CN105702758A - 背结n型太阳能电池的制备方法及其电池和组件、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种背结N型太阳能电池的制备方法及其电池和组件、系统。本发明的一种背结N型太阳能电池的制备方法，对N型晶体硅基体进行处理，然后在N型晶体硅基体的背表面形成穿透钝化膜的槽状结构，然后在N型晶体硅基体的背表面印刷铝浆形成背面铝电极，印刷银浆形成背面银主栅电极，之后在N型晶体硅基体的正表面印刷银浆形成正面电极，烧结后得到背结N型太阳能电池。其有益效果是：在背表面钝化膜上开槽后印刷铝浆，铝浆仅在开槽图案处与背表面p+掺杂层形成局部接触。与使用掺铝银浆印刷电极相比，本发明方法可提高电池的开路电压，同时还能够极大的减少电池片的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及一种背结N型太阳能电池的制备方法及其电池和组件、系统。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。目前，业界的主流产品为P型晶体硅电池。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。相对于P型晶体硅电池，N型太阳能电池具有光致衰减小、耐金属杂质污染性能好、少数载流子扩散长度长等优点。
N型太阳能电池分为前结型和背结型两种。其中背结N型太阳能电池的结构为n+/n/p+结构，其正表面为n+掺杂层，背表面为p+掺杂层。p+掺杂层一般采用掺铝银浆制作电极，然而掺铝银浆的价格都较为昂贵，这导致含银浆料在电池制造成本中的占比居高不下。另外，掺铝银浆虽然可以和p+掺杂层形成较好的欧姆接触，但其下方的金属复合非常严重，这会损失较大一部分的开路电压。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种背结N型太阳能电池的制备方法及其电池和组件、系统。所述的背结N型太阳能电池的制备方法可以提高电池的开路电压，同时还能够显著地降低含银浆料的使用量，从而降低太阳能电池的生产成本。
本发明提供的一种背结N型太阳能电池的制备方法，其技术方案是：
一种背结N型太阳能电池的制备方法，对N型晶体硅基体进行处理，在N型晶体硅基体的正表面形成依次从内到外的n+掺杂区域和正表面钝化减反膜；在N型晶体硅基体的背表面形成依次从内到外的p+掺杂区域和背表面钝化膜；在N型晶体硅基体的背表面形成穿透钝化膜的槽状结构，然后在N型晶体硅基体的背表面印刷铝浆形成背面铝电极和印刷银浆形成背面银主栅电极，该背面银主栅电极用于电池之间的焊接，之后在N型晶体硅基体的正表面印刷银浆形成正面电极，烧结后得到背结N型太阳能电池。
其中，在N型晶体硅基体的背表面形成穿透钝化膜的槽状结构的方法是使用激光开槽法或者浆料刻蚀法；浆料刻蚀法的步骤为印刷完刻蚀浆料后在温度为100-400℃的条件下烘干，烘干的时间为1-10分钟，将烘干后的N型单晶硅基体放入清洗设备中去除残余的刻蚀浆料并进行清洗烘干。
其中，烧结背结N型太阳能电池的烧结峰值温度为不高于900℃。
本发明还提供了一种背结N型太阳能电池，包括N型晶体硅基体，N型晶体硅基体的正表面包括依次从内到外的n+掺杂区域和正表面钝化减反膜；N型晶体硅基体的背表面包括依次从内到外的p+掺杂区域和背表面钝化膜；N型晶体硅基体的正表面包括正面电极，N型晶体硅基体的背表面设置有背面银主栅电极、背面铝电极和穿透钝化膜的槽状结构，背面铝电极填充在槽状结构内并与p+掺杂区域形成欧姆接触。
其中，正面电极是银电极。
其中，正面电极是由正面主栅和正面副栅构成的H型栅线，正面主栅的线宽为0.5-3mm，正面副栅的线宽为40-80μm。
其中，钝化减反膜是SiO2和SiNx介质膜组成的复合介质膜，钝化膜是SiO2、SiNx或Al2O3介质膜中的一种或多种。
其中，N型晶体硅基体的厚度为50-300μm；p+掺杂区域的掺杂深度为0.5-2.0μm；钝化减反膜的厚度为70-110nm；钝化膜的厚度为不低于20nm；n+掺杂区域的掺杂深度为0.5-2.0μm。
其中，N型晶体硅基体的背表面包括穿透钝化膜的多个槽状结构，多个槽状结构相互平行；槽状结构的宽度为20-60μm。
其中，槽状结构的形状为连续的线条状结构、非连续的线条状结构或者非连续的圆点状结构。
