CN112563348B - 一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池电极金属化方法领域，具体涉及一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法为：在金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上采用丝网印刷得到背面第一细栅和主栅，其中，背面第一细栅和主栅相互垂直，然后在第一细栅对位印刷背面第二细栅，即得隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极，采用本发明方法制备得到的背面电极，本发明的背面电极光电转化效率高，制造成本低，适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池电极金属化方法领域，具体涉及一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法。
背景技术
隧穿氧化层钝化接触太阳能电池（Tunnel Oxide Passivated Contact，TOP Con太阳能电池）是一种使用超薄氧化层作为钝化层结构的太阳电池。2013年德国Fraunhofer研究所的Frank Feldmann博士首次报道了隧穿氧化层钝化接触电池概念。
隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面有一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，该结构为硅片的背面提供了良好的表面钝化，超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流。
隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的基板以N型硅基板为主，使用一层超薄的氧化层与掺杂的薄膜硅钝化电池的背面，其中背面氧化层厚度1.4nm，采用湿法化学生长，随后在氧化层之上，沉积20nm掺磷的非晶硅，之后经过退火重结晶并加强钝化效果。
隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的优点有：（1）优良的界面钝化能力；（2）有效的掺杂使得硅衬底中费米能级分离（高Voc）；（3）很强的多子输运能力。
隧穿氧化层钝化接触太阳能电池与HIT太阳能电池对比优点有：（1）光的寄生吸收损失降低；（2）Si薄膜电阻降低，缺陷态密度也较低；（3）Si/TCO的接触电阻降低。
氧化硅薄层对隧穿氧化层钝化接触钝化效果的影响，混合型硅薄膜结构能有效改善电池背表面的钝化效果，有较低的缺陷态密度，提高了其开路电压。
对于隧穿氧化层钝化接触结构（c-Si/SiOx/dopedpoly-Si），PECVD生长的a-Si经退火后能获得较好的钝化效果，然而非晶硅由于较高的H含量，容易出现起泡现象。
PECVD生长的μc-Si薄膜在退火过程中能够保持稳定，但是钝化效果略低。μc-Si/a-Si混合结构能抑制起泡，并且获得较高的钝化性能，少子寿命超过3.2ms，iVoc超过720mV。
发射极的表面钝化对电池性能至关重要，通过改善发射极的钝化，电池开路电压显著提高。
目前，在隧穿氧化层钝化接触太阳能电池行业中主要将银浆用做隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面电极，对隧穿氧化层钝化接触太阳能电池进行背面金属化，这是影响隧穿氧化层钝化接触太阳能电池光电转换效率的重要因素，因此银浆是生产隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的关键辅助材料，在进行隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面金属化的时，为了保证银浆具有较高的塑形效果，所需要的银浆中固含较高达到30-150wt%，制备生产隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的成本大幅度提高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种新的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极的制备方法，本发明在金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上先印刷一层银浆来保证所制备的太阳能电池具备较好的导电性能，该银浆的固含量为40-50%，降低了银的使用量，从而降低了制造成本，其次在第一次印刷的银浆上对位印刷铝浆制备隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极，用贱金属铝代替原来的部分银作为导体，进一步降低了制造成本，本发明的内容如下：
本发明的第一个目的在于提供一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法，其技术点在于：所述隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法如下：
（1）依次将N型硅片进行清洗、制绒→硼扩散处理制p+掺杂区→激光掺杂处理制P++激光重掺杂区→制备背面多晶硅钝化层→离子注入制n+掺杂区→退火处理→ALD沉积Al2O3层→正面PECVD处理制正面氮化硅减反膜→背面PECVD处理制背面氮化硅减反膜得到金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池；
