CN111785812A - 太阳能电池结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池结构及其制备方法，包括：提供基底，于基底的第一表面依次形成第一本征层和背场；对背场的预定位置进行腐蚀，以于背场内形成凹槽，凹槽沿厚度方向贯穿背场以暴露出第一本征层的表面；于凹槽内和背场表面形成发射极。上述太阳能电池结构及其制备方法，通过在基底的第一表面上依次形成第一本征层和背场，并采用腐蚀的方式在背场的预定位置处进行腐蚀形成凹槽，通过控制腐蚀速率，使得腐蚀浆料仅能腐蚀背场，并停止于第一本征层的表面，然后在凹槽内和背场表面形成发射极，从而避免了采用掩膜板沉积形成发射极和背场时由于硅片存在的公差导致的掩膜板对位不准，提高了太阳能电池结构的精度。
Description
技术领域
本申请涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种太阳能电池结构及其制备方法。
背景技术
太阳能电池为将太阳光直接转换成电能的光伏(photovoltaic，PV)器件，电能被送往蓄电中存储起来，或直接用于推动负载工作。光伏太阳能电池的质量将直接决定整个太阳能发电系统的质量。
为了进一步提升太阳能电池的光电转换效率，消除正面栅线对入射太阳光的遮挡，IBC(Interdigitated back contact solar cell，叉指状背接触)技术和HIT(hetero-junction with intrinsic thin-layer，异质结)结合的HBC(Heterojunction backcontact，背接触异质结)技术成为业界研究的热点。其中HBC电池的实验室转换效率达到了26.7％的水平，是目前单结晶体硅电池的世界记录。在实验室技术中，常采用掩膜的方式包括光刻胶掩膜和掩膜板掩膜。光刻胶掩膜由于工艺流程复杂、生产成本高昂，无法应用于大规模量产。掩膜板掩膜的方式如下：首先将掩膜板与硅片对位并放置于硅片上，然后采用化学气相沉积的方式沉积形成背场，移除掩膜板后即可得到具有预设图形的背场。但发明人在实现传统技术的过程中发现，硅片存在公差(±0.25mm)，晶圆载盘和自动化放片也存在公差，导致掩膜板在与硅片对位时存在对位不准的问题，进而可能降低太阳能电池的产品良率。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中的掩膜板与硅片对位不准导致太阳能电池产品良率低的问题提供一种太阳能电池结构及其制备方法。
为了实现上述目的，本申请提供一种太阳能电池的制备方法，包括：
提供基底，于所述基底的第一表面依次形成第一本征层和背场；
对所述背场的预定位置进行腐蚀，以于所述背场内形成凹槽，所述凹槽沿厚度方向贯穿所述背场以暴露出所述第一本征层的表面；
于所述凹槽内和所述背场表面形成发射极。
在一个实施例中，对所述背场的预定位置进行腐蚀包括：
在所述背场的预定位置处印刷腐蚀浆料；
将印刷有腐蚀浆料的所述基底加热，通过控制腐蚀温度控制所述腐蚀速率，以使所述腐蚀浆料与所述背场反应并在所述预定位置处形成凹槽；
清洗并烘干太阳能电池结构。
在一个实施例中，所述腐蚀速率与腐蚀温度正相关，所述腐蚀温度为25℃～160℃，腐蚀时间为10s～600s，腐蚀速率为0.5nm/min～20nm/min
在一个实施例中，所述方法还包括：控制腐蚀浆料的用量控制所述腐蚀深度。
在一个实施例中，所述腐蚀浆料包括磷酸、焦磷酸、氯化铁、草酸、甲酸、酒石酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、乙酸的一种或多种。
在一个实施例中，在所述背场的预定位置处进行腐蚀之前包括：
采用摄像装置精确定位所述背场的所述预定位置，所述摄像装置的定位偏差为±6μm。
在一个实施例中，于所述基底的第一表面依次形成第一本征层和背场之前还包括：
于所述基底背离所述第一表面的第二表面上依次形成第二本征层和减反射膜层。
在一个实施例中，于所述凹槽内和所述背场表面形成发射极之后还包括：
于所述发射极表面形成透明导电层；
刻蚀所述透明导电层形成相互分离的正负电极。
在一个实施例中，所述第一本征层包括非晶硅基材料层，所述非晶硅基材料层的厚度为4nm～12nm。
一种太阳能电池结构，由前述方法制备而成。
