CN106653895B - 一种局部掺杂晶体硅太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池及其制备方法，所述晶体硅太阳能电池包括晶体硅片层以及设于晶体硅片层背面的钝化层，钝化层上具有多个开口，晶体硅片层中沿开口向晶体硅片层内部形成掺杂区，所述掺杂区侧视呈元宝形。本发明通过调整背面局部开口尺寸与沉积掺杂浆料的尺寸，制备局部掺杂结构的晶体硅太阳能电池，可显著增加电池背表面场强度，减少局部区域复合速率，大幅度提高开路电压和填充因子，最终大幅度提升电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，涉及一种局部掺杂晶体硅太阳能电池及其制备方法，尤其涉及一种通过调整背面局部开口尺寸与沉积掺杂浆料制备得到的局部掺杂晶体硅太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，出现了局部背接触背钝化(PERC)太阳能电池，这是新开发出来的一种高效太阳能电池，得到了业界的广泛关注。其核心是在硅片的背光面用氧化铝或者氧化硅薄膜(5～100纳米)覆盖，以起到钝化表面，提高长波响应的作用，从而提升电池的转换效率。
现有的PERC太阳能电池结构主要包括具有PN结的硅片层，以及依次设于硅片层背面的钝化层、氮化硅薄膜层和铝金属层，如CN 104882498A、CN106057920A和CN 105470349A中均公开了一种PERC太阳能电池。所述PERC太阳能电池的制备方法主要包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化层(如氧化铝、氧化硅薄膜或氮化硅)、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷背面银浆料、丝网印刷背面铝浆料、丝网印刷正面银浆料和烧结，通过所述方法制得的太阳能电池的结构如图1所示。
从图3中可以看出，通过铝原子在硅中的替位掺杂，在硅片背部局部形成了P/P+的结构，但由于铝原子在硅中固溶度限制，P+浓度峰值仅能达到3×1018cm-3，其限制了太阳能电池的电池转换效率。
为了得到更高的电池转换效率，新南威尔士州立大学提出了PERL结构，其特点是用在硅中有高固溶度的硼原子替代铝形成掺杂，其掺杂浓度可以达到1×1019～5×1019cm-3。由于P+浓度提高，局部有更强的背表面场钝化，可得到更高的开路电压和填充因子。
CN 103996746A和CN 104638033A均公开了一种PERL太阳能电池及其制备方法，PERL结构如图6所示，可以看出在高温或激光处理过程中硼向硅片内部扩散，在钝化膜的开口处形成P+区，由于P+区硼浓度远高于P型硅片的硼浓度，产生化学位差，形成局部硼背场，进而提升太阳能电池的电池转换效率。
现有PERL太阳能电池的制备方法主要为：制绒、扩散、背刻蚀、背面沉积钝化层(如氧化铝、氧化硅薄膜或氮化硅)、正面沉积氮化硅减反射层、丝网印刷硼浆、背面激光同时完成开膜与掺硼、丝网印刷背面银浆料、丝网印刷背面铝浆料、丝网印刷正面银浆料、丝网印刷背面银浆料和烧结。该所述PERL的制备方法的特点是：激光作用于背面钝化层后形成的开口区域尺寸在25μm～60μm且小于沉积硼浆的尺寸。
上述PERL的制备方法的存在的缺点是：其掺杂深度只有6μm～8μm。当铝浆烧结时，在很小的尺寸内，由于硅和铝的剧烈反应，铝会尽可能深地钻入硅片内部，多达20μm，远远深于硼掺杂的深度。因此，大部分硼被稀释留在了硅铝合金中，少量留在硅中，硅中的硼含量只有1018cm-3，形成的硼铝背场强度只比PERC略有增加，效率提升一般在0.1％以内，其同样无法有效提高太阳能电池的电池转换效率。
发明内容
针对现有PERC太阳能电池存在的掺杂浓度低导致的太阳能电池的电池性能无法进一步提升的问题，以及现有PERL太阳能电池中形成的硼铝背场强度有限，无法有效提高太阳能电池的电池转换效率且制备工艺繁琐，成本高，不利于工业化生产等问题，本发明提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池及其制备方法。本发明通过调整背面局部开口尺寸与沉积掺杂浆料的尺寸，制备得到一种局部掺杂结构的晶体硅太阳能电池，可显著增加电池背表面场强度，减少局部区域复合速率，进而大幅度提高开路电压和填充因子，最终大幅度提升电池的转换效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池，所述晶体硅太阳能电池包括晶体硅片层以及设于晶体硅片层背面的钝化层，所述钝化层上具有多个开口，所述晶体硅片层中沿开口向晶体硅片层内部形成掺杂区，所述掺杂区侧视呈元宝形。
此处，所述侧视是指以从晶体硅片层一侧从上往下为俯视角度，以其作为基准的侧视。
本发明所述“多个”意为“至少2个”。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述晶体硅片层中沿开口向晶体硅片层内部形成中间低两边高的马鞍型结构的合金层。
优选地，所述掺杂区包括由合金层中部凹陷部分向晶体硅片内依次形成第一掺杂背场和第二掺杂背场，此处，所述掺杂区不包括合金层。
