CN111477694A - 一种背接触异质结太阳能电池及其制作方法 - 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及其制作方法，包括提供制绒清洗后的N型单晶硅片，依次设在硅片正面的钝化膜层、透明减反射层，设在硅片背面表面的本征非晶硅层，依次设在硅片背面N区本征非晶硅层表面的N型非晶硅层、透明导电膜层、种子铜层、铜栅线电极，依次设在硅片背面P区本征非晶硅层表面的P型非晶硅层、透明导电膜层、金属种子层、绝缘槽、铜栅线电极，设在硅片背面N/P分隔区非晶硅表面的透明导电膜层。本发明利用P型非晶硅耐腐蚀性能好的特点，将绝缘槽直接设置在P型非晶硅表面，可以大幅简化背接触异质结太阳能电池工艺流程，降低生产成本，提高生产良率，非常适合于大规模化量产。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅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及其制作方法。
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型半导体为指状交叉结构，为了将P型半导体和N型半导体绝缘开，一般会在P型非晶硅层、N型非晶硅之间沉积一层绝缘层。但是为了从P型半导体、N型半导体表面引出电极，需要将P型半导体和N型半导体表面的绝缘层去除干净，且不能损伤到底下的P型非晶硅层、N型非晶硅层，然后沉积一层透明导电膜层，之后在绝缘层上面通过将透明导电膜层绝缘开，最终实现N、P型半导体隔离开、单独引出电极的目的，制作工艺非常复杂，国内还没有实现量产。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种背接触异质结太阳能电池及其制作方法，使其工艺流程大幅简化，更适合大规模量产。
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，包括提供制绒清洗后的N型单晶硅片，依次设在硅片正面的钝化膜层、透明减反射层，设在硅片背面表面的本征非晶硅层，依次设在硅片背面N区本征非晶硅层表面的N型非晶硅层、透明导电膜层、种子铜层、铜栅线电极，依次设在硅片背面P区本征非晶硅层表面的P型非晶硅层、透明导电膜层、金属种子层、绝缘槽、铜栅线电极，设在硅片背面N/P分隔区非晶硅表面的透明导电膜层。
进一步的，所述制绒清洗后的硅片为双面形成金字塔绒面或正面形成金字塔绒面、背面为抛光面，金字塔大小为2-12um。
进一步的，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，透明减反射层为氮化硅、氮氧化硅、氟化镁、氧化铟锡、氧化硅、氧化铝、氧化锌中的至少一种，厚度为40-200nm，所述正面的钝化膜层、本征非晶硅层、N型非晶硅层、P型非晶硅层厚度为1-20nm。
进一步的，所述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，所述金属种子层为金属CU、Ni、NiCu、NiCr、氧化铟锡、掺铝的氧化锌中的至少一种。
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或银层，所述铜栅线宽度为50-400um，厚度为10-60um。
进一步的，所述N区宽度为0.1-0.3mm，P区宽度为0.5-1mm，N/P分隔区宽度为0.1-0.3mm，绝缘槽宽度为0.03-0.15mm。
一种所述背接触异质结太阳能电池的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：
提供双面制绒形成金字塔的N型单晶硅片；
通过CVD技术在电池正面沉积一层钝化膜层，在电池背面沉积一层本征非晶硅层；
通过CVD技术在电池背面沉积一层交叉排列的N型非晶硅与P型非晶硅层；
通过CVD技术在电池正面沉积透明减反射层；
通过PVD技术在电池背面沉积透明导电膜层及种子铜层；
在电池背面P区上的绝缘槽区域外形成一层保护层；
通过透明导电膜及金属蚀刻液，去除电池背面保护层区域外的的透明导电膜层及金属种子层；
清洗保护层后，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金属种子层。
进一步的，所述CVD技术为PECVD或Hot-wireCVD技术，沉积温度为160-260℃，所述交叉排列的N型非晶硅层与P型非晶硅层采用CVD微型腔室间隔沉积或采用掩膜板遮挡沉积形成。
