CN110896118A - 一种背接触异质结太阳能电池制作方法 - 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制作方法，其包括：提供N型硅片；在所述硅片的正面依次镀钝化膜层、增透层；在所述硅片的背面依次镀本征非晶硅层、P型非晶硅层；在所述硅片的背面形成蚀刻区域，移除蚀刻区域的本征非晶硅和P型非晶硅层；在硅片背面依次镀本征非晶硅层、N型非晶硅和绝缘层；在所述硅片的背面移除蚀刻区域的绝缘层、N型非晶硅层、本征非晶硅层；在所述硅片的背面移除蚀刻区域的绝缘层；在所述硅片的背面镀透明导电膜层；在所述硅片的背面去除印刷区域的透明导电膜层；在所述硅片的背面镀种子金属层；在所述硅片的背面栅线图案区域电镀铜，形成铜栅线电极；在铜栅线电极上镀金属锡层；去除耐电镀油墨及种子金属层。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种背接触异质结太阳能电池制作方法。
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。
其中背接触电池是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SUN POWER。
另一种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。比较有代表性的是日本Panasonic的HIT技术。
然而，背接触异质结太阳能电池技术不可避免地会有N型电子收集层(本征非晶硅和N型非晶硅叠层)和P型空穴收集层(本征非晶硅和P型非晶硅叠层)交叠的情况，如果N型电极(透明导电膜和金属种子层)或者P型电极(透明导电膜和金属种子层)和这个交叠区接触，会触发电池的内部短路机制，从而严重降低背接触电池的转换效率。因此有必要研发出一种新的背接触异质结太阳能电池来解决目前背接触异质结太阳能电池的不足。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种背接触异质结太阳能电池制作方法，其利于大规模化量产的良率和稳定性，同时提升了电池转换效率。
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案，
提供制绒清洗形成绒面的N型硅片；
在所述硅片的正面依次镀钝化膜层、增透层；
在所述硅片的背面依次镀本征非晶硅层、P型非晶硅层；
在所述硅片的背面通过丝网印刷第一层图形，确定蚀刻区域，通过保护油墨和化学腐蚀结合法、腐蚀性油墨反应法中的至少一种方法来移除蚀刻区域的本征非晶硅和P型非晶硅层直至硅片暴露；
通过清洗溶液清洗后，在硅片背面依次镀本征非晶硅层、N型非晶硅和绝缘层，所述绝缘层以全面积覆盖的方式制作；
在所述硅片的背面印刷第二层图形，确定蚀刻区域，通过保护油墨和化学腐蚀结合法、腐蚀性油墨反应法中的至少一种方法来移除蚀刻区域的绝缘层、N型非晶硅层、本征非晶硅层直至P型非晶硅层暴露；
在所述硅片的背面印刷第三层图形，绝缘层局部区域确定蚀刻区域，通过保护油墨和化学腐蚀结合法、腐蚀性油墨反应法中的至少一种方法来移除蚀刻区域的绝缘层，直至N型非晶硅层暴露；
在所述硅片的背面以全面积覆盖的方式镀透明导电膜层；
在所述硅片的背面绝缘层局部区域印刷蚀刻油墨层，反应后经过清洗去除印刷区域的透明导电膜层；
在所述硅片的背面镀种子金属层；
在所述硅片的背面印刷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；
在铜栅线电极上通过化学置换反应或通过电镀法在表面镀金属锡层；
通过去膜溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨及种子金属层。
优选的，硅片正面的钝化膜层为通过PECVD法、热丝法或N型掺杂扩散沉积形成的本征非晶硅层，或者本征非晶硅层和N型非晶硅层的组合，其中本征非晶硅层的厚度为1～15nm,N型非晶硅层的厚度为0～15nm。
