CN107611185A - 一种p型双面电池核心的BIPV双面组件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种p型双面电池核心的BIPV双面组件及其制作方法，该BIPV双面组件包括：上层玻璃、下层玻璃、设置于上层玻璃与下层玻璃之间的多个p型双面电池以及与p型双面电池连接的分体式接线盒；p型双面电池从正面至背面方向依次包括：正面金属栅线电极、正面钝化减反层、n层、p型硅片、p+层、背面钝化层以及背面金属栅线电极；正面钝化减反层为氮化硅钝化减反膜；p型硅片的正面设有绒面；背面钝化层包括氧化铝层和氮化硅层，氧化铝和氮化硅依次层叠设置于p+层上；背面金属栅线电极包括：H状栅极以及背电极，H状栅极包括主栅线以及副栅线。本发明结构简单，可有效双面发电，且发电效果良好。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏领域，具体涉及一种p型双面电池核心的 BIPV双面组件及其制作方法。
背景技术
太阳能光伏作为洁净能源的一种是未来能源解决方案的候选之一。特别是经过近年来的发展，其应用日渐广泛，工艺日趋成熟。太阳能电池是以半导体材料为基础的能量转换器件，是太阳能发电的核心部分，低成本、高效率是当前晶体硅太阳能电池的发展方向。
当前p型PERC(passivated emitter and rear contact，钝化发射极背面接触)结构电池以其可观的效率提升、良好的工艺兼容性及相对低廉的设备投入已逐渐成为当今主流的量产化的高效电池技术。而在 PERC技术基础上升级的下一代高效电池技术目前是行业内研究的重点。
P型PERT(passivated emitter and rear totally diffused)结构电池是量产型高效电池技术下一步发展的主要方向之一，它在PERC结构基础上背面增加了一个p+的高低结背场，可以对背表面起到更好的钝化作用，从而进一步提升电池的效率。
BIPV(光伏建筑一体化Building Integrated PV)是将太阳能发电系统与建筑构件集成在一起，不仅能够承担该建筑构件在楼体中的建筑职能，同时还可以进行光电转换，为系统负载提供电力。随着新能源的不断发展和城市节能减排、绿色环保需求的日益增加，太阳能光伏建筑一体化越来越成为太阳能应用发电的新潮流。
P型PERT的结构为n-p-p+，需要在硅片的正反面分别作n型及p型的掺杂，另外要保证n型侧的受光面为绒面形态，以降低反射率，确保有足够的入射光能被利用，而p+侧的背场要求为抛光形态，更平整的表面能够获得更好的钝化效果，同时也可以起到背反射的作用，增加长波部分光的利用率。
从上所述，p型PERT结构工艺涉及到多种单面处理技术，而传统工艺过程都是无选择性的，如扩散，无论是磷扩散还是硼扩散，都是将硅片放置在掺杂源的氛围中进行，在我们做一面掺杂的时候势必会影响到另一面；再例如，制绒或抛光，这两个都是化学腐蚀过程，是将整个硅片浸没在化学药液中进行反应，在实现制绒/抛光效果的同时如何确保另一面的抛光/制绒结构不受影响。这些工艺难题无法通过现有的设备工艺来解决。通常实验室的做法是通过单面掩模(氮化硅等) 对不需要处理的一面进行保护，但是采用掩模工艺会使制程工艺复杂化，难以发展成为量产工艺，同时掩模本身也会引入制程的不确定因素(如掩模清洗困难有残留等)，影响效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种p型双面电池核心的 BIPV双面组件及其制作方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种p型双面电池核心的BIPV双面组件，包括：上层玻璃、下层玻璃、设置于上层玻璃与下层玻璃之间的多个p型双面电池以及与 p型双面电池连接的分体式接线盒；p型双面电池从正面至背面方向依次包括：正面金属栅线电极、正面钝化减反层、n层、p型硅片、 p+层、背面钝化层以及背面金属栅线电极；正面钝化减反层为氮化硅钝化减反膜；p型硅片的正面设有绒面；背面钝化层包括氧化铝层和氮化硅层，氧化铝和氮化硅依次层叠设置于p+层上；背面金属栅线电极包括：H状栅极以及背电极，H状栅极包括主栅线以及副栅线，主栅线的宽度大于背电极的宽度并包裹背电极。
