CN113809189A - 一种实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，它包括步骤A，其具体工序包括如下：a1，在半导体基板的第一主面依次形成第一导电型膜层和第一绝缘层，a2，采用激光蚀刻方式或化学蚀刻方式除去第一导电区以外区域的第一绝缘层和第一导电型膜层，以形成表面附着有第一绝缘层的第一导电区；a3，对半导体基板的第一主面和第二主面进行双面制绒，以在半导体基板的外露表面形成金字塔绒面。本发明的目的在于提供一种实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，仅在第二导电区进行制绒，从而减少第二导电区光照的反射，增加背面的光照吸收。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法。
背景技术
背接触异质结太阳能电池(HBC)是基于硅基高效异质结工艺制作的背接触太阳能电池，正负电极均设置在电池片的背面。因其正负电极均在电池片背面，电池片正面无任何电极遮挡光线，可以达到最大的光吸收面积，有效的提高太阳能电池效率。背接触异质结太阳能电池最高实验室效率可达到26.67％，是目前硅基单结电池实验室的最高转换效率，备受业界关注。
虽然背接触异质结太阳能电池有最高转换效率，但因其工序极其繁琐，制程复杂，量产化进展缓慢。目前常见的背接触异质结电池制作方法可分为两类：一类是采用掩膜和腐蚀液蚀刻交替的制作方法，如专利文献CN103283033A所记载的采用溶液腐蚀方法进行制作的工艺，其制作步骤中涉及多次掩膜、翻转、腐蚀，制程复杂；一类是以激光蚀刻替代腐蚀液蚀刻的制作方法，如专利文献CN107408599A所记载的采用激光蚀刻的方法进行制作的工艺，该工艺虽比溶液法有明显的改进，但仍然需要掩膜、激光蚀刻、溶液蚀刻等工艺结合，不利于制程的缩短。因此，如要促进背接触异质结太阳能电池的发展，提出一种工序简洁、制程简单的制作方法尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，仅在第二导电区进行制绒，从而减少第二导电区光照的反射，增加背面的光照吸收。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，它包括步骤A，在半导体基板的第一主面的一部分设置第一导电型的第一导电区，在半导体基板的第一主面的其他部分设置第二导电型的第二导电区，其具体工序包括如下：
a1，在半导体基板的第一主面依次形成第一导电型膜层和第一绝缘层，
a2，采用激光蚀刻方式或化学蚀刻方式除去第一导电区以外区域的第一绝缘层和第一导电型膜层，以形成表面附着有第一绝缘层的第一导电区；
a3，对半导体基板的第一主面和第二主面进行双面制绒，以在半导体基板的外露表面形成金字塔绒面。
较之现有技术而言，本发明的优点在于：
(1)通过先形成第一导电区再进行双面制绒，不仅缩短简化制程，而且形成正面全面积金字塔绒面，背面部分区域金字塔绒面结构，从而减少第二导电区光照的反射，增加背面的光照吸收。
(2)当第二导电区是P型导电区域时，利于增加第二导电区少子收集效率，提高转换效率。
(3)利用激光蚀刻或激光蚀刻与化学蚀刻相结合的方式协同制程工序的优化调整，减少蚀刻、掩膜、腐蚀等步骤，有效缩短制程，同时减少蚀刻损伤，提供光电转换效率。
附图说明
图1是本发明一种实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法的流程简图。
图2是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
图3是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
图4是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
图5是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
图6是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
图7是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
图8是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
图9是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
