CN105990471A - 一种hit太阳能电池边缘隔离的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，公开了一种HIT太阳能电池边缘隔离的方法。该方法首先选取合适的晶体硅基底，对基底进行超声清洗，并进行基底表面的绒面制备；在基底上面和侧面沉积前表面本征氢化非晶硅层并前表面掺杂非晶硅薄膜层；在基底的前表面非晶硅薄膜层之上，溅射沉积前表面透明导电薄膜层；在基底背面沉积背面本征氢化非晶硅层并掺杂背面非晶硅薄膜层；在基底的背面非晶硅薄膜层之上，溅射沉积背面透明导电薄膜层；在基底前表面和背面的透明导电薄膜层上，进行丝网印刷导电浆料形成栅极电极；采用高速激光扫描系统在HIT太阳能电池边缘区域，扫描刻划出边缘隔离槽状结构，从而完成边缘漏电隔离。本发明隔离方法简单、可靠。

Description

一种HIT太阳能电池边缘隔离的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体的说，特别涉及一种HIT太阳能电池边缘隔离的方法。
背景技术
自进入本世纪以来，太阳能光伏产业成为世界上增长最快的产业之一，在各类太阳能电池中，晶体硅太阳能电池占据着将近80％的市场份额。晶体硅太阳能电池利用p-n结的光生伏特效应实现光电转换，将吸收到的太阳光转换为电能，并为负载供电。在太阳能电池中起到关键作用的主要是在太阳能电池制备过程中所形成的p-n结结构，具有一定禁带宽度的半导体材料在收到太阳光的辐射之后，能量超过半导体禁带宽度的光子会在半导体体内激发产生电子空穴对，产生的电子空穴对被p-n结的内建电场分离，产生光生电流和光生电动势，通过外部电路为负载供电。
目前限制光伏产业继续发展的一个制约因素就是太阳能电池的成本和转换效率。居高不下的高成本和相对的低效率是限制产业继续发展的一个瓶颈。随着市场对于企业产品的准入门槛已经提高到多晶硅效率不低于18％，单晶硅效率不低于20％，如此高的效率要求促使企业寻找更加高效的产品制备路径。
HIT太阳电池，作为晶体硅和非晶硅的完美结合产品，其效率高，实验室最高效率已经突破25％，达到25.6％。工艺流程相对简单，具有相较于晶体硅太阳电池更好的温度特性，由于全部工艺制程是在低温250摄氏度以下完成，不会对硅基底造成损伤，更加不会出现翘曲现象。由于其特殊的单晶硅非晶硅叠层结构，其光谱吸收范围相对较广，可以更多的利用太阳光谱。
由于其所具有的以上如此多的特性，使得关于其的研发也是如火如荼，很多企业及研发机构都投入到更高效率和稳定性的HIT太阳电池研发制造。
在HIT太阳电池的制备过程中，由于需要经过多次正反两面的镀膜工艺，在最终的电池成片由于镀膜工艺以及设备的稳定性问题，镀膜期间容易出现“绕镀”现象。意即镀膜面绕过基底侧面完成另外一面的溅镀，最终导致电池边缘出现漏电现象，转换效率底下。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种HIT太阳能电池边缘隔离的方法，通过采用激光刻划边缘隔离槽状结构的方法实现高效HIT太阳能电池的边缘漏电隔离。
为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：
一种HIT太阳能电池边缘隔离的方法，该方法具体步骤如下：
步骤S1：选取合适的晶体硅基底，对基底进行超声清洗，并进行基底表面的绒面制备；
步骤S2：在基底上面和侧面上沉积前表面本征氢化非晶硅层作为首层，并掺杂前表面非晶硅薄膜层作为叠层；
步骤S3：在基底的叠层即前表面非晶硅薄膜层之上，溅射沉积前表面透明导电薄膜层；
步骤S4：在基底背面沉积背面本征氢化非晶硅层作为首层，并掺杂背面非晶硅薄膜层作为叠层；
步骤S5：在基底背面的叠层即背面非晶硅薄膜层之上，溅射沉积背面透明导电薄膜层；