优选地，所述掺杂区还包括在合金层两边高起部分向晶体硅片层内形成包覆合金层的第三掺杂背场。
优选地，所述合金层中的合金为硅元素、铝元素以及在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素组成的合金，优选为硼硅铝合金。
优选地，所述第一掺杂背场为铝元素以及在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素掺杂形成的背场，优选为硼铝背场。
优选地，所述第二掺杂背场为在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素掺杂形成的背场，优选为硼背场。
优选地，所述第三掺杂背场为铝元素掺杂形成的铝背场。
其中，所述“在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素”，例如硼、镓、铟或铊中任意一种或至少两种元素的组合，所述组合典型但非限制性实例有：硼和镓元素的组合、镓和铟元素的组合，铟和铊元素的组合，硼、镓和铟元素的组合，镓、铟和铊元素的组合等。
作为本发明优选的技术方案，所述合金层中部凹陷部分的厚度为2μm～10μm，例如2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述合金层两边高起部分最高点的高度为12μm～20μm，例如12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。此处，所述高度以晶体硅片与钝化层交界面作为基准面。
优选地，所述第一掺杂背场的厚度为0.5μm～4μm，例如0.5μm、0.7μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm或4μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二掺杂背场最高点的高度为5μm～18μm，例如5μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm或18μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。此处，所述高度以晶体硅片与钝化层交界面作为基准面。
本发明中，第二掺杂背场的形状近似半球形，故最高点的高度即指近半球形最高点的高度，其数值以晶体硅片与钝化层交界面作为基准面。
优选地，所述第三掺杂背场的厚度为0.5μm～3μm，例如0.5μm、0.7μm、1μm、1.3μm、1.5μm、1.7μm、2μm、2.3μm、2.5μm、2.7μm或3μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二掺杂背场中在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素的掺杂浓度为6×1019cm-3～9×1020cm-3，例如7×1019cm-3、9×1019cm-3、1×1020cm-3、1.3×1020cm-3、1.5×1020cm-3、1.7×1020cm-3、2×1020cm-3、4×1020cm-3、6×1020cm-3或9×1020cm-3等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，其为高浓度掺杂背场。
作为本发明优选的技术方案，所述晶体硅片层为p型硅片层。
优选地，所述晶体硅太阳能电池包括沉积于钝化层一侧的第一金属导电层。
优选地，所述第一金属导电层为铝金属层。
所述晶体硅片层正面还可依次设有制绒面扩散层、制绒面减反射层和制绒面银电极，其为现有掺杂晶体硅电池的常规设置，故不在此赘述。
所述晶体硅片层背面还可分布设置背银电极，其为现有掺杂晶体硅电池的常规设置，故不在此赘述。
第二方面，本发明提供了上述局部掺杂晶体硅太阳能电池的一种制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)在晶体硅片背面沉积钝化层；
(2)在钝化层上局部开口；
(3)在局部开口中沉积掺杂浆料；
(4)在背面掺杂；
任选地，(5)背面沉积第一金属导电浆料；
其中，步骤(2)中局部开口的尺寸大于步骤(3)沉积掺杂浆料的尺寸。
优选地，所述步骤(2)中局部开口的尺寸大于步骤(3)沉积掺杂浆料的尺寸10μm～100μm，例如10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50μm～100μm。
优选地，步骤(2)局部开口的方式为激光开口或腐蚀开口。
优选地，所述腐蚀开口为溶液和/或浆料腐蚀开口。
优选地，步骤(4)中所述背面掺杂的掺杂方法为激光诱导、热推进或离子注入中任意一种或至少两种的组合。
第三方面，本发明提供了上述局部掺杂晶体硅太阳能电池的一种制备方法，所述方法包括以下步骤：
(a)在晶体硅片背面沉积钝化层；
(b)在钝化层上沉积掺杂浆料；
(c)背面同时掺杂和局部开口；
任选地，步骤(d)背面沉积第一金属导电浆料；
其中，步骤(c)中局部开口的尺寸大于步骤(b)沉积掺杂浆料的尺寸。
