电极主栅位于电池背面，通过孔洞与正电极副栅相连，可以大大减小正面的遮光面积，提高电池的光电转换效率；在电池背面印刷铝背场形成背面PN结，避免硼扩散高温掺杂带来的少子寿命低的缺点，同时简化工艺流程，降低电池制造成本。
附图说明
图1是本发明N型晶硅太阳能电池的剖视图；
图2是本发明N型晶硅太阳能电池的正面俯视图；
图3是本发明N型晶硅太阳能电池的制备方法流程图。
图中，1硅基片、2氮化硅膜、3铝背场、4背电极、5正电极主栅、6正电极副栅、7导电通孔。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例一
一种N型晶硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1)硅基体选择：选用电阻率在0.6欧姆，厚度为0.2mm的硅基片；
2)采用激光打孔技术对硅基片进行打孔形成导电通孔：用激光对硅基体进行打孔，形成导电通孔，孔径20μm，其中横向孔数量为5个，孔距间隔均匀，相邻孔距15mm，纵向每隔3mm打一个导电通孔，使其上下面贯通；
3)表面织构化：按质量比分别取：氢氧化钠或氢氧化钾15％、硅酸钠5％、无水乙醇0.5％、异丙醇0.5％和其余为去离子水，将上述溶液混合，混合后加热至60℃，将硅基片放入混合液中进行碱腐蚀制绒，制绒时间50min，形成表面的金字塔结构；然后将制绒后的硅基片依次经过盐酸冲洗15s，氢氟酸冲洗15s和去离子水冲洗20s，去掉表面残留的碱液；将清洗完的硅基片放入甩干机中进行甩干；
4)制减反射膜：将刻蚀完的硅基片放入现有的PECVD设备中，真空条件下通入硅烷和氨气，在450℃的温度时长30分钟进行等高于增强化学气相沉积，在硅基片正面沉积一层氮化硅膜；
5)印刷导电通孔：将硅基片放入丝印机中，校正好导电通孔网版位置，加入银浆，印刷导电通孔，将银浆填入导电通孔中；
6)印刷正面副栅线：将硅基片放入丝印机中，校正好副栅线网版位置，加入银浆，在镀有氮化硅膜的一面印刷正面副栅线；印刷完成后使硅基片经过350℃的烘干炉，去除副栅线中的大部分有机物；
7)印刷背面主栅线和焊接条：将硅基片放入丝印机中，校正好主栅线和焊接条网版位置，加入银浆，在没有印刷副栅线的一面印刷主栅线和背电极；印刷完成后使硅基片经过250℃的烘干炉，去除主栅线和焊接条中的大部分有机物；
8)印刷背面铝背场：将硅基片放入丝印机中，校正好铝背场网版位置，加入铝浆，在印刷有主栅线和焊接条的一面印刷铝背场，形成PN结；印刷完成后使硅基片经过300℃的烘干炉，去除铝背场中的大部分有机物；
9)烧结：采用红外烧结炉使硅基片经过高温烧结炉，炉内各个温区温度在800℃之间，烧结后硅基片成型。
实施例二
一种N型晶硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1)硅基体选择：选用电阻率在1.5欧姆，厚度为0.2mm的硅基片；
2)采用激光打孔技术对硅基片进行打孔形成导电通孔：用激光对硅基体进行打孔，形成导电通孔，孔径60μm，其中横向孔数量为3个，孔距间隔均匀，相邻孔距30mm，纵向每隔3mm打一个导电通孔，使其上下面贯通；
3)表面织构化：按质量比分别取：氢氧化钠或氢氧化钾10％、硅酸钠3.5％、无水乙醇0.3％、异丙醇0.3％和其余为去离子水，将上述溶液混合，混合后加热至70℃，将硅基片放入混合液中进行碱腐蚀制绒，制绒时间30min，形成表面的金字塔结构；然后将制绒后的硅基片依次经过盐酸冲洗15s，氢氟酸冲洗10s和去离子水冲洗15s，去掉表面残留的碱液；将清洗完的硅基片放入甩干机中进行甩干；