进一步的，所述保护层采用印刷保护油墨或涂布光阻材料曝光显影方式形成，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。
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％。。
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：
本发明通过在电池背面非晶硅表面直接形成交叉排列的N型非晶硅层与P型非晶硅层，之后根据P型非晶硅耐腐蚀的特点，在P区表面形成N型半导体与P型半导体的绝缘槽；和现有技术相比，本发明不需要沉积绝缘层，同时去除了从N型非晶硅层与P型非晶硅层引出电极腐蚀绝缘层的步骤，大幅简化了工艺流程，非常适合于大规模化量产。
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1一种背接触异质结太阳能电池制绒清洗后双面形成金字塔绒面的结构示意图；
图3为本发明实施例1一种背接触异质结太阳能电池采用CVD技术在电池正面沉积一层钝化膜层，在电池背面沉积一层本征非晶硅层的结构示意图；
图4为本发明实施例1一种背接触异质结太阳能电池采用CVD技术在电池背面沉积一层交叉排列的N型非晶硅与P型非晶硅层的结构示意图；
图5为本发明实施例1一种背接触异质结太阳能电池采用CVD技术在电池正面沉积透明减反射层的结构示意图；
图6为本发明实施例1一种背接触异质结太阳能电池采用PVD技术在电池背面沉积透明导电膜层及种子铜层的结构示意图；
图7为本发明实施例1一种背接触异质结太阳能电池在电池背面P区上的绝缘槽区域外形成一层保护层的结构示意图；
图8为本发明实施例1一种背接触异质结太阳能电池通过透明导电膜及金属蚀刻液，去除电池背面保护层区域外的的透明导电膜层及金属种子层，清洗保护层后的结构示意图；
图9为本发明实施例1一种背接触异质结太阳能电池在硅片的背面印刷一层耐电镀油墨形成栅线图案的结构示意图；
图10为本发明实施例1一种背接触异质结太阳能电池在硅片的背面栅线图案区域电镀铜，形成铜栅线电极的结构示意图；
图11为本发明实施例1一种背接触异质结太阳能电池通过去膜蚀刻溶液，去除硅片背面的耐电镀油墨及金属种子层的结构示意图；
图12为本发明实施例2一种背接触异质结太阳能电池背面为抛光面，去除硅片背面的耐电镀油墨及金属种子层的结构示意图；
图13为本发明实施例1、实施例2中CVD间隔沉积N型非晶硅与P型非晶硅微型腔室结构示意图。
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1所示，提供双面制绒形成金字塔的N型单晶硅片10；如图2所示，采用CVD技术在硅片10正面、背面沉积一层本征非晶硅层21；如图3所示，采用CVD技术在硅片10背面沉积一层交叉排列的N型非晶硅2N与P型非晶硅层2P；采用CVD技术在硅片10正面沉积透明减反射层氮化硅24；采用PVD技术在硅片10背面沉积透明导电膜层(ITO)31及种子铜层32；在硅片10背面P区上的绝缘槽区34域外形成一层保护层33；通过ITO金属蚀刻液，去除硅片10背面保护层33区域外的的透明导电膜层31及金属种子层32；清洗保护层33后，在硅片10的背面印刷一层耐电镀油墨40形成栅线图案；在硅片10的背面栅线图案区域电镀铜，形成铜栅线电极41；通过去膜蚀刻溶液，去除硅片10背面的耐电镀油墨41及金属种子层32。
其中，所述所述制绒清洗后的硅片10金字塔大小为2-12um，所述透明减反射层氮化硅24厚度为1000nm，所述本征非晶硅层21、N型非晶硅层2N、P型非晶硅层2P厚度为10nm，所述透明导电膜层(ITO)厚度为10-200nm。所述种子铜层表面有用20nm厚度ITO做保护，CU厚度为200nm，所述铜栅线电极41包含铜栅线层和铜栅线保护层，所述铜栅线保护层为锡层，所述铜栅线宽度为200um，厚度为30um。所述N区宽度为0.2mm，P区宽度为0.8mm，N/P分隔区宽度为0.1mm，绝缘槽34宽度为0.05mm。所述CVD技术可以为PECVD技术，沉积温度为180-220℃。所述交叉排列的N型非晶硅层与P型非晶硅层采用CVD间隔沉积N型非晶硅与P型非晶硅微型腔室交叉沉积形成，如图13所示，由N/P隔离柱11隔离开的N腔与P腔。所述保护层33采用印刷保护油墨方式形成，所述保护油墨为耐酸不耐碱油墨，油墨固化温度为100℃，固化时间为5M，通过NAOH碱性溶液清洗去除。所述耐电镀油墨40印刷宽度为0.4mm，印刷厚度为0.01mm。