本发明还提供了一种背结N型太阳能电池组件，包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、背结N型太阳能电池、封装材料、背层材料，背结N型太阳能电池是上述的一种背结N型太阳能电池。
本发明还提供了一种背结N型太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的背结N型太阳能电池组件，背结N型太阳能电池组件是上述的一种背结N型太阳能电池组件。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明提出的背结N型太阳能电池的制备方法，其优点在于：在背表面钝化膜上开槽后印刷铝浆，铝浆仅在开槽图案处与背表面p+掺杂层形成局部接触。与使用掺铝银浆印刷电极相比，本发明方法可提高电池的开路电压，同时还能够极大的减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。
附图说明
图1为本发明实施例的背结N型太阳能电池的制备方法步骤一后的电池结构截面示意图。
图2为本发明实施例2的背结N型太阳能电池的制备方法步骤二烘干后的电池结构截面示意图。
图3为本发明实施例的背结N型太阳能电池的制备方法步骤二后的电池结构截面示意图。
图4为本发明实施例的背结N型太阳能电池的制备方法步骤三后的电池结构截面示意图。
图5为本发明实施例的背结N型太阳能电池的制备方法步骤四后的电池结构截面示意图。
图6为本发明实施例的背结N型太阳能电池的制备方法步骤二中开槽后的连续的线条状结构示意图。
图7为本发明实施例的背结N型太阳能电池的制备方法步骤二中开槽后的非连续的线条状结构示意图。
图8为本发明实施例的背结N型太阳能电池的制备方法步骤二中开槽后的非连续的圆点状结构示意图。
图9为本发明实施例的背结N型太阳能电池的制备方法步骤二中开槽后的错位排列的非连续的圆点状结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1
参见图1、图3至图9所示，本实施例中的背结N型太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
(1)、制备金属化前的背结N型太阳能电池，包括N型晶体硅基体10，N型晶体硅基体10的正表面包括依次从内到外的n+掺杂区域12和正表面钝化减反膜14；N型晶体硅基体10的背表面包括依次从内到外的p+掺杂区域16和背表面钝化膜18。其中正表面的钝化减反膜14是SiO2和SiNx介质膜组成的复合介质膜，背表面的钝化膜18是SiO2、SiNx和Al2O3介质膜中一种或多种。N型晶体硅基体10的厚度为50～300μm；n+掺杂区域12的掺杂深度为0.5～2.0μm；正表面钝化减反膜14的厚度为70～110nm；背表面钝化膜18的厚度为不低于20nm；p+掺杂区域16的掺杂深度为0.5～2.0μm。完成步骤(1)后的电池结构如图1所示。
(2)、在背表面钝化膜18上开槽形成槽状结构，开槽方式采用激光开槽法。确保其完全穿透背表面钝化膜18但不破坏p+掺杂区域16的表面。开槽后图案的形状为连续的线条状结构(如图6)，其宽度为20-60um，长度为154mm，这些连续线条互相平行。开槽后图案的形状也可以为非连续的线条状结构(如图7)，可以为阵列排列的非连续的圆点状结构(如图8)，还可以为错位排列的非连续的圆点状结构(如图9)。完成步骤(2)后的电池结构如图3所示。
(3)、在N型晶体硅基体10的背表面使用铝浆印刷背面铝电极26并烘干。背面铝电极26可以覆盖整个N型晶体硅基体10的背表面，背面铝电极26也可以只覆盖背面开槽区域。在N型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷背面银主栅电极22并烘干，背面银主栅电极22用于电池之间的焊接。完成步骤(3)后的电池结构如图4所示。
(4)、在N型晶体硅基体10的正表面使用银浆印刷电极并进行烘干，其电极图案的形状为H型栅线(由正面主栅20和正面副栅24构成)，其中主栅宽0.5-3mm，长154mm，等间距设置3-6根，副栅线宽40-80um，长154mm，互相平行设置。完成步骤(4)后的电池结构如图5所示。
(5)、将步骤(4)后的N型晶体硅基体10置于烧结炉中烧结，烧结的温度不高于900℃。至此，完成背结N型太阳能电池的制备。
实施例2
参见图1至图9所示，本实施例中的背结N型太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