本发明一种p型双面电池核心的BIPV双面组件结构简单，可有效双面发电，且发电效果良好。
进一步，氧化铝层的厚度为5～30nm，氮化硅层的厚度为 60～130nm；正面钝化减反层的厚度为60～100nm。
进一步，主栅线的根数为3～15根，副栅线的根数为100～200根。
进一步，在p型硅片的正、反面分别设有重掺杂区和轻掺杂区，而正面金属栅线电极设置于p型硅片正面的重掺杂区，背面金属栅线电极设置于p型硅片背面的重掺杂区。
进一步，重掺杂区为在p型硅片正面或反面开槽后掺杂后形成，该槽的截面呈V形或梯形。
采用上述优选的方案，将重掺杂区和轻掺杂区进行区分，降低了表面复合速率，有利于载流子的收集。
一种p型双面电池核心的BIPV双面组件的制作方法，具体包括以下步骤：
1)对p型硅片进行抛光去损伤处理，去损量为3～15um；
2)将两片步骤1)得到的p型硅片背靠背放置后，将其放置在硼掺杂源的氛围中扩散或采用旋涂方式进行掺杂；
3)链式清洗设备去除步骤2)得到的p型硅片的硼硅玻璃，在p 型硅片的背面形成p+层；
4)在步骤3)得到的p型硅片的正面制备纳米绒面；
5)在步骤4)得到的p型硅片的正面进行磷离子掺杂，在p型硅片的正面形成n层，制备pn结；
6)在步骤5)得到的p型硅片的背面制备背面钝化层；
7)在步骤6)得到的p型硅片的正面制备正面钝化减反层；
8)在步骤7)得到的p型硅片的背面进行激光开槽，开槽图形为平行等间距的线条，宽度为30～50um，线数为100～200根；
9)在步骤8)得到的p型硅片的背面印刷背面金属栅线电极，主栅线的宽度大于背电极的宽度并包裹背电极，主栅线根数为3～15根，副栅线与步骤7)中激光开槽处一一对齐，副栅线的宽度大于激光开槽的宽度，副栅线的宽度为60～300um；
10)在步骤9)得到的p型硅片正面印刷正面金属栅线电极；
11)对步骤10)得到的p型硅片进行抗LID处理；
12)对步骤11)得到的p型硅片进行串焊排版、层叠、层压、安装接线盒，制成双面发电的BIPV双面组件。
进一步，在步骤2)中，掺杂源为气态BBr3，掺杂方阻为30～80 Ω/□。
进一步，在步骤4)中，采用RIE制绒工艺在步骤3)得到的p 型硅片正面制备纳米绒面，使正面反射率降低至5％～15％。
进一步，在步骤5)中，采用离子注入的方式在步骤4)得到的p 型硅片的正面进行磷离子掺杂，在p型硅片的正面形成n层，并退火制备pn结。
进一步，在步骤5)中，离子注入条件为：7～13keV，剂量 1.8～2.6e15，退火条件840～890℃，100％N2气氛10～30min，25％O2气氛5～10min，发射极电阻60～120Ω/□。
本发明具有以下有益效果：
1)合理采用了多种单面处理工艺，成功制备出n/p/p+的p型双面电池。
2)不涉及掩模工艺，对电池性能影响小，工艺方案相对简单，与传统工艺兼容性好。
3)本发明的双面掺杂的双面电池利用区域掺杂的工艺，大大提高了电池光电转化效率，且正反面电极设置合理，导电性良好，成本低。
4)BIPV双面组件背面效率可达正面的70％。
附图说明
图1为本发明实施例提供的p型双面电池核心的BIPV双面组件的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的p型双面电池的剖视图。
图3为本发明实施例提供的p型双面电池的背面结构示意图。
