CN109473492A - 适合规模化量产的mwt异质结硅太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种MWT异质结硅太阳电池及其制备方法，电池包括N型硅基片，N型硅基片正面的本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层上设有N型非晶硅膜层，N型硅基片反面的本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层上设有P型非晶硅膜层；电池片正面设有正面金属电极，背面设有背面金属电极和孔洞金属电极，距离每个所述孔洞金属电极点外周刻蚀有连续闭合的绝缘划线，绝缘划线穿透电池片背面的TCO透明导电膜和P型非晶硅膜层。方法中把P型非晶硅薄膜发射极放置到电池片背面，这样孔洞金属电极和侧壁的N型基区不存在漏电问题，在背面孔洞金属电极点周边用激光刻蚀绝缘划线的方式隔离P型非晶硅薄膜和上面的TCO透明导电膜，又阻止了和背面正电极区域的短路。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池及其制备方法，应用于太阳电池的生产制造。
背景技术
异质结硅电池是一种高效的光伏电池，基本结构如图1所示，一般采用高少子寿命的N型硅片，结合超薄的隧穿钝化层和P型非晶硅薄膜发射极得到异质的PN结结构，整个工序工艺温度较低(～200℃)，可使用超薄硅片，量产效率可达到23％以上，缺点是正面银浆耗高，既增加了遮光损失又增加了银成本。而MWT(金属穿透缠绕)技术是一种背接触式太阳电池技术，其通过孔洞金属电极传输的方式将常规电池正面电极移到背面，有效降低了银栅线遮挡而引起的功率损失，提高了入射太阳光的利用率和电池的光电转化效率。所以如果把MWT技术和异质结电池结合起来可以有效降低昂贵的银电极成本同时减少了遮光损失，进一步提升电池转化效率。但有个关键问题是，MWT技术要进行激光开孔，对于常规异质结电池，开孔后孔洞截面结构复杂，同时存在P型(正极)和N型(负极)区域，直接的孔洞金属化一定会导致正负电极短路，故需要设计开发一种避免正负极短路，并且简单适合和低成本化的MWT异质结电池结构和工艺，使其适用于规模化生产的需要。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题与不足，本发明提供一种增加设备少、工艺简单的MWT异质结硅太阳电池及其制备方法，适合低成本、大产能的规模化生产的需求。
技术方案：一种适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池，包括N型硅基片，所述N型硅基片正反两面均设有一层本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层；所述N型硅基片正面的本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层上设有N型非晶硅膜层，N型非晶硅膜层上设有TCO透明导电膜；所述N型硅基片反面的本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层上设有P型非晶硅膜层，P型非晶硅膜层上设有TCO透明导电膜；所述TCO透明导电膜，N型非晶硅膜层，本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层，N型硅基片，本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层，P型非晶硅膜层，以及TCO透明导电膜，从正面向反面方向依次层叠构成MWT异质结硅太阳电池片；所述MWT异质结硅太阳电池片正面设有正面金属电极，背面设有背面金属电极和孔洞金属电极；MWT异质结硅太阳电池片上打有与正面金属电极数量和位置一一对应的孔洞，孔洞两端分别对应正面金属电极和孔洞金属电极，正面金属电极和孔洞金属电极连通；距离每个所述孔洞金属电极点外周0.1～1mm处刻蚀有连续闭合的绝缘划线，绝缘划线穿透电池片背面的TCO透明导电膜和P型非晶硅膜层。
在背面孔洞金属电极周边用激光刻蚀绝缘划线的方式使该孔洞金属电极区域和P型非晶硅薄膜及上面的透明导电膜(TCO)电学隔离，阻止了和背面正电极区域的短路，从而实现这种MWT异质结硅太阳电池的生产制造。
所述孔洞的横截面为圆形或者椭圆形，直径尺寸为0.05～1mm。
所述本征非晶硅钝化层的厚度为5～50nm，氧化硅钝化层的厚度为1～50nm。
所述P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层的厚度均为5～50nm。
一种适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池的制备方法，相比较常规异质结电池P型非晶硅薄膜发射极位于电池片正面，这种MWT异质结硅电池把P型非晶硅薄膜发射极放置到电池片背面，这样孔洞金属电极(连接正面负极)和侧壁的N型基区不存在漏电问题，进一步在背面孔洞金属电极点周边用激光刻蚀绝缘划线的方式使得孔洞负电极和P型非晶硅膜层电学隔离，阻止了和背面正电极区域的短路。
方法包括如下步骤：
(1)使用激光器在N型晶体硅片上开与正面金属电极数量和位置一一对应的孔洞，孔洞的横截面可以为圆形或者椭圆形，孔洞的外径尺寸为0.05～1mm；
(2)对打孔后的硅片进行前清洗与制绒，去除硅片表面和孔洞内的损伤层，降低光生载流子的复合速率，同时在硅片表面制成绒面降低反射率；
(3)在前清洗与制绒后的硅片的正反两面分别沉积一层本征非晶硅钝化膜层或者分别制备一层薄的氧化硅钝化层；一般采用PECVD(等离子增强化学气相沉积)的方法沉积本征非晶硅钝化膜层，本征非晶硅钝化膜层厚度为5～50nm；采用热氧化或者湿化学氧化的方法在硅片上制备氧化硅钝化层，氧化硅钝化层厚度为1～50nm；