(1)、制备金属化前的背结N型太阳能电池，包括N型晶体硅基体10，N型晶体硅基体10的正表面包括依次从内到外的n+掺杂区域12和正表面钝化减反膜14；N型晶体硅基体10的背表面包括依次从内到外的p+掺杂区域16和背表面钝化膜18。其中正表面的钝化减反膜14是SiO2和SiNx介质膜组成的复合介质膜，背表面的钝化膜18是SiO2、SiNx和Al2O3介质膜中一种或多种。N型晶体硅基体10的厚度为50～300μm；n+掺杂区域12的掺杂深度为0.5～2.0μm；正表面钝化减反膜14的厚度为70～110nm；背表面钝化膜18的厚度为不低于20nm；p+掺杂区域16的掺杂深度为0.5～2.0μm。完成步骤(1)后的电池结构如图1所示。
(2)、在背表面钝化膜18上开槽，开槽方式采用浆料刻蚀法。在N型晶体硅基体10的背表面印刷刻蚀浆料40(参见图2所示)并进行烘干和清洗，确保其完全穿透背表面钝化膜18。开槽图案的形状为连续的线条状结构(如图6)，其宽度为20-60um，长度为154mm，这些连续线条互相平行。开槽图案的形状也可以为非连续的线条状结构(如图7)，可以为阵列排列的非连续的圆点状结构(如图8)，还可以为错位排列的非连续圆点(如图9)。刻蚀浆料40的烘干温度为100-400℃，时间为1-10分钟，烘干后的电池结构如图2所示。烘干后将N型单晶硅基体10放入清洗设备中去除残余的刻蚀浆料40并进行清洗。可根据情况辅以超声以提高清洗效果。完成步骤(2)后的电池结构如图3所示。
(3)、在N型晶体硅基体10的背表面使用铝浆印刷背面铝电极26并烘干。背面铝电极26可以覆盖整个N型晶体硅基体10的背表面，背面铝电极26也可以只覆盖背面开槽区域。在N型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷背面银主栅电极22并烘干，背面银主栅电极22用于电池之间的焊接。完成步骤(3)后的电池结构如图4所示。
(4)、在N型晶体硅基体10的正表面使用银浆印刷电极并进行烘干，其电极图案的形状为H型栅线，其中主栅宽0.5-3mm，长154mm，等间距设置3-6根，副栅线宽40-80um，长154mm，互相平行设置。完成步骤(4)后的电池结构如图5所示。
(5)、将步骤(4)后的N型晶体硅基体10置于烧结炉中烧结，烧结的温度不高于900℃。至此，完成背结N型太阳能电池的制备。
本发明提出的背结N型太阳能电池的制备方法，其有益效果包括：在背表面钝化膜上开槽并印刷铝浆铝浆仅在开槽图案处与背表面p+掺杂层形成局部接触。与使用掺铝银浆印刷电极相比，本发明方法可提高电池的开路电压，同时还能够极大地减少电池的银浆消耗，从而降低电池片的制作成本。
参见图5所示，本实施例提供的一种背结N型太阳能电池，包括N型晶体硅基体10，N型晶体硅基体10的正表面包括依次从内到外的n+掺杂区域12和正表面钝化减反膜14；N型晶体硅基体10的背表面包括依次从内到外的p+掺杂区域16和背表面钝化膜18；N型晶体硅基体10的正表面包括正面电极，正面电极是由正面主栅20和正面副栅24构成的H型栅线，正面主栅20的线宽为0.5-3mm，正面副栅24的线宽为20-60μm；正面电极是银电极。N型晶体硅基体的背表面设置有背面银主栅电极22、背面铝电极26和穿透钝化膜的槽状结构，槽状结构的宽度为20-60μm。背面铝电极26填充在槽状结构内并与p+掺杂区域形成欧姆接触，背面铝电极26可以覆盖整个N型晶体硅基体10的背表面，背面铝电极26也可以只覆盖背面开槽区域。本实施中，槽状结构的形状为连续的线条状结构(如图6所示)、非连续的线条状结构(如图7所示)或者非连续的圆点状结构(如图8所示)；非连续的线条状结构和非连续的圆点状结构可以是有规则的阵列或者无规则的阵列(如图9所示)。N型晶体硅基体的背表面包括多个穿透钝化膜的槽状结构，多个槽状结构相互平行。
优选地，钝化减反膜14是SiO2和SiNx介质膜组成的复合介质膜，钝化膜18是SiO2、SiNx或Al2O3介质膜中的一种或多种。N型晶体硅基体10的厚度为50-300μm；p+掺杂区域16的掺杂深度为0.5-2.0μm；钝化减反膜14的厚度为70-110nm；钝化膜18的厚度为不低于20nm；n+掺杂区域12的掺杂深度为0.5-2.0μm。