优选地，步骤(c)中局部开口的尺寸大于步骤(b)沉积掺杂浆料的尺寸10μm～100μm，例如10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50μm～100μm。
优选地，步骤(c)中同时掺杂和局部开口的方法为：使用激光在钝化层上形成开口，同时进行激光掺杂。
本发明所述各制备方法中，所述“局部开口”典型但不限于局域点状开口，即若将每一小块开口域看作“开口单元”，在背面钝化层上开多个(≥2个)“开口单元”。
上述方法中，局部开口的尺寸大于沉积掺杂浆料的尺寸是指作用于背面钝化层后形成的开口区域的面积大于局部沉积的掺杂浆料的面积。
本发明，由于作用于背面钝化层后形成的开口区域尺寸大于沉积掺杂浆料的尺寸，使经过掺杂处理后的区域分成两部分，即覆盖沉积掺杂浆料的部分所形成的区域，以及未覆盖掺杂浆料仅去除了钝化膜的区域(该区域未覆盖掺杂浆料的部分因去除了钝化膜而裸露出晶体硅层)。在烧结时，铝元素倾向于与裸露的晶体硅层反应使得铝更多地沿着没有掺杂浆料掺杂的区域进入硅体内。而在已经有掺杂浆料掺杂的区域，仅有少量的铝与硅反应。这样，就形成中间低两边高的马鞍型结构的合金层，合金层中部凹陷部分向晶体硅片内依次形成第一掺杂背场和高浓度第二掺杂背场，合金层两边高起部分向晶体硅片层内形成包覆合金层的低浓度第三掺杂背场。因此，大部分掺杂的掺杂元素留在硅中，使硅中掺杂元素的掺杂浓度达到6×1019cm-3～9×1020cm-3。
上述各个制备方法中，晶体硅片在进行背面沉积钝化层前还包括预处理过程，所述预处理过程包括制绒、扩散、背刻蚀、去杂质玻璃处理和正面沉积减反射层，其为本领域的常规操作，故具体操作步骤以及参数此处不再赘述。
上述各个制备方法中，在各步骤后还包括正面丝网印刷银浆料、背面丝网印刷银浆料和烧结处理，其为本领域的常规操作，故具体操作步骤以及参数此处不再赘述。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)和步骤(a)所述晶体硅片均独立的为p型硅片。
优选地，步骤(1)和步骤(a)所述背面沉积钝化层中的沉积方法均独立的为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种或至少两种的组合。
优选地，步骤(1)和步骤(a)所述背面沉积钝化层中的钝化层均独立的为氧化铝、氮化硅或氧化硅薄膜中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氧化铝和氮化硅的组合，氮化硅和氧化硅薄膜的组合，氧化铝和氧化硅薄膜的组合，氧化铝、氮化硅和氧化硅薄膜的组合等。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)和步骤(c)局部开口的开口尺寸为50μm～300μm，例如50μm、70μm、100μm、130μm、150μm、170μm、200μm、230μm、250μm、270μm或300μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)和步骤(b)所述沉积掺杂浆料中的沉积方法均独立的为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种或至少两种的组合，优选为丝网印刷。
优选地，步骤(3)和步骤(b)所述沉积掺杂浆料中的掺杂浆料为铝元素以及在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素的掺杂浆料，优选为硼浆料。
优选地，步骤(3)和步骤(b)所述沉积掺杂浆料中沉积掺杂浆料的尺寸为40μm～200μm，例如40μm、60μm、80μm、100μm、120μm、140μm、160μm、180μm或200μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。即若将每一沉积掺杂浆料的小块区域看作“掺杂浆料单元”，在背面沉积的钝化层上沉积多个(≥2个)“掺杂浆料单元”，每一个“掺杂浆料单元”的尺寸为40μm～200μm。
优选地，步骤(5)和步骤(d)所述背面沉积第一金属导电浆料中的沉积方法均独立的为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种，优选为丝网印刷。
优选地，步骤(5)和步骤(d)所述背面沉积第一金属导电浆料中的第一金属导电浆料为铝浆料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过调整背面局部开口尺寸与沉积掺杂浆料的尺寸，在制得的晶体硅太阳能电池的晶体硅片层中形成侧视呈元宝形的掺杂区，所述结构使大部分掺杂的元素留在硅中，对于现有PERC和PERL技术，其P+掺杂浓度峰值可由3×1018cm-3提高至6×1019cm-3～9×1020cm-3，可显著增加电池背表面场强度，减少局部区域复合速率，进而大幅度提高开路电压和填充因子，最终大幅度提升电池的转换效率。
同时，本发明所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法较现有PERL太阳能电池更为简单，成本更低，与产业现有设备兼容性更高，有利于工业化生产。
