CN111477695A - 一种正面无电极的太阳能电池片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正面无电极的太阳能电池片及其制备方法，简化了制备工艺且太阳能电池片具有较高的转换效率。该太阳能电池片，包括：P型硅基体；氧化物膜，其形成于所述P型硅基体的背面之上；多晶/非晶硅层，其形成于所述氧化物膜之上；背面钝化层，其形成于所述多晶/非晶硅层之上；N型掺杂氮化硅层，其形成于所述背面钝化层之上；P型电极；及N型电极；其中，P型硅基体具有重掺杂P型区域，P型电极依次穿过所述N型掺杂氮化硅层、所述背面钝化层、所述多晶/非晶硅层及所述氧化物膜以和所述P型硅基体的所述重掺杂P型区域形成欧姆接触，N型电极依次透过所述N型掺杂氮化硅层及所述背面钝化层以和所述多晶/非晶硅层形成欧姆接触。
Description
技术领域
本发明属于晶硅太阳能电池领域，涉及一种正面无电极的太阳能电池片及其制备方法。
背景技术
随着光伏技术的发展，现在的行业规模量产的电池结构基本都是正背面都有电极结构，正面金属化电极会遮挡太阳能光的入射造成光学损失的增加。为了解决这一问题，开发出了IBC(Interdigitated back contact)电池结构，该电池结构中正负电极均设置在电池的背面，正面没有电极，避免电池正面电极对入射光的光学遮挡。随着钝化接触技术的发展，在IBC电池基础上，背面电极采用钝化接触结构（氧化硅/多晶硅），该结构一定程度上降低了电池工艺难度，同时降低金属电极处的载流子复合进一步提升了电池转换效率。但该结构在工艺实现上存在以下问题。
第一、现有ICB电池结构采用价格高的n型硅片。目前n型硅片的价格远高于p型硅片，对于太阳能电池成本结构中，硅片成本是电池成本的多数，n型硅片进一步提高的电池的成本。
第二、 背面图形化设计工艺程序难度高。为实现背面n/p两种电池电极的存在，n/p区两种扩散区域的存在，电池工艺过程十分复杂。
第三、 绕镀问题解决难。目前氧化硅/多晶硅层钝化接触层通常通过低压力化学气相沉积法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD）制备获得，但该沉积方法在制备过程中存在绕镀，会沉积到电池另一面造成短路影响电池转换效率。为解决这一问题通常会在钝化接触层制备后再进行一次湿法刻蚀工艺对边缘进行湿法刻蚀隔离；或者事先在另外一面预先沉积一层氮化硅、碳化硅、氧化硅等掩膜层，但无论哪种方法在工艺上都增加了实现难度和制造成本，极大限制良率和产业应用推进速度；
第四， 光学寄生吸收大。钝化接触层中多晶硅/非晶硅层光学吸收系数高，在应用于电池表面时，因寄生吸收大的问题极大限制了电池转换效率提升幅度。为解决这一问题，行业通常采用较薄的多晶硅/非晶硅层。当采用较薄多晶硅层时，后期多晶硅掺杂较难控制，掺杂源容易穿透氧化硅层，破坏氧化硅钝化效率；同时由于掺杂源渗透进入硅基体表面会造成基体掺杂浓度上升，氧化硅层两边掺杂浓度差值缩小，载流子隧穿几率降低，造成接触电阻上升。
发明内容
针对上述技术问题中的至少一个，本发明旨在提供一种太阳能电池片及其制备方法，简化了制备工艺且太阳能电池片具有较高的转换效率。
为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案如下：
一种太阳能电池片，包括：
P型硅基体；
氧化物膜，其形成于所述P型硅基体的背面之上；
多晶/非晶硅层，其形成于所述氧化物膜之上；
背面钝化层，其形成于所述多晶/非晶硅层之上；
N型掺杂氮化硅层，其形成于所述背面钝化层之上；
P型电极；及
N型电极；
其中，所述P型硅基体具有重掺杂P型区域，所述P型电极依次穿过所述N型掺杂氮化硅层、所述背面钝化层、所述多晶/非晶硅层及所述氧化物膜以和所述P型硅基体的所述重掺杂P型区域形成欧姆接触，所述N型电极依次透过所述N型掺杂氮化硅层及所述背面钝化层以和所述多晶/非晶硅层形成欧姆接触。
在一实施例中，所述P型电极和所述N型电极交错设置且相互隔离，所述P型电极所占面积为所述太阳能电池片背面总面积的1~20%，所述N型电极所占面积大于所述P型电极所占面积。
优选地，所述P型电极具有第一本体和多个第一指状部，所述N型电极具有第二本体和多个第二指状部，所述第一本体和所述第二本体并列设置，至少部分的所述第一指状部和所述第二指状部位于所述第一本体和所述第二本体之间并交错设置，各所述第一指状部均与至少一个所述第二指状部相邻。
