CN106876492B - P型晶体硅双面电池结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种P型晶体硅双面电池结构及其制作方法，电池结构由正面至背面依次包括：正面减反射膜、正面钝化膜、N型掺杂层、P型晶硅基体(4)、第一背面钝化膜、第二背面钝化膜；电池正面排布正面负极细栅线收集电子，并通过穿透电池片的过孔电极导入电池背面的背面负极主栅线；电池背面的背面正极细栅线和背面正极主栅线分布于过孔电极以外的区域，且背面正极主栅线与背面正极细栅线相交将电池背面收集的空穴导入背面正极主栅线。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种P型晶体硅双面电池结构及其制作方法。
背景技术
P型晶体硅电池由于生产工艺成熟、制造成本低，在目前及今后相当长的一段时间内仍占据绝大部分市场份额。P型晶体硅太阳能电池要想继续保持竞争力、获得更大的发展与应用，必须进一步提高转换效率，同时降低生产成本。
PERC技术着眼于电池的背面，利用钝化大大降低了背面的复合速度，该技术近年来在P型晶体硅电池中逐步得到大规模应用，使多晶和单晶电池的效率分别提升0.5％和1％以上。但是PERC技术对电池的正面无显著改善，尤其是电池的正面电极，目前主要采用丝网印刷的方式形成近百条细栅和若干条主栅，此工序造成电池片表面5％～7％的面积形成对光的遮挡，使P型PERC双面电池的效率优势未能充分发挥。
MWT电池技术主要解决的是电池正面的光遮挡问题，在硅片上打孔，利用过孔电极将正面细栅线收集的电流导至电池的背面，大大减少了电池正面电极的光遮挡面积。但MWT电池的漏电和组件封装问题未能很好解决，这使得MWT作为改善电池正面的核心技术一直未得到大规模应用。
发明内容
本发明的目的是提供了一种P型晶体硅双面电池结构及其制作方法，将金属电极卷绕技术应用到背面钝化电池中，通过减少电池正面电极的光遮挡面积，使电池的正面得到改善；同时电池背面的钝化膜很好的解决了金属卷绕中的漏电问题；此外，将电池背面的局部铝电极改为铝细栅线，使电池具有双面发电的功能。
为达到上述目的，本发明采用的制备技术方案为：
一种P型晶体硅双面电池结构，由正面至背面依次包括：正面负极细栅线、正面减反射膜、正面钝化膜、N型掺杂层、P型晶硅基体、第一背面钝化膜、第二背面钝化膜和背面正极细栅线；电池正面排布的正面负极细栅线收集电子，并通过穿透电池片的过孔电极导入电池背面的背面负极主栅线；电池背面的背面正极细栅线和背面正极主栅线分布于过孔电极以外的区域，且背面正极细栅线与背面正极主栅线相交将电池背面收集的空穴导入背面正极主栅线。
所述的正面负极细栅线穿透正面减反射膜及正面钝化膜，与N型掺杂层形成欧姆接触，同时与过孔电极熔接，构成电子收集器；背面正极细栅线穿透第一背面钝化膜和第二背面钝化膜与P型晶硅基体形成欧姆接触，同时与背面正极主栅线熔接，构成空穴收集器。
所述的背面正极主栅线的个数为3～15根，单个背面正极主栅线的宽度为0.5～5mm。
所述的背面正极细栅线为一组或多组相互平行的线段，长度为10～80mm，宽度为30～300um，相邻两行线段的间距为1～4mm；
所述的背面正极细栅线的材质为铝、银、铜、镍中的一种或多种金属合金。
所述的每一组背面正极细栅线与至少一个背面正极主栅线相交。
所述的过孔电极设置在P型硅片上的通孔中，通孔在厚度方向贯通整个P型硅片，通孔内壁为N型掺杂层和钝化膜；通孔按等行距等列距阵列排布，单个通孔的直径为100～500um，每行或每列数量为4～10个。