优选的，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，所述增透层通过PECVD或PVD沉积形成。
优选的，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20～200nm，所述绝缘层通过PECVD或PVD沉积或水玻璃溶胶加热固化或油墨通过喷涂或者印刷的方法形成。
优选的，所述透明导电膜层为金属氧化物，为氧化铟锡薄膜、氧化铟薄膜，掺钛氧化铟，掺铝氧化锌、掺钨氧化铟薄膜中的至少一种，厚度为10～200nm，所述透明导电薄膜通过PVD沉积形成。
优选的，所述腐蚀性油墨反应法腐蚀透明导电膜层，其反应温度为80～220℃，反应时间为2～60分钟。
优选的，所述清洗方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种。
优选的，所述金属种子层为种子铜层，种子铜层厚度为70～300nm。
优选的，所述铜栅线宽度为10-400um，厚度为5-100um。
优选的，所述去膜溶液为碱性蚀刻液。
本发明采用以上技术方案，其制备的太阳能器件的工艺流程简单，通过采用增透层和绝缘层，以及增透层和绝缘层采用氮化硅作为主要材料进行绝缘隔离，在氮化硅层之上，和N型非晶硅电连接的透明导电膜，通过直接丝网印刷的方式与和P型非晶硅电连接的透明导电膜分开，因此消除了背接触电池的内部和外部的短路机制，非常有利于大规模化量产的良率和稳定性，同时提升了电池转换效率。
附图说明
下面结合附图对本发明进行进一步说明：
图1为本发明实施例硅片的正面镀钝化层、增透层，背面镀本征非晶硅层、P型非晶硅层后的结构示意图；
图2为本发明实施例硅片的背面用丝网印刷的方法形成第一层图形后的结构示意图；
图3为本发明实施例硅片的背面依次镀本征非晶硅层、N型非晶硅层及绝缘膜层的结构示意图；
图4为本发明实施例硅片的背面用丝网印刷的方法形成第二层图形后的结构示意图；
图5为本发明实施例硅片的背面印刷第三层图形，化学反应后移除蚀刻区的绝缘层后的结构示意图；
图6为本发明实施例通过薄膜沉积的方法在硅片的背面形成透明导电膜层后的结构示意图；
图7为本发明实施例硅片的背面绝缘层局部区域印刷蚀刻油墨，反应后经过清洗去除印刷区域的透明导电膜形成的结构示意图；
图8为本发明实施例硅片的背面形成金属种子层后的结构示意图；
图9为本发明实施例硅片的背面绝缘层局部区域印刷耐电镀油墨后的结构示意图；
图10为本发明实施例硅片的背面经过电镀形成栅线结构后的示意图；
图11为本发明实施例硅片通过去膜溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨形成的结构示意图；
图12为本发明实施例硅片通过喷淋或浸没方式经化学反应继续去除种子层形成的结构示意图。
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。
本发明公开了一种背接触异质结太阳能电池制作方法，其包括：
提供制绒清洗形成绒面的N型硅片；
在所述硅片的正面依次镀钝化膜层、增透层；
在所述硅片的背面依次镀本征非晶硅层、P型非晶硅层；
在所述硅片的背面通过丝网印刷第一层图形，确定蚀刻区域，通过保护油墨和化学腐蚀结合法、腐蚀性油墨反应法中的至少一种方法来移除蚀刻区域的本征非晶硅和P型非晶硅层直至硅片暴露；
通过清洗溶液清洗后，在硅片背面依次镀本征非晶硅层、N型非晶硅和绝缘层，所述绝缘层以全面积覆盖的方式制作；
在所述硅片的背面印刷第二层图形，确定蚀刻区域，通过保护油墨和化学腐蚀结合法、腐蚀性油墨反应法中的至少一种方法来移除蚀刻区域的绝缘层、N型非晶硅层、本征非晶硅层直至P型非晶硅层暴露；
在所述硅片的背面印刷第三层图形，绝缘层局部区域确定蚀刻区域，通过保护油墨和化学腐蚀结合法、腐蚀性油墨反应法中的至少一种方法来移除蚀刻区域的绝缘层，直至N型非晶硅层暴露；
在所述硅片的背面以全面积覆盖的方式镀透明导电膜层；
在所述硅片的背面绝缘层局部区域印刷蚀刻油墨层，反应后经过清洗去除印刷区域的透明导电膜层；
在所述硅片的背面镀种子金属层；