更优选地，所述第一指状部和/或所述第二指状部的长度大于所述第一本体和所述第二本体的间距的一半。
更优选地，所述第一本体及所述第二本体分别沿纵向延伸，所述第一指状部和所述第二指状部分别沿横向延伸。
在一实施例中，所述P型硅基体掺杂有硼或镓，所述重掺杂P型区域掺杂有硼、铝、镓、铟中的一种或多种，所述重掺杂P型区域的掺杂浓度大于所述P型硅基体其他区域的掺杂浓度。
在一实施例中，所述N型掺杂氮化硅层的掺杂元素为磷。
在一实施例中，所述氧化物膜为氧化硅膜；所述太阳能电池片还包括形成于所述P型硅基体之上的正面钝化层及形成在所述正面钝化层之上的减反射层。
本发明采用的另一种技术方案如下：
一种如上所述的太阳能电池片的制备方法，包括如下步骤：
A、在制绒后的硅片的背面制备氧化物膜；
B、在硅片的背面沉积多晶/非晶硅层；
C、在硅片的正面和背面分别沉积钝化层；
D、在硅片的正面沉积减反射层；
E、在硅片的背面沉积N型掺杂氮化硅层；
F、对所述N型氮化硅层、背面钝化层、所述多晶/非晶硅层及所述氧化物膜进行激光开槽形成图形化的开槽区域；
G、在所述开槽区域印刷P型电极浆料；
H、在硅片背面的非开槽区域印刷N型电极浆料；
I、烧结。
在一实施例中，所述制备方法还包括位于所述步骤E或所述步骤F后的退火步骤。
在一实施例中，所述步骤E中，在PECVD设备中沉积所述N型掺杂氮化硅层，在沉积过程中通入掺杂源气。
本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
本发明的太阳能电池片及其制备方法，通过N型掺杂氮化硅层，避免了绕镀清洗、掩膜等现象，简化了工艺，产能提升良率提升，成本下降。而且太阳能电池片由于正面没有电极的光学遮挡，转换效率大幅提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例的一种太阳能电池片局部的截面示意图；
图2为本发明实施例的一种太阳能电池片局部的背面示意图。
其中，
1、减反射层；2、正面钝化层；3、P型硅基体；31、重掺杂P型区域；4、氧化物膜；5、多晶/非晶硅层；6、背面钝化层；7、N型掺杂氮化硅层；8、P型电极；81、第一本体；82、第一指状部；9、N型电极；91、第二本体；92、第二指状部。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
本实施例提供一种太阳能电池片，其正面无电极，正面没有电极遮挡，避免对入射至太阳能电池片正面的光线产生遮挡。图1示出了该太阳能电池片局部的截面。参照图1所示，该太阳能电池片包括依次层叠的减反射层1、正面钝化层2、P型硅基体3、氧化物膜4、多晶/非晶硅层5、背面钝化层6以及掺杂氮化硅层7，该太阳能电池片还包括设置于背面的P型电极8及N型电极9。其中，所述P型硅基体3具有一或多个重掺杂P型区域31。P型电极8依次穿过N型掺杂氮化硅层7、背面钝化层6、多晶/非晶硅层5及氧化物膜4以和P型硅基体3的重掺杂P型区域31形成欧姆接触。N型电极9依次透过N型掺杂氮化硅层7及背面钝化层6以和多晶/非晶硅层5形成欧姆接触。
本实施例中，正面钝化层2为沉积形成于P型硅基体3正面上的氧化铝层，厚度为1~10nm；其还可以为氧化硅层。减反射层1为形成于正面钝化层2上的氮化硅减反射层1，厚度为40~150nm。P型硅基体3的电阻率为0.4~1.5Ω.cm，掺杂元素为硼或镓；其中形成有多个重掺杂P型区域31，掺杂元素为B、Al、Ga、In中的一种或多种，其掺杂浓度高于硅基体其他区域的掺杂浓度。氧化物膜4为形成于P型硅基体3背面的氧化硅膜，厚度为1~5nm。多晶/非晶硅层5形成于氧化物膜4上，厚度为10~80nm。N型掺杂氮化硅层7沉积形成于多晶/非晶硅层5上，掺杂元素为磷。P型电极8包括Al、Cu、Ag中的一种或多种。N型电极9包括Cu、Ag中的一种或两种。
