CN110634971A - 一种背接触异质结太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背接触异质结太阳能电池及其制造方法，电池包括N型单晶硅片，依次设在硅片正面金字塔绒面上的第二本征非晶硅层、第一N型非晶硅层、增透层，依次设在硅片背面P区的第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、第二透明导电膜层、铜种子层、铜栅线电极，依次设在硅片背面N区金字塔绒面上的第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层、第一透明导电膜层、第二透明导电膜层、铜种子层、铜栅线电极，依次设在硅片背面N/P交叠区表面的第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、绝缘层、第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层、第一透明导电膜层、第二透明导电膜层、铜种子层及绝缘槽。本发明可以大幅增加工艺窗口，更适合于大规模化量产提升电池的短路电流、开路电压，进而提高电池片效率。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池领域，尤其涉及一种背接触异质结太阳能电池及其制造方法。
背景技术
能源危机下光伏产业发展迅速，进一步推广光伏应用的关键是提高太阳能电池片的光电转换效率，降低电池片的制作成本。背接触异质结太阳能电池是背接触结构电池和硅基异质结电池的良好结合。背接触结构是通过将电极集中在太阳能电池的背面，由于没有正面栅线电极的遮光，电池有高的短路电流；硅基异质结电池由于有高质量的氢化非晶硅钝化，能够减轻在光照下产生的空穴与电子在电池内部复合而消失的现象，电池有高的开路电压，背接触异质结电池结合这两种电池的优点，具有高的光电转换效率。
然而，这种结构电池背面形成的P型半导体和N型半导体为交替存在，之间容易发生短路。为了将P型半导体和N型半导体有效隔离，需要经过多重保护和蚀刻工艺，制造过程繁琐且容易影响非晶硅膜层的质量，难以实现高的转换效率。特别是由于P型非晶硅层难以蚀刻的特征，对材料的选择范围很窄，如蚀刻选择性无法满足要求，器件无法正常工作。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种背接触异质结太阳能电池及其制造方法，不仅可以实现高转换效率的背接触异质结太阳能电池，而且简化工艺步骤，有利于规模化生产，降低成本。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种背接触异质结太阳能电池，包括N型单晶硅片，依次设在硅片正面金字塔绒面上的第二本征非晶硅层、第一N型非晶硅层、一层增透层，依次设在硅片背面P区表面的第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、第二透明导电膜层、铜种子层、铜栅线电极，依次设在硅片背面N区金字塔绒面上的第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层、第一透明导电膜层、第二透明导电膜层、铜种子层、铜栅线电极，依次设在硅片背面N/P交叠区表面的第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、绝缘层、第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层、第一透明导电膜层、第二透明导电膜层、铜种子层及绝缘槽。
进一步的，所述第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、第二本征非晶硅层、第一N型非晶硅层、第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层厚度为1～15nm，所述非晶硅层通过PECVD沉积形成。
进一步的，所述增透层为氮化硅、氮氧化硅、氟化镁、ITO、氧化硅、氧化铝、氧化锌中的至少一种，厚度为40～200nm，宽度为0.02～0.2mm，所述增透层通过PECVD或PVD沉积形成。
进一步的，所述绝缘层为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、非晶硅中的至少一种，厚度为40～200nm，所述绝缘层通过PECVD或PVD沉积形成。
