CN112670368A

CN112670368A - 用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池

Info

Publication number: CN112670368A
Application number: CN201910979683.2A
Authority: CN
Inventors: 吕锦滇; 林纲正; 陈刚
Original assignee: Zhejiang Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本公开涉及用于制造太阳能电池的方法，包括：提供由半导体材料构成的基底，基底具有第一类型；通过扩散技术在基底的正面形成具有第二类型的第一半导体区域，第二类型与第一类型相反；在基底的背面提供钝化膜；对基底的背面进行激光开槽，使得在钝化膜处形成多个开槽区域，其中在每个开槽区域的宽度内包括交替布置的第一部分和第二部分，第一部分表示以激光光斑对开槽区域进行开槽的部分，第二部分表示不以激光光斑对开槽区域进行开槽的部分；在基底的正面提供正电极，使得正电极与具有第二类型的第一半导体区域接触；以及述基底的背面提供背电极，使得背电极通过开槽区域与具有第一类型的基底接触。

Description

用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池

技术领域

本公开的各实施例涉及太阳能电池领域，具体地涉及一种用于制造太阳能电池的方法和相应的太阳能电池。

背景技术

目前晶体硅太阳能电池大多数以P型硅片为基底材料，P型电池在实际环境中经过光照后电池效率会发生极大的衰减，绝对效率会降低至1-2％，即所谓的光致衰减(LID：Light induced degradation)。

光致衰减现象最早在1973年由Fishcher等人发现，并同时研究在黑暗条件下对电池加正向偏压，也会发生电池效率衰减，即所谓的电致衰减(CID：Current induceddegradation)。

光致衰减常作为太阳能电池品质检测的一个标准，而电致衰减则极少作为标准。但是太阳能电池的光致衰减过程经常受到天气等因素的影响，所以电致衰减的检测逐渐被广大研究人员所认可，并探究其机理。

电致衰减一方面类似光致衰减，证实是由于硅片中导入过剩载流子使硅片中形成复合中心，即著名的B-O缺陷体或金属杂质缺陷。由于目前对电致衰减的检测条件为小注入情况，温度为100度左右，与多晶电池的光热衰减(LETID：Light and elevatedtemperature induced degradation)测试温度类似。目前广大科研人员针对此类衰减提出机理：其一，由过量H产生杂质复合中心(正面介质膜H含量)；其二，硅片基底内金属杂质(Cu、Fe、Ni等)复合中心；其三，即上述B-O缺陷复合体；其四，背膜钝化衰减现象。

发明内容

本公开的实施例提供了一种用于制造太阳能电池的方法和相应的太阳能电池。

在本公开的第一方面，提供了一种用于制造太阳能电池的方法。该方法包括：提供由半导体材料构成的基底，基底具有第一类型；通过扩散技术在基底的正面处形成具有第二类型的第一半导体区域，第二类型与第一类型相反；在基底的背面提供钝化膜；对基底的背面进行激光开槽，使得在钝化膜处形成多个开槽区域，其中在每个开槽区域的宽度内包括交替布置的第一部分和第二部分，第一部分表示以激光光斑对开槽区域进行开槽的部分，第二部分表示不以激光光斑对开槽区域进行开槽的部分；在基底的正面提供正电极，使得正电极与具有第二类型的第一半导体区域接触；以及述基底的背面提供背电极，使得背电极通过开槽区域与具有第一类型的基底接触。

在本公开的第二方面，提供了一种太阳能电池。该太阳能电池通过根据本公开第一方面的方法制造。

在本公开的第三方面，提供了一种太阳能电池。该太阳能电池包括：由半导体材料构成的基底，基底具有第一类型；位于基底正面的第一半导体区域，第一半导体区域具有与第一类型相反的第二类型；正电极，正电极与第一半导体区域接触；位于基底背面的钝化膜，钝化膜包括多个开槽区域，其中在每个开槽区域的宽度内包括交替布置的第一部分和第二部分，第一部分表示以激光光斑对开槽区域进行开槽的部分，第二部分表示不以激光光斑对开槽区域进行开槽的部分；以及背电极，背电极通过开槽区域与基底接触。

提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的关键特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