所述的电池片为整片P型单/多晶电池，或分片后的P型单/多电池。
一种P型晶体硅双面电池结构的制作方法，具体步骤如下：
1)在P型硅片上采用激光形成若干相同大小的通孔，通孔在厚度方向贯通整个P型硅片，通孔按等行距等列距阵列排布；
2)将P型硅片进行表面织构化处理；
3)进行磷掺杂处理，在硅片的正面及通孔壁表层上形成N型掺杂层，掺杂后的方阻为40～100Ω/□；
4)在通孔及周边区域制作掩膜；
5)刻蚀去掉P型硅片正面的磷硅玻璃、背结及掩膜；
6)将刻蚀后的P型硅片在退火炉中进行退火处理，在硅片的表面生长一层致密的热氧化硅，同时掺杂层的杂质原子进行再分布；
7)在P型硅片的正面及通孔内壁沉积正面减反射膜、正面钝化膜；在P型硅片的背面及通孔内壁沉积第一背面钝化膜、第二背面钝化膜；
8)采用激光在背面的第二背面钝化膜及第一背面钝化膜上按图形进行开膜，开膜图形为一组或多组相互平行的线段；
9)按如下步骤制作电池电极：①在背面制作过孔电极，过孔浆料填满整个通孔，之后烘干；②在背面制作若干相互平行且等间距排布的背面正极主栅线，之后烘干；③在背面按图案制作背面正极细栅线，每一组背面正极细栅线与至少一个背面正极主栅线垂直相交，之后烘干；④在正面制作正面负极细栅线，正面负极细栅线交汇于正面通孔处，并与过孔电极连接；
10)在300～900℃下进行热处理，正面负极细栅线穿透正面减反射膜及正面钝化膜与N型掺杂层形成欧姆接触，同时与过孔电极熔接在一起，构成电子收集器；背面正极细栅线与P型晶硅基体形成欧姆接触，同时与背面正极主栅线熔接在一起，构成空穴收集器。
相对于现有技术，本发明具有以下效益：
本发明在背面钝化电池技术中引入正面电极卷绕技术，通过穿透电池片的过孔电极导入电池背面的背面负极主栅线；通过背面正极细栅线与背面正极主栅线相交将电池背面收集的空穴导入背面正极主栅线，使两种高效晶硅电池技术很好的结合在一起，其效果明显好于单独使用其某一项技术。将负极电极通过穿透电池片的过孔电极引入背面，通过减少电池正面电极的光遮挡面积，使电池的正面的光源利用得到改善；同时电池背面的钝化膜很好的解决了金属卷绕中的漏电问题。可显著提升P型晶体硅电池的转换效率，并简化工艺流程。
进一步，将电池背面的局部铝电极改为铝细栅线，使电池具有双面发电的功能。
本发明的制作方法，先在硅片上开通孔，进行表面织构化处理，再掺杂处理进行通孔及周边区域制作掩膜，再按照常规制作正面减反射膜、正面钝化膜；在P型硅片的背面沉积第一背面钝化膜、第二背面钝化膜；最后制作过孔电极，背面正极主栅线、背面正极细栅线、正面负极细栅线，再次进行热处理。该操作过程，由内到外依次制备电池的各个结构，操作过程简单，制得的电池性能良好。
附图说明
图1是沿背面正极主栅线方向的局部剖面示意图；
图2是一种背面电极示意图；
其中，1为正面减反射膜，2为正面钝化膜，3为N型掺杂层，4为P型晶硅基体，5为第一背面钝化膜，6为第二背面钝化膜，7为背面正极细栅线，8为过孔电极，9为背面正极主栅线。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明提供的一种P型晶体硅双面电池结构，从正面至背面包括：正面负极细栅线、减反射膜1、钝化膜2、N型掺杂层3、P型晶硅基体4、背面钝化膜5和6、背面正极细栅线7、背面正极主栅线9及负极过孔电极8。电池正面的负极细栅线收集电子，并通过过孔电极8导入背面的负极主栅线；背面的钝化膜很好的隔离了电池背面的正负极，避免漏电；电池背面正极细栅线分布于非过孔电极8区域，将电池背面收集的空穴导入背面正极主栅线9。