上述太阳能电池结构及其制备方法，通过在基底的第一表面上依次形成第一本征层和背场，并采用丝网印刷的方式在背场上印刷刻蚀浆料，并通过腐蚀的方式在背场的预定位置处进行腐蚀形成凹槽，通过控制腐蚀速率，使得腐蚀浆料仅能腐蚀背场，并停止于第一本征层的表面。然后在凹槽内和背场表面形成发射极，由于丝网印刷的对位精度可以到±6μm，从而避免了采用掩膜板沉积形成发射极和背场时由于硅片存在的公差导致的掩膜板对位不准的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术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申请的一些实施例，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为一实施例中提供的太阳能电池的制备方法的流程图；
图2为一实施例中提供的太阳能电池的制备方法中步骤S10所得结构的截面结构示意图；
图3为又一实施例中提供的太阳能电池的制备方法的流程图；
图4为一实施例中提供的太阳能电池的制备方法中步骤S11所得结构的截面结构示意图；
图5为一实施例中提供的太阳能电池的制备方法中步骤S12所得结构的截面结构示意图；
图6为一实施例中提供的太阳能电池的制备方法中沉积第二本征层和减反射膜层所得结构的截面结构示意图；
图7为一实施例中提供的太阳能电池的制备方法中沉积透明导电层和金属电极线所得结构的截面结构示意图，其中，图7亦为本发明提供的太阳能电池结构的截面结构示意图。
附图标记说明：
附图标记说明：100-基底，200-第一本征层，300-背场，310-凹槽，400-发射极，500-第二本征层，600-减反射膜层，700-电极，800-金属电极。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻，或者可以存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本发明的范围。
请参阅图1，本发明提供一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
S10：提供基底，于基底的第一表面依次形成第一本征层和发射极；
S11：对背场的预定位置进行腐蚀，以于背场内形成凹槽，凹槽沿厚度方向贯穿背场以暴露出第一本征层的表面；
S12：于凹槽内和发射极表面沉积背场。
上述太阳能电池的制备方法，通过在基底100的第一表面上依次形成第一本征层200和背场300，并采用腐蚀的方式在背场300的预定位置处进行腐蚀形成凹槽310，通过控制腐蚀速率，使得腐蚀浆料仅能腐蚀背场300，并停止于第一本征层200的表面，然后在凹槽310内和背场300表面形成发射极，从而避免了采用掩膜板沉积形成发射极和背场300时由于硅片存在的公差导致的掩膜板对位不准，提高了太阳能电池结构的精度。
在一个示例中，如图2所示，步骤S10中，提供的基底可以是单晶硅片100。为了提高太阳能电池的光电转换效率，单晶硅片100可以是N型单晶硅片。在制作N型硅片时，首先对硅片进行制绒，以去除硅片切割过程中的表面损伤，增加电池片表面面积，形成陷光结构，使得入射光在硅片表面进行多次反射和折射，增加光的吸收率，降低反射率，有助于提高太阳能电池的性能。制绒后对N型单晶硅片进行清洗，以去除吸附在单晶硅片表面的油污、金属杂质等，提高太阳能电池的可靠性。然后在单晶硅片100的第一表面依次形成第一本征层200和背场300。具体地，本实施例中可以采用化学气相沉积法(PECVD或者HWCVD)依次在N型单晶硅片100上形成第一本征层200和背场300。其中，第一本征层200可以是非晶硅基薄膜层，例如：非晶硅、非晶硅氧、非晶硅碳等，厚度可以为4nm～12nm，例如4nm、8nm、10nm或12nm。背场300可以是高掺杂的硅基薄膜，具体可以为N型掺杂硅基薄膜厚度为5nm-30nm，例如5nm、10nm、15nm、20nm、25nm或30nm。优选地，背场300可以是N型微晶硅氧薄膜，优选厚度为15-30nm。可以理解的是，不同的背场材料，需要选择不同的腐蚀浆料和腐蚀工艺。
在一个示例中，在步骤S11中，预定位置为需要形成发射极的位置。如图3所示，在背场的预定位置处进行腐蚀包括：
S110：在背场的预定位置处印刷腐蚀浆料。本实施例中可采用丝网印刷法在背场的预定位置处印刷腐蚀浆料，将丝网印刷单元覆盖在背场300表面，并采用摄像装置采集基底100和丝网印刷单元的图像，根据目标位置和采集到的图像调整丝网印刷单元的位置，使得腐蚀浆料可以印刷于预定位置处。其中，摄像装置可以为CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)相机，摄像装置的定位偏差仅为±6μm。在预定位置处将腐蚀浆料涂抹于丝网印刷单元上，腐蚀浆料透过丝网印刷单元的网孔，并附着在背场300表面。