在此提供本文所描述的附图，用以进一步解释本公开，并构成本公开的一部分。本公开的示例性实施例及其描述用于解释本公开，而并非不恰当地限制本公开。

图1示出了根据本公开的实施例的太阳能电池的侧剖面图；

图2示出了根据本公开的太阳能电池的背侧平面图；

图3示出了根据本公开的用于制造太阳能电池的方法的流程图；

图4示出了根据本公开的用于制造太阳能电池的开槽线的示意图；

图5示出了根据本公开的太阳能电池的第一实施例与常规工艺制造的太阳能电池的电致衰减值变化的箱线图；以及

图6示出了根据本公开的太阳能电池的第二实施例与常规工艺制造的太阳能电池的电致衰减值变化的箱线图。

在整个附图中，相同或相似的附图标记用于表示相同或相似的元件。

具体实施方式

以下结合一些实施例更详细地阐释本公开的技术方案。应当理解，这些实施例仅是为了更好地说明和理解本公开，而不是对本公开的限制。本领域技术人员在以下给出的实施例的基础上，可以对实施例的特征进行任意的组合和调整，这些都应当属于本公开的保护范围。

在本公开中，术语“包括”及其各种变体应理解为开放式术语，其表示“包括但不限于”。术语“基于”应理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”应理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其它实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下文中还可能包括对其他术语的明确或隐含的定义。除非另有说明，术语的含义在本公开的上下文中是一致的。

如开头部分所述，太阳能电池的电致衰减正在逐渐作为评价太阳能电池品质的新标准。为此，提出了对降低太阳能电池电致衰减的需求。

为满足上述需求，目前可以采用低氧高少子寿命的硅片、掺镓片或者制备N型电池等，但这些材料会增加成本，不利于量产。目前产业化中，还存在通过带入链式光注入再生及电注入再生设备来降低B-O复合缺陷造成的电池衰减。

发明人发现：为了降低电池电致衰减，通过有效降低背膜损伤，提高背膜稳定性及减少背膜H溢出，实现对缺陷及悬挂键更好的钝化效果。

与传统的背膜激光工艺相比，经改进的背膜激光工艺能够通过降低激光开槽面积及实虚调控，进而提高背膜钝化效果，降低电池衰减，有效提高了电池对环境的耐受性。该方法操作简单，易推广，可以产业化的降低太阳能电池、特别是单晶PERC双面电池的电致衰减。

以下以PERC双面电池为例描述本公开的实施例。应当理解，本公开的实施例不限于此，而是能够适用于其他类型的太阳能电池。

图1示出了根据本公开的实施例的太阳能电池的侧剖面图。太阳能电池100包括由半导体材料构成的基底1。基底1例如可以是P型的单晶硅片。当然，基底1也可以是其他类型的半导体材料。在基底1上方，设置有N型的第一半导体区域2。由此，在基底1与第一半导体区域2之间的接触面区域形成PN结。当光线照射太阳能电池100表面时，一部分光子被半导体材料(这里为硅材料)吸收。光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在PN结两侧集聚形成了电位差。当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质就是光子能量转换成电能的过程。因此，为了将太阳能电池100产生的电能输出到外部电路，多个正电极3布置在基底1上方并且与第一半导体区域2接触，而在基底1下方设置有多个背电极5。

为了降低硅片背面复合，在基底1的下方提供有钝化膜4。该钝化膜4例如可以通过Al2O3/SiNx沉积来形成。该钝化膜4包括多个开槽区域6(图1中虚线所示)，使得背电极5能够通过开槽区域6而与基底1接触。其中，如果开槽区域6的面积过大，会降低钝化膜4的效果，而如果开槽区域6的面积太小，会导致基底1与背电极5接触面积过小，不能正常地向外部电路输出电能。因此，需要适当地设置开槽面积以提高太阳能电池100的效率。

在根据本公开的实施例中，将开槽区域6进行了进一步划分，使得在每个所述开槽区域的宽度内包括交替布置的第一部分和第二部分。其中，第一部分表示以激光光斑对开槽区域进行开槽的部分，第二部分表示不以激光光斑对开槽区域进行开槽的部分。通过这种方式，相对于对整个开槽区域6进行开槽的制造工艺，能够进一步减少钝化膜的开槽面积，从而改善了太阳能电池100的衰减及耐受性，提高太阳能电池100的转换效率及光利用率。具体的方法将在以下结合根据本公开的制造太阳能电池的方法步骤详细描述。

