CN109411565B - 太阳能电池片及其制备方法、光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种太阳能电池片的制备方法，包括如下步骤：S1、提供硅片，在硅片表面进行制绒形成绒面，所述绒面具有第一区域和第二区域，所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大；S2、在所述绒面上制备PN结；S3、刻蚀硅片边缘；S4、制备减反射膜；S5、在第一区域上方制作金属电极；形成太阳能电池片。通过所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大，因此只要在相同的扩散条件下进行一次扩散，即可使得第一区域内的方阻比第二区域的方阻低，从而形成所需要的不同方阻的选择性发射极结构，基于此制备出的太阳电池片的转化效率较常规黑硅电池提高0.2％。
Description
技术领域
本发明涉及光伏领域，尤其涉及一种具有选择性发射极的太阳能电池片制备方法、太阳能电池片、具有该太阳能电池片的光伏组件。
背景技术
在太阳能电池制造工艺中，扩散掺杂制备PN结是主要的工序之一。扩散工序在掺杂磷原子制备发射极的过程中，较轻的掺杂可以减少少子复合，增加少子寿命，但较轻的掺杂导致了金属电极银与硅接触不好，增大了接触电阻。
选择性发射极结构，是一种在金属电极与硅基体接触区域进行重掺杂，在金属电极与硅基体非接触区域进行轻掺杂的电池结构，这样既可以保证银与硅良好接触又可以增加少子寿命，能够减小电极相关的各种电阻损失，减少光生载流子的表面复合，提高光生载流子的收集率和电池的输出电压。
现有的选择性发射极结构的太阳能电池的制备方法大体包括：制绒→氧化、丝印、清洗制备掩膜图形→扩散→刻蚀→PE镀膜→丝网印刷→烧结测试。该方法需要增加高温氧化机台，以及洁净度等级较高的环境，额外增加丝网印刷、脱浆清洗工序等，大大提高了太阳能电池的制备成本。
有鉴于此，有必要提供一种改进的具有选择性发射极的太阳能电池片制备方法、太阳能电池片、具有该太阳能电池片的光伏组件，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有选择性发射极的太阳能电池片制备方法、太阳能电池片、具有该太阳能电池片的光伏组件。
为实现上述发明目的，本发明提供一种太阳能电池片的制备方法，包括如下步骤：S1、提供硅片，在硅片第一表面进行制绒形成绒面，所述绒面具有第一区域和第二区域，所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大；S2、在所述绒面上制备PN结；S3、刻蚀硅片边缘；S4、制备减反射膜；S5、在第一区域上方制作金属电极，形成太阳能电池片。
作为本发明的进一步改进，S1步骤具体包括如下步骤：S1.1、在硅片上与第一区域对应的预定区域刻槽；S1.2、对刻槽后的硅片进行制绒，制绒后槽内的区域构成第一区域，槽外的区域构成第二区域。
作为本发明的进一步改进，S1.1步骤采用激光刻蚀的方法刻槽，激光功率为30W~100W，激光波长为532 nm ~1064nm，脉冲宽度＜22ns@30kHz，重复频率为20 kHz ~100 kHz；或S1.1步骤采用机械刻槽，通过刀具在硅片表面上进行机械摩擦进而刻画出槽结构。
作为本发明的进一步改进，所述槽的深度为3μm～10μm，所述槽的面积与金属电极的面积一致。
作为本发明的进一步改进，S1.2中制绒方法为金属离子辅助湿法制绒、或电化学制绒、或反应离子刻蚀制绒、或激光制绒。
作为本发明的进一步改进，金属离子辅助湿法制绒过程中，蚀刻溶液中包括与硅反应的蚀刻剂、含金属离子的催化剂、去离子水。
作为本发明的进一步改进，S1步骤中借助掩膜板采用电化学制绒、或反应离子刻蚀制绒形成第一区域和第二区域；或采用激光制绒形成第一区域和第二区域。
作为本发明的进一步改进，S2步骤形成PN结后，第一区域内的方阻比第二区域的方阻低20Ω/□～40Ω/□。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种太阳能电池片，包括硅片、位于所述硅片第一表面上的掺杂层、位于掺杂层上的金属电极；所述硅片第一表面具有第一区域和第二区域，所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大；所述掺杂层包括位于第一区域的重掺杂区和位于第二区域的轻掺杂区，轻掺杂区的方阻＞重掺杂区的方阻；金属电极，所述金属电极位于所述重掺杂区上并与所述重掺杂区形成欧姆接触。
作为本发明的进一步改进，所述硅片第一表面具有槽，所述槽内部分构成第一区域，所述槽外部分构成第二区域。
作为本发明的进一步改进，重掺杂区的方阻比轻掺杂区的方阻低20Ω/□～40Ω/□。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种光伏组件，包括上述太阳能电池片。
