CN109285897A - 一种高效钝化接触晶体硅太阳电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效钝化接触晶体硅太阳电池及其制备方法，所述高效钝化接触晶体硅太阳电池包括硅基体、正面电极和背面电极，所述硅基体包括前表面和背表面，所述正面电极和背面电极分别对应设置于前表面和背表面上，其特征在于，所述背表面包括光面区域以及与背面电极位置对应的绒面区域。本发明在背面通过沉积氧化硅并印刷阻挡层的方式，通过刻蚀，从而形成金属接触区域为制绒结构，其他区域为抛光结构的背面结构，从而降低背面多晶硅薄膜的光吸收，提升电池短路电流，因此可以有效的提高电池的光电转换效率；同时，本发明工艺相对简单，适合应用于规模化生产。

Description

一种高效钝化接触晶体硅太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种高效钝化接触晶体硅太阳电池及其制备方法。
背景技术
追求提高电池的转换效率，同时降低甚至维持制造成本及是业界不断追求的目标和提高自身竞争力之所在。在高效电池方面，国外众多科研单位和企业开展了大量的研究，开发了众多新型结构的高效电池，例如钝化接触电池(passivated contact cell)成为目前研究的热点，其最高效率达到24.9％，是由著名的德国Fraunhofer ISE研究所创造的。
上述钝化接触电池的钝化接触技术采用了氧化硅和掺杂的多晶硅薄膜作为钝化层，能形成良好的钝化效果，但是由于多晶硅层具有较强的光吸收系数，因此会极大的降低电池的短路电流，从而限制电池效率的提升。目前的解决方案主要为尽量降低多晶硅薄膜的厚度，例如德国ISE研究所的电池结构采用了蒸镀的方式形成金属化，这样的方式虽然能最大限度的降低多晶硅薄膜的厚度，但是这样的金属化方式无法规模化生产，因为若规模化生产仍需要采用丝网印刷的方式完成，这种方式受制于金属浆料的烧穿性能，需要保持较厚的多晶硅薄膜，防止金属烧穿氧化硅和多晶硅钝化薄膜，因此会损失部分电流。
目前基本上所有的专利文献，如公开号为CN105870215A和公告号CN106486554B文献等基本上都是专注于多晶硅薄膜的实现方式和工艺，都未提出如何降低多晶硅薄膜的光吸收的方法，为了降低电流损失，可以将电池背面由绒面改成抛光面，从而提升电池的背反射率，降低多晶硅薄膜的光吸收，但是由于浆料限制，抛光面会导致金属的接触电阻升高1到2个数量级，降低电池效率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种高效钝化接触晶体硅太阳电池，降低背面多晶硅薄膜的光吸收，提升电池短路电流，提高电池的光电转换效率。
本发明的技术方案为：一种高效钝化接触晶体硅太阳电池，包括硅基体、正面电极和背面电极，所述硅基体包括前表面和背表面，所述正面电极和背面电极分别对应设置于前表面和背表面上，所述背表面包括光面区域以及与背面电极位置对应的绒面区域。
本发明的电池的背面局部抛光，与背面电极位置对应的区域为绒面结构，降低背面多晶硅薄膜的光吸收，提升电池短路电流，因此可以有效的提高电池的光电转换效率。
作为优选，还包括从上至下依次设置于硅基体背表面上的隧穿层、多晶硅薄膜以及氮化硅薄膜层。
作为优选，所述遂穿层为二氧化硅薄膜层。
作为优选，所述硅基体前表面为绒面结构。
作为优选，还包括从下至上依次设置于硅基体前表面的硼扩散层、钝化薄膜层以及减反射薄膜层。
作为优选，所述减反射薄膜层为氮化硅减反射薄膜层。
本发明还提供了一种上述的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅基体预处理之后，将硅基体制绒；
(2)制绒之后，将硅基体的前表面和后表面进行硼扩散，使得硅基体的前表面和后表面分别形成硼硅玻璃层；