在图1的实施例中，背电极5包括彼此垂直排列的银制主栅线52和铝制副栅线51。但是，应当理解背电极5也可以具有其他结构，例如只具有副栅线51。

可选地，在第一半导体区域2上方还设置有一层减反膜，以用于减少光线在第一半导体区域2上表面处的反射部分，从而增加光线透射进入到电池内的入射部分。由此能够进一步提高太阳能电池100的发电效率。

可选地，在邻近正电极3的区域中，还设置有重掺杂的N++型第二半导体区域(未示出)，其中第二半导体区域的掺杂浓度大于第一半导体区域2的掺杂浓度。由此能够有利于光子能量传递给硅原子，使更多电子发生了跃迁，提高发电效率。

图2示出了根据本公开的太阳能电池的背侧平面图，其中图1为沿图2的点画线X-X的剖面图。从图2中可以看出，在基底1的背面具有多条激光槽(开槽区域6)。这些激光槽彼此平行地沿基底1的水平方向延伸。在激光槽中设置有铝制副栅线51，并且可选地设置有竖直方向的银制主栅线52，以用于输出电流。

图3示出了根据本公开的用于制造太阳能电池的方法的流程图。应当理解，该流程图仅仅是示例性的，其中一些步骤是可选的而不是必要的，各方法步骤的顺序也不限于图中所示，例如一些步骤的顺序可以交换或者同时进行。

首先在步骤S1中，提供由半导体材料构成的基底。基底具有第一类型的半导体类型。通常，出于成本考虑，基底采用硅片，例如可以是单晶硅或多晶硅，并且使用P型基底。为便于描述，以下主要以单晶硅片为例，但是应当理解本公开的制造方法也适用于其他类型的半导体材料。当使用单晶硅片时，常规电阻率例如为0.5-3Ω.cm。

然后，在步骤S2中对基底进行表面制绒。例如将基底(例如单晶硅片)放入碱溶液中腐蚀，以便在基底表面产生许多细小的金字塔状绒面。

在步骤S3中，通过扩散技术在基底的正面处形成具有第一半导体区域。第一半导体区域具有与基底相反的半导体类型。当基底为P型时，则第一半导体区域为N型，从而在基底与第一半导体区域之间的接触面区域形成PN结。该扩散例如可以通过磷元素的扩散实现。

在步骤S4中，对基底的正面进行激光处理，以形成重掺杂区域(N++)。

在步骤S5中，对基底的背面和四周进行刻蚀。例如在水膜保护下，使用HF/HNO3溶液(浓度5％-30％)进行背面及四周刻蚀抛光，减重控制在0.2g-0.7g，反射率控制在25％-60％。由此能够去除在扩散步骤中，在基底背面和四周形成的磷硅玻璃。

在步骤S6中，对硅片进行退火处理。例如使用热氧进行退火处理，温度控制在500-800℃。

在步骤S7中，在基底的背面提供钝化膜。例如通过背面Al2O3/SiNx沉积，制备Al2O3/SiNx钝化膜，以降低硅片背面复合。钝化膜的厚度例如控制在100-150nm。

在步骤S8中，在基底的正面提供减反膜。例如通过正面SiNx沉积，制备氮化硅减反膜，以降低反射率。减反膜的厚度例如控制在55-95nm，折射率控制在1.5-3.0。

在步骤S9中，对基底的背面进行激光开槽，即背膜激光工艺。该激光开槽借助于激光开槽线进行，使得在钝化膜处形成多个开槽区域。开槽线由多个按照特定排列布置的并排的激光光斑构成(参见图4)。可以理解，有利地，可以通过改变激光光斑的排列能够调整开槽区域的开槽面积。

在步骤S10中，在基底的正面提供正电极，使得正电极与第一半导体区域接触，并且在基底的背面提供背电极，使得背电极通过开槽区域与基底接触。例如可以通过丝网印刷来提供电极。

在步骤S11中，对提供有电极的太阳能电池半成品进行烧结制备。然后，将烧结完成的太阳能电池半成品经过光致再生光源炉处理。例如处理温度在250-300℃，光强为15-20suns，光激发介质膜氢钝化电池体内缺陷(BO缺陷)。由此得到所需的太阳能电池产品。