与现有技术相比，本发明的太阳能电池片的制备方法，所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大，因此只要在相同的扩散条件下进行一次扩散，即可使得第一区域内的方阻比第二区域的方阻低，从而形成所需要的不同方阻的选择性发射极结构，基于此制备出的太阳电池片的转化效率较常规黑硅电池提高0.2%。
具体实施方式
以下将结合具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
本发明的太阳能电池片的制备方法，包括如下步骤：
S1、提供硅片，在硅片第一表面进行制绒形成绒面，所述绒面具有图案化的第一区域和第二区域，所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大；
S2、在所述绒面上进行扩散制备PN结；
S3、刻蚀硅片边缘；
S4、制备减反射膜；
S5、在第一区域上方通过丝网印刷制作金属电极，形成太阳能电池片。
该制备方法中，所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大，因此只要在相同的扩散条件下进行一次扩散，即可使得第一区域内的方阻比第二区域的方阻低，从而形成所需要的不同方阻的选择性发射极结构，制备工艺简单，且基于此制备出的太阳电池片的转化效率较常规黑硅电池提高0.2%。
其中，S1步骤中的制绒工艺、制绒次数不限，只要能够形成比表面积不同的第一区域和第二区域即可。并且，该制绒可以为单面制绒，也可以为双面制绒。
于一参考实施例中，S1步骤具体包括如下步骤：S1.1、在硅片上与第一区域对应的预定区域刻槽；S1.2、对刻槽后的硅片进行制绒，制绒后槽内的区域构成第一区域，槽外的区域构成第二区域。
具体地，S1.1步骤可以为：采用激光刻蚀的方法刻槽，激光功率为30 W ~100W，激光波长为532 nm ~1064nm，重复频率为20 kHz ~100 kHz。于一具体的参考实施例中，激光功率为30W，激光波长为532nm，重复频率为100 kHz。
S1.1步骤还可以为：采用机械刻槽，具体为通过V形刀具或者利用其它类别的刀具在硅片表面上进行机械摩擦进而刻画出凹槽结构，一般机械刻槽工艺可以加工出的槽的深度为几微米至几十微米。
本发明中，所述槽的深度为3μm～10μm，所述槽的面积与金属电极的面积在误差范围内基本一致，既能保证在后续制绒过程中形成比表面积比槽外比表面积大的效果，槽内部分的硅片的能级比槽外部分的硅片的能级低，以在后续扩散工艺时在金属电极下方形成重掺杂区；也容易在后续过程中清洗干净。具体以采用属离子辅助湿法制绒为例，所述槽的深度过浅，槽内的金属离子量少，则制绒过程中，槽内与槽外形成的比表面积差距较小或基本上无差距；而槽过深的话，又不利于清洗干净，残留液对电池带来不利影响。
S1.2步骤中，对刻槽后的硅片进行制绒时，由于槽内部分的硅片的能级比槽外部分低，因此会优先选择在上述槽内优先进行制绒的选择性制绒方法，例如金属离子辅助湿法制绒，金属颗粒会优先附着在能级较低的缺陷处并进行腐蚀，因此会在上述槽内优先进行腐蚀，使得槽内部会密布纳米级绒面，槽内的比表面积会比槽外的比表面积要大的多。
于一金属离子辅助湿法制绒的参考实施例中，蚀刻溶液包括与硅反应的蚀刻剂、含金属离子的催化剂、去离子水溶剂。于一具体实施例中，蚀刻剂为FH+H2O2、催化剂为AgNO3，各成分的比例为：HF（wt49%）与H2O2（wt30%）的体积比介于2:1~10:1之间，AgNO3的加入量为0.03mol/L，腐蚀时间为60S~200S，温度为25℃~45℃。
其中，蚀刻剂可以用HF+HNO3等常用蚀刻剂代替。催化剂AgNO3可以用Au、Pt、Pd、Cu等其他金属的盐类或Ag的其他盐类中的一种或多种来替换，提供金属离子作为催化剂，进行选择性辅助蚀刻；并且，催化剂的加入量为通常所理解的催化量即可，于此不再赘述。
于其他实施例中，步骤S1也可以不进行刻槽，采用其他制绒方法形成第一区域和第二区域；例如电化学制绒、反应离子刻蚀制绒等需要借助掩膜的制绒方法，或采用无需掩膜的激光制绒，均能形成比表面积不同的第一区域和第二区域。当然，这些制绒方法也可以应用于开槽后的步骤S1.2中。
S2步骤中，将制绒后的硅片进行扩散制备PN结时，由于第一区域内的比表面积较大，所以在相同的扩散条件下，第一区域内的方阻比第二区域的方阻低20Ω/□～40Ω/□，在第一区域形成重掺杂区，在第二区域形成轻掺杂区，从而形成所需要的不同方阻的选择性发射极结构。
扩散可以为在P型硅片上进行磷扩散，或在N型硅片上进行硼扩散，具体的扩散方法采用现有技术工艺，于此不再赘述。
S4步骤中，制备减反射膜，可采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）、化学气象沉积（CVD）或溅射法，减反射膜为氮化硅膜、或氧化硅膜、或氮氧化硅、或氧化铝膜中的至少一种。
其他步骤，均采用现有技术中的工艺，于此不再赘述。
本发明还提供一种太阳能电池片，可以由上述描述的任意一种方法制得，也可以采用其他方法制得。