4)制减反射膜：将刻蚀完的硅基片放入现有的PECVD设备中，真空条件下通入硅烷和氨气，在450℃的温度时长30分钟进行等高于增强化学气相沉积，在硅基片正面沉积一层氮化硅膜；
5)印刷导电通孔：将硅基片放入丝印机中，校正好导电通孔网版位置，加入银浆，印刷导电通孔，将银浆填入导电通孔中；
6)印刷正面副栅线：将硅基片放入丝印机中，校正好副栅线网版位置，加入银浆，在镀有氮化硅膜的一面印刷正面副栅线；印刷完成后使硅基片经过350℃的烘干炉，去除副栅线中的大部分有机物；
7)印刷背面主栅线和焊接条：将硅基片放入丝印机中，校正好主栅线和焊接条网版位置，加入银浆，在没有印刷副栅线的一面印刷主栅线和背电极；印刷完成后使硅基片经过250℃的烘干炉，去除主栅线和焊接条中的大部分有机物；
8)印刷背面铝背场：将硅基片放入丝印机中，校正好铝背场网版位置，加入铝浆，在印刷有主栅线和焊接条的一面印刷铝背场，形成PN结；印刷完成后使硅基片经过300℃的烘干炉，去除铝背场中的大部分有机物；
9)烧结：采用红外烧结炉使硅基片经过高温烧结炉，炉内各个温区温度在500℃，烧结后硅基片成型。
实施例三
一种N型晶硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1)硅基体选择：选用电阻率在0.6欧姆，厚度为0.2mm的硅基片；
2)采用激光打孔技术对硅基片进行打孔形成导电通孔：用激光对硅基体进行打孔，形成导电通孔，孔径20μm，其中横向孔数量为2个，孔距间隔均匀，孔间距为60mm，纵向每隔3mm打一个导电通孔，使其上下面贯通；
3)表面织构化：按质量比分别取：氢氧化钠或氢氧化钾10％、硅酸钠2.5％、无水乙醇0.1％、异丙醇0.1％和其余为去离子水，将上述溶液混合，混合后加热至80℃，将硅基片放入混合液中进行碱腐蚀制绒，制绒时间20min，形成表面的金字塔结构；然后将制绒后的硅基片依次经过盐酸冲洗10s，氢氟酸冲洗10s和去离子水冲洗10s，去掉表面残留的碱液；将清洗完的硅基片放入甩干机中进行甩干；
4)制减反射膜：将刻蚀完的硅基片放入现有的PECVD设备中，真空条件下通入硅烷和氨气，在450℃的温度时长30分钟进行等高于增强化学气相沉积，在硅基片正面沉积一层氮化硅膜；
5)印刷导电通孔：将硅基片放入丝印机中，校正好导电通孔网版位置，加入银浆，印刷导电通孔，将银浆填入导电通孔中；
6)印刷正面副栅线：将硅基片放入丝印机中，校正好副栅线网版位置，加入银浆，在镀有氮化硅膜的一面印刷正面副栅线；印刷完成后使硅基片经过350℃的烘干炉，去除副栅线中的大部分有机物；
7)印刷背面主栅线和焊接条：将硅基片放入丝印机中，校正好主栅线和焊接条网版位置，加入银浆，在没有印刷副栅线的一面印刷主栅线和背电极；印刷完成后使硅基片经过250℃的烘干炉，去除主栅线和焊接条中的大部分有机物；
8)印刷背面铝背场：将硅基片放入丝印机中，校正好铝背场网版位置，加入铝浆，在印刷有主栅线和焊接条的一面印刷铝背场，形成PN结；印刷完成后使硅基片经过300℃的烘干炉，去除铝背场中的大部分有机物；
9)烧结：采用红外烧结炉使硅基片经过高温烧结炉，炉内各个温区温度在300℃，烧结后硅基片成型。
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，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代，组合，简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种N型晶硅太阳能电池，其特征是，包括N型硅基体，N型硅基体的正面镀有一层氮化硅膜，氮化硅膜上印刷有正面正电极副栅，N型硅基体的背面涂覆有铝浆料构成铝背场形成PN结，在铝背场上印刷有背面正电极主栅和背电极，所述正电极副栅和正电极主栅投影呈90°，所述背电极平行于正电极主栅；所述正电极副栅上通过激光打有穿透N型硅基体的导电通孔，导电通孔内印刷银浆形成穿孔电极，穿孔电极的两端分别连接正电极副栅和正电极主栅；一根正电极副栅上的通孔至少为两个，导电通孔的中心点位于正电极副栅的水平中心线上，在N型硅基体的背面，同侧导电通孔均落于同侧正电极主栅上。