图4示出了根据本公开的用于制造太阳能电池的开槽线的示意图。中间为全实线开槽线的方式，例如由连续排列的圆形激光光斑组成。在该示例中，每个圆形光斑的直径为0.1mm。

在根据本公开的实施例中，开槽线包括表示具有圆形光斑的实线部分和表示不具有圆形光斑的虚线部分。实线部分与虚线部分交替地布置。相应地，通过实线部分的激光光斑在开槽区域内实际形成开槽，即形成所谓的开槽区域的第一部分；而虚线部分则不会在开槽区域内形成开槽，即对应于所谓的开槽区域的第二部分。根据本发明实施方式，优选地，通过改变激光光斑的实线部分与虚线部分的排列(例如改变实虚比例)可以调整在开槽区域内实际形成的开槽面积。

在图4中，分别示出了不同实虚比的两个示例。应当理解，这些示例中给出的数字仅仅是便于理解，本公开的内容不限于此。

在实虚比为0.7:0.3的示例中，由7个连续排列的圆形光斑组成的实线部分与虚线部分交替地布置。在该示例中，实线部分例如为0.7mm，而虚线部分的长度对应于3个圆形光斑的直径长度，即0.3mm。

在实虚比为0.6:0.4的示例中，由6个连续排列的圆形光斑组成的实线部分与虚线部分交替地布置。在该示例中，实线部分例如为0.6mm，而虚线部分的长度对应于4个圆形光斑的直径长度，即0.4mm。

在一些实施例中，实线部分的范围可以为0.5mm-1mm，虚线部分的范围可以为0.2mm-1mm。

在一些实施例中，可以通过激光频率为700-950kHz、雕刻速度为20000-35000mm/s、圆形光斑直径为20-40μm、激光根数为149根的激光工艺来进行激光开槽。

在一些实施例中，开槽面积可以为165-400mm²。

与传统的背膜激光工艺相比，根据本公开的方法使得开槽面积可以降低为常规的30％-70％，从而降低背膜激光的损失，并且提高背膜钝化效果。

经实验表明，本发明提供的背膜激光工艺结合光注入再生工艺，与现有技术结合光注入再生工艺比，能够使太阳能电池、特别是单晶PERC双面电池电致衰减由2.5-3％降至1.8-2％左右，从而有效改善PERC双面太阳能电池的衰减及耐受性，提高太阳能电池的转换效率及光利用率。

以下结合两个具体的实施例以及相关的实验数据，量化地描述通过根据本公开的方法制造的太阳能电池的性能改进。

图5示出了根据本公开的太阳能电池的第一实施例与常规工艺制造的太阳能电池的电致衰减值变化的箱线图。其中，第一实施例的太阳能电池通过以下步骤制造：

未烧结PERC双面电池制备，包括：掺B基底的P型单晶硅片(10^-16cm^-1)，经过双面制绒，正面进行扩散成N型发射极，背面刻蚀及去除扩散过程中形成的磷硅玻璃及周围PN结，退火及正背面各镀SiNx减反射膜和三氧化二铝背钝化层，然后以实虚比例0.7:0.3背膜激光工艺(开槽面积为275mm²)进行激光开槽，印刷正背电极及铝栅线。经过烧结后，进入光注入再生工艺。

与常规背膜激光工艺(开槽面积为550.3mm²)相比，电池效率具有一定增益，电致衰减CID从2.72％降低至2.28％，离散性良好，进一步提高PERC双面电池抗衰减能力。

相关量测电池效率及电致衰减(CID)数据如下表1所示：

表1

以上表中各个参数含义：Uoc为开路电压(V)；Isc为短路电流(A)；Rser为串联电阻(Ω)；FF为填充因子(％)；Eta为转换效率(％)；Rshut为并联电阻(Ω)；IRev2为漏电流(A)；CID为电致衰减值(％)。

