CN110896108A - 一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，提供制绒清洗形成绒面的N型或P型硅片；在电池背面形成第一半导体层、第二半导体层；在电池正面形成钝化膜层与透明减反层；在电池背面沉积透明导电膜层、种子铜层；通过湿法腐蚀或印刷蚀刻膏，在电池背面形成绝缘槽；印刷耐电镀油墨，通过电镀形成铜栅线电极，所述铜栅线电极所占面积不超过电池总面积的60％；通过去膜蚀刻溶液，去除耐电镀油墨及铜栅线电极外的铜种子层。本发明通过先形成绝缘槽再形成铜栅线电极，使得铜栅线电极与绝缘槽可以单独调整所需要的宽度，从而实现背面较大的透光面积，提高电池背面的发电量，实现背面透光面积达40％‑90％，实现双面发电，大幅提高模组发电量。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流，通过电极将电能输出。近年来，太阳能电池生产技术不断进步，生产成本不断降低，转换效率不断提高，太阳能电池发电的应用日益广泛并成为电力供应的重要能源。
高效率太阳能电池是未来产业的趋势，因为高效率太阳能电池不仅仅是提升单位面积的发电瓦数，还可降低成本，也就是可以提升模块发电的附加价值。
其中一种高效率太阳能电池为背接触电池。背接触电池将受光面的电极全部移到背面，使得受光面的面积最大化，从而提高电池的转换效率，具有代表性的为美国的SUNPOWER。
另一种高效率太阳能电池是使用异质结的太阳能电池。异质结太阳能电池一般是在硅晶片上成长非晶硅(a-Si)的钝化层与非晶硅电极，其具有极低的表面复合速率，因此拥有很高的开路电压。
结合上述两项电池的优点，制作成背接触异质结太阳能，把电池电极制作到背面，并使用钝化能力很好的非晶硅层，可以实现更高的转换效率，目前同类型的电池转换效率已经超过26％，远远超过常规的单晶硅电池效率，非常具有市场前景。
然而，背接触异质结太阳能电池背面栅线面积所占电池总面积90％以上，制作成模组时背面采用透明背板对应的双面发电量与背面采用白色背板对应的单面发电量对比，发电量没有任何优势，因此市场上背接触电池背面都采用白色背板封装，只能单面发电。但是常规双面发电异质结太阳能电池背面栅线面积占电池总面积10％左右，背面采用透明背板作成模组后，背面可以额外增加10％-30％的发电量，因此背面发电非常可观。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种背面透光面积达到40％-90％，从而大幅提高电池背面发电量的双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，所述方法包括如下步骤：
提供制绒清洗形成绒面的N型或P型硅片；在硅片的背面依次镀第一本征非晶硅层、N型非晶硅层形成第一半导体层；在硅片的背面镀绝缘层；在硅片的背面局部区域通过湿法腐蚀或印刷蚀刻膏，腐蚀去除相应区域的绝缘层、N型非晶硅层、第一本征非晶硅层，形成正极的引出槽；通过清洗溶液清洗后，在硅片背面依次镀第二本征非晶硅层、P型非晶硅层，形成第二半导体层；在硅片的正面依次镀钝化膜层和一层透明减反层；在硅片的背面绝缘层局部区域通过湿法腐蚀或印刷蚀刻膏，腐蚀去除相应区域的P型非晶硅层、第二本征非晶硅层、绝缘层，形成负极的引出槽；通过清洗溶液清洗后，在硅片的背面镀一层透明导电膜层、一层种子铜层，种子铜层厚度为100-300nm；在硅片的背面绝缘层局部区域通过湿法腐蚀或印刷蚀刻膏，腐蚀去除相应区域的种子铜层、透明导电膜层，形成绝缘槽；通过清洗溶液清洗后，在硅片的背面印刷一层耐电镀油墨形成栅线图案；在硅片的背面栅线图案区域电镀铜，形成铜栅线电极；通过去膜蚀刻溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨及种子铜层，去膜液为碱性蚀刻液，可以分别去除耐电镀油墨及栅线区域外的种子铜。
进一步的，所述方法还包括包括步骤：在硅片的正面依次镀钝化膜层和一层透明减反层；所述钝化膜层为非晶硅或非晶硅和掺杂型非晶硅的组合，所述透明减反层为氮化硅、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，所述透明减反层通过PECVD或PVD沉积形成。
