CN110890445A - 提升perc电池光电转换效率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提升PERC电池光电转换效率的方法，涉及太阳能电池技术领域。提升PERC电池光电转换效率的方法，包括在具有PN结的硅片的背面形成钝化层，利用激光将硼元素掺杂到硅片的背面，以在硅片的背面形成局域掺杂区域，并在局域掺杂区域表面形成背面电极，以使得背面电极与局域掺杂区域形成欧姆接触，其中，硅片的电阻率为1.5～3.0Ω*cm；激光掺杂的频率为10～30KHz，带速为18～26m/s，掺杂深度为1.0～4.0μm。其能够有效地提升PERC电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种提升PERC电池光电转换效率的方法。
背景技术
随着PERC电池技术不断开发，硅材料质量不断提高，设备制造不断进步，近年来PERC电池的光电转换效率不断提高，已成为光伏行业主流产品，各大电池制造厂商都在不遗余力扩产PERC电池，因此PERC电池市场竞争大，若想体现出PERC电池竞争优势，提升电池转换效率是最直接，最有效的方法。
发明内容
本申请提供了一种提升PERC电池光电转换效率的方法，其能够有效地提升PERC电池的光电转换效率。
本申请的实施例是这样实现的：
本申请提供了一种提升PERC电池光电转换效率的方法，包括在具有PN结的硅片的背面形成钝化层，利用激光将硼元素掺杂到硅片的背面，以在硅片的背面形成局域掺杂区域，并在局域掺杂区域形成背面电极，以使得背面电极与局域掺杂区域形成欧姆接触，其中，硅片的电阻率为1.5～3.0Ω*cm；激光掺杂的频率为10～30KHz，带速为18～26m/s，掺杂深度为1.0～4.0μm。
在上述技术方案中，通过激光将硼元素掺杂到硅片的背面，背面电极与局域掺杂区域形成欧姆接触，在激光掺杂的过程中，同时控制硅片的电阻率为1.5～3.0Ω*cm，激光掺杂的频率为10～30KHz，带速为18～26m/s，掺杂深度为1.0～4.0μm，能够形成良好的掺杂，提升电池开路电压，增加电池短路电流，并能够增加电池填充因子，从而增加电池转换效率。其中，掺杂深度为1.0～4.0μm，能够使得局域掺杂区域形成良好的高低结，对光生载流子吸收辅助作用好，效率增益明显，且不会对硅片背面造成太大的损伤，减少了电池碎片率。其中，上述激光掺杂的频率与带速配合能够形成深度、间隔距离合适的局域掺杂点，有利于形成良好的掺杂结构。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请具体实施方式提供的PERC电池的结构示意图；
图2为本申请实施例1的形成背面局域掺杂区域的硅片背面的SEM图。
图标：10-PERC电池；11-P型硅衬底；12-N型层；13-钝化层；131-氧化铝层；132-背面氮化硅层；14-正面减反射层；15-正电极；16-局域掺杂区域；17-背面电极。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本申请实施例的提升PERC电池10光电转换效率的方法进行具体说明：
请参阅图1，图1示出了PERC电池10的结构示意图。一种提升PERC电池10光电转换效率的方法，包括在具有PN结的硅片的背面形成钝化层13，利用激光将硼元素掺杂到硅片的背面，以在硅片的背面形成局域掺杂区域16，并在局域掺杂区域16表面形成背面电极17，以使得背面电极17与局域掺杂区域16形成欧姆接触，其中，硅片的电阻率为1.5～3.0Ω*cm；激光掺杂的频率为10～30KHz，带速为18～26m/s，掺杂深度为1.0～4.0μm。
示例性地，具有PN结的硅片的制作步骤包括：对P型硅衬底11进行制绒、磷扩散、刻蚀以及退火。其中，对P型硅衬底11进行制绒是在P型硅衬底11的正面形成合理的绒面，以减小光在表面的反射，并能获得适合扩散制PN结要求的硅表面。制绒后在P型硅衬底11的正面扩散磷杂质以形成PN结，扩散进磷的部位形成N型层12，通过刻蚀能够去除硅片边缘的N型层12以防止电池短路和清洗表面PSG，然后进行退火能够起到修饰PN结的作用，降低磷的表面浓度。