S111：将印刷有腐蚀浆料的基底加热，通过控制腐蚀温度控制腐蚀速率，以使腐蚀浆料与背场反应，并在预定位置处形成凹槽。如图4所示，通过对基底施加一定的温度使得腐蚀浆料与背场300发生反应，并在背场300上形成凹槽310，凹槽310暴露出第一本征层200的表面。腐蚀浆料可以是磷酸、焦磷酸、氯化铁、草酸、甲酸、酒石酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、乙酸中的一种或多种。优选与背场材料反应速度较快，且与第一本征层材料反应较慢甚至不反应的腐蚀浆料配方。通过控制腐蚀浆料的腐蚀温度控制腐蚀速率，使得腐蚀浆料仅与背场300发生反应而不会与第一本征层200发生反应。本实施例中，腐蚀速率与腐蚀温度正相关，通过控制腐蚀温度和腐蚀时间可控制腐蚀速率，进而控制腐蚀深度。其中，背场的厚度为12nm～13nm，例如可以是12nm，12.5nm或13nm，腐蚀温度可以为25℃～160℃，例如25℃，50℃，75℃，100℃，130℃或160℃，腐蚀时间可以为10s～600s，例如10s，165s，310s，470s或600s等，腐蚀速率为0.5nm/min～20nm/min，例如0.5nm/min、10nm/min或20nm/min。需要说明的是，腐蚀浆料内的酸浓度越大、腐蚀温度越高则工艺所需要的腐蚀时间越短。但是腐蚀速度太快，不利于生产过程的控制，因此本实施例可通过合理控制腐蚀速率来控制生产过程。
S112：清洗并烘干样品。具体地，可以用纯水清洗样品，也可以用弱碱性溶液清洗样品，弱碱性溶液可以是氨水溶液、氢氧化钠溶液、碳酸铵溶液中的一种或多种。清洗后对样品进行烘干，以便于后续沉积发射极。
进一步地，还可通过同时控制腐蚀浆料的用量控制腐蚀深度，防止腐蚀浆料腐蚀第一本征层200，对硅片表面的钝化性能造成损伤。具体地，可以通过控制丝网印刷单元的厚度、纱厚和开口等控制腐蚀浆料的用量，其中，腐蚀浆料的用量等于膜厚加上纱厚与开口率之积，通过控制腐蚀浆料的用量使得腐蚀浆料的量仅能够与背场300发生反应而无法与第一本征层200发生反应。
在一个示例中，如图5所示，在步骤S12中，可以通过化学气相沉积法或物理气相沉积法在凹槽310内和背场300的表面沉积形成发射极400，发射极400的材料可是P型非晶硅或P型微晶硅，进而在发射极400和背场300的接触面形成NP隧穿结，由此实现载流子的传输。优选地，发射极400可以为P型微晶硅，厚度为15nm-30nm，以提高电池np结的隧穿性能，进而提高电池的填充因子和光电转换效率。
在一个示例中，如图6所示，步骤S10在基底100的第一表面依次形成第一本征层200和背场300之前还包括在基底100相对第一表面的第二表面上依次形成第二本征层500和减反射膜层600。具体地，可以采用化学气相沉积法或物理气相沉积法在基底100的第二表面形成第二本征层500和减反射膜层600。第二本征层500可以为本征非晶硅薄膜(a-Si:H)或本征非晶硅氧合金薄膜(a-SiOx:H)，减反射面膜层600可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅，可降低太阳光在电池表面的反射损失，增加电池的光吸收率。
在一个示例中，如图7所示，在步骤S12于凹槽内和背场表面形成发射极之后还包括，在发射极400表面形成透明导电层，刻蚀透明导电层形成电极700。本实施例中可采用化学气相沉积法或磁控溅射法在发射极400表面形成透明导电层，透明导电层可以是TCO(Transparent Conductive Oxide，透明导电氧化物)膜，例如ITO(氧化铟锡)薄膜、FTO(氟掺杂氧化锡)薄膜或AZO(铝掺杂氧化锌)薄膜，优选地，可以为AZO薄膜，AZO薄膜透过率高且电阻率低，还可降低制造成本。可采用激光刻蚀法或湿法刻蚀法刻蚀透明导电层形成多个正负电极700，相邻两正负电极700之间通过沟槽隔离。
进一步地，在发射极400表面形成透明导电层后还包括在透明导电层上形成金属电极800。具体地，通过丝网印刷的方式在透明导电层上印刷低温银浆形成金属电极800。
也可以先印刷低温银浆形成金属电极800，然后采用激光刻蚀法或湿法刻蚀刻蚀透明导电层，将电池的正负电极进行绝缘隔离。
在上述示例中，通过在基底100的第一表面上依次形成第一本征层200和背场300，并采用腐蚀的方式在背场300的预定位置处进行腐蚀形成凹槽310，通过控制腐蚀速率，使得腐蚀浆料仅能腐蚀背场300，并停止于第一本征层200的表面，然后在凹槽310内和背场300表面形成发射极，从而避免了采用掩膜板沉积形成发射极和背场300时由于硅片存在的公差导致的掩膜板对位不准，提高了太阳能电池结构的精度。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