进一步的，所述第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、N型非晶硅层、P型非晶硅层厚度为1-15nm，所述非晶硅膜层通过PECVD或Hot-wire方式沉积形成。
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，所述透明导电膜层为金属氧化物，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，所述透明导电薄膜通过PVD沉积。
进一步的，所述湿法腐蚀方式为印刷保护油墨后通过腐蚀溶液去除非晶硅及绝缘层，所述腐蚀溶液为含HF的溶液、含盐酸的溶液、碱液中的至少一种，所述保护油墨为耐酸不耐碱油墨，油墨印刷后固化温度为100-200℃，固化时间为1-20M；所述印刷蚀刻膏方式的蚀刻膏可以腐蚀硅系薄膜、金属及透明导电薄膜，如：氮化硅、氧化硅、非晶硅、ITO、铜，反应温度为10-220℃，反应时间为3-30分钟，所述蚀刻膏通过调整反应温度或反应时间来控制蚀刻的深度。
进一步的，所述清洗溶液包含碱液、去离子水、含HF的溶液中的至少一种，清洗方式为浸泡、溢流、喷淋、超声中的一种。
进一步的，所述负极引出槽宽度为0.1-0.5mm，所述正极引出槽宽度为0.2-1mm，所述绝缘槽宽度为0.02-0.2mm，所述正极引出槽宽度大于负极引出槽宽度。
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0.005-0.05mm，印刷面积大于电池面积的40％。
进一步的，所述铜栅线包含铜栅线层和铜栅线保护层，所述铜栅线保护层为锡层或银层，所述铜栅线宽度为50-400um，厚度为5-50um。。
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：
1、本发明针对异质结热衰减的特性，第二半导体(即空穴收集极)的工艺制作发生在第一半导体(即电子收集极)之后，以保证之前制作的薄膜具有较高的热稳定性和较好的品质，提高生产产品的质量。
2、本发明通过先形成绝缘槽再形成铜栅线电极，使得铜栅线电极与绝缘槽可以单独调整所需要的宽度，调整铜栅线电极与绝缘槽保持较大的距离，从而实现背面较大的透光面积，进而提高电池背面的发电量，实现背面透光面积达到40％-90％，从而实现双面发电，大幅提高模组发电量。
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为本发明实施例1一种双面发电的背接触异质结太阳能电池背面结构示意图；
图2为本发明实施例1硅片的背面形成第一半导体结构示意图；
图3为本发明实施例1硅片的背面镀一层绝缘层结构示意图；
图4为本发明实施例1硅片的背面形成正极引出槽的结构示意图；
图5为本发明实施例1硅片背面形成第二半导体的结构示意图；
图6为本发明实施例1硅片正面形成钝化膜层和透明减反层的结构示意图；
图7为本发明实施例1硅片的背面印刷蚀刻膏形成负极引出槽的结构示意图；
图8为本发明实施例1硅片的背面镀透明导电膜层和种子铜层的结构示意图；
图9为本发明实施例1硅片的背面印刷蚀刻膏形成绝缘槽的结构示意图；
图10为本发明实施例1硅片的背面印刷一层耐电镀油墨形成栅线图案结构示意图；
图11为本发明实施例1硅片的背面栅线图案区域电镀铜，形成铜栅线电极结构示意图；
图12为本发明实施例1去除硅片背面的耐电镀油墨及种子铜结构示意图；
图13为本发明实施例2硅片的背面采用印刷保护油墨后湿法腐蚀形成负极引出槽的结构示意图；
图14为本发明实施例3硅片的背面采用印刷保护油墨后湿法腐蚀形成绝缘槽的结构示意图；
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1