进一步的，所述第一透明导电膜层、第二透明导电膜层为金属氧化物，所述金属氧化物为氧化铟锡薄膜、掺铝氧化锌、掺钨氧化铟薄膜中的一种，厚度为10～200nm，所述金属氧化物通过PVD沉积。
进一步的，所述铜栅线电极包含铜栅线层和铜栅线保护层，所述铜栅线保护层为锡层，所述铜栅线电极宽度为10-150um，厚度为5-50um。
一种背接触异质结太阳能电池的制造方法，所述制作方法包括如下步骤：
提供抛光清洗干净的N型硅片；
在所述硅片的背面依次镀第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、一层绝缘层；
在所述硅片的背面P区印刷一层保护油墨；
经过腐蚀溶液腐蚀，腐蚀去除保护油墨区域外的绝缘层、P型非晶硅层、第一本征非晶硅层；
去除保护油墨之后经过制绒清洗，在P区外形成金字塔绒面；
在所述硅片的正面依次镀第二本征非晶硅层、第一N型非晶硅层、一层增透层；
在所述硅片的背面依次镀第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层、第一透明导电膜层；
在所述硅片的背面绝缘层局部区域印刷第一蚀刻油墨，反应后经过清洗去除印刷区域的第一透明导电膜层、第二N型非晶硅层、第三本征非晶硅层、绝缘层；
在所述硅片的背面依次镀第二透明导电膜层、铜种子层；
在所述硅片的背面绝缘层局部区域印刷第二蚀刻油墨，反应后经过清洗去除印刷区域的铜种子层、第二透明导电膜层、第一透明导电膜层；
在所述硅片的背面印刷一层耐电镀油墨形成栅线图案；
在所述硅片的背面栅线图案区域电镀铜，形成铜栅线电极；
通过去膜溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨及铜种子层。
进一步的，所述保护油墨印刷宽度为0.3～0.9mm，固化温度为100～220℃，固化时间为5～60分钟，所述保护油墨耐HF、HNO3、H2O2，所述腐蚀溶液为HF、HNO3、H2O2中的至少一种，腐蚀反应时间为1～20分钟，去除保护油墨采用碱液去除。
进一步的，所述第一蚀刻油墨可以同时腐蚀氮化硅、氧化硅、氮氧化物、非晶硅，印刷宽度为0.3～0.9mm，反应温度为100～220℃，反应时间为5～60分钟，所述第二蚀刻油墨腐蚀铜、透明导电膜层，印刷宽度为0.02～0.2mm，反应温度为10～220℃，反应时间为5～60分钟，所述第一、第二蚀刻油墨反应后的清洗方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种。
进一步的，所述耐电镀油墨印刷宽度为0.2～0.8mm，印刷厚度为5～50um，所述去膜液为碱性蚀刻液。
由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过采用镀P层后再镀N层，可以大幅增加工艺窗口，更适合于大规模化量产；同时硅片背面P区及交叠区设置为抛光面，N区设置为制绒面，可以大幅增加背面反射和加强P区的表面钝化效果，从而提升电池的短路电流、开路电压，进而提高电池片效率。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种背接触异质结太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明一种背接触异质结太阳能电池制造方法的流程图；
图3～图14是本发明实施例中的太阳能电池制造工序的示意性截面图。
图中：第一本征非晶硅层21，P型非晶硅层22，绝缘层23，保护油墨24，第二本征非晶硅层51，第一N型非晶硅层52，增透层53，第三本征非晶硅层31，第二N型非晶硅层32，第一透明导电膜层33，第二透明导电膜层34，铜种子层35，铜栅线电极36，绝缘槽41。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
参考图1，一种背接触异质结太阳能电池，包括N型单晶硅片10，依次设在硅片10正面金字塔绒面上的第二本征非晶硅层51、第一N型非晶硅层52、一层增透层53，依次设在硅片10背面P区表面的第一本征非晶硅层21、P型非晶硅层22、第二透明导电膜层34、铜种子层35、铜栅线电极36，依次设在硅片10背面N区金字塔绒面上的第三本征非晶硅层31、第二N型非晶硅层32、第一透明导电膜层33、第二透明导电膜层34、铜种子层35、铜栅线电极36，依次设在硅片10背面N/P交叠区表面的第一本征非晶硅层21、P型非晶硅层22、绝缘层23、第三本征非晶硅层31、第二N型非晶硅层32、第一透明导电膜层33、第二透明导电膜层34、铜种子层35及绝缘槽41。