本发明提供的一种P型晶体硅双面电池的制作方法，在硅片上激光开孔，之后依次经过制绒、扩散、掩膜、清洗、镀膜、背面钝化膜激光开孔、印刷、烧结工序处理，制成具有双面发电的背面钝化P型晶硅电池。具体步骤如下：
(1)在P型硅片上采用激光形成若干相同大小的通孔，通孔在厚度方向贯通整个硅片，通孔按等行距等列距阵列排布，单个通孔的直径为100～500um，数量为4×4～10×10个。所述P型硅片为单晶或多晶硅片。
(2)将晶体硅片进行表面织构化处理，可以采用化学药液腐蚀、等离子刻蚀、金属催化、激光刻蚀等方法。
(3)进行磷掺杂处理，在硅片的正面及通孔壁表层上形成N型层，
掺杂的方法可以采用常压扩散、低压扩散、离子注入、杂质浆料涂敷等，掺杂剂为POCl3、PH3或其他含磷浆料等。掺杂的方法可以采用激光掺杂、低压扩散、常压扩散、离子注入、杂质浆料涂敷加热处理等方式。掺杂后的方阻为40～100Ω/□。
(4)在通孔及周边区域制作掩膜，以保护孔壁及正面孔周边区域的掺杂层。采用的方法为喷墨、印刷等。掩膜为石蜡等耐腐蚀性化学物质。
(5)刻蚀去掉硅片正面的磷硅玻璃、背结及掩膜，刻蚀的方法可采用湿法刻蚀或干法刻蚀。
(6)将刻蚀后的硅片在退火炉中进行退火处理，在硅片的表面生长一层致密的热氧化硅，同时掺杂层的杂质原子进行再分布。
(7)在硅片的正面及通孔内壁沉积5～50nm的钝化膜和50～90nm的减反射膜；在硅片的背面及通孔内壁沉积5～90nm的钝化膜。钝化膜可以是氧化铝、氧化硅、非晶硅等薄膜的一种或多种薄膜叠层，减反射膜可以是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化钛、碳化硅等薄膜的一种或多种薄膜叠层。
(8)采用激光在背面的钝化膜上按特定图形进行开膜，开膜图形为一组或多组相互平行的线段，长度为10～80mm，宽度为30～300um，相邻两个线段之间的间距为1～4mm。
(9)按如下步骤制作电池电极：①采用真空协助丝网印刷的方法在背面制作过孔电极8，过孔浆料填满整个通孔，过孔浆料为无烧穿性能或低烧穿性能的银浆，之后烘干；②在背面制作若干相互平行且等间距排布的背面正极主栅线电极9，制作方法可采用丝网印刷、喷印、电镀、溅射等，正极主栅线9的个数为3～15根，单个正极主栅线的宽度为0.5～5mm，可能使用的浆料主要为银浆或银/铝浆，在生产中过孔电极和背面正极主栅线电极可使用同一种银浆，以简化生产工艺，之后烘干；③在背面按激光开膜图案制作背面正极细栅线7，每一组背面正极细栅线与至少一个背面正极主栅线垂直相交，制作方法可采用丝网印刷、喷印、电镀、溅射等，可能使用的浆料主要为铝浆或银/铝浆，之后烘干；④在正面制作正面负极细栅线，制作方法可采用丝网印刷、喷印、电镀、溅射等，可能使用的浆料主要为具有烧穿性能的银浆或掺磷银浆，细栅线交汇于正面通孔处，并与过孔电极连接在一起。
(10)在300～900℃下进行热处理，正面负极细栅线穿透减反射膜及钝化膜，与N型硅层形成良好的欧姆接触，同时与过孔电极熔接在一起，构成电子收集器；背面正极细栅线7与P型硅基体形成良好的欧姆接触，同时与背面正极主栅线9熔接在一起，构成空穴收集器。
实施例1：
(1)在P型单晶硅片上采用激光形成5×5个等距排布的通孔，单个通孔的直径为300um。
(2)将制作通孔后的P型单晶硅片于80晶左右的KOH溶液中异向腐蚀，获得表面金字塔结构。
(3)在800～900异下以POCl3为掺杂剂进行低压扩散，在硅片的正面及通孔壁表层上形成N型层，掺杂后的方阻为70Ω/□。