图4为本发明实施例提供的p型双面电池的正面结构示意图。
图5本发明实施例提供的步骤1)制得的p型硅片的剖视图。
图6本发明实施例提供的步骤2)制得的p型硅片的剖视图。
图7本发明实施例提供的步骤3)制得的p型硅片的剖视图。
图8本发明实施例提供的步骤4)制得的p型硅片的剖视图。
图9本发明实施例提供的步骤5)制得的p型硅片的剖视图。
图10本发明实施例提供的步骤7)制得的p型硅片的剖视图。
其中：1p型硅片、2p+层、3n层、4背面钝化层、5正面钝化减反层、6正面金属栅线电极、7背面金属电极、71H状栅极、72背电极、8上层玻璃、9下层玻璃、10接线盒、11汇流条。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
为了达到本发明的目的，一种p型双面电池核心的BIPV双面组件及其制作方法的其中一些实施例中，
如图1所示，一种p型双面电池核心的BIPV双面组件，包括：上层玻璃8、下层玻璃9(图中未示出)、设置于上层玻璃8与下层玻璃9之间的多个p型双面电池以及与p型双面电池连接的分体式接线盒10；如图2所示，p型双面电池从正面至背面方向依次包括：正面金属栅线电极6、正面钝化减反层5、n层3、p型硅片1、p+层2、背面钝化层4以及背面金属栅线电极7；
正面钝化减反层5为氮化硅钝化减反膜；
p型硅片1的正面设有绒面；
背面钝化层4包括氧化铝层和氮化硅层，氧化铝和氮化硅依次层叠设置于p+层2上；
如图3所示，背面金属栅线7电极包括：H状栅极71以及背电极72，H状栅极包括主栅线以及副栅线，主栅线的宽度大于背电极的宽度并包裹背电极。图3中，主栅线的个数为12。H状栅极71的主要成分为铝与硅粉，不可烧穿氮化硅层。
如图4所示，正面金属栅线电极6。
进一步，氧化铝层的厚度为5～30nm，氮化硅层的厚度为 60～130nm；正面钝化减反层的厚度为60～100nm。
进一步，主栅线的根数为3～15根，副栅线的根数为100～200根。
本发明一种p型双面电池核心的BIPV双面组件结构简单，可有效双面发电，且发电效果良好。区别于常规组件，本发明接线盒为三分体式结构，可以减少汇流条11及线缆长度，减少线电阻损耗，同时接线盒体积变小，不会遮挡p型双面电池。上层玻璃8和下层玻璃9为超薄低铁玻璃。
一种p型双面电池核心的BIPV双面组件的制作方法，具体包括以下步骤：
1)对p型硅片1进行抛光去损伤处理，去损量为3～15um，形成如图5所示结构；
2)将两片步骤1)得到的p型硅片1背靠背放置后，将其放置在硼掺杂源的氛围中扩散或采用旋涂方式进行掺杂，形成如图6所示结构；
3)链式清洗设备去除步骤2)得到的p型硅片1的硼硅玻璃，在p 型硅片1的背面形成p+层，形成如图7所示结构；
4)在步骤3)得到的p型硅片1的正面制备纳米绒面，形成如图8 所示结构；
5)在步骤4)得到的p型硅片1的正面进行磷离子掺杂，在p型硅片1的正面形成n层3，制备pn结，形成如图9所示结构；
6)在步骤5)得到的p型硅片1的背面制备背面钝化层4；
7)在步骤6)得到的p型硅片1的正面制备正面钝化减反层5，形成如图10所示结构；
8)在步骤7)得到的p型硅片1的背面进行激光开槽，开槽图形为平行等间距的线条，宽度为30～50um，线数为100～200根；
9)在步骤8)得到的p型硅片1的背面印刷背面金属栅线电极7，主栅线的宽度大于背电极72的宽度并包裹背电极72，主栅线根数为 3～15根，副栅线与步骤7)中激光开槽处一一对齐，副栅线的宽度大于激光开槽的宽度，副栅线的宽度为60～300um，形成如图3所示结构；
10)在步骤9)得到的p型硅片1正面印刷正面金属栅线电极6，形成如图4所示结构；
11)对步骤10)得到的p型硅片1进行抗LID处理；