(3)将硅基体的背表面上的硼硅玻璃层去除，并对硅基体的背表面进行制绒，再在硅基体的背表面上沉积氧化硅层；
(4)在氧化硅层上对应背面电极的位置处印刷阻挡层，然后将阻挡层之外的氧化硅层去除，再将阻挡层去除，并对硅基体的背表面一侧进行抛光处理，抛光处理完成之后，在硅基体的背表面形成光面区域以及与背面电极位置对应的绒面区域；
(5)将硅基体的背表面上的氧化硅层去除，并将硅基体前表面和后表面上均分别依次热氧生长隧穿层以及沉积多晶硅薄膜层；
(6)将硅基体的前表面上的隧穿层以及多晶硅薄膜层去除之后，清洗硅基体，清洗完成之后，在硅基体的前表面上依次沉积钝化薄膜层以及减反射薄膜层，在硅基体的背表面上沉积氮化硅薄膜层；
(7)在硅基体的前表面和背表面一侧分别丝网印刷正面电极和背面电极，其中背面电极丝网印刷于绒面区域对应位置处。
本发明在背表面通过沉积氧化硅并印刷阻挡层的方式，通过刻蚀，从而形成背面电极对应的区域为制绒结构，而其他区域为抛光结构的背面结构。通过本发明的制备方法可以在保证电池高开路电压的同时，极大提升电池的背面反射率，从而降低背面多晶硅薄膜的光吸收，提升电池短路电流，因此可以有效的提高电池的光电转换效率；同时，本发明工艺相对简单，适合应用于规模化生产。其中阻挡层的材料为能够阻止酸刻蚀但是易被碱去除的有机物，采用现有多种常规的该种类型的有机物即可。
作为优选，所述阻挡层的宽度大于金属电极的宽度。
作为优选，所述阻挡层的宽度比金属电极的宽度大20～2000μm。
作为优选，所述步骤(3)中沉积的氧化硅层的厚度为10～100nm，沉积方式为等离子体增强化学气相沉积或常压化学气相沉积。
作为优选，所述步骤(5)中所述多晶硅薄膜层为磷掺杂多晶硅薄膜层或本征多晶硅薄膜。若为本征多晶硅薄膜，后续进行磷扩散，以形成磷掺杂多晶硅薄膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明在背面通过沉积氧化硅并印刷阻挡层的方式，通过刻蚀，从而形成金属接触区域为制绒结构，其他区域为抛光结构的背面结构，从而降低背面多晶硅薄膜的光吸收，提升电池短路电流，因此可以有效的提高电池的光电转换效率；同时，本发明工艺相对简单，适合应用于规模化生产；而且通过本发明的制备方法，由于在金属接触区域保留了绒面结构，因此不会增加金属电极的接触电阻，降低电池效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例中包括硅基体7、正面电极11和背面电极3，硅基体7前表面为绒面结构，所述硅基体7包括前表面和背表面，所述正面电极11和背面电极3分别对应设置于前表面和背表面上，所述背表面包括光面区域2以及与背面电极位置对应的绒面区域1。
如图1所示，该电池还包括从上至下依次设置于硅基体背表面上的隧穿层4、多晶硅薄膜5以及氮化硅薄膜层6，其中遂穿层4为二氧化硅薄膜层。还包括从下至上依次设置于硅基体前表面的硼扩散层8、钝化薄膜层9以及减反射薄膜层10，其中减反射薄膜,10为氮化硅减反射薄膜层。
实施例2
本实施例为实施例1中的电池的制备方法，包括如下步骤，如图1所示：
(1)以N型单晶硅作为硅基体，首先进行常规的制绒、扩散工艺，在本实施例中，采用硼扩散工艺；
(2)随后，单面去除背面的BSG，然后对背表面采用单面制绒工艺，然后在背表面沉积一层厚度为50nm的氧化硅层，沉积方式为常压化学气相沉积(APCVD)。
(3)在背表面的氧化硅层上印刷阻挡层，其中阻挡层区域为金属栅线区域(背面电极位置对应区域)，其中阻挡层的宽度比金属栅线的宽度大100μm，然后将背表面除阻挡层以外的区域的氧化硅层去除，然后去除阻挡层，然后对硅基体的背表面进行碱抛光，碱抛光的溶液为KOH或TMAH，从而与背面电极位置对应的区域形成绒面结构，其他区域为抛光结构的光面区域，即在硅基体的背表面形成绒面区域和光面区域；