图2示出了该太阳能电池片背面的局部。参照图2所示，所述太阳能电池片包括相互隔离的多个P型电极8及多个相互隔离的N型电极9；P型电极8和N型电极9交错设置且相互隔离。其中，P型电极8所占面积为太阳能电池片背面总面积的1~20%，N型电极9所占面积大于P型电极8所占面积。各P型电极8分别具有第一本体81和多个第一指状部82，各N型电极9分别具有第二本体91和多个第二指状部92。任意一个第一本体81至少和一个第二本体91相邻且并列设置，至少部分的第一指状部82和第二指状部92位于第一本体81和第二本体91之间并交错设置，各第一指状部82均与至少一个第二指状部92相邻，从而在太阳能电池背面形成叉指状交叉分布的电极。优选地，第一指状部82和/或第二指状部92的长度大于相邻的第一本体81和第二本体91的间距的一半，也就是说，第一指状部82或第二指状部92延伸至相邻的第一本体81和第二本体91间的大半距离。进一步地，第一本体81及第二本体91分别沿纵向延伸，第一指状部82和第二指状部92分别沿横向延伸。可以让载流子有效分离，同时降低载流子由细栅线传导到主栅线并对外输出的电阻损耗。
本实施例还提供一种太阳能电池片的制备方法，包括如下步骤：
A、在制绒后的硅片的背面制备氧化物膜4；
B、在硅片的背面沉积多晶/非晶硅层5；
C、在硅片的正面和背面分别沉积钝化层；
D、在硅片的正面沉积减反射层1；
E、在硅片的背面沉积N型掺杂氮化硅层7；
F、对N型氮化硅层、背面钝化层6、多晶/非晶硅层5及氧化物膜4进行激光开槽形成图形化的开槽区域；
G、在开槽区域印刷P型电极8的浆料；
H、在硅片背面的非开槽区域印刷N型电极9的浆料；
I、烧结。
所述步骤A具体实施如下：对制绒后的硅片进行热氧化，在管式热氧化炉中通入氧气和氮气混合气体，流量比为1:0.1至1:15，时间为5~30min，温度为650-800℃。
所述步骤B具体实施如下：管式LPCVD炉中，石英舟中硅片正面相靠插片，压强50mtorr~20torr，硅烷氩气混合气体，流量比为1:0至1:1，时间为5~30min，温度为650~800℃，沉积厚度为20~200nm。
该制备方法还包括位于步骤C之前的表面清洗步骤，以去除绕镀到硅片正面的多晶/非晶硅层。该步骤具体实施如下：将硅片正面朝下单面接触碱溶液（NaOH、KOH、TMAOH、氨水等碱溶液中），2~10min清洗到绕镀到正面的多晶/非晶硅层；再将硅片浸没入到HF酸溶液中2~10min，HF酸溶液体积百分比浓度为5-20%；然后用去离子水清洗1-5min。
所述步骤C具体实施如下：在ALD设备中对硅片的双面沉积氧化铝层，沉积厚度分别为1~10nm。
所述步骤D具体实施如下：在管式PECVD设备中沉积掺杂氮化硅层，反应气体为硅烷、氨气，流量比为1:6至1:15，沉积温度440℃至700℃，气压范围1600 Torr至1800 Torr，功率范围13000 W至25000 W，沉积折射率1.9 ~ 2.4、膜厚50 ~ 200 nm的掺杂氮化硅层。
所述步骤E具体实施如下：在管式PECVD设备中沉积掺杂氮化硅层，反应气体为硅烷、氨气，流量比为1:6:至1:15，沉积温度440℃至700℃，气压范围1600 Torr至1800 Torr，功率范围13000 W至25000 W，沉积折射率1.9 ~ 2.4、膜厚50 ~ 200 nm的掺杂氮化硅膜。在沉积过程中通入掺杂源气以实现掺杂，N型掺杂源可为磷等VA族元素的气体，具体可为磷烷、三氯氧磷等类似气体。
所述步骤F具体实施如下：使用激光开膜设备在硅片背面的拟形成P型电极的区域进行图形化的激光消融开膜，消融掉该区域的N型掺杂氮化硅层7、背面钝化层6、多晶/非晶硅层5及氧化物膜4，激光光斑直径20~70μm，激光光斑间距0~1μm。激光开模的图形参见图2中P型电极8所遮盖的区域
所述步骤G具体实施如下：通过丝网印刷在开膜区域印刷铝浆和银浆，其线性宽度大于激光光斑直径，具体为50-2000μm，印刷图形参见图2中P型电极8所处区域。
所述步骤H具体实施如下：通过丝网印刷在非开膜区域印刷银浆，其宽度为5-100μm，印刷图案参见图2中N型电极9所处区域。
所述步骤I具体实施如下：通过烧结炉在一定的烧结曲线下进行共烧。P型电极8区域形p++重掺杂层，即如图1所示的中掺杂区域；N型电极9烧穿N型掺杂氮化硅层7、背面钝化层6与多晶/非晶硅层5形成欧姆接触；同时，图1中掺杂氮化硅层7中的掺杂元素在烧结过程中穿透氧化铝层区域进行掺杂形成掺杂的多晶/非晶硅层5。
该制备方法还包括位于步骤E或步骤F后的退火步骤。本实施例中，步骤E之后执行退火步骤，步骤F之后执行退火步骤。退火步骤具体实施如下：在退火炉中，700-1100℃中退火5~30min，使得掺杂更加充分。