图10是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
图11是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
图12是本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
具体实施方式
一种实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，它包括步骤A，在半导体基板的第一主面的一部分设置第一导电型的第一导电区，在半导体基板的第一主面的其他部分设置第二导电型的第二导电区，其具体工序包括如下：
a1，在半导体基板的第一主面依次形成第一导电型膜层和第一绝缘层，
a2，采用激光蚀刻方式或化学蚀刻方式除去第一导电区以外区域的第一绝缘层和第一导电型膜层，以形成表面附着有第一绝缘层的第一导电区；
a3，对半导体基板的第一主面和第二主面进行双面制绒，以在半导体基板的外露表面形成金字塔绒面。
所述步骤A还包括如下具体工序：
a4，经过工序a3处理后，在半导体基板的第一主面制作第二导电型膜层；
a5，采用激光蚀刻与化学蚀刻相结合方式或化学蚀刻方式除去附着在第一导电区的部分第二导电型膜层和第一绝缘层，以形成在第一导电区与第二导电区的交界处附着有第一绝缘层和第二导电型膜层的第一导电区。
所述步骤a3还包括在半导体基板的第二主面依次设置第三导电型膜层和第三绝缘层。
所述第一导电型膜层由以半导体基板的第一主面为基底从底到面依次形成第一钝化层和第一半导体层构成；所述第二导电型膜层由以半导体基板的第一主面为底面从底到面依次形成第二钝化层和第二半导体层构成；所述第三导电型膜层由以半导体基板的第二主面为基底形成第三钝化层构成，或由以半导体基板的第二主面为基底从底到面依次形成第三钝化层和第三半导体层构成。
所述第一半导体层和第三半导体层为N型非晶硅层或N型微晶硅层；所述第二半导体层为P型非晶硅层或P型微晶硅层；所述第一钝化层、第二钝化层和第三钝化层分别为本征非晶硅层、本征微晶硅层中的至少一种。
所述实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法还包括如下步骤：
步骤B，经步骤A处理后，在第一导电区和第二导电区表面设置导电层；
步骤C，在第一导电区与第二导电区的交界处采用印刷方式设置抗沉积层；
步骤D，在导电层的未遮盖抗沉积层的区域表面形成电极；
步骤E，对抗沉积层及其覆盖的导电层区域采用激光蚀刻方式或激光蚀刻与化学蚀刻相结合方式进行开槽；所述开槽在第一导电区和第二导电区之间形成分隔绝缘。
所述步骤B的具体方法为，在经步骤A处理后的半导体基板的第一主面上依次制作透明导电膜和金属导电膜，以形成导电层。
所述步骤C的具体方法为，在经步骤B处理获得的导电层上印刷抗电镀油墨，所述抗电镀油墨的厚度为3-15um。
所述步骤D的具体方法为，在经步骤C处理后的第一导电区和第二导电区上采用电镀方式分别制作第一导电区电极和第二导电区电极，所述第一导电区电极和第二导电区电极的厚度为3-20um。
所述步骤E的具体方法为，经步骤D处理后，采用激光蚀刻方式在抗沉积层上开槽，然后采用化学蚀刻方式对已开槽区域的导电层进行蚀刻，以在第一导电区和第二导电区之间形成绝缘槽。
下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：
如图1至图12所示为本发明提供的一种实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法的实施例示意图。
如图12所示，一种背接触异质结太阳能电池，它包括：N型硅片基底1；依次设置在基底正面的金字塔绒面、半导体层3-1和绝缘层3-2；交替设置在基底背面的第一导电区和第二导电区，其中第一导电区域表面为类平面，第二导电区金字塔绒面；依次设置在第一导区的本征型半导体层2-1、N型半导体层2-2、绝缘层2-3、透明导电层5-1、金属导电层5-2和金属电极7-1；依次设置在第二导电区的本征型半导体层4-1、P型半导体层4-2、透明导电层5-1金属导电层5-2和金属电极7-2；其中第一导电区和第二导电区的透明导电层5-1和金属导电层5-2有绝缘槽8隔离。
所述实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法的一种实施例，其具体步骤如下：
步骤S1(第一导电区和第二导电区的制作)
步骤S101、清洗基板1(见图2)
常规RCA清洗，不需要制绒；
所述基板1是N型掺杂硅片；可以是单晶硅片，也可以是多晶、铸锭单晶硅片。