请继续参阅图7，本发明还提供一种太阳能电池结构，采用前述方法制成，包括：基底100，依次设置于基底100第一表面上的第一本征层200和背场300。背场300具有凹槽，发射极400填充凹槽并覆盖背场300表面。具体地，基底100可以是N型单晶硅片。第一本征层200可以是非晶硅基材料层，例如：非晶硅、非晶硅氧、非晶硅碳等，厚度可以为4nm～12nm，例如4nm、8nm、10nm或12nm。背场300可以是高掺杂的硅基薄膜，具体可以为N型掺杂硅基薄膜。发射极400的材料可是P型非晶硅或P型微晶硅，优选地，可以为P型微晶硅或者P型微晶硅氧薄膜，以提高电池的开路电压，进而提高电池的转换效率，在发射极400和背场300的接触面形成NP隧穿结，由此实现载流子的传输。发射极400上设置有电极700，相邻电极700之间通过沟槽隔离，电极可以是TCO膜，例如ITO薄膜、FTO薄膜或AZO薄膜，优选地，可以为AZO薄膜，AZO薄膜稳定性好，透过率高且电阻率低，还可降低制造成本。每个电极700上均设置有金属电极800，金属电极800的材料可以是铜或银。在基底100相对于第一表面的第二表面上还依次设置有第二本征层500和减反射膜层600。其中，第二本征层500可以为本征非晶硅薄膜(a-Si:H)或本征非晶硅氮合金薄膜(a-SiNx:H)，减反射面膜层600可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛或五氧化二钽，可降低太阳光在电池表面的反射损失，增加电池的光吸收率。
上述实施例提供的太阳能电池结构通过采用腐蚀的方式在背场300的预定位置处进行腐蚀形成凹槽310，通过控制腐蚀速率，使得腐蚀浆料仅能腐蚀背场300，并停止于第一本征层200的表面，然后在凹槽310内和背场300表面形成发射极400，从而避免了采用掩膜板沉积形成发射极400和背场300时由于硅片存在的公差导致的掩膜板对位不准，提高了太阳能电池结构的精度。
上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供基底，于所述基底的第一表面依次形成第一本征层和背场；
对所述背场的预定位置进行腐蚀，以于所述背场内形成凹槽，所述凹槽沿厚度方向贯穿所述背场以暴露出所述第一本征层的表面；
于所述凹槽内和所述背场表面形成发射极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，对所述背场的预定位置进行腐蚀包括：
在所述背场的预定位置处印刷腐蚀浆料；
将印刷有腐蚀浆料的所述基底加热，通过控制腐蚀温度控制所述腐蚀速率，以使所述腐蚀浆料与所述背场反应并在所述预定位置处形成凹槽；
清洗并烘干太阳能电池结构。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述腐蚀速率与腐蚀温度正相关，所述腐蚀温度为25℃～160℃，腐蚀时间为10s～600s，腐蚀速率为0.5nm/min～20nm/min。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，还包括：控制腐蚀浆料的用量控制所述腐蚀深度。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述腐蚀浆料包括磷酸、焦磷酸、氯化铁、草酸、甲酸、酒石酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、乙酸的一种或多种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述背场的预定位置处进行腐蚀之前包括：
采用摄像装置精确定位所述背场的所述预定位置，所述摄像装置的定位偏差为±6μm。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，于所述基底的第一表面依次形成第一本征层和背场之前还包括：
于所述基底背离所述第一表面的第二表面上依次形成第二本征层和减反射膜层。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，于所述凹槽内和所述背场表面形成发射极之后还包括：
于所述发射极表面形成透明导电层；
刻蚀所述透明导电层形成相互分离的正负电极。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一本征层包括非晶硅基材料层，所述非晶硅基材料层的厚度为4nm～12nm。
10.一种太阳能电池结构，其特征在于，其通过权利要求1-9中任一项所述的方法制备而成。
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