在所述硅片的背面印刷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；
在铜栅线电极上通过化学置换反应或通过电镀法在表面镀金属锡层；
通过去膜溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨及种子金属层。
具体的，可以采用以下实施方式：
如图1所示，提供制绒清洗形成绒面的N型硅片1，N型硅片1的厚度可在50微米到500微米之间。在所述硅片1的正面即向光面形成一层钝化层2，所述钝化层2为本征非晶硅21和N型非晶硅22的叠层。在所述钝化层2之上，又通过PVD或CVD薄膜积沉积的方法生长一层增透层3。这层增透层3也可以是几层薄膜的组合，总厚度在绒面上为40nm-300nm。所述增透层3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。在所述硅片1的背面依次镀本征非晶硅层4、P型非晶硅层5。
如图2所示，在所述硅片1的背面通过丝网印刷的方法覆盖保护油墨又或者是通过先印刷感光油墨再曝光的方法定义第一层图形，反应后经过清洗去除印刷蚀刻区域41的本征非晶硅层4和P型非晶硅层5，所述区域也可直接印刷酸性蚀刻油墨来移除4和5。所述蚀刻油墨可以同时腐蚀金属氧化物、氮化硅、氧化硅、非晶硅，通过加温烘烤反应，反应温度为80～220℃，反应时间为5～60分钟，印刷宽度为0.03～0.9mm。
如图3所示，通过清洗溶液清洗后，在硅片1背面依次镀非晶硅层6、N型非晶硅层7和绝缘层8。这个绝缘层可以是金属氧化物，氧化硅，氮化硅，氮氧化硅的一种或几种组合，优选CVD方法形成的氮化硅。这个绝缘层还可以是有机物涂层。
如图4所示，在所述硅片1的背面通过丝网印刷的方法覆盖保护油墨又或者是通过先印刷感光油墨再曝光的方法定义第二层图形，反应后经过化学清洗去除印刷蚀刻区域81的绝缘层8，区域81也可直接印刷酸性蚀刻油墨来移除绝缘层8。所述蚀刻油墨可以在室温或通过加温烘烤反应，反应温度为20～220℃，反应时间为5～60分钟，印刷宽度为0.03～0.9mm。利用以上反应形成的掩膜，可在蚀刻区域81继续用弱碱性溶液来移除非晶硅层6、N型非晶硅层7，直到P型非晶硅层5暴露。
如图5所示，在所述硅片1的背面通过丝网印刷的方法覆盖保护油墨又或者是通过先印刷感光油墨再曝光的方法定义第三层图形，反应后经过化学清洗去除印刷蚀刻区域71的绝缘层8。
如图6所示，在所述硅片1的背面镀透明导电膜层9。
如图7所示，在所述硅片1的背面区域印刷蚀刻油墨，反应后经过清洗去除印刷区域的透明导电膜层9，形成隔离带91，所述蚀刻油墨只腐蚀金属氧化物，反应温度为10～220℃，反应时间为5～60分钟，印刷宽度为0.03～0.20mm。
如图8所示，在所述硅片1的背面镀一层金属种子层10，优选PVD种子铜层，厚度为50～300nm。这个金属层也可以是金属镍Ni和铜Cu的组合，也可以是金属钛Ti和铜Cu的组合，又或者是氮化钛TiN和铜Cu的组合。这个种子层10也可通过银浆印刷的方法形成。
如图9所示，在所述硅片1的背面印刷一层耐电镀油墨11形成栅线图案，所述耐电镀油墨11印刷宽度为0.1～0.8mm，印刷厚度为3～50um。
如图10所示，在所述硅片1的背面栅线图案区域电镀铜，形成铜栅线电极12、13，所述铜栅线12和13包含铜栅线层和铜栅线保护层，所述铜栅线保护层为锡层，铜栅线80a、80b宽度为10-400um，厚度为5-50um。
如图11所示，通过去膜溶液，去除硅片1背面的耐电镀油墨11
如图12所示，再出去及栅线区域外的种子层材料10。
其中所述本征非晶硅层4、P型非晶硅层5、N型非晶硅层22厚度为1～20nm，所述非晶硅膜层通过PECVD沉积形成。所述透明导电膜层50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溅射，RPD或者ionplating沉积。所述保护或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。