步骤S102、在基板的其中一面上依次制作半导体层2-1、2-2和绝缘层2-3(见图3)
a.沉积膜层的一面作为电池片背面；
b.2-1为本征非晶硅或微晶硅；
c.2-2是N型非晶硅或N型微晶硅；
d.绝缘层2-3为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅；
e.半导体层2-1、2-2和绝缘层2-3的制作方法是采用PECVD、LPCVD或HWCVD制作。
步骤S103、采用激光9蚀刻半导体层2-1、2-2和绝缘层2-3，激光开口形成第二导电区域(见图4)
a.优选采用绿光532nm的纳秒或皮秒激光，也可使用紫外355nm的纳秒或皮秒激光；
b.激光未刻蚀区域作为第一导电区域，激光刻蚀区域作为第二导电区域；
C.在另一优选方案中，可采用印刷腐蚀膏等方式蚀刻半导体层2-1、2-2和绝缘层2-3。
步骤S104、对基底进行双面制绒(见图5)
a.基板正面整面均为金字塔绒面，基板背面有激光开口的区域产生金字塔绒面，没有激光开口的区域没有绒面；
b.制绒是指通过制绒液对基底表面各向异性腐蚀，形成金字塔状绒面。在未激光开口的区域，因为有绝缘层2-3阻挡，该制绒液无法在其表面制绒，因此该步骤天然形成第一导电区仍然是类平面，第二导电区是金字塔绒面。
步骤S105、正面沉积半导体层3-1、绝缘层3-2，背面沉积半导体层4-1和4-2(见图6)
a.半导体层3-1是本征型非晶硅或本征型微晶硅一种膜层，也可以是本征型非晶硅或本征型微晶硅的表面叠加N型非晶硅或N型微晶硅构成；
b.绝缘层3-2为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅；
c.半导体层4-1是本征型非晶硅或本征微晶硅；
d.半导体层4-2是P型非晶硅或P型微晶硅；
e.其中，半导体层3-1和半导体层4-1、4-2无特定的顺序，可以先沉积半导体层3-1再沉积半导体层4-1、4-2；也可先沉积半导体层4-1、4-2再沉积半导体层3-1；
f.半导体层3-1、半导体层4-1和4-2的制作方法是采用PECVD、LPCVD或HWCVD制作；绝缘层3-2的制作方法是采用PECVD、LPCVD、HWCVD或PVD制作。
步骤S106、采用激光10蚀刻半导体层4-1、4-2(在步骤S103未加工的区域激光开口制作图形)，再用溶液腐蚀裸露的绝缘层2-3(半导体层4-1、4-2激光开口后裸露底部的绝缘层2-3)(见图7)
a.本步骤中优选采用绿光532nm的纳秒或皮秒激光，也可使用紫外355nm的纳秒或皮秒激光；
b.本步骤中，也可以用激光直接对半导体层4-1/4-2和2-3绝缘层激光开口，工艺难度稍大，优选的是以上描述的先蚀刻半导体层4-1、4-2层，再用蚀刻液腐蚀绝缘层2-3；
c.本步骤中，采用的蚀刻液是HF溶液(氢氟酸水溶液)，溶度为0.5％-10％。
d.在另一优选方案中，可通过印刷保护油墨(或涂覆光刻胶，再光刻图形)，再通过蚀刻液腐蚀的方式裸露的蚀刻半导体层4-1、4-2和绝缘层2-3。
步骤S2(第一导电区和第二导电区电极的制作和电极之间的绝缘)
步骤S201、先后沉积透明导电膜层5-1和金属导电膜层5-2(见图8)
a.透明导电膜层5-1为掺杂的氧化铟薄膜，如掺锡氧化铟、掺钨氧化铟、掺锌氧化铟、掺镓氧化铟、掺钛氧化铟；
b.金属导电膜层5-2包含金属层和抗氧化层构成，金属层为Cu；抗氧化层覆盖于金属层表面，抗氧化层可以是透明导电膜层，如ITO/IWO/IZO/AZO/ATO等，也可以金属或合金材料，如镍、镍铜、镍铬等。
步骤S202、根据第一导电区和第二导电区的图形，印刷抗电镀油墨6(见图9)
所述抗电镀油墨6的厚度为3-15um。
步骤203、采用电镀的方法制作第一导电区电极7-1和第二导电区电极7-2(见图10)
a.电极由导电层和保护层构成，导电层是金属铜，保护层是含锡、银、镍等金属中至少一种的金属镀层；导电层制作在金属导电膜层5-2表面，保护层制作在导电层表面；
b.电极的总厚度为3-20um。
步骤204、采用激光11蚀刻的方式，在抗电镀油墨层6上开槽；并采用溶液腐蚀方式，蚀刻已开槽区域的金属导电膜层5-2和透明导电膜层5-1，形成绝缘槽8(见图11)
a.采用的激光为红外(1064nm)的激光，或绿光(532nm)的激光，可以是纳秒激光也可以是皮秒激光；
b.腐蚀溶液为混合溶液，包括盐酸、硫酸、双氧水、氨水、铜离子、铁离子等至少一种的水溶液；可以用一种混合液一次性蚀刻金属导电膜层5-2和透明导电膜层5-1，也可以用不同的配比混合液分别腐蚀金属导电膜层5-2和透明导电膜层5-1，形成绝缘槽8；