附图说明
图1是现有技术或对比例1中所述PERC太阳能电池结构的背面俯视图；
图2是现有技术或对比例1中所述PERC太阳能电池结构的背面俯视图中A部分的局部放大俯视图；
图3是是现有技术或对比例1中所述PERC太阳能电池结构的背面俯视图中A部分的局部放大俯视图中沿a-a’截面的侧视图；
图4是现有技术或对比例2中所述PERL太阳能电池结构的背面俯视图；
图5是现有技术或对比例2中所述PERL太阳能电池结构的背面俯视图中A部分的局部放大俯视图；
图6是现有技术或对比例2中所述PERL太阳能电池结构的背面俯视图中A部分的局部放大俯视图中沿a-a’截面的侧视图；
图7是本发明实施例1中所述局部掺杂晶体硅太阳能电池结构的背面俯视图；
图8是本发明实施例1中所述局部掺杂晶体硅太阳能电池结构的背面俯视图中A部分的局部放大俯视图；
图9是本发明实施例1中所述局部掺杂晶体硅太阳能电池结构的背面俯视图中A部分的局部放大俯视图中沿a-a’截面的侧视图；
图10是本发明实施例1中所述局部掺杂晶体硅太阳能电池结构的背面俯视图中A部分的局部放大俯视图中沿a-a’截面的侧视图中B部分的局部放大侧视图；
其中，1-晶体硅片层，2-钝化层，3-第一金属导电层，4-硼铝硅合金，5-硼铝背场，6-硼背场，7-铝背场，8-制绒面扩散层，9-制绒面减反射层，10-制绒面银电极，11-背银电极，12-铝硅合金。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施例部分提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池，所述晶体硅太阳能电池包括晶体硅片层1以及设于晶体硅片层1背面的钝化层2，所述钝化层2上具有多个开口如图9所示，所述晶体硅片层1中沿开口向晶体硅片层内部形成掺杂区，所述掺杂区侧视呈元宝形。
本发明具体实施例部分还提供了两种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法，
其一，所述方法包括以下步骤：
所述方法包括以下步骤：
(1)在晶体硅片背面沉积钝化层；
(2)在钝化层上局部开口；
(3)在局部开口中沉积掺杂浆料；
(4)在背面掺杂；
任选地，(5)背面沉积第一金属导电浆料；
其中，步骤(2)中局部开口的尺寸大于步骤(3)沉积掺杂浆料的尺寸。
其二，所述方法包括以下步骤：
(a)在晶体硅片背面沉积钝化层；
(b)在钝化层上沉积掺杂浆料；
(c)背面同时掺杂和局部开口；
任选地，步骤(d)背面沉积第一金属导电浆料；
其中，步骤(c)中局部开口的尺寸大于步骤(b)沉积掺杂浆料的尺寸。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池，其结构如图7-10所示，所述晶体硅太阳能电池包括晶体硅片层1以及依次设于晶体硅片层1背面的钝化层2和第一金属导电层3，所述钝化层2上具有多个开口，所述开口内部填充第一金属导电浆料，所述晶体硅片层1中沿开口向晶体硅片层内部形成掺杂区，所述掺杂区侧视呈元宝形。
所述晶体硅片层1中沿开口向晶体硅片层内部形成中间低两边高的马鞍型结构的硼硅铝合金层4；所述掺杂区包括从硼硅铝合金层4中部凹陷部分向晶体硅片内依次形成的硼铝背场5和硼背场6；所述掺杂区还包括从硼硅铝合金层4两边高起部分向晶体硅片层内形成包覆硼硅铝合金层4的铝背场7。
所述晶体硅片层1正面依次设有制绒面扩散层8、制绒面减反射层9和制绒面银电极10，晶体硅片层1背面分布设置背银电极11。
其中，钝化层2为氧化铝；第一金属导电层3为铝金属层；晶体硅片层1为p型硅片层；所述硼铝硅合金4中部凹陷部分的厚度为4μm，两边高起部分的最高点的高度为17μm，硼铝背场5的厚度为1μm，硼背场6最高点的高度为6μm，铝背场7的厚度为1μm。
所述局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法为：
将晶体硅片依次进行制绒、扩散、背刻蚀、去杂质玻璃处理和正面沉积减反射层，然后进行背面沉积钝化层、在钝化层上局部开口，在局部开口中丝网印刷硼浆料、在局部开口处进行掺杂、背面丝网印刷铝浆料、正面丝网印刷银浆料、背面丝网印刷银浆料和烧结处理；其中，局部开口的开口尺寸为190μm，丝网印刷硼浆料的尺寸为120μm，即局部开口的尺寸大于丝网印刷硼浆料的尺寸70μm。
实施例2：
本实施例提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池，所述晶体硅太阳能电池除了钝化层2为氧化铝和氧化硅薄膜的组合，所述硼铝硅合金4中部凹陷部分的厚度为4μm，两边高起部分最高点的高度为17μm，硼铝背场5的厚度为1μm，硼背场6最高点的高度为8μm，铝背场7的厚度为1μm外，其他均与实施例1中相同。
所述局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法中除了局部开口的开口尺寸为260μm，丝网印刷硼浆料的尺寸为100μm，即局部开口的尺寸大于丝网印刷硼浆料的尺寸150μm外，其他制备过程均与实施例1中制备方法相同。
实施例3：