本发明由于绝缘层的存在，除了导电性较弱的非晶硅层外，空穴收集极材料和电子收集极材料之间没有面接触，消除了内部短路机制。
另外本发明采用上述技术方案，通过采用印刷技术形成指状交叉排列的载流子收集层，适合于大规模化量产。
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制作方法，其特征在于，包括：
提供制绒清洗形成绒面的N型硅片；
在所述硅片的正面依次镀钝化膜层、增透层；
在所述硅片的背面依次镀本征非晶硅层、P型非晶硅层；
在所述硅片的背面通过丝网印刷第一层图形，确定蚀刻区域，通过保护油墨和化学腐蚀结合法、腐蚀性油墨反应法中的至少一种方法来移除蚀刻区域的本征非晶硅和P型非晶硅层直至硅片暴露；
通过清洗溶液清洗后，在硅片背面依次镀本征非晶硅层、N型非晶硅和绝缘层，所述绝缘层以全面积覆盖的方式制作；
在所述硅片的背面印刷第二层图形，确定蚀刻区域，通过保护油墨和化学腐蚀结合法、腐蚀性油墨反应法中的至少一种方法来移除蚀刻区域的绝缘层、N型非晶硅层、本征非晶硅层直至P型非晶硅层暴露；
在所述硅片的背面印刷第三层图形，绝缘层局部区域确定蚀刻区域，通过保护油墨和化学腐蚀结合法、腐蚀性油墨反应法中的至少一种方法来移除蚀刻区域的绝缘层，直至N型非晶硅层暴露；
在所述硅片的背面以全面积覆盖的方式镀透明导电膜层；
在所述硅片的背面绝缘层局部区域确定蚀刻区域通过保护油墨和化学腐蚀结合法、腐蚀性油墨反应法中的至少一种方法来去除印刷区域的透明导电膜层；
在所述硅片的背面镀种子金属层；
在所述硅片的背面印刷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；
在铜栅线电极上通过化学置换反应或通过电镀法在表面镀金属锡层；
通过去膜溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨及种子金属层。
2.根据权利要求1所述的背接触异质结太阳能电池制作方法，其特征在于：硅片正面的钝化膜层为通过PECVD法、热丝法或N型掺杂扩散沉积形成的本征非晶硅层，或者本征非晶硅层和N型非晶硅层的组合，其中本征非晶硅层的厚度为1～15nm,N型非晶硅层的厚度为0～15nm。
3.根据权利要求1所述的背接触异质结太阳能电池制作方法，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，所述增透层通过PECVD或PVD沉积形成。
4.根据权利要求1所述的背接触异质结太阳能电池制作方法，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20～200nm，所述绝缘层通过PECVD或PVD沉积或水玻璃溶胶加热固化或油墨通过喷涂或者印刷的方法形成。
5.根据权利要求1所述的背接触异质结太阳能电池制作方法，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、氧化铟薄膜，掺钛氧化铟，掺铝氧化锌、掺钨氧化铟薄膜中的至少一种，厚度为10～200nm，所述透明导电薄膜通过PVD沉积形成。
6.根据权利要求1所述的背接触异质结太阳能电池制作方法，其特征在于：所述腐蚀性油墨反应法腐蚀透明导电膜层，其反应温度为80～220℃，反应时间为2～60分钟。
7.根据权利要求1所述的背接触异质结太阳能电池制作方法，其特征在于：所述清洗方式为浸泡、喷淋、超声波、鼓泡中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的背接触异质结太阳能电池制作方法，其特征在于：所述金属种子层为种子铜层，种子铜层厚度为70～300nm。
9.根据权利要求1所述的背接触异质结太阳能电池制作方法，其特征在于：所述铜栅线宽度为10-400um，厚度为5-100um。
10.根据权利要求1所述的背接触异质结太阳能电池制作方法，其特征在于：所述去膜溶液为碱性蚀刻液。
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