本实施例还提供了一种背结N型太阳能电池组件，包括由上至下连接的前层材料、封装材料、背结N型太阳能电池、封装材料、背层材料，背结N型太阳能电池是上述的一种背结N型太阳能电池。本实施例的背结N型太阳能电池组件的结构及工作原理使用本领域公知的技术，且本发明提供的背结N型太阳能电池组件的改进仅涉及上述的背结N型太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对背结N型太阳能电池及其制备方法进行详述，对背结N型太阳能电池组件的其他部件及工作原理这里不再赘述。本领域技术人员在本说明书描述的内容基础上，即可实现本发明的背结N型太阳能电池组件。
本实施例还提供了一种背结N型太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的背结N型太阳能电池组件，背结N型太阳能电池组件是上述的一种背结N型太阳能电池组件。本实施例的背结N型太阳能电池系统的结构及工作原理使用本领域公知的技术，且本发明提供的背结N型太阳能电池系统的改进仅涉及上述的背结N型太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对背结N型太阳能电池及其制备方法进行详述，对背结N型太阳能电池系统的其他部件及工作原理这里不再赘述。本领域技术人员在本说明书描述的内容基础上，即可实现本发明的背结N型太阳能电池系统。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (11)
1.一种背结N型太阳能电池的制备方法，其特征在于：对N型晶体硅基体进行处理，在N型晶体硅基体的正表面形成依次从内到外的n+掺杂区域和正表面钝化减反膜；在N型晶体硅基体的背表面形成依次从内到外的p+掺杂区域和背表面钝化膜；在N型晶体硅基体的背表面形成穿透钝化膜的槽状结构，然后在N型晶体硅基体的背表面印刷铝浆形成背面铝电极，印刷银浆形成背面银主栅电极，之后在N型晶体硅基体的正表面印刷银浆形成正面电极，烧结后得到背结N型太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种背结N型太阳能电池的制备方法，其特征在于：在N型晶体硅基体的背表面形成穿透钝化膜的槽状结构的方法是使用激光开槽法或者浆料刻蚀法。
3.一种背结N型太阳能电池，包括N型晶体硅基体，所述N型晶体硅基体的正表面包括依次从内到外的n+掺杂区域和正表面钝化减反膜；所述N型晶体硅基体的背表面包括依次从内到外的p+掺杂区域和背表面钝化膜；其特征在于：所述N型晶体硅基体的正表面包括正面电极，所述N型晶体硅基体的背表面设置有背面银主栅电极、背面铝电极和穿透钝化膜的槽状结构，背面铝电极填充在槽状结构内并与p+掺杂区域形成欧姆接触。
4.根据权利要求3所述的一种背结N型太阳能电池，其特征在于：所述正面电极是银电极。
5.根据权利要求3所述的一种背结N型太阳能电池，其特征在于：所述正面电极是由正面主栅和正面副栅构成的H型栅线，所述正面主栅的线宽为0.5-3mm，所述正面副栅的线宽为40-80μm。
6.根据权利要求3所述的一种背结N型太阳能电池，其特征在于：所述钝化减反膜是SiO2和SiNx介质膜组成的复合介质膜，所述钝化膜是SiO2、SiNx或Al2O3介质膜中的一种或多种。
7.根据权利要求3所述的一种背结N型太阳能电池，其特征在于：所述N型晶体硅基体的厚度为50-300μm；p+掺杂区域的掺杂深度为0.5-2.0μm；所述钝化减反膜的厚度为70-110nm；所述钝化膜的厚度为不低于20nm；n+掺杂区域的掺杂深度为0.5-2.0μm。
8.根据权利要求3所述的一种背结N型太阳能电池，其特征在于：N型晶体硅基体的背表面包括穿透钝化膜的多个槽状结构，多个所述槽状结构相互平行；所述槽状结构的宽度为20-60μm。
9.根据权利要求3～8任一所述的一种背结N型太阳能电池，其特征在于：所述槽状结构的形状为连续的线条状结构、非连续的线条状结构或者非连续的圆点状结构。
10.一种背结N型太阳能电池组件，包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、背结N型太阳能电池、封装材料、背层材料，其特征在于：所述背结N型太阳能电池是权利要求3-9任一所述的一种背结N型太阳能电池。
11.一种背结N型太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的背结N型太阳能电池组件，其特征在于：所述背结N型太阳能电池组件是权利要求10所述的一种背结N型太阳能电池组件。
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