步骤S6：在基底的前表面透明导电薄膜层和背面透明导电薄膜层上，进行丝网印刷导电浆料分别形成前表面栅极电极和背面栅极电极，得到HIT太阳能电池；
步骤S7：采用高速激光扫描系统在HIT太阳能电池边缘区域，扫描刻划出边缘隔离槽状结构，从而完成边缘漏电隔离。
所述高速激光扫描系统采用皮秒激光器，功率范围为10-100W，激光脉冲频率为1KHz-300KHz，扫描速度为1000mm/s-10000mm/s,刻划次数为1-10次；聚焦形成光斑的大小为10um-100um。
所述HIT太阳能电池上边缘隔离槽状结构距离边缘的距离为0.1-1mm，边缘隔离槽状结构的深度为10-100nm。
所述步骤S1中，晶体硅基底采用N型单晶硅基底或P型晶体硅基底，其厚度为80um-200um。
所述步骤S2和步骤S4中，前表面本征氢化非晶硅层和背面本征氢化非晶硅层的厚度均为5nm-20nm，前表面非晶硅薄膜层和背面非晶硅薄膜层的厚度均为20nm-200nm。
所述步骤S3和步骤S5中，前表面透明导电薄膜层和背面透明导电薄膜层的厚度为10nm-100nm。
所述高速激光扫描系统还包括扩束镜、振镜扫描组件和三维移动平台，HIT太阳能电池水平设置在三维移动平台上；由皮秒激光器发射一束激光光束，所述激光光束依次经过扩束镜和振镜扫描组件扩散聚焦后形成聚焦光束，聚焦光束在HIT太阳能电池表面形成光斑，照射在HIT太阳能电池的边缘区域，并扫描刻划出边缘隔离槽状结构。
一种HIT太阳能电池，该太阳能电池包括基底、前表面本征氢化非晶硅层、前表面非晶硅薄膜层、前表面透明导电薄膜层、背面本征氢化非晶硅层、背面非晶硅膜层、背面透明导电膜层、背面栅极电极和前表面栅极电极；
其中，基底为矩形结构，其上面和侧面上依次设置有前表面本征氢化非晶硅层、前表面非晶硅薄膜层和前表面透明导电薄膜层，背面上依次设置有背面本征氢化非晶硅层、背面非晶硅膜层和背面透明导电膜层，在前表面透明导电薄膜层和背面透明导电膜层上还分别设置有前表面栅极电极和背面栅极电极；太阳能电池上的边缘区域由前至后还加工有边缘隔离槽状结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明中HIT太阳能电池相较于传统晶体硅太阳能电池而言，由于需要经过多次薄膜沉积过程，其漏电现象不能单纯依靠传统湿化学腐蚀方法实现，通过采用激光刻划边缘隔离槽状结构的方法可以实现高效HIT太阳能电池的边缘漏电隔离，其方法简单、可靠，便于企业生产线的大批量生产和良品率的控制，即企业生产线仅需集成一台激光器产品既可实现。
2、本发明采用皮秒激光器实现HIT太阳电池边缘隔离的方法，能够克服工业化纳秒固体或光纤激光器由于其自身脉宽的限制，避免在HIT太阳能电池边缘隔离工艺中造成过大的热损伤及热熔融现象，从而减少给HIT太阳能电池的边缘隔离中造成致命的伤害。
附图说明
图1为本发明HIT太阳能电池边缘隔离的方法的原理示意图。
图2为本发明HIT太阳能电池的截面示意图。
图3为本发明中高速激光扫描系统的组成示意图。
附图标记说明：1-基底；2-前表面本征氢化非晶硅层；3-前表面非晶硅薄膜层；4-前表面透明导电膜层；5-背面本征氢化非晶硅层；6-背面非晶硅薄膜层；7-背面透明导电膜层；8-背面栅极电极；9-前表面栅极电极；110-激光器；111-扩束镜；112-振镜扫描组件；113-聚焦光束；120-待加工工件；130-XYZ三维移动平台。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明提供的一种HIT太阳能电池边缘隔离的方法，该方法采用激光开槽的方法在HIT太阳能电池上，沿着电池边缘区域刻划出一条封闭的具有一定深度的槽状结构，此槽状结构完成电池的边缘漏电隔离，正负电极之间的电学绝缘，获得理想转换效率输出。
参阅图1所示，该方法具体步骤如下：