本实施例提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池，所述晶体硅太阳能电池除了钝化层2为氮化硅，所述硼铝硅合金4中部凹陷部分的厚度为4μm，两边高起部分最高点的高度为18μm，硼铝背场5的厚度为2μm，硼背场6最高点的高度度为13μm，铝背场7的厚度为2μm外，其他结构均与实施例1中相同。
所述局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法为：
将晶体硅片依次进行制绒、扩散、背刻蚀、去杂质玻璃处理和正面沉积减反射层，然后进行背面沉积钝化层、在钝化层上沉积硼浆料，在背面同时进行掺杂和局部开口、背面丝网印刷铝浆料、正面丝网印刷银浆料、背面丝网印刷银浆料和烧结处理；其中，局部开口的开口尺寸为200μm，丝网印刷硼浆料的尺寸为190μm，即局部开口的尺寸大于丝网印刷硼浆料的尺寸10μm。
实施例4：
本实施例提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池，所述晶体硅太阳能电池的结构除了硼铝硅合金4中部凹陷部分的厚度为2μm，两边高起部分最高点的高度为12μm，硼铝背场5的厚度为2μm，硼背场6最高点的高度为5μm，铝背场7的厚度为0.5μm外，其他与实施例1中相同。
所述局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法为：
将晶体硅片依次进行制绒、扩散、背刻蚀、去杂质玻璃处理和正面沉积减反射层，然后进行背面沉积钝化层、在钝化层上沉积硼浆料，在背面激光同时进行掺杂和局部开口、背面丝网印刷铝浆料、正面丝网印刷银浆料、背面丝网印刷银浆料和烧结处理；其中，局部开口的开口尺寸为50μm，丝网印刷硼浆料的尺寸为40μm，即局部开口的尺寸大于丝网印刷硼浆料的尺寸10μm。
实施例5：
本实施例提供了一种局部马鞍形掺杂晶体硅太阳能电池，所述晶体硅太阳能电池的结构除了硼铝硅合金4中部凹陷部分的厚度为10μm，两边高起部分最高点的高度为20μm，硼铝背场5的厚度为4μm，硼背场6最高点的高度为18μm，铝背场7的厚度为3μm外，其他与实施例1中相同。
所述局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法中除了局部开口的开口尺寸为300μm，丝网印刷硼浆料的尺寸为200μm，即局部开口的尺寸大于丝网印刷硼浆料的尺寸100μm外，其他制备过程均与实施例1中制备方法相同。
对比例1：
本对比例提供了一种PERC太阳能电池及其制备方法，如图1-3所示，所述PERC太阳能电池包括晶体硅片层1以及依次设于晶体硅片层1背面的钝化层2和第一金属导电层3，所述钝化层2上具有多个开口，所述开口内部填充第一金属导电浆料，所述晶体硅片层1中沿开口向晶体硅片层里掺杂形成局部铝硅合金12和铝背场7。
所述晶体硅片层1正面依次设有制绒面扩散层8、制绒面减反射层9和制绒面银电极10，晶体硅片层1背面分布设置背银电极11。
所述PERC太阳能电池的制备方法为：将晶体硅片依次进行预处理、背面沉积钝化层、正面沉积减反射层、背面局部开口、背面沉积铝浆料、掺杂、正面沉积银浆料、背面沉积银浆料和烧结处理，得到PERC太阳能电池。
对比例2：
本对比例提供了一种PERL太阳能电池及其制备方法，如图4-6所示，所述PERC太阳能电池包括晶体硅片层1以及依次设于晶体硅片层1背面的钝化层2和第一金属导电层3，所述钝化层2上具有多个开口，所述开口内部填充第一金属导电浆料，所述晶体硅片层1中沿开口向晶体硅片层里掺杂形成铝硅合金12和硼铝背场5。
所述晶体硅片层1正面依次设有制绒面扩散层8、制绒面减反射层9和制绒面银电极10，晶体硅片层1背面分布设置背银电极11。
所述PERL太阳能电池的制备方法为：制绒、扩散、背刻蚀、背面沉积钝化层(如氧化铝、氧化硅薄膜或氮化硅)、正面沉积氮化硅减反射层、丝网印刷硼浆、背面激光同时完成开膜与掺硼、丝网印刷背面银浆料、丝网印刷背面铝浆料、丝网印刷正面银浆料和烧结，其激光掺杂区域尺寸在25μm～60μm，且小于硼浆印刷后的尺寸。
性能测试：将实施例1-5和对比例1-2中所述的太阳能电池进行性能测试，25℃下测定Voc(开路电压)、Isc(短路电流)、FF(填充因子)、Efficiency(光电转化效率)和背表面场P+峰值掺杂浓度测试结果如表1所示。
表1：实施例1-5和对比例1-2中太阳能电池的性能测试表
综合实施例1-5和对比例1-2的结果可以看出，本发明对于现有PERC和PERL技术，其P+浓度峰值可由3×1018cm-3提高至6×1019cm-3～9×1020cm-3，可显著增加电池背表面场强度，减少局部区域复合速率，进而大幅度提高开路电压和填充因子，最终大幅度提升电池的转换效率。
同时，本发明所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法较现有PERL太阳能电池更为简单，成本更低，与产业现有设备兼容性更高，有利于工业化生产。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (42)