（2）在（1）中制得的金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上采用丝网印刷银浆料，于200-250℃下烘干2.5-3min形成数条相互平行的背面第一细栅和数条相互平行的主栅，所述背面第一细栅和主栅相互垂直；
（3）然后在每条所述背面第一细栅上对位印刷铝浆料，于200-250℃下烘干2.5-3min，700-780℃烧结峰值温度烧结60-70s形成数条相互平行的背面第二细栅，所述背面第二细栅完全覆盖于所述背面第一细栅上。
在本发明的有的实施例中，本发明的一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法的（1）中的N型硅片的电阻率为0.5-15Ω·cm，厚度为140-180μm。
在本发明的有的实施例中，本发明的一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法的（2）中银浆料为烧穿型银浆料。
在本发明的有的实施例中，本发明的一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法的烧穿型银浆料中银的含量为40-50wt.%。
在本发明的有的实施例中，本发明的一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法的（2）中背面第一细栅的线宽为25-50μm，所述背面第一细栅的线高为3-5μm，相邻两个所述背面第一细栅距离为10-20mm。
在本发明的有的实施例中，本发明的一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法的所述（2）背面主栅的线宽为30-150μm，所述背面主栅的线高为3-5μm，相邻两个所述背面主栅的距离为25-35mm。
在本发明的有的实施例中，本发明的一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法的（3）背面第二细栅的线宽为50-100μm，所述背面第二细栅的线高为3-30μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的在金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上采用丝网印刷银浆料，烘干后形成数条相互平行的背面第一细栅和主栅，其中，背面第一细栅和主栅相互垂直，银浆直接与背面氮化硅减反膜接触，烧结后银浆与N型硅片形成欧姆接触，且形成的背面第一细栅产生的复合较低，可以提高太阳能电池的开压，如果采用原来的固含量80-90wt%的银浆进行印刷所印刷的浆料的线高过高，不利于后续工艺，因此本发明采用固含40-50wt%的银浆进行印刷形成第一细栅，使用该银浆在保证太阳能电池其他性能不变的前提下，有效的降低银浆的固含，节约成本。然后在每条所述背面第一细栅上对位印刷铝浆料，烘干后形成数条相互平行的背面第二细栅，在烘干后的金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面氮化硅减反膜上采用丝网印刷主栅浆料，烘干、烧结后得到相互平行的数条背面主栅即完成隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极的制备，在第一细栅上对位印刷铝浆料，铝浆在烧结的过程与第一细栅结合，产生的表面复合少，且铝浆的价格远远低于银浆，减少制造成本。
附图说明
图1为本发明的实施例1制备的背面细栅SEM图。
图2为本发明一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面的结构示意图。
1-正面氮化硅减反膜；
2-沉积Al2O3层；
3背面多晶硅钝化层；
4-P++激光重掺杂区；
5-p+掺杂区；
6-背面氮化硅减反膜；
7-n+掺杂区；
8-背面第二细栅；
9-背面第一细栅。
具体实施方式
一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法如下：
(1)依次将N型硅片（N型硅片的电阻率为0.5-15Ω·cm，厚度为140-180μm。）进行清洗、制绒→硼扩散处理制p+掺杂区5→激光掺杂处理制P++激光重掺杂区4→制备背面多晶硅钝化层3→离子注入制n+掺杂区7→退火处理→ALD沉积Al2O3层2→正面PECVD处理制正面氮化硅减反膜1→背面PECVD处理制背面氮化硅减反膜6得到金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池，隧穿氧化层钝化接触太阳能电池结构是在硅表面制备一层多晶硅钝化层，利用氧化硅的化学钝化和多晶硅层的场钝化作用可以显著降低硅表面的少子复合速率，同时高掺杂的多晶硅层可以显著改善多子的导电性能，有利于提高电池的开路电压和填充系数。相比于P型太阳能电池，N型电池具有光致衰减小耐金属杂质污染性能好、少数载流子扩散长度长等优点而被广泛应用。
(2)在（1）中制得的金属化前的隧穿氧化层6钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜6上采用丝网印刷烧穿型银浆料（银的含量为40-50wt.%），本发明使用的烧穿型银浆料在烧结的过程中与背面氮化硅减反膜6作用可以刻蚀掉氮化硅减反膜6与N型硅片形成欧姆接触，于200-250℃下烘干2.5-3min形成数条相互平行的背面第一细栅9和数条相互平行的主栅，背面第一细栅9和主栅相互垂直。