步骤S1：选取N型单晶硅基底1，进行超声清洗，并采用常规NaoH溶液制绒方法进行基底1表面的绒面制备，从而降低基底1表面的反射率，从而增加其光谱吸收。
所述的基底1不仅可以采用N型单晶硅基底，也可以采用P型晶体硅基底，其厚度为80um-200um。
所述清洗主要采用半导体行业普遍采用的RCA清洗工艺，去除基底1表面的颗粒物、有机物及金属杂质。
所述制绒工艺针对选择基底1(单晶/多晶)的不同，一般采用碱制绒和酸制绒这两种方式进行，制绒完成基底1的表面反射率在8％-20％之间。
步骤S2：采用PECVD(即等离子体增强化学汽相沉积)方法在基底1上面和两个侧面上，沉积本征氢化非晶硅层作为首层记为前表面本征氢化非晶硅层2，并掺杂P型非晶硅薄膜层作为叠层记为前表面非晶硅薄膜层3。
所采用的PECVD优选板式PECVD，首层前表面本征氢化非晶硅层2的厚度为5nm-20nm，叠加掺杂P型的前表面非晶硅薄膜层3的厚度为20nm-200nm。
步骤S3：采用磁控溅射方法在基底1的叠层即前表面非晶硅薄膜层3之上，溅射沉积透明导电薄膜层记为前表面透明导电膜层4。
所溅射沉积的前表面透明导电薄膜层4的厚度为10nm-100nm。
步骤S4：采用PECVD方法在基底1背面，沉积本征氢化非晶硅层作为首层记为背面本征氢化非晶硅层5，并掺杂N型非晶硅薄膜层作为叠层记为背面非晶硅薄膜层6。
所采用的PECVD优选板式PECVD，背面本征氢化非晶硅层5的厚度为5nm-20nm,叠加掺杂N型的背面非晶硅膜层6的厚度为20nm-200nm。
步骤S5：采用磁控溅射方法在基底1背面的叠层即背面非晶硅薄膜层6之上，溅射透明导电薄膜层记为背面透明导电膜层7。
所溅射沉积的背面透明导电薄膜层7的厚度为10nm-100nm。
步骤S6：采用丝网印刷方法在基底1的前表面透明导电薄膜层4和背面透明导电薄膜层7上，进行丝网印刷导电浆料分别形成前表面栅极电极9和背面栅极电极8，从而得到HIT太阳能电池。
所述丝网印刷浆料优选导电Ag浆或导电铝浆。
所述丝网印刷栅极电极图形根据电池表面方阻及电学特性合理调整，完成最大化的光学利用和电学输出。
步骤S7：采用高速激光扫描系统在HIT太阳能电池边缘区域，扫描刻划出封闭且具有一定深度的槽状结构记为边缘隔离槽状结构(图上未显示)，完成最终的边缘漏电隔离。
所述HIT太阳能电池上边缘隔离槽状结构距离边缘的距离为0.1-1mm，边缘隔离槽状结构的深度为10-100nm。
如附图2所示，一种HIT太阳能电池包括基底1、前表面本征氢化非晶硅层2、前表面非晶硅薄膜层3、前表面透明导电薄膜层4、背面本征氢化非晶硅层5、背面非晶硅膜层6、背面透明导电膜层7、背面栅极电极8和前表面栅极电极9。
其中，基底1为矩形结构，其上面和侧面上依次设置有前表面本征氢化非晶硅层2、前表面非晶硅薄膜层3和前表面透明导电薄膜层4，背面上依次设置有背面本征氢化非晶硅层5、背面非晶硅膜层6和背面透明导电膜层7，在前表面透明导电薄膜层4和背面透明导电膜层7上还分别设置有前表面栅极电极9和背面栅极电极8。
HIT太阳能电池上的边缘区域由前至后还加工有边缘隔离槽状结构。
如附图3所示，所述高速激光扫描系统包括激光器110、扩束镜111、振镜扫描组件112和三维移动平台130，其中扩束镜111采用2-8X扩束镜，激光器110、扩束镜111、振镜扫描组件112水平设置在同一直线上，三维移动平台130设置在振镜扫描组件112的正下方。
待加工工件120(即HIT太阳能电池)水平设置在三维移动平台130上，由激光器110发射一束激光光束，所述激光光束依次经过扩束镜111和振镜扫描组件112扩散聚焦后形成聚焦光束113，聚焦光束113在待加工工件120表面形成微米级光斑，照射在待加工工件120的边缘区域，并扫描刻划出闭合槽状结构，从而完成HIT太阳能电池的边缘漏电隔离，三维移动平台130带动待加工工件120进行三维移动。