(4)采用喷墨的方法在通孔及其周边区域喷印石蜡。
(5)采用湿法刻蚀去掉硅片正面的磷硅玻璃、背结及石蜡。
(6)将刻蚀后的硅片在退火炉中于650后下进行退火处理，在硅片的表面生长一层致密的热氧化硅。
(7)在硅片的背面采用PECVD的方法先后沉积25nm的氧化铝和60nm的氮化硅；在硅片的正面沉积80nm的氮化硅。
(8)采用激光在背面的钝化膜上按特定图形进行开膜，开膜图形为5组相互平行的线段，长度为25mm，宽度为100um，相邻两个线段之间的间距为1.3mm。
(9)按如下步骤制作电池电极：①采用真空协助丝网印刷的方法在背面制作过孔银电极，之后烘干；②采用丝网印刷的方法在背面制作背面正极主栅线银电极，正极主栅线的个数为5根，且相互平行等间距排布，单个正极主栅线的宽度为2.5mm，之后烘干；③采用丝网印刷的方法在背面按激光开膜图案制作背面正极细铝栅线，之后烘干；④采用丝网印刷的方法在正面制作正面负极细栅银线，细栅线交汇于正面通孔处，并与过孔电极连接在一起。
(10)在300～900℃下进行热处理，正面负极细银栅线穿透减反射膜及钝化膜，与N型硅层形成良好的欧姆接触，同时与过孔银电极熔接在一起，构成电子收集器；背面正极铝细栅线与P型硅基体形成良好的欧姆接触，同时与背面正极银主栅线熔接在一起，构成空穴收集器。
实施例2：
(1)在P型多晶硅片上采用激光形成6×6个等距排布的通孔，单个通孔的直径为200um。
(2)将制作通孔后的P型多晶硅片于干法等离子制绒设备中，获得多状微纳结构，之后在BOE溶液中进行表面修饰。
(3)以PH3作为杂质，采用离子注入的方法进行掺杂，之后进行退火处理，在硅片的正面及通孔壁表层上形成N型层，掺杂后的方阻为80Ω/□。
(4)采用喷墨的方法在通孔及其周边区域喷印石蜡。
(5)采用湿法刻蚀去掉硅片正面的磷硅玻璃、背结及石蜡。
(6)在硅片的背面采用PECVD的方法先后沉积20nm的氧化铝和60nm的氮化硅；在硅片的正面采用PECVD的方法先后沉积20nm的氧化硅和70nm的氮化硅。
(7)采用激光在背面的钝化膜上按特定图形进行开膜，开膜图形为6组相互平行的线段，长度为20mm，宽度为80um，相邻两个线段之间的间距为1mm。
(8)按如下步骤制作电池电极：①采用真空协助丝网印刷的方法在背面制作过孔银电极，之后烘干；②采用丝网印刷的方法在背面制作背面正极主栅线银电极，正极主栅线的个数为6根、且相互平行等间距排布，单个正极主栅线的宽度为2mm，之后烘干；③采用丝网印刷的方法在背面按激光开膜图案制作背面正极细铝栅线，之后烘干；④采用丝网印刷的方法在正面制作正面负极细栅银线，细栅线交汇于正面通孔处，并与过孔电极连接在一起。
(9)在300～900℃下进行热处理，正面负极细银栅线穿透减反射膜及钝化膜，与N型硅层形成良好的欧姆接触，同时与过孔银电极熔接在一起，构成电子收集器；背面正极铝细栅线与P型硅基体形成良好的欧姆接触，同时与背面正极银主栅线熔接在一起，构成空穴收集器。
以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (8)
1.一种P型晶体硅双面电池结构，其特征在于，由正面至背面依次包括：正面负极细栅线、正面减反射膜(1)、正面钝化膜(2)、N型掺杂层(3)、P型晶硅基体(4)、第一背面钝化膜(5)、第二背面钝化膜(6)和背面正极细栅线(7)；电池正面排布的正面负极细栅线收集电子，并通过穿透电池片的过孔电极(8)导入电池背面的背面负极主栅线；电池背面的背面正极细栅线(7)和背面正极主栅线(9)分布于过孔电极(8)以外的区域，且背面正极细栅线(7)与背面正极主栅线(9)相交将电池背面收集的空穴导入背面正极主栅线(9)；