实施例2
如图12所示，与实施例1所不同的是，硅片背面为抛光面，N区、P区有做开槽，开槽深度H1为1-20um，N区与P区开槽边缘距离为W1，W1宽度为0.1-0.5mm，开槽处理有利于载流子收集。
实施例3
与实施例1所不同的是，交叉排列的N型非晶硅与P型非晶硅层采用掩膜板遮挡沉积形成。
综上所述，本发明通过在电池背面非晶硅表面直接形成交叉排列的N型非晶硅层与P型非晶硅层，之后根据P型非晶硅耐腐蚀的特点，在P区表面形成N型半导体与P型半导体的绝缘槽。和现有技术相比，本发明不需要沉积绝缘层，同时去除了从N型非晶硅层与P型非晶硅层引出电极腐蚀绝缘层的步骤，大幅简化了工艺流程，非常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，其特征在于：包括提供制绒清洗后的N型单晶硅片，依次设在硅片正面的钝化膜层、透明减反射层，设在硅片背面表面的本征非晶硅层，依次设在硅片背面N区本征非晶硅层表面的N型非晶硅层、透明导电膜层、种子铜层、铜栅线电极，依次设在硅片背面P区本征非晶硅层表面的P型非晶硅层、透明导电膜层、金属种子层、绝缘槽、铜栅线电极，设在硅片背面N/P分隔区非晶硅表面的透明导电膜层。
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：所述制绒清洗后的硅片为双面形成金字塔绒面或正面形成金字塔绒面、背面为抛光面，金字塔大小为2-12um。
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，透明减反射层为氮化硅、氮氧化硅、氟化镁、氧化铟锡、氧化硅、氧化铝、氧化锌中的至少一种，厚度为40-200nm，所述正面的钝化膜层、本征非晶硅层、N型非晶硅层、P型非晶硅层厚度为1-20nm。
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，所述金属种子层为金属CU、Ni、NiCu、NiCr、氧化铟锡、掺铝的氧化锌中的至少一种。
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或银层，所述铜栅线宽度为50-400um，厚度为10-60um。
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N区宽度为0.1-0.3mm，P区宽度为0.5-1mm，N/P分隔区宽度为0.1-0.3mm，绝缘槽宽度为0.03-0.15mm。
7.一种权利要求1所述背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括如下步骤：
提供双面制绒形成金字塔的N型单晶硅片；
通过CVD技术在电池正面沉积一层钝化膜层，在电池背面沉积一层本征非晶硅层；
通过CVD技术在电池背面沉积一层交叉排列的N型非晶硅与P型非晶硅层；
通过CVD技术在电池正面沉积透明减反射层；
通过PVD技术在电池背面沉积透明导电膜层及种子铜层；
在电池背面P区上的绝缘槽区域外形成一层保护层；
通过透明导电膜及金属蚀刻液，去除电池背面保护层区域外的的透明导电膜层及金属种子层；
清洗保护层后，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金属种子层。
8.根据权利要求7所述一种背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述CVD技术为PECVD或Hot-wireCVD技术，沉积温度为160-260℃，所述交叉排列的N型非晶硅层与P型非晶硅层采用CVD微型腔室间隔沉积或采用掩膜板遮挡沉积形成。
9.根据权利要求7所述一种背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述保护层采用印刷保护油墨或涂布光阻材料曝光显影方式形成，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。
10.根据权利要求7所述一种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％。
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