(4)接着，采用PECVD的方式在正面的本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层上沉积N型非晶硅层，在背面本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层上沉积P型非晶硅层，N型非晶硅层和P型非晶硅层的厚度均为5～50nm；
(5)进一步，在N型非晶硅层和P型非晶硅层上分别沉积TCO透明导电膜层，一般采用PVD(物理气相沉积)或者溅射等方式；
(6)采用丝网印刷或者钢网印刷的方法在电池片背面制备孔洞金属电极和背面金属电极，印刷后可在电池片正面孔洞附近增加一个抽吸工艺，让孔洞内的导电浆料均匀分布在侧壁和孔洞里；
(7)电池片背面电极烘干后，再采用丝网印刷或者电镀的方法在电池片正面制备正面金属电极；
(8)烘干或者退火以形成良好的欧姆接触；
(9)在电池片背面的每个孔洞金属电极点附近进行连续闭合的激光绝缘划线刻蚀，一般绝缘划线距离孔洞金属电极点外周0.1～1mm刻蚀即可，刻蚀的深度只要穿透TCO和P型非晶硅薄膜发射极即可。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种适合于规模化量产的MWT异质结电池结构及制作工艺，方法简单实用，设备投入和生产成本较低，适合规模化的生产需要。
附图说明
图1是常规MWT电池结构示意图；
图2是本发明的MWT异质结电池结构示意图；
1-N型硅基片，2-本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层，3-P型非晶硅膜层，4-N型非晶硅膜层，5-TCO透明导电膜，6-背面金属电极，7-正面金属电极，8-孔洞金属电极，9-绝缘划线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图2所示，适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池，包括N型硅基片1，N型硅基片1正反两面均设有一层本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层2；N型硅基片1正面的本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层2上设有N型非晶硅膜层4，N型非晶硅膜层4上设有TCO透明导电膜5；N型硅基片1反面的本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层2上设有P型非晶硅膜层3，P型非晶硅膜层3上设有TCO透明导电膜5；TCO透明导电膜5，N型非晶硅膜层4，本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层2，N型硅基片1，本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层2，P型非晶硅膜层3，以及TCO透明导电膜5，从正面向反面方向依次层叠构成MWT异质结硅太阳电池片，MWT异质结硅太阳电池片正面设有正面金属电极7，背面设有背面金属电极6和孔洞金属电极8；
MWT异质结硅太阳电池片上打有与正面金属电极7数量和位置一一对应的孔洞，孔洞两端分别对应正面金属电极7和孔洞金属电极8，正面金属电极7和孔洞金属电极8连通；距离孔洞金属电极8点外周0.1～1mm处刻蚀有连续闭合的绝缘划线9，绝缘划线9穿透电池片背面的TCO透明导电膜5和P型非晶硅薄膜发射极。
在背面孔洞金属电极8周边用激光刻蚀绝缘划线9的方式使得孔洞金属电极8和P型非晶硅膜层电学隔离，阻止了和背面正电极区域的短路，从而实现这种MWT异质结硅太阳电池的生产制造。
孔洞的横截面为圆形或者椭圆形，直径尺寸为0.05～1mm。
本征非晶硅钝化层的厚度为5～50nm，氧化硅钝化层的厚度为1～50nm。
P型非晶硅膜层3和N型非晶硅膜层4的厚度均为5～50nm。
下面通过2个实施例来描述本发明的适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池的制备方法：
实施例1
适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)采用太阳能级N型单晶或者多晶硅片作为衬底；
(2)按照太阳能电池的正面金属电极的设定布局进行激光开孔，孔洞的形状为圆柱形，直径在100～500μm；
(3)使用化学溶液对开孔后的硅片表面进行清洗和织构化；
(4)用PECVD的方式在硅片的正反两面制备本征非晶硅钝化膜层，本征非晶硅钝化膜层的厚度为5～20nm；
(5)用PECVD的方式再在沉积本征非晶硅钝化膜层的硅片正、反两面分别制备N型非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜(即：N型非晶硅膜层4和P型非晶硅膜层3)，N型非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜厚度均为10～20nm，背面(反面)的P型非晶硅薄膜为发射极，也就是发射极位于电池片背表面；
(6)用PVD的方式在步骤(5)的硅片正、反两面分别制备TCO透明导电膜，TCO透明导电膜层5的方阻为20～200Ω/□；
(7)采用丝网印刷的方法在电池片上印刷孔洞银电极、常规背面金属电极和正面栅线电极(即：孔洞金属电极8，背面金属电极6和正面金属电极7)，印刷后在电池片正面孔洞附近增加一个抽吸工艺，让孔洞内的导电浆料均匀分布在侧壁和孔洞里；
(8)在烘干炉中进行烘干和退火。电池片正面和背面电极都形成良好的欧姆接触。
(9)在背面孔洞电极附近进行激光划线刻蚀，连续闭合的划线沿着孔洞电极外围0.1～0.5mm，刻蚀深度为0.1um～10um。
本实施例中采用的N型单晶硅片制备的MWT异质结太阳电池经测试，电池的转换效率达到23.5％以上。
实施例2
本发明包括以下具体步骤：
(1)采用太阳能级N型单晶或者多晶硅片作为衬底；