图6示出了根据本公开的太阳能电池的第二实施例与常规工艺制造的太阳能电池的电致衰减值变化的箱线图。其中，第二实施例的太阳能电池通过以下步骤制造：

未烧结PERC双面电池制备，包括：掺B基底的P型单晶硅片(10^-16cm^-1)，经过双面制绒，正面进行扩散成N型发射极，背面刻蚀及去除扩散过程中形成的磷硅玻璃及周围PN结，退火及正背面各镀SiNx减反射膜和三氧化二铝背钝化层，然后以实虚比例0.6:0.4背膜激光工艺(开槽面积为209mm²)进行激光开槽，印刷正背电极及铝栅线。经过烧结后，进入光注入再生工艺。

与常规背膜激光工艺(开槽面积为550.3mm²)相比，电池效率具有一定增益，电致衰减CID从2.53％降低至2.01％，提高了PERC双面电池抗衰减能力。

相关量测电池效率及电致衰减(CID)数据如下表2所示：

表2

由此可见，本公开提供具有经改进的背膜激光工艺的制造方法能够有效降低太阳能电池(特别是单晶PERC双面太阳能电池)的电致衰减。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims

1.一种用于制造太阳能电池的方法，包括：

提供由半导体材料构成的基底，所述基底具有第一类型；

通过扩散技术在所述基底的正面处形成具有第二类型的第一半导体区域，所述第二类型与所述第一类型相反；

在所述基底的背面提供钝化膜；

对所述基底的背面进行激光开槽，使得在所述钝化膜处形成多个开槽区域，其中在每个所述开槽区域的宽度内包括交替布置的第一部分和第二部分，第一部分表示以激光光斑对所述开槽区域进行开槽的部分，第二部分表示不以激光光斑对所述开槽区域进行开槽的部分；

在所述基底的正面提供正电极，使得所述正电极与具有第二类型的所述第一半导体区域接触；以及

在所述基底的背面提供背电极，使得所述背电极通过所述开槽区域与具有第一类型的所述基底接触。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过改变所述激光光斑的排列能够调整所述开槽区域的开槽面积。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光光斑包括实线部分和虚线部分，所述激光光斑的实线部分的宽度限定所述开槽区域的第一部分的宽度，所述激光光斑的虚线部分的宽度限定所述开槽区域的第二部分的宽度，并且通过改变所述实线部分与所述虚线部分的比例来调整所述开槽区域的开槽面积。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述实线部分的范围为0.5mm-1mm，所述虚线部分的范围为0.2mm-1mm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中通过激光频率为700-950kHz、雕刻速度为20000-35000mm/s、激光光斑直径为20-40μm、激光根数为149根的激光工艺来进行所述激光开槽。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述开槽面积为165-400mm²。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：

在通过扩散技术形成具有第二类型的所述第一半导体区域之前，对所述基底进行表面制绒。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：

在所述基底的正面进行激光处理，以形成具有第二类型的第二半导体区域，所述第二半导体区域的掺杂浓度大于所述第一半导体区域的掺杂浓度；以及

对所述基底的背面和四周进行刻蚀，以去除位于所述基底的背面和四周处的与所述第一半导体区域具有相同类型的部分。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：

在所述第一半导体区域的上方提供减反膜。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，

所述减反膜通过SiNx沉积形成。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，

所述钝化膜通过Al2O3/SiNx沉积形成。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，

所述太阳能电池是PERC双面电池。

13.一种太阳能电池，其中所述太阳能电池根据权利要求1至12中任一项所述的方法制造。

14.一种太阳能电池，包括：

由半导体材料构成的基底，所述基底具有第一类型；

位于所述基底正面的第一半导体区域，所述第一半导体区域具有与所述第一类型相反的第二类型；

正电极，所述正电极与所述第一半导体区域接触；

位于所述基底背面的钝化膜，所述钝化膜包括多个开槽区域，其中在每个所述开槽区域的宽度内包括交替布置的第一部分和第二部分，第一部分表示以激光光斑对所述开槽区域进行开槽的部分，第二部分表示不以激光光斑对所述开槽区域进行开槽的部分；以及

背电极，所述背电极通过所述开槽区域与所述基底接触。

15.根据权利要求14所述的太阳能电池器件，还包括：

第二半导体区域，所述第二半导体区域具有第二类型并且邻近所述正电极，并且所述第二半导体区域的掺杂浓度大于所述第一半导体区域的掺杂浓度。

16.根据权利要求14或15所述的太阳能电池器件，还包括：

位于所述第一半导体区域上方的减反膜。