在一种可能的实施方案中，在正电极15与硅片接触的部位通过激光掺杂实现局域重掺杂，在正电极15之间的位置通过热扩散形成轻掺杂。
示例性地，还包括在具有PN结的硅片正面形成正面减反射层14。可选地，正面减反射层14为氮化硅层。正面减反射层14的存在能够减少光的反射损失，增加电池光吸收，从而能够提高电池效率。示例性地，正面减反射层14可采用等离子增强化学气相沉积的方式沉积在具有PN结的硅片正面。
另外，在形成正面减反射层14后，可通过丝网印刷在正面减反射层14表面印刷上银浆，银浆受热后玻璃相烧穿正面减反射层14和硅片的正面接触形成正电极15。
通过激光将硼元素掺杂到硅片的背面，背面电极17与局域掺杂区域16形成欧姆接触，在激光掺杂的过程中，同时控制硅片的电阻率为1.5～3.0Ω*cm，激光掺杂的频率为10～30KHz，带速为18～26m/s，掺杂深度为1.0～4.0μm，能够形成良好的掺杂，提升电池开路电压，增加电池短路电流，并能够增加电池填充因子，从而增加电池转换效率。其中，掺杂深度为1.0～4.0μm，能够使得局域掺杂区域16形成良好的高低结，对光生载流子吸收辅助作用好，效率增益明显，且不会对硅片背面造成太大的损伤，减少了电池碎片率。其中，上述激光掺杂的频率与带速配合能够形成深度、间隔距离合适的局域掺杂点，有利于形成良好的掺杂结构；当激光频率一定时，带速太慢会造成掺杂点之间相互重叠，带速太快会造成掺杂点相较太远。需要说明的是，本申请实施例中的硅片均指的是上述具有PN结的硅片。
示例性地，硅片的电阻率为1.5Ω*cm、1.8Ω*cm、2.0Ω*cm、2.2Ω*cm、2.3Ω*cm、2.5Ω*cm、2.8Ω*cm和3Ω*cm中的任一者或者任意两者之间的范围。
示例性地，激光掺杂的频率为10KHz、12KHz、15KHz、18KHz、20KHz、22KHz、25KHz、28KHz和30KHz中的任一者或者任意两者之间的范围。
示例性地，激光带速为18m/s、19m/s、20m/s、21m/s、22m/s、23m/s、24m/s、25m/s和26m/s中的任一者或者任意两者之间的范围。
示例性地，激光掺杂深度为1.0μm、1.2μm、1.5μm、1.7μm、2.0μm、2.3μm、2.5μm、2.8μm、3.0μm、3.2μm、3.5μm、3.7μm和4μm中的任一者或者任意两者之间的范围。
在一种可能的实施方案中，硅片的电阻率为2～2.5Ω*cm；激光掺杂的频率为10～20KHz，带速为20～24m/s，掺杂深度为2.0～4.0μm。
进一步地，在一种可能的实施方案中，利用激光将硼元素掺杂到硅片的背面的步骤包括：在钝化层13表面印刷硼浆，然后对钝化层13进行激光开槽并使得硼元素掺杂到硅片的背面。
其中，激光具有两个作用，一方面是实现硼元素的掺杂，另一方面是开槽的作用，通过激光将钝化层13开槽并在对应开槽的硅片背面的位置掺杂硼元素以实现局域掺杂的效果。
在另一种可能的实施方案中，对钝化层13进行激光开槽露出部分硅片背面，去除开槽后的杂质，在硅片背面对应开槽的位置印刷硼浆，并利用激光掺杂的方式将硼元素掺杂到硅片的背面。在该技术方案中，激光开槽后产生的杂质被去除干净，硅片背面与硼浆接触的表面没有杂质，不会影响硼浆性能，且不会造成杂质污染等不良情况。
在上述两种利用激光将硼元素掺杂到硅片的背面的技术方案中，示例性地，硼浆的湿重为0.2～0.5g，印刷速度为300～380mm/s。本申请实施方式的硼浆湿重和印刷速度合适，再加上合适的激光掺杂频率和带速，能够实现更好的掺杂效果。其中，如果硼浆的湿重太重，耗量大会增加成本；湿重太小会影响掺杂的硼含量，导致掺杂浓度低影响电池效率。在硼浆的湿重一定的情况下，印刷速度太快会出现印刷不良情况，导致图形偏移或者对位不准确，最终影响电池效率，印刷速度太小则会影响产能，增加成本。