(2)按照太阳能电池的正面金属电极的设定布局从硅片背表面进行激光开孔，孔洞的形状为倒圆锥形，背表面孔洞直径为250um，正表面孔洞直径为150um；
(3)使用化学溶液对开孔后的硅片表面进行清洗和织构化；
(4)用HNO3溶液或者臭氧紫外氧化的方法在硅片的正反两面进行处理，获得一层薄的致密氧化层，厚度为2～10nm；
(5)用PECVD的方式再在硅片正、背两面分别制备N非晶硅薄膜型和P型非晶硅薄膜，N型非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜厚度均为10～20nm，背面的P型非晶硅薄膜为发射极，也就是发射极位于电池片背表面；
(6)用PVD的方式在步骤(5)的硅片正、反两面分别制备TCO透明导电膜，TCO透明导电膜层5的方阻为20～200Ω/□；
(7)采用丝网印刷的方法在电池片上印刷孔洞银电极、常规背面金属电极和正面栅线电极；
(8)在烘干炉中进行烘干和退火。电池片正面和背面电极都形成良好的欧姆接触。
(9)在背面孔洞电极附近进行激光划线刻蚀，连续闭合的划线沿着孔洞电极外围0.1～0.5mm，刻蚀深度为0.1um～10um。
本实施例中采用的N型单晶硅片制备的MWT异质结太阳电池经测试，电池的转换效率达到23.5％以上。
Claims (9)
1.一种适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池，其特征在于：包括N型硅基片，所述N型硅基片正反两面均设有一层本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层；所述N型硅基片正面的本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层上设有N型非晶硅膜层，N型非晶硅膜层上设有TCO透明导电膜；所述N型硅基片反面的本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层上设有P型非晶硅膜层，P型非晶硅膜层上设有TCO透明导电膜；所述TCO透明导电膜，N型非晶硅膜层，本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层，N型硅基片，本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层，P型非晶硅膜层，以及TCO透明导电膜，从正面向反面方向依次层叠构成MWT异质结硅太阳电池片；
所述MWT异质结硅太阳电池片正面设有正面金属电极，背面设有背面金属电极和孔洞金属电极；MWT异质结硅太阳电池片上打有与正面金属电极数量和位置一一对应的孔洞，孔洞两端分别对应正面金属电极和孔洞金属电极，正面金属电极和孔洞金属电极连通；距离每个所述孔洞金属电极点外周0.1~1mm处刻蚀有连续闭合的绝缘划线，绝缘划线穿透电池片背面的TCO透明导电膜和P型非晶硅膜层。
2.如权利要求1所述的适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池，其特征在于：绝缘划线刻蚀深度为0.1um~10um。
3.如权利要求1所述的适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池，其特征在于：所述孔洞的横截面为圆形或者椭圆形，直径尺寸为0.05~1mm。
4.如权利要求1所述的适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池，其特征在于：所述本征非晶硅钝化层的厚度为5~50nm，氧化硅钝化层的厚度为1~50nm。
5.如权利要求1所述的适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池，其特征在于：所述P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层的厚度均为5~50nm。
6.一种适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池的制备方法，其特征在于，方法包括如下步骤：
（1）使用激光器在N型晶体硅片上开与正面金属电极数量和位置一一对应的孔洞；
（2）对打孔后的硅片进行前清洗与制绒；
（3）在前清洗与制绒后的硅片的正反两面分别沉积一层本征非晶硅钝化膜层或者分别制备一层薄的氧化硅钝化层；
（4）接着，在正面的本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层上沉积N型非晶硅层，在背面本征非晶硅钝化层或者氧化硅钝化层上沉积P型非晶硅层；
（5）在N型非晶硅层和P型非晶硅层上分别沉积TCO透明导电膜层；
（6）电池片背面制备孔洞金属电极和背面金属电极；
（7）电池片背面电极烘干后，再采用丝网印刷或者电镀的方法在电池片正面制备正面金属电极；
（8）对电池片进行烘干或者退火；
（9）在电池片背面的每个孔洞金属电极点附近进行连续闭合的激光绝缘划线刻蚀，刻蚀的深度穿透TCO透明导电膜层和P型非晶硅层。
7.如权利要求6所述的适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池的制备方法，其特征在于，孔洞金属电极点附近指的是绝缘划线距离孔洞金属电极点外周0.1~1mm刻蚀。
8.如权利要求6所述的适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池的制备方法，其特征在于，所述绝缘划线刻蚀的深度为0.1um~10um。
9.如权利要求6所述的适合规模化量产的MWT异质结硅太阳电池的制备方法，其特征在于，所述N型非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜厚度均为10~50nm。
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