(4)然后对硅基体的前表面和背表面进行双面的热氧氧化硅层和掺杂与硅基体同型的多晶硅薄膜层，其中热氧氧化硅层的厚度小于2nm，多晶硅薄膜层的厚度大于100nm，随后进行磷扩散；
(5)用热碱溶液去除前表面上的的多晶硅薄膜层，然后对硅基体进行脱水处理，采用HF清洗硅片，其中HF的浓度为1～5％，然后在前表面上沉积氧化铝和氮化硅，背面沉积氮化硅。
(6)最后，丝网印刷正面电极和背面电极，背面电极的印刷区域需在制绒区域内(绒面区域)。
电池电性能对比如表1所示，相比背面为全部绒面的电池，采用本发明结构的电池效率有0.3％提升，短路电流有0.3mA/cm2提升，电池串阻无增加。
表1电池效率对比

Claims (9)

1.一种高效钝化接触晶体硅太阳电池，包括硅基体、正面电极和背面电极，所述硅基体包括前表面和背表面，所述正面电极和背面电极分别对应设置于前表面和背表面上，其特征在于，所述背表面包括光面区域以及与背面电极位置对应的绒面区域。
2.如权利要求1所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池，其特征在于，还包括从上至下依次设置于硅基体背表面上的隧穿层、多晶硅薄膜以及氮化硅薄膜层。
3.如权利要求2所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池，其特征在于，所述硅基体前表面为绒面结构。
4.如权利要求3所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池，其特征在于，还包括从下至上依次设置于硅基体前表面的硼扩散层、钝化薄膜层以及减反射薄膜层。
5.一种如权利要求4所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硅基体预处理之后，将硅基体制绒；
(2)制绒之后，将硅基体的前表面和后表面进行硼扩散，使得硅基体的前表面和后表面分别形成硼硅玻璃层；
(3)将硅基体的背表面上的硼硅玻璃层去除，并对硅基体的背表面进行制绒，再在硅基体的背表面上沉积氧化硅层；
(4)在氧化硅层上对应背面电极的位置处印刷阻挡层，然后将阻挡层之外的氧化硅层去除，再将阻挡层去除，并对硅基体的背表面一侧进行抛光处理，抛光处理完成之后，在硅基体的背表面形成光面区域以及与背面电极位置对应的绒面区域；
(5)将硅基体的背表面上的氧化硅层去除，并将硅基体前表面和后表面上均分别依次热氧生长隧穿层以及沉积多晶硅薄膜层；
(6)将硅基体的前表面上的隧穿层以及多晶硅薄膜层去除之后，清洗硅基体，清洗完成之后，在硅基体的前表面上依次沉积钝化薄膜层以及减反射薄膜层，在硅基体的背表面上沉积氮化硅薄膜层；
(7)在硅基体的前表面和背表面一侧分别丝网印刷正面电极和背面电极，其中背面电极丝网印刷于绒面区域对应位置处。
6.如权利要求5所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于，所述阻挡层的宽度大于金属电极的宽度。
7.如权利要求5所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于，所述阻挡层的宽度比金属电极的宽度大20～2000μm。
8.如权利要求5所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中沉积的氧化硅层的厚度为10～100nm，沉积方式为等离子体增强化学气相沉积或常压化学气相沉积。
9.如权利要求5所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中所述多晶硅薄膜层为磷掺杂多晶硅薄膜层或本征多晶硅薄膜。
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