可选地，硼浆中含有单质硼和/或硼化合物。即是说，硼浆中可以是单独的单质硼，可以是单独的硼化合物，也可以包括单质硼和硼化合物。示例性地，硼化合物可以是三氧化二硼或者是硼化硅。
另外，在一种可能的实施方案中，在具有PN结的硅片的背面形成钝化层13的步骤包括：在硅片的背面依次形成氧化铝层131和背面氮化硅层132。需要说明的是，在其他实施例中，钝化层13也可以单独地为氧化铝层131。示例性地，钝化层13的制作可以采用原子沉积方法，本申请对钝化层13的制作方式不做具体限定。
另外，背面电极17的制作可采用丝网印刷方法将电极浆料沉积到钝化层13的远离硅片的表面和激光开的槽中，以形成与局域掺杂区域16欧姆接触连接的背面电极17。
以下结合实施例对本申请的提升PERC电池10光电转换效率的方法作进一步的详细描述。
实施例1
对P型硅衬底依次进行制绒、磷扩散、制作选择性发射极使得在P型硅衬底正面对应正电极的区域形成重掺杂，在P型硅衬底正面正电极之间的区域形成轻掺杂，然后进行刻蚀、退火形成具有PN结的硅片；
在具有PN结的硅片背面依次镀上氧化铝层和背面氮化硅层，并在具有PN结的硅片正面镀上正面氮化硅层，利用激光对氧化铝层和背面氮化硅层进行开槽露出部分硅片背面，去除开槽后的杂质，在硅片背面对应开槽的位置印刷硼浆，并利用激光掺杂的方式将硼元素掺杂到硅片的背面以在硅片的背面形成局域掺杂区域。其中，硅片电阻率为2.2Ω*cm，激光频率为10KHz、带速为22m/s，硼浆的印刷湿重为0.3g，印刷速度为330mm/s，硼元素的掺杂深度为2.09μm。
在局域掺杂区域表面形成背面电极并使得背面电极与局域掺杂区域欧姆接触，利用丝网印刷的方式在正面氮化硅层表面印刷上银浆，银浆受热后玻璃相烧穿正面减反射层和硅片的正面接触形成正电极，从而得到PERC电池。
实施例2
实施例2与实施例1的PERC电池的制作方法基本相同，其不同之处仅在于实施例2的硅片电阻率为1.5Ω*cm，激光频率为15KHz、带速为20m/s，硼浆的印刷湿重为0.2g，印刷速度为320mm/s，硼元素的掺杂深度为1.82μm。
实施例3
实施例3与实施例1的PERC电池的制作方法基本相同，其不同之处仅在于实施例3硅片电阻率为3.0Ω*cm，激光频率为20KHz、带速为24m/s，硼浆的印刷湿重为0.5g，印刷速度为350mm/s，硼元素的掺杂深度为4.00μm。
实施例4
实施例4与实施例1的PERC电池的制作方法基本相同，其不同之处仅在于实施例4硅片电阻率为2.5Ω*cm，激光频率为13KHz、带速为26m/s，硼浆的印刷湿重为0.4g，印刷速度为380mm/s，硼元素的掺杂深度为2.87μm。
实施例5
对P型硅衬底依次进行制绒、磷扩散、制作选择性发射极使得在P型硅衬底正面对应正电极的区域形成重掺杂，在P型硅衬底正面正电极之间的区域形成轻掺杂，然后进行刻蚀、退火形成具有PN结的硅片；
在具有PN结的硅片背面依次镀上氧化铝层和背面氮化硅层，并在具有PN结的硅片正面镀上正面氮化硅层，在背面氮化硅层表面印刷硼浆，然后利用激光对氧化铝层和背面氮化硅层进行开槽露出部分硅片背面，同时将硼元素掺杂到开槽部分的硅片背面形成局域掺杂区域。其中，硅片电阻率为2.3Ω*cm，激光频率为22KHz、带速为21m/s，硼浆的印刷湿重为0.3g，印刷速度为340mm/s，硼元素的掺杂深度为3.15μm。
在局域掺杂区域表面表面形成背面电极并使得背面电极与局域掺杂区域欧姆接触，利用丝网印刷的方式在正面氮化硅层表面印刷上银浆，银浆受热后玻璃相烧穿正面减反层和硅片的正面接触形成正电极，从而得到PERC电池。
实施例6
实施例6与实施例5的PERC电池的制作方法基本相同，其不同之处仅在于实施例6硅片电阻率为1.8Ω*cm，激光频率为26KHz、带速为22m/s，硼浆的印刷湿重为0.3g，印刷速度为350mm/s，硼元素的掺杂深度为3.28μm。