(3)然后在每条所述背面第一细栅9上对位印刷铝浆料，本发明在背面第一细栅9上对位印刷铝浆料用来导出N型硅片的电流，本发明的铝浆料需要与背面第一细栅9有较高的附着力且不会产生银铝复合，印刷铝浆料于200-250℃下烘干2.5-3min，700-780℃烧结峰值温度烧结60-70s形成数条相互平行的背面第二细栅8，背面第二细栅8完全覆盖于所述背面第一细栅9上。
上述的背面第一细栅9的线宽为20-50μm，背面第一细栅9的线高为3-5μm，由于本发明是在背面第一细栅上对位印刷背面第二细栅8，因此本发明的背面第一细栅9的线高不能高于5μm，当线高高于5μm时，对位印刷背面第二细栅时容易将第一细栅9压断，当背面第一细栅9的线高低于3μm时，背面第二细栅8在印刷的过程中容易出现断栅的现象，相邻两个背面第一细栅9距离为15mm。背面第二细栅8的线宽为60-70μm，背面第二细栅8的线高为3-30μm，当背面第二细栅8线高高于30μm时，背面第二细栅8与背面第一细栅9高度过高，背面主栅印刷在细栅上时容易断裂，当背面第二细栅8线高低于3μm时，背面第二细栅8对位印刷在背面第一细栅9上的时不能完全覆盖背面第一细栅线9，出现漏银的现象，不利于电流的收集。背面主栅的线宽为30-150μm，背面主栅的线高为3-5μm，相邻两个背面主栅的距离为25-35mm。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合实施例来详细说明本发明。
本发明所用的金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池为泰州中来光电科技有限公司制备的N型TopCon太阳能电池片，电池片的规格为156mm×156mm。
实施例1
一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法如下：
（1）依次将N型硅片（电阻率为8Ω·cm，厚度为160μm。）进行清洗、制绒→硼扩散处理制p+掺杂区→激光掺杂处理制P++激光重掺杂区→制备背面多晶硅钝化层→离子注入制n+掺杂区→退火处理→ALD沉积Al2O3层→正面PECVD处理制正面氮化硅减反膜→背面PECVD处理制背面氮化硅减反膜得到金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池。
（2）在（1）中制得的金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上采用丝网印刷烧穿型银浆料（银的含量为45wt.%），于225℃下烘干3min形成数条相互平行的背面第一细栅和数条相互平行的主栅，所述背面第一细栅和主栅相互垂直；背面第一细栅的线宽为40μm，所述背面第一细栅的线高为4μm，相邻两个所述背面第一细栅距离为15mm；背面主栅的线宽为90μm，所述背面主栅的线高为4μm，相邻两个所述背面主栅的距离为30mm。
（3）然后在每条所述背面第一细栅上对位印刷铝浆料，于225℃下烘干3min，740℃烧结峰值温度烧结65s形成数条相互平行的背面第二细栅，所述背面第二细栅完全覆盖于所述背面第一细栅上；背面第二细栅的线宽为70μm，所述背面第二细栅的线高为16μm。
实施例2
一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法如下：
（1）依次将N型硅片（电阻率为0.5Ω·cm，厚度为140μm。）进行清洗、制绒→硼扩散处理制p+掺杂区→激光掺杂处理制P++激光重掺杂区→制备背面多晶硅钝化层→离子注入制n+掺杂区→退火处理→ALD沉积Al2O3层→正面PECVD处理制正面氮化硅减反膜→背面PECVD处理制背面氮化硅减反膜得到金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池。
（2）在（1）中制得的金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上采用丝网印刷烧穿型银浆料（银的含量为40wt.%），于200℃下烘干3min形成数条相互平行的背面第一细栅和数条相互平行的主栅，所述背面第一细栅和主栅相互垂直；背面第一细栅的线宽为25μm，所述背面第一细栅的线高为3μm，相邻两个所述背面第一细栅距离为10mm；背面主栅的线宽为30μm，所述背面主栅的线高为3μm，相邻两个所述背面主栅的距离为25mm。
（3）然后在每条所述背面第一细栅上对位印刷铝浆料，于200℃下烘干3min，700℃烧结峰值温度烧结70s形成数条相互平行的背面第二细栅，所述背面第二细栅完全覆盖于所述背面第一细栅上；背面第二细栅的线宽为50μm，所述背面第二细栅的线高为3μm。
实施例3
一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法如下：
（1）依次将N型硅片（电阻率为15Ω·cm，厚度为180μm。）进行清洗、制绒→硼扩散处理制p+掺杂区→激光掺杂处理制P++激光重掺杂区→制备背面多晶硅钝化层→离子注入制n+掺杂区→退火处理→ALD沉积Al2O3层→正面PECVD处理制正面氮化硅减反膜→背面PECVD处理制背面氮化硅减反膜得到金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池。
（2）在（1）中制得的金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上采用丝网印刷烧穿型银浆料（银的含量为50wt.%），于250℃下烘干2.53min形成数条相互平行的背面第一细栅和数条相互平行的主栅，所述背面第一细栅和主栅相互垂直；背面第一细栅的线宽为50μm，所述背面第一细栅的线高为5μm，相邻两个所述背面第一细栅距离为20mm；背面主栅的线宽为150μm，所述背面主栅的线高为5μm，相邻两个所述背面主栅的距离为35mm。