1.一种局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅太阳能电池包括晶体硅片层(1)以及设于晶体硅片层(1)背面的钝化层(2)， 所述钝化层(2)上具有多个开口，所述晶体硅片层(1)中沿开口向晶体硅片层内部形成掺杂区，所述晶体硅片层(1)中沿开口向晶体硅片层内部形成中间低两边高的马鞍型结构的合金层(4)，所述掺杂区侧视呈元宝形，所述掺杂区包括由合金层(4)中部凹陷部分向晶体硅片内依次形成的第一掺杂背场(5)和第二掺杂背场(6)。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述掺杂区还包括在合金层(4)两边高起部分向晶体硅片层内形成包覆合金层(4)的第三掺杂背场(7)。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述合金层(4)中的合金为硅元素、铝元素以及在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素组成的合金。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述合金层(4)中的合金为硼硅铝合金。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂背场(5)为铝元素以及在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素掺杂形成的背场。
6.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂背场(5)为硼铝背场。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂背场(6)为在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素掺杂形成的背场。
8.如权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂背场(6)为硼背场。
9.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述第三掺杂背场(7)为铝元素掺杂形成的铝背场。
10.根据权利要求1所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述合金层(4)中部凹陷部分的厚度为2μm～10μm。
11.根据权利要求1所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述合金层(4)两边高起部分最高点的高度为12μm～20μm。
12.根据权利要求1所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂背场(5)的厚度为0.5μm～4μm。
13.根据权利要求1所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂背场(6)最高点的高度为5μm～18μm。
14.根据权利要求2所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述第三掺杂背场(7)的厚度为0.5μm～3μm。
15.根据权利要求1所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂背场(6)中在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素的掺杂浓度为6×1019cm-3～9×1020cm-3。
16.根据权利要求1所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅片层(1)为p型硅片层。
17.根据权利要求1所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅太阳能电池包括沉积于钝化层(2)一侧的第一金属导电层(3)。
18.根据权利要求17所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述第一金属导电层为铝金属层。
19.一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在晶体硅片背面沉积钝化层；
(2)在钝化层上局部开口；
(3)在局部开口中沉积掺杂浆料；
(4)在背面掺杂；
其中，步骤(2)中局部开口的尺寸大于步骤(3)沉积掺杂浆料的尺寸。
20.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)后进行步骤(5)背面沉积第一金属导电浆料。
21.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中局部开口的尺寸大于步骤(3)沉积掺杂浆料的尺寸10μm～100μm。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中局部开口的尺寸大于步骤(3)沉积掺杂浆料的尺寸为50μm～100μm。