2.根据权利要求1所述的一种N型晶硅太阳能电池，其特征是，所述正电极副栅的根数M1满足80≤M1≤150，线宽d1满足10μm≤d1≤80μm。
3.根据权利要求1所述的一种N型晶硅太阳能电池，其特征是，所述正电极主栅的根数M2满足2≤M2≤5，线宽d2满足1mm≤d2≤2mm。
4.根据权利要求1所述的一种N型晶硅太阳能电池，其特征是，所述通孔直径d3≥正电极副栅线宽d1，并满足20μm≤d3≤100μm。
5.一种N型晶硅太阳能电池的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
1)硅基体选择：选用电阻率在0.6-2欧姆，厚度为0.2mm的硅基片；
2)采用激光打孔技术对硅基片进行打孔形成导电通孔：用激光对硅基体进行打孔，形成导电通孔，孔径20μm≤d3≤100μm，其中横向孔数量为2-5个，孔距间隔均匀，纵向每隔3mm打一个导电通孔，使其上下面贯通；
3)表面织构化：按质量比分别取：氢氧化钠或氢氧化钾10％-15％、硅酸钠2.5％-5％、无水乙醇0.1％-0.5％、异丙醇0.1％-0.5％和其余为去离子水，将上述溶液混合，混合后加热至60℃-80℃，将硅基片放入混合液中进行碱腐蚀制绒，制绒时间20min-50min，形成表面的金字塔结构；然后将制绒后的硅基片依次经过盐酸冲洗10s-15s，氢氟酸冲洗10s-15s和去离子水冲洗10s-20s，去掉表面残留的碱液；将清洗完的硅基片放入甩干机中进行甩干；
4)制减反射膜：将刻蚀完的硅基片放入现有的PECVD设备中，真空条件下通入硅烷和氨气，在450℃的温度时长30分钟进行等高于增强化学气相沉积，在硅基片正面沉积一层氮化硅膜；
5)印刷导电通孔：将硅基片放入丝印机中，校正好导电通孔网版位置，加入银浆，印刷导电通孔，将银浆填入导电通孔中；
6)印刷正面副栅线：将硅基片放入丝印机中，校正好副栅线网版位置，加入银浆，在镀有氮化硅膜的一面印刷正面副栅线；印刷完成后使硅基片经过350℃的烘干炉，去除副栅线中的大部分有机物；
7)印刷背面主栅线和焊接条：将硅基片放入丝印机中，校正好主栅线和焊接条网版位置，加入银浆，在没有印刷副栅线的一面印刷主栅线和背电极；印刷完成后使硅基片经过250℃的烘干炉，去除主栅线和焊接条中的大部分有机物；
8)印刷背面铝背场：将硅基片放入丝印机中，校正好铝背场网版位置，加入铝浆，在印刷有主栅线和焊接条的一面印刷铝背场，形成PN结；印刷完成后使硅基片经过300℃的烘干炉，去除铝背场中的大部分有机物；
9)烧结：采用红外烧结炉使硅基片经过高温烧结炉，炉内各个温区温度在300℃～1000℃之间，烧结后硅基片成型。
6.根据权利要求5所述的一种N型晶硅太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤2)中所述激光的波长为1064nm，频率为30～70KW，光斑直径为10～20微米，脉冲时间为5～20ns。
7.根据权利要求5所述的一种N型晶硅太阳能电池的制备方法，其特征是，所述氮化硅膜的厚度为75～90nm。
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