（3）然后在每条所述背面第一细栅上对位印刷铝浆料，于250℃下烘干2.5min，780℃烧结峰值温度烧结60s形成数条相互平行的背面第二细栅，所述背面第二细栅完全覆盖于所述背面第一细栅上；背面第二细栅的线宽为100μm，所述背面第二细栅的线高为30μm。
实施例4
一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法如下：
（1）依次将N型硅片（电阻率为10Ω·cm，厚度为150μm。）进行清洗、制绒→硼扩散处理制p+掺杂区→激光掺杂处理制P++激光重掺杂区→制备背面多晶硅钝化层→离子注入制n+掺杂区→退火处理→ALD沉积Al2O3层→正面PECVD处理制正面氮化硅减反膜→背面PECVD处理制背面氮化硅减反膜得到金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池。
（2）在（1）中制得的金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上采用丝网印刷烧穿型银浆料（银的含量为42wt.%），于220℃下烘干3min形成数条相互平行的背面第一细栅和数条相互平行的主栅，所述背面第一细栅和主栅相互垂直；背面第一细栅的线宽为30μm，所述背面第一细栅的线高为4μm，相邻两个所述背面第一细栅距离为15mm；背面主栅的线宽为50μm，所述背面主栅的线高为4μm，相邻两个所述背面主栅的距离为28mm。
（3）然后在每条所述背面第一细栅上对位印刷铝浆料，于240℃下烘干2.5min，750℃烧结峰值温度烧结65s形成数条相互平行的背面第二细栅，所述背面第二细栅完全覆盖于所述背面第一细栅上；背面第二细栅的线宽为60μm，所述背面第二细栅的线高为5μm。
对比例1
本对比例隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法步骤（1）和步骤（3）同实施例1将步骤（2）中的“银含量为45wt.%的烧穿型银浆料”换成“银含量为85%的烧穿型银浆料”丝网印刷在金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上，于250℃下烘干3min得到背面第一细栅和主栅线，其余方法和步骤同实施例1。
对比例2
本对比例不分两步对位印刷形成背面第一细栅和背面第二细栅，直接采用“银含量为85%的烧穿型银浆料”印刷在金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上，于250℃下烘干3min得到背面细栅和主栅线，其余方法和步骤同实施例1。
实验例
根据浙江艾能聚光伏科技股份有限公司企业标准Q/ANJ-01：2019《晶体硅太阳能电池》，检测采用本发明实施例1-4和对比例1-2背面方法制备的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的电性能，检测结果见表1：
表1电池的电性能结果
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法，其特征在于：所述隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法如下：
(1)依次将N型硅片进行清洗、制绒→硼扩散处理制p+掺杂区→激光掺杂处理制P++激光重掺杂区→制备背面多晶硅钝化层→离子注入制n+掺杂区→退火处理→ALD沉积Al2O3层→正面PECVD处理制正面氮化硅减反膜→背面PECVD处理制背面氮化硅减反膜得到金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池；
(2)在(1)中制得的金属化前的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面氮化硅减反膜上采用丝网印刷银浆料，于200-250℃下烘干2.5-3min形成数条相互平行的背面第一细栅和数条相互平行的主栅，所述背面第一细栅和主栅相互垂直；
(3)然后在每条所述背面第一细栅上对位印刷铝浆料，于200-250℃下烘干2.5-3min，700-780℃烧结峰值温度烧结60-70s形成数条相互平行的背面第二细栅，所述背面第二细栅完全覆盖于所述背面第一细栅上；
所述银浆料中银的含量为40-50wt.％；
所述(2)中背面第一细栅的线宽为25-50μm，所述背面第一细栅的线高为3-5μm，相邻两个所述背面第一细栅距离为10-20mm。
2.根据权利要求1所述一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法，其特征在于：所述(1)中的N型硅片的电阻率为0.5-15Ω·cm，厚度为140-180μm。
3.根据权利要求1所述一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法，其特征在于：所述(2)中银浆料为烧穿型银浆料。
4.根据权利要求1所述一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法，其特征在于：所述(2)背面主栅的线宽为30-150μm，所述背面主栅的线高为3-5μm，相邻两个所述背面主栅的距离为25-35mm。
5.根据权利要求1所述一种隧穿氧化层钝化接触太阳能电池背面电极金属化方法，其特征在于：所述(3)背面第二细栅的线宽为50-100μm，所述背面第二细栅的线高为3-30μm。
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