12)对步骤11)得到的p型硅片1进行串焊排版、层叠、层压、安装接线盒，制成双面发电的BIPV双面组件，形成如图1所示结构。
进一步，在步骤2)中，掺杂源为气态BBr3，掺杂方阻为30～80 Ω/□。
进一步，在步骤4)中，采用RIE制绒工艺在步骤3)得到的p 型硅片1正面制备纳米绒面，使正面反射率降低至5％～15％。
进一步，在步骤5)中，采用离子注入的方式在步骤4)得到的p 型硅片1的正面进行磷离子掺杂，在p型硅片1的正面形成n层3，并退火制备pn结。
进一步，在步骤5)中，离子注入条件为：7～13keV，剂量 1.8～2.6e15，退火条件840～890℃，100％N2气氛10～30min，25％O2气氛5～10min，发射极电阻60～120Ω/□。
本发明p型PERT电池与常规PERC电池在性能上对比结果详见表1。
表1本发明p型双面电池与常规PERC电池性能对比表
| 转换效率(％) | 开路电压(V) | 短路电流(A) | 填充因子(％) | |
| 常规PERC电池 | 21.10 | 0.666 | 9.689 | 79.89 |
| 本发明PERT电池 | 21.45 | 0.671 | 9.731 | 80.25 |
本发明具有以下有益效果：
1)合理采用了多种单面处理工艺，成功制备出n/p/p+的p型双面电池。
2)不涉及掩模工艺，对电池性能影响小，工艺方案相对简单，与传统工艺兼容性好。
3)如表1所示，本发明的双面掺杂的双面电池利用区域掺杂的工艺，大大提高了电池光电转化效率，且正反面电极设置合理，导电性良好，成本低。
4)BIPV双面组件背面效率可达正面的70％。
本发明一种p型双面电池核心的BIPV双面组件完美匹配BIPV的应用：
1)本发明双面电池双玻组件采用超薄低铁玻璃，光透过率高，通过调整p型双面电池的排布，来满足不同的采光需求。
2)作为建筑的一部分，BIPV产品可平铺在屋顶上作为瓦片，也可垂直安装作为幕墙，而传统的单面电池安装时有一个最佳倾角，改变这个倾角会影响其发电性能。本发明双面都可以受光，都可以发电，因此受安装角度影响小，发电量更高。
3)本发明采用双面钢化玻璃封装，不会用到金属边框，有极佳的耐腐蚀性能。
4)本发明采用双面钢化玻璃封装，机械载荷测试达到6000Pa，满足建筑物的标准。
5)本发明封装所用的钢化玻璃碎裂后不会掉落。
6)本发明防火性能达Class A，更安全。
本发明结合采用了多种单面处理工艺，整体工艺简单、兼容性好，使得p型PERT结构电池的量产具有经济性与可行性。另一方面由于硼背场是透明的，通过本发明的工艺条件，电池可以做成双面发电结构，结合双玻组件工艺，制成一种p型双面电池核心的BIPV双面组件。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在p型硅片1的正、反面分别设有重掺杂区和轻掺杂区，而正面金属栅线电极6设置于p型硅片1正面的重掺杂区，背面金属栅线电极7设置于p型硅片1背面的重掺杂区。
进一步，重掺杂区为在p型硅片1正面或反面开槽后掺杂后形成。
采用上述优选的方案，将重掺杂区和轻掺杂区进行区分，降低了表面复合速率，有利于载流子的收集。
进一步，所述槽的截面成多阶状结构。
进一步，所述槽的截面成V形。
进一步，所述槽的截面成W形。
进一步，所述槽的截面成波浪型。
采用上述优选的方案，根据具体的情形选择合适的槽结构。
以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种p型双面电池核心的BIPV双面组件，其特征在于，包括：上层玻璃、下层玻璃、设置于所述上层玻璃与所述下层玻璃之间的多个p型双面电池以及与所述p型双面电池连接的分体式接线盒；
所述p型双面电池从正面至背面方向依次包括：正面金属栅线电极、正面钝化减反层、n层、p型硅片、p+层、背面钝化层以及背面金属栅线电极；