上述中，激光器110采用皮秒激光器，功率范围为10-100W，激光脉冲频率为1KHz-300KHz，扫描速度为1000mm/s-10000mm/s,刻划次数为1-10次。
上述中，聚焦形成光斑的大小为10um-100um。
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之内。

Claims (8)

1.一种HIT太阳能电池边缘隔离的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤S1：选取合适的晶体硅基底，对基底进行超声清洗，并进行基底表面的绒面制备；
步骤S2：在基底上面和侧面上沉积前表面本征氢化非晶硅层作为首层，并掺杂前表面非晶硅薄膜层作为叠层；
步骤S3：在基底的叠层即前表面非晶硅薄膜层之上，溅射沉积前表面透明导电薄膜层；
步骤S4：在基底背面沉积背面本征氢化非晶硅层作为首层，并掺杂背面非晶硅薄膜层作为叠层；
步骤S5：在基底背面的叠层即背面非晶硅薄膜层之上，溅射沉积背面透明导电薄膜层；
步骤S6：在基底的前表面透明导电薄膜层和背面透明导电薄膜层上，进行丝网印刷导电浆料分别形成前表面栅极电极和背面栅极电极，得到HIT太阳能电池；
步骤S7：采用高速激光扫描系统在HIT太阳能电池边缘区域，扫描刻划出边缘隔离槽状结构，从而完成边缘漏电隔离。
2.根据权利要求1所述的HIT太阳能电池边缘隔离的方法，其特征在于：所述高速激光扫描系统采用皮秒激光器，功率范围为10-100W，激光脉冲频率为1KHz-300KHz，扫描速度为1000mm/s-10000mm/s,刻划次数为1-10次；聚焦形成光斑的大小为10um-100um。
3.根据权利要求1所述的HIT太阳能电池边缘隔离的方法，其特征在于：所述HIT太阳能电池上边缘隔离槽状结构距离边缘的距离为0.1-1mm，边缘隔离槽状结构的深度为10-100nm。
4.根据权利要求1所述的HIT太阳能电池边缘隔离的方法，其特征在于：所述步骤S1中，晶体硅基底采用N型单晶硅基底或P型晶体硅基底，其厚度为80um-200um。
5.根据权利要求4所述的HIT太阳能电池边缘隔离的方法，其特征在于：所述步骤S2和步骤S4中，前表面本征氢化非晶硅层和背面本征氢化非晶硅层的厚度均为5nm-20nm，前表面非晶硅薄膜层和背面非晶硅薄膜层的厚度均为20nm-200nm。
6.根据权利要求5所述的HIT太阳能电池边缘隔离的方法，其特征在于：所述步骤S3和步骤S5中，前表面透明导电薄膜层和背面透明导电薄膜层的厚度为10nm-100nm。
7.根据权利要求2所述的HIT太阳能电池边缘隔离的方法，其特征在于：所述高速激光扫描系统还包括扩束镜、振镜扫描组件和三维移动平台，HIT太阳能电池水平设置在三维移动平台上；由皮秒激光器发射一束激光光束，所述激光光束依次经过扩束镜和振镜扫描组件扩散聚焦后形成聚焦光束，聚焦光束在HIT太阳能电池表面形成光斑，照射在HIT太阳能电池的边缘区域，并扫描刻划出边缘隔离槽状结构。
8.一种HIT太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池包括基底、前表面本征氢化非晶硅层、前表面非晶硅薄膜层、前表面透明导电薄膜层、背面本征氢化非晶硅层、背面非晶硅膜层、背面透明导电膜层、背面栅极电极和前表面栅极电极；
其中，基底为矩形结构，其上面和侧面上依次设置有前表面本征氢化非晶硅层、前表面非晶硅薄膜层和前表面透明导电薄膜层，背面上依次设置有背面本征氢化非晶硅层、背面非晶硅膜层和背面透明导电膜层，在前表面透明导电薄膜层和背面透明导电膜层上还分别设置有前表面栅极电极和背面栅极电极；太阳能电池上的边缘区域由前至后还加工有边缘隔离槽状结构。
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