c.在另一优选方案中，先去除抗电镀油墨6，然后采用溶液蚀刻方式，腐蚀金属导电膜层5-2和透明导电膜层5-1。
步骤205、去除剩余的抗电镀油墨6(该步骤可不进行，抗电镀油墨可保留在电池片上)(见图12)
所述抗电镀油墨6采用碱性溶液去除，如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸钠等水溶液。
Claims (10)
1.一种实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：它包括步骤A，在半导体基板的第一主面的一部分设置第一导电型的第一导电区，在半导体基板的第一主面的其他部分设置第二导电型的第二导电区，其具体工序包括如下：
a1，在半导体基板的第一主面依次形成第一导电型膜层和第一绝缘层，
a2，采用激光蚀刻方式或化学蚀刻方式除去第一导电区以外区域的第一绝缘层和第一导电型膜层，以形成表面附着有第一绝缘层的第一导电区；
a3，对半导体基板的第一主面和第二主面进行双面制绒，以在半导体基板的外露表面形成金字塔绒面。
2.根据权利要求1所述的实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述步骤A还包括如下具体工序：
a4，经过工序a3处理后，在半导体基板的第一主面制作第二导电型膜层；
a5，采用激光蚀刻与化学蚀刻相结合方式或化学蚀刻方式除去附着在第一导电区的部分第二导电型膜层和第一绝缘层，以形成在第一导电区与第二导电区的交界处附着有第一绝缘层和第二导电型膜层的第一导电区。
3.根据权利要求2所述的实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述步骤a4还包括在半导体基板的第二主面依次设置第三导电型膜层和第三绝缘层。
4.根据权利要求3所述的实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述第一导电型膜层由以半导体基板的第一主面为基底从底到面依次形成第一钝化层和第一半导体层构成；所述第二导电型膜层由以半导体基板的第一主面为底面从底到面依次形成第二钝化层和第二半导体层构成；所述第三导电型膜层由以半导体基板的第二主面为基底形成第三钝化层构成，或由以半导体基板的第二主面为基底从底到面依次形成第三钝化层和第三半导体层构成。
5.根据权利要求4所述的实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述第一半导体层和第三半导体层为N型非晶硅层或N型微晶硅层；所述第二半导体层为P型非晶硅层或P型微晶硅层；所述第一钝化层、第二钝化层和第三钝化层分别为本征非晶硅层、本征微晶硅层中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：它还包括如下步骤：
步骤B，经步骤A处理后，在第一导电区和第二导电区表面设置导电层；
步骤C，在第一导电区与第二导电区的交界处采用印刷方式设置抗沉积层；
步骤D，在导电层的未遮盖抗沉积层的区域表面形成电极；
步骤E，对抗沉积层及其覆盖的导电层区域采用激光蚀刻方式或激光蚀刻与化学蚀刻相结合方式进行开槽；所述开槽在第一导电区和第二导电区之间形成分隔绝缘。
7.根据权利要求6所述的实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述步骤B的具体方法为，在经步骤A处理后的半导体基板的第一主面上依次制作透明导电膜和金属导电膜，以形成导电层。
8.根据权利要求6所述的实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述步骤C的具体方法为，在经步骤B处理获得的导电层上印刷抗电镀油墨，所述抗电镀油墨的厚度为3-15um。
9.根据权利要求8所述的实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述步骤D的具体方法为，在经步骤C处理后的第一导电区和第二导电区上采用电镀方式分别制作第一导电区电极和第二导电区电极，所述第一导电区电极和第二导电区电极的厚度为3-20um。
10.根据权利要求6所述的实现局部制绒的背接触异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述步骤E的具体方法为，经步骤D处理后，采用激光蚀刻方式在抗沉积层上开槽，然后采用化学蚀刻方式对已开槽区域的导电层进行蚀刻，以在第一导电区和第二导电区之间形成绝缘槽。
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