所述正面钝化减反层为氮化硅钝化减反膜；
所述p型硅片的正面设有绒面；
所述背面钝化层包括氧化铝层和氮化硅层，氧化铝和氮化硅依次层叠设置于所述p+层上；
所述背面金属栅线电极分别包括：H状栅极以及背电极，所述H状栅极包括主栅线以及副栅线，所述主栅线的宽度大于所述背电极的宽度并包裹所述背电极。
2.根据权利要求1所述的p型双面电池核心的BIPV双面组件，其特征在于，所述氧化铝层的厚度为5～30nm，所述氮化硅层的厚度为60～130nm；所述正面钝化减反层的厚度为60～100nm。
3.根据权利要求2所述的p型双面电池核心的BIPV双面组件，其特征在于，所述主栅线的根数为3～15根，所述副栅线的根数为100～200根。
4.根据权利要求3所述的p型双面电池核心的BIPV双面组件，其特征在于，在所述p型硅片的正、反面分别设有重掺杂区和轻掺杂区，而所述正面金属栅线电极设置于所述p型硅片正面的重掺杂区，所述背面金属栅线电极设置于所述p型硅片背面的重掺杂区。
5.根据权利要求4所述的p型双面电池核心的BIPV双面组件，其特征在于，所述重掺杂区为在所述p型硅片正面或反面开槽后掺杂后形成，该槽的截面呈V形或梯形。
6.一种p型双面电池核心的BIPV双面组件的制作方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-5任一项所述的p型双面电池核心的BIPV双面组件，具体包括以下步骤：
1)对p型硅片进行抛光去损伤处理，去损量为3～15um；
2)将两片步骤1)得到的p型硅片背靠背放置后，将其放置在硼掺杂源的氛围中扩散或采用旋涂方式进行掺杂；
3)链式清洗设备去除步骤2)得到的p型硅片的硼硅玻璃，在p型硅片的背面形成p+层；
4)在步骤3)得到的p型硅片的正面制备纳米绒面；
5)在步骤4)得到的p型硅片的正面进行磷离子掺杂，在p型硅片的正面形成n层，制备pn结；
6)在步骤5)得到的p型硅片的背面制备背面钝化层；
7)在步骤6)得到的p型硅片的正面制备正面钝化减反层；
8)在步骤7)得到的p型硅片的背面进行激光开槽，开槽图形为平行等间距的线条，宽度为30～50um，线数为100～200根；
9)在步骤8)得到的p型硅片的背面印刷背面金属栅线电极，主栅线的宽度大于背电极的宽度并包裹背电极，主栅线根数为3～15根，副栅线与步骤7)中激光开槽处一一对齐，副栅线的宽度大于激光开槽的宽度，副栅线的宽度为60～300um；
10)在步骤9)得到的p型硅片正面印刷正面金属栅线电极；
11)对步骤10)得到的p型硅片进行抗LID处理；
12)对步骤11)得到的p型硅片进行串焊排版、层叠、层压、安装接线盒，制成双面发电的BIPV双面组件。
7.根据权利要求6所述的p型双面电池核心的BIPV双面组件的制作方法，其特征在于，在所述步骤2)中，掺杂源为气态BBr3，掺杂方阻为30～80Ω/□。
8.根据权利要求7所述的p型双面电池核心的BIPV双面组件的制作方法，其特征在于，在所述步骤4)中，采用RIE制绒工艺在所述步骤3)得到的p型硅片正面制备纳米绒面，使正面反射率降低至5％～15％。
9.根据权利要求8所述的p型双面电池核心的BIPV双面组件的制作方法，其特征在于，在所述步骤5)中，采用离子注入的方式在所述步骤4)得到的p型硅片的正面进行磷离子掺杂，在p型硅片的正面形成n层，并退火制备pn结。
10.根据权利要求9所述的p型双面电池核心的BIPV双面组件的制作方法，其特征在于，在所述步骤5)中，离子注入条件为：7～13keV，剂量1.8～2.6e15，退火条件840～890℃，100％N2气氛10～30min，25％O2气氛5～10min，发射极电阻60～120Ω/□。
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