23.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)局部开口的方式为激光开口或腐蚀开口。
24.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述腐蚀开口为溶液和/或浆料腐蚀开口。
25.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述背面掺杂的掺杂方法为激光诱导、热推进或离子注入中任意一种或至少两种的组合。
26.一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)在晶体硅片背面沉积钝化层；
(b)在钝化层上沉积掺杂浆料；
(c)背面同时掺杂和局部开口；
其中，步骤(c)中局部开口的尺寸大于步骤(b)沉积掺杂浆料的尺寸。
27.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)后进行步骤(d)背面沉积第一金属导电浆料。
28.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)中局部开口的尺寸大于步骤(b)沉积掺杂浆料的尺寸10μm～100μm。
29.根据权利要求27所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)中局部开口的尺寸大于步骤(b)沉积掺杂浆料的尺寸为50μm～100μm。
30.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)中同时掺杂和局部开口的方法为：使用激光在钝化层上形成开口，同时进行激光掺杂。
31.根据权利要求19或26所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(a)所述晶体硅片均独立的为p型硅片。
32.根据权利要求19或26所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(a)所述背面沉积钝化层中的沉积方法均独立的为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种或至少两种的组合。
33.根据权利要求19或26所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(a)所述背面沉积钝化层中的钝化层均独立的为氧化铝、氮化硅或氧化硅薄膜中任意一种或至少两种的组合。
34.根据权利要求19或26所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(c)局部开口的开口尺寸为50μm～300μm。
35.根据权利要求19或26所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(b)所述沉积掺杂浆料中的沉积方法均独立的为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种或至少两种的组合。
36.根据权利要求35所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(b) 所述沉积掺杂浆料中的沉积方法均独立的为丝网印刷。
37.根据权利要求19或26所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(b)所述沉积掺杂浆料中的掺杂浆料为铝元素以及在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素的掺杂浆料。
38.根据权利要求37所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(b)所述沉积掺杂浆料中的掺杂浆料为铝元素以及硼浆料的掺杂浆料。
39.根据权利要求19或26所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(b)所述沉积掺杂浆料中沉积掺杂浆料的尺寸为40μm～200μm。
40.根据权利要求20或27所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)和步骤(d)所述背面沉积第一金属导电浆料中的沉积方法均独立的为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种。
41.根据权利要求40所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)和步骤(d)所述背面沉积第一金属导电浆料中的沉积方法均独立的为丝网印刷。
42.根据权利要求20或27所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)和步骤(d)所述背面沉积第一金属导电浆料为铝浆料。
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