上述制备方法通过膜层掺杂技术，避免了绕镀清洗、掩膜等现象，大幅简化工艺，同时掺杂过程适用于更低厚度的多晶/非晶硅层。与现有技术相比，该太阳能电池片的制备方法极大地简化了工艺，由现有技术中的20步以上的工艺步骤，简化至10步左右，产能提升良率提升，成本大幅下降。而且太阳能电池片由于正面没有电极的光学遮挡，转换效率大幅提升。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池片，其特征在于，包括：
P型硅基体；
氧化物膜，其形成于所述P型硅基体的背面之上；
多晶/非晶硅层，其形成于所述氧化物膜之上；
背面钝化层，其形成于所述多晶/非晶硅层之上；
N型掺杂氮化硅层，其形成于所述背面钝化层之上；
P型电极；及
N型电极；
其中，所述P型硅基体具有重掺杂P型区域，所述P型电极依次穿过所述N型掺杂氮化硅层、所述背面钝化层、所述多晶/非晶硅层及所述氧化物膜以和所述P型硅基体的所述重掺杂P型区域形成欧姆接触，所述N型电极依次透过所述N型掺杂氮化硅层及所述背面钝化层以和所述多晶/非晶硅层形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池片，其特征在于：所述P型电极和所述N型电极交错设置且相互隔离，所述P型电极所占面积为所述太阳能电池片背面总面积的1~20%，所述N型电极所占面积大于所述P型电极所占面积。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池片，其特征在于：所述P型电极具有第一本体和多个第一指状部，所述N型电极具有第二本体和多个第二指状部，所述第一本体和所述第二本体并列设置，所述第一指状部自所述第一本体向相邻的所述第二本体延伸，所述第二指状部自所述第二本体向相邻的所述第一本体延伸，至少部分的所述第一指状部和所述第二指状部位于所述第一本体和所述第二本体之间并交错设置，各所述第一指状部均与至少一个所述第二指状部相邻。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池片，其特征在于：所述第一指状部和/或所述第二指状部的长度大于所述第一本体和所述第二本体的间距的一半。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池片，其特征在于：所述P型硅基体掺杂有硼或镓，所述重掺杂P型区域掺杂有硼、铝、镓、铟中的一种或多种，所述重掺杂P型区域的掺杂浓度大于所述P型硅基体其他区域的掺杂浓度。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池片，其特征在于：所述N型掺杂氮化硅层的掺杂元素为磷。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池片，其特征在于：所述氧化物膜为氧化硅膜；所述太阳能电池片还包括形成于所述P型硅基体之上的正面钝化层及形成在所述正面钝化层之上的减反射层。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的太阳能电池片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、在制绒后的硅片的背面制备氧化物膜；
B、在硅片的背面沉积多晶/非晶硅层；
C、在硅片的正面和背面分别沉积钝化层；
D、在硅片的正面沉积减反射层；
E、在硅片的背面沉积N型掺杂氮化硅层；
F、对所述N型氮化硅层、背面钝化层、所述多晶/非晶硅层及所述氧化物膜进行激光开槽形成图形化的开槽区域；
G、在所述开槽区域印刷P型电极浆料；
H、在硅片背面的非开槽区域印刷N型电极浆料；
I、烧结。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括位于所述步骤E或所述步骤F后的退火步骤。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述步骤E中，在PECVD设备中沉积所述N型掺杂氮化硅层，在沉积过程中通入掺杂源气。
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