所述太阳能电池片包括硅片、位于所述硅片第一表面上的掺杂层、位于掺杂层上的金属电极。其中，所述硅片第一表面为绒面，其具有第一区域和第二区域，所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大；所述掺杂层包括位于第一区域的重掺杂区和位于第二区域的轻掺杂区，轻掺杂区的方阻＞重掺杂区的方阻；金属电极，所述金属电极位于所述重掺杂区上并与所述重掺杂区形成欧姆接触。
该太阳能电池片中，所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大，因此只要在相同的扩散条件下进行一次扩散，即可使得第一区域内的方阻比第二区域的方阻低，从而形成所需要的不同方阻的选择性发射极结构，提高了太阳能电池片的效率；并且，金属电极与重掺杂区的接触面积大，更有利于形成欧姆接触。
具体地，所述硅片第一表面具有槽，所述槽内的绒面部分的比表面积大构成第一区域，所述槽外的绒面部分的比表面积小构成第二区域；所述槽的深度为5μm～10μm，所述槽的面积与金属电极的面积一致；金属电极位于槽内部分，并与重掺杂区形成欧姆接触，提高了太阳能电池片的效率。
重掺杂区的方阻比轻掺杂区的方阻低20Ω/□～40Ω/□，既可以保证金属电极与硅良好接触又可以增加少子寿命，能够减小相关的各种电阻损失，减少光生载流子的表面复合，提高光生载流子的收集率和电池的输出电压。
本发明还提供一种光伏组件，包括上述任意一种太阳能电池片制备方法制得的太阳能电池片或上述任意一种太阳能电池片。
综上所述，本发明的太阳能电池片的制备方法，通过所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大，因此只要在相同的扩散条件下进行一次扩散，即可使得第一区域内的方阻比第二区域的方阻低，从而形成所需要的不同方阻的选择性发射极结构，基于此制备出的太阳电池片的转化效率较常规黑硅电池提高0.2%。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种太阳能电池片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、提供硅片，在硅片第一表面进行制绒形成绒面，所述绒面具有第一区域和第二区域，所述第一区域的比表面积比所述第二区域的比表面积大；
S2、在所述绒面上制备PN结；
S3、刻蚀硅片边缘；
S4、制备减反射膜；
S5、在第一区域上方制作金属电极，形成太阳能电池片；
其中，S1步骤具体包括如下步骤：S1.1、在硅片上与第一区域对应的预定区域刻槽，所述槽的深度为3μm～10μm，所述槽的面积与金属电极的面积一致；S1.2、对刻槽后的硅片进行制绒，制绒后槽内的区域构成第一区域，槽外的区域构成第二区域。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池片的制备方法，其特征在于：S1.1步骤采用激光刻蚀的方法刻槽，激光功率为30W~100W，激光波长为532 nm ~1064nm；
或S1.1步骤采用机械刻槽，通过刀具在硅片表面上进行机械摩擦进而刻画出槽结构。
3.根据权利要求1~2任意一项所述的太阳能电池片的制备方法，其特征在于：S1.2中制绒方法为金属离子辅助湿法制绒、或电化学制绒、或反应离子刻蚀制绒、或激光制绒。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池片的制备方法，其特征在于：金属离子辅助湿法制绒过程中，蚀刻溶液中包括与硅反应的蚀刻剂、含金属离子的催化剂、去离子水。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池片的制备方法，其特征在于：S2步骤形成PN结后，第一区域内的方阻比第二区域的方阻低20Ω/□～40Ω/□。
6.一种太阳能电池片，其特征在于，包括：
硅片，所述硅片第一表面具有刻槽形成的槽，所述槽的深度为3μm～10μm，所述槽的面积与金属电极的面积一致，对刻槽后的硅片进行制绒，槽内部分构成第一区域，槽外部分构成第二区域，所述第一区域的绒面的比表面积比所述第二区域的绒面的比表面积大；
位于所述硅片第一表面上的掺杂层，所述掺杂层包括位于第一区域的重掺杂区和位于第二区域的轻掺杂区，轻掺杂区的方阻＞重掺杂区的方阻；
金属电极，所述金属电极位于所述重掺杂区上并与所述重掺杂区形成欧姆接触。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池片，其特征在于：重掺杂区的方阻比轻掺杂区的方阻低20Ω/□～40Ω/□。
8.一种光伏组件，包括太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片由权利要求1~5任意一项所述的太阳能电池片的制备方法制得。
9.一种光伏组件，包括太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片为权利要求6~7任意一项所述的太阳能电池片。
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