所述第一本征非晶硅层21、P型非晶硅层22、第二本征非晶硅层51、第一N型非晶硅层52、第三本征非晶硅层31、第二N型非晶硅层32厚度为1～15nm，所述非晶硅膜层通过PECVD沉积形成。
所述增透层53为氮化硅、氮氧化硅、氟化镁、ITO、氧化硅、氧化铝、氧化锌中的至少一种，厚度为40～200nm，宽度为0.02～0.2mm，所述增透层53通过PECVD或PVD沉积形成。
所述绝缘层23为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、非晶硅中的至少一种，厚度为40～200nm，所述绝缘层23通过PECVD或PVD沉积形成。
所述第一透明导电膜层33、第二透明导电膜层34为金属氧化物，所述金属氧化物为氧化铟锡薄膜、掺铝氧化锌、掺钨氧化铟薄膜中的一种，厚度为10～200nm。所述金属氧化物通过PVD沉积。
所述铜栅线电极36包含铜栅线层和铜栅线保护层。所述铜栅线保护层为锡层。所述铜栅线36宽度为10-150um，厚度为5-50um。
参考图2-图14，一种背接触异质结太阳能电池制作方法，所述方法包括如下步骤：
S101，提供抛光清洗干净的N型硅片；
S102，在所述硅片的背面依次镀第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、一层绝缘层；
S103，在所述硅片的背面P区印刷一层保护油墨，所述保护油墨印刷宽度为0.3～0.9mm，固化温度为100～220℃，固化时间为5～60分钟，所述保护油墨耐HF、HNO3、H2O2；
S104，经过腐蚀溶液腐蚀，腐蚀去除保护油墨区域外的绝缘层、P型非晶硅层、第一本征非晶硅层，所述腐蚀溶液为HF、HNO3、H2O2中的至少一种，腐蚀反应时间为1～20分钟；
S105，去除保护油墨，之后经过制绒清洗，在P区外形成金字塔绒面，去除保护油墨采用碱液去除；
S106，在所述硅片的正面依次镀第二本征非晶硅层、第一N型非晶硅层、一层增透层；
S107，在所述硅片的背面依次镀第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层、第一透明导电膜层；
S108，在所述硅片的背面绝缘层局部区域印刷第一蚀刻油墨，反应后经过清洗去除印刷区域的第一透明导电膜层、第二N型非晶硅层、第三本征非晶硅层、绝缘层，所述第一蚀刻油墨可以同时腐蚀氮化硅、氧化硅、氮氧化物、非晶硅，印刷宽度为0.3～0.9mm，反应温度为100～220℃，反应时间为5～60分钟，，所述第一蚀刻油墨反应后的清洗方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种；
S109，在所述硅片的背面依次镀第二透明导电膜层、铜种子层；
S110，在所述硅片的背面绝缘层局部区域印刷第二蚀刻油墨，反应后经过清洗去除印刷区域的铜种子层、第二透明导电膜层、第一透明导电膜层，所述第二蚀刻油墨腐蚀铜、透明导电膜层，印刷宽度为0.02～0.2mm，反应温度为10～220℃，反应时间为5～60分钟，所述第二蚀刻油墨反应后的清洗方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种；
S111，在所述硅片的背面印刷一层耐电镀油墨形成栅线图案，所述耐电镀油墨印刷宽度为0.2～0.8mm，印刷厚度为5～50um；
S112，在所述硅片的背面栅线图案区域电镀铜，形成铜栅线电极；
S113，通过去膜溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨及铜种子层，所述去膜液为碱性蚀刻液；
本发明通过采用镀P层后再镀N层，可以大幅增加工艺窗口，更适合于大规模化量产；同时硅片背面P区及交叠区设置为抛光面，N区设置为制绒面，可以大幅增加背面反射和加强P区的表面钝化效果，从而提升电池的短路电流、开路电压，进而提高电池片效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种背接触异质结太阳能电池，其特征在于：包括N型单晶硅片，依次设在硅片正面金字塔绒面上的第二本征非晶硅层、第一N型非晶硅层、一层增透层，依次设在硅片背面P区表面的第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、第二透明导电膜层、铜种子层、铜栅线电极，依次设在硅片背面N区金字塔绒面上的第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层、第一透明导电膜层、第二透明导电膜层、铜种子层、铜栅线电极，依次设在硅片背面N/P交叠区表面的第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、绝缘层、第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层、第一透明导电膜层、第二透明导电膜层、铜种子层及绝缘槽。