对比例1
对比例1与实施例1制备PERC电池的步骤基本相同，其不同之处仅在于对比例1的电池没有实施例1的PERC电池的局域掺杂区域，背面电极与硅片连接。
试验例1
选用halm在线I-V测试系统，在25℃、AM 1.5、1个标准太阳的条件下测试实施例1～实施例6制得的PERC电池以及对比例1制得的电池的开路电压、短路电流、填充因子和转换效率，其结果如表1所示。
表1实施例1～6的PERC电池及对比例1的电池的性能测试结果
从表1的结果可以看出，采用本申请实施例中的硅片电阻率、激光频率及带速，硼浆的印刷湿重及印刷速度，以及硼元素的掺杂深度能够提升PERC电池的开路电压、短路电流和填充因子，从而提升PERC电池的转换效率。
试验例2
在电子扫描显微镜下观察实施例1中形成背面局域掺杂区域的硅片背面，其SEM图如图2所示。
结果分析：从图2可以看出，本申请实施例1的硅片背面局域掺杂区域形成了良好的掺杂，其掺杂结深为2.09μm。
以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提升PERC电池光电转换效率的方法，其特征在于，包括：
在具有PN结的硅片的背面形成钝化层，利用激光将硼元素掺杂到所述硅片的背面，以在所述硅片的背面形成局域掺杂区域，并在所述局域掺杂区域表面形成背面电极，以使得所述背面电极与所述局域掺杂区域欧姆接触，其中，所述硅片的电阻率为1.5～3.0Ω*cm；激光掺杂的频率为10～30KHz，带速为18～26m/s，掺杂深度为1.0～4.0μm。
2.根据权利要求1所述的提升PERC电池光电转换效率的方法，其特征在于，所述硅片的电阻率为2～2.5Ω*cm；激光掺杂的频率为10～20KHz，带速为20～24m/s，掺杂深度为2.0～4.0μm。
3.根据权利要求1所述的提升PERC电池光电转换效率的方法，其特征在于，所述利用激光将硼元素掺杂到所述硅片的背面的步骤包括：在所述钝化层表面印刷硼浆，然后对所述钝化层进行激光开槽并使得硼元素掺杂到所述硅片的背面。
4.根据权利要求1所述的提升PERC电池光电转换效率的方法，其特征在于，所述利用激光将硼元素掺杂到所述硅片的背面的步骤包括：对所述钝化层进行激光开槽露出部分硅片背面，去除开槽后的杂质，在所述硅片背面对应开槽的位置印刷硼浆，并利用激光掺杂的方式将硼元素掺杂到所述硅片的背面。
5.根据权利要求3或4所述的提升PERC电池光电转换效率的方法，其特征在于，所述硼浆的湿重为0.2～0.5g，印刷速度为300～380mm/s。
6.根据权利要求5所述的提升PERC电池光电转换效率的方法，其特征在于，所述硼浆的湿重为0.2～0.4g，印刷速度为320～350mm/s。
7.根据权利要求3或4所述的提升PERC电池光电转换效率的方法，其特征在于，所述硼浆中含有单质硼和/或硼化合物。
8.根据权利要求1～4任一项所述的提升PERC电池光电转换效率的方法，其特征在于，所述在具有PN结的硅片的背面形成钝化层的步骤包括：在所述硅片的背面依次形成氧化铝层和氮化硅层。
9.根据权利要求1～4任一项所述的提升PERC电池光电转换效率的方法，其特征在于，所述具有PN结的硅片的制作步骤包括：对P型硅衬底进行制绒、磷扩散、刻蚀以及退火。
10.根据权利要求1～4任一项所述的提升PERC电池光电转换效率的方法，其特征在于，还包括在所述具有PN结的硅片正面形成正面减反射层。
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|---|---|---|---|---|
| CN112614917A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-06 | 中建材浚鑫科技有限公司 | 一种perc单晶双面太阳能电池背面制备的方法 |
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