如图2所示，提供制绒清洗形成绒面的N型硅片10；在所述硅片10的背面依次镀第一本征非晶硅层21、N型非晶硅层22形成第一半导体层，所述第一本征非晶硅层21、N型非晶硅层22厚度为7nm，所述非晶硅膜层通过PECVD方式沉积形成；如图3所示，在所述硅片10的背面镀一层绝缘层23，所述绝缘层23为氮化硅，厚度为800nm，所述绝缘层23通过PECVD沉积形成；如图4所示，在所述硅片10的背面局部区域通过印刷蚀刻膏，腐蚀去除相应区域的绝缘层23、N型非晶硅层22、第一本征非晶硅层21，形成正极引出槽3P，所述正极引出槽3P宽度为0.6mm，所述蚀刻膏反应温度为170℃，反应时间为5分钟；如图5所示，通过NaOH溶液、氨水/双氧水混合溶液、去离子水、5％HF溶液清洗，在硅片10背面依次镀第二本征非晶硅层31、P型非晶硅层32，形成第二半导体层，所述清洗方式为浸泡、溢流，所述第二本征非晶硅层31、P型非晶硅层32厚度为8nm，所述非晶硅膜层通过PECVD沉积形成；如图6所示，在所述硅片10的正面依次镀钝化膜层51、一层透明减反层52，所述钝化膜层51厚度为7nm，所述透明减反层52为氮化硅，厚度为110nm，所述钝化膜层51与透明减反层52通过PECVD沉积形成；如图7所示，在所述硅片10的背面绝缘层23局部区域通过印刷蚀刻膏，腐蚀去除相应区域的P型非晶硅层32、第二本征非晶硅层31、绝缘层23，形成负极引出槽2N，所述负极引出槽2N宽度为0.2mm，所述蚀刻膏反应温度为170℃，反应时间为10分钟；如图8所示，通过碱液、去离子水、HF溶液清洗，之后在所述硅片10的背面镀一层透明导电膜层41、一层种子铜层42，所述透明导电膜层41厚度为80nm，铜种子层42厚度为200nm，所述透明导电膜层41、铜种子层42通过PVD沉积形成；如图9所示，在所述硅片10的背面绝缘层23局部区域通过印刷蚀刻膏，腐蚀去除相应区域的种子铜层42、透明导电膜层41，形成绝缘槽4C，所述绝缘槽4C宽度为0.1mm；如图10所示，通过碱液、去离子水清洗，之后在所述硅片10的背面印刷一层耐电镀油墨6B形成栅线图案，所述耐电镀油墨固化温度为120℃，固化时间为5M，所述耐电镀油墨印刷宽度为0.5mm，印刷厚度为0.01mm；如图11所示，在所述硅片10的背面栅线图案区域电镀铜6N/6P，形成铜栅线电极；如图12所示，通过去膜蚀刻溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨6B及种子铜42，所述去膜蚀刻液为碱性蚀刻液，可以分别去除耐电镀油墨6B及栅线区域外的种子铜42。
实施例2：
与实施例1所不同的是，如图13所示，形成负极引出槽2N采用在硅片10的背面印刷保护油墨3B后湿法腐蚀的方式，所述保护油墨3B为耐酸不耐碱油墨，油墨固化温度为120℃，固化时间为10M，所述湿法腐蚀溶液为含金属催化剂的HF溶液，所述保护油墨3B通过碱液去除。
实施例3：
与实施例1所不同的是，如图14所示，形成绝缘槽4C采用在硅片的背面印刷保护油墨4B后再湿法腐蚀的方式，所述保护油墨4B为耐酸不耐碱油墨，油墨固化温度为120℃，固化时间为10M，所述湿法腐蚀溶液为盐酸与双氧水的混合溶液，腐蚀时间为1分钟，所述保护油墨4B通过碱液去除。
本发明采用上述技术方案，针对异质结热衰减的特性，第二半导体(即空穴收集极)的工艺制作发生在第一半导体(即电子收集极)之后，以保证之前制作的薄膜具有较高的热稳定性和较好的品质，提高生产产品的质量；通过先形成绝缘槽再形成铜栅线电极，使得铜栅线电极与绝缘槽可以单独调整所需要的宽度，调整铜栅线电极与绝缘槽保持较大的距离，从而实现背面较大的透光面积，进而提高电池背面的发电量，实现背面透光面积达到40％-90％，从而实现双面发电，大幅提高模组发电量。
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)
1.一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
提供制绒清洗形成绒面的N型或P型硅片；
在硅片的背面依次镀第一本征非晶硅层、N型非晶硅层形成第一半导体层；
在硅片的背面镀绝缘层；
在硅片的背面局部区域通过湿法腐蚀或印刷蚀刻膏，腐蚀去除相应区域的绝缘层、N型非晶硅层、第一本征非晶硅层，形成正极的引出槽；