2.根据权利要求1所述一种背接触异质结太阳能电池，其特征在于：所述第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、第二本征非晶硅层、第一N型非晶硅层、第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层厚度为1～15nm，所述非晶硅层通过PECVD沉积形成。
3.根据权利要求1所述一种背接触异质结太阳能电池，其特征在于：所述增透层为氮化硅、氮氧化硅、氟化镁、ITO、氧化硅、氧化铝、氧化锌中的至少一种，厚度为40～200nm，宽度为0.02～0.2mm，所述增透层通过PECVD或PVD沉积形成。
4.根据权利要求1所述一种背接触异质结太阳能电池，其特征在于：所述绝缘层为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、非晶硅中的至少一种，厚度为40～200nm，所述绝缘层通过PECVD或PVD沉积形成。
5.根据权利要求1所述一种背接触异质结太阳能电池，其特征在于：所述第一透明导电膜层、第二透明导电膜层为金属氧化物，所述金属氧化物为氧化铟锡薄膜、掺铝氧化锌、掺钨氧化铟薄膜中的一种，厚度为10～200nm，所述金属氧化物通过PVD沉积。
6.根据权利要求1所述一种背接触异质结太阳能电池，其特征在于：所述铜栅线电极包含铜栅线层和铜栅线保护层，所述铜栅线保护层为锡层，所述铜栅线电极宽度为10-150um，厚度为5-50um。
7.一种背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述制作方法包括如下步骤：
提供抛光清洗干净的N型硅片；
在所述硅片的背面依次镀第一本征非晶硅层、P型非晶硅层、一层绝缘层；
在所述硅片的背面P区印刷一层保护油墨；
经过腐蚀溶液腐蚀，腐蚀去除保护油墨区域外的绝缘层、P型非晶硅层、第一本征非晶硅层；
去除保护油墨之后经过制绒清洗，在P区外形成金字塔绒面；
在所述硅片的正面依次镀第二本征非晶硅层、第一N型非晶硅层、一层增透层；
在所述硅片的背面依次镀第三本征非晶硅层、第二N型非晶硅层、第一透明导电膜层；
在所述硅片的背面绝缘层局部区域印刷第一蚀刻油墨，反应后经过清洗去除印刷区域的第一透明导电膜层、第二N型非晶硅层、第三本征非晶硅层、绝缘层；
在所述硅片的背面依次镀第二透明导电膜层、铜种子层；
在所述硅片的背面绝缘层局部区域印刷第二蚀刻油墨，反应后经过清洗去除印刷区域的铜种子层、第二透明导电膜层、第一透明导电膜层；
在所述硅片的背面印刷一层耐电镀油墨形成栅线图案；
在所述硅片的背面栅线图案区域电镀铜，形成铜栅线电极；
通过去膜溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨及铜种子层。
8.根据权利要求7所述一种背接触异质结太阳能电池制作方法，其特征在于：所述保护油墨印刷宽度为0.3～0.9mm，固化温度为100～220℃，固化时间为5～60分钟，所述保护油墨耐HF、HNO3、H2O2，所述腐蚀溶液为HF、HNO3、H2O2中的至少一种，腐蚀反应时间为1～20分钟，去除保护油墨采用碱液去除。
9.根据权利要求7所述一种背接触异质结太阳能电池制作方法，其特征在于：所述第一蚀刻油墨可以同时腐蚀氮化硅、氧化硅、氮氧化物、非晶硅，印刷宽度为0.3～0.9mm，反应温度为100～220℃，反应时间为5～60分钟，所述第二蚀刻油墨腐蚀铜、透明导电膜层，印刷宽度为0.02～0.2mm，反应温度为10～220℃，反应时间为5～60分钟，所述第一、第二蚀刻油墨反应后的清洗方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种。
10.根据权利要求7所述一种背接触异质结太阳能电池制作方法，其特征在于：所述耐电镀油墨印刷宽度为0.2～0.8mm，印刷厚度为5～50um，所述去膜液为碱性蚀刻液。
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