所述的正面负极细栅线穿透正面减反射膜(1)及正面钝化膜(2)，与N型掺杂层(3)形成欧姆接触，同时与过孔电极(8)熔接，构成电子收集器；背面正极细栅线(7)穿透第一背面钝化膜(5)和第二背面钝化膜(6)与P型晶硅基体(4)形成欧姆接触，同时与背面正极主栅线(9)熔接，构成空穴收集器；所述的过孔电极(8)设置在P型硅片上的通孔中，通孔在厚度方向贯通整个P型硅片，通孔内壁为N型掺杂层(3)和钝化膜。
2.根据权利要求1所述的P型晶体硅双面电池结构，其特征在于，所述的背面正极主栅线(9)的个数为3～15根，单个背面正极主栅线(9)的宽度为0.5～5mm。
3.根据权利要求1所述的P型晶体硅双面电池结构，其特征在于，所述的背面正极细栅线(7)为一组或多组相互平行的线段，长度为10～80mm，宽度为30～300um，相邻两行线段的间距为1～4mm。
4.根据权利要求3所述的P型晶体硅双面电池结构，其特征在于，所述的背面正极细栅线(7)的材质为铝、银、铜、镍中的一种或多种金属合金。
5.根据权利要求1所述的P型晶体硅双面电池结构，其特征在于，每一组背面正极细栅线(7)与至少一个背面正极主栅线(9)相交。
6.根据权利要求1所述的P型晶体硅双面电池结构，其特征在于，通孔按等行距等列距阵列排布，单个通孔的直径为100～500um，每行或每列数量为4～10个。
7.根据权利要求1所述的P型晶体硅双面电池结构，其特征在于，所述的电池片为整片P型单晶硅/多晶硅电池，或分片后的P型单晶硅/多晶硅电池。
8.一种P型晶体硅双面电池结构的制作方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)在P型硅片上采用激光形成若干相同大小的通孔，通孔在厚度方向贯通整个P型硅片，通孔按等行距等列距阵列排布；
2)将P型硅片进行表面织构化处理；
3)进行磷掺杂处理，在硅片的正面及通孔壁表层上形成N型掺杂层(3)，掺杂后的方阻为40～100Ω/□；
4)在通孔及周边区域制作掩膜；
5)刻蚀去掉P型硅片正面的磷硅玻璃、背结及掩膜；
6)将刻蚀后的P型硅片在退火炉中进行退火处理，在硅片的表面生长一层致密的热氧化硅，同时掺杂层的杂质原子进行再分布；
7)在P型硅片的正面及通孔内壁沉积正面减反射膜(1)、正面钝化膜(2)；在P型硅片的背面及通孔内壁沉积第一背面钝化膜(5)、第二背面钝化膜(6)；
8)采用激光在背面的第二背面钝化膜(6)及第一背面钝化膜(5)上按图形进行开膜，开膜图形为一组或多组相互平行的线段；
9)按如下步骤制作电池电极：①在背面制作过孔电极(8)，过孔浆料填满整个通孔，之后烘干；②在背面制作若干相互平行且等间距排布的背面正极主栅线(9)，之后烘干；③在背面按图案制作背面正极细栅线(7)，每一组背面正极细栅线与至少一个背面正极主栅线垂直相交，之后烘干；④在正面制作正面负极细栅线，正面负极细栅线交汇于正面通孔处，并与过孔电极(8)连接；
10)在300～900℃下进行热处理，正面负极细栅线穿透正面减反射膜(1)及正面钝化膜(2)与N型掺杂层(3)形成欧姆接触，同时与过孔电极(8)熔接在一起，构成电子收集器；背面正极细栅线(7)与P型晶硅基体(4)形成欧姆接触，同时与背面正极主栅线(9)熔接在一起，构成空穴收集器。
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