通过清洗溶液清洗后，在硅片背面依次镀第二本征非晶硅层、P型非晶硅层，形成第二半导体层；
在硅片的背面绝缘层局部区域通过湿法腐蚀或印刷蚀刻膏，腐蚀去除相应区域的P型非晶硅层、第二本征非晶硅层、绝缘层，形成负极的引出槽；
通过清洗溶液清洗后，在硅片的背面镀一层透明导电膜层、一层种子铜层；
在硅片的背面绝缘层局部区域通过湿法腐蚀或印刷蚀刻膏，腐蚀去除相应区域的种子铜层、透明导电膜层，形成绝缘槽；
通过清洗溶液清洗后，在硅片的背面印刷一层耐电镀油墨形成栅线图案；
在硅片的背面栅线图案区域电镀铜，形成铜栅线电极；
通过去膜蚀刻溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨及种子铜。
2.根据权利要求1所述一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述方法还包括包括步骤：在所述硅片的正面依次镀钝化膜层和一层透明减反层；所述硅片正面的钝化膜层为非晶硅或非晶硅和掺杂型非晶硅的组合，透明减反层为氮化硅、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，所述透明减反层通过PECVD或PVD沉积形成。
3.根据权利要求1所述一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、N型非晶硅层、P型非晶硅层厚度为1-15nm，所述非晶硅膜层通过PECVD或Hot-wire方式沉积形成。
4.根据权利要求1所述一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，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所述一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述透明导电膜层为金属氧化物，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，所述透明导电薄膜通过PVD沉积。
6.根据权利要求1所述一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述湿法腐蚀方式为印刷保护油墨后通过腐蚀溶液去除非晶硅及绝缘层，所述腐蚀溶液为含HF的溶液、含盐酸的溶液、碱液中的至少一种，所述保护油墨为耐酸不耐碱油墨，油墨印刷后固化温度为100-200℃，固化时间为1-20M；所述印刷蚀刻膏方式的蚀刻膏可以腐蚀硅系薄膜、金属及透明导电薄膜，反应温度为10-220℃，反应时间为3-30分钟，所述蚀刻膏通过调整反应温度或反应时间来控制蚀刻的深度。
7.根据权利要求1所述一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述清洗溶液包含碱液、去离子水、含HF的溶液中的至少一种，清洗方式为浸泡、溢流、喷淋、超声中的一种。
8.根据权利要求1所述一种双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述负极引出槽宽度为0.1-0.5mm，所述正极引出槽宽度为0.2-1mm，所述绝缘槽宽度为0.02-0.2mm，所述正极引出槽宽度大于负极引出槽宽度。
9.一种权利要求1所述双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，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0.005-0.05mm，印刷面积大于电池面积的40％。
10.一种权利要求1所述双面发电的背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述铜栅线包含铜栅线层和铜栅线保护层，所述铜栅线保护层为锡层或银层，所述铜栅线宽度为50-400um，厚度为5-50um。
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