CN114765224A - 背接触电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种背接触电池及其制备方法，所述背接触电池包括硅基底、设置在所述硅基底背面的金属电极，所述硅基底具有相邻的第一区域与第二区域，所述第一区域的背面形成有第一掺杂层；所述第二区域的背面朝内凹陷形成沟槽，所述沟槽的底部形成有第二掺杂层，所述第二掺杂层与所述沟槽的侧壁间隔设置。所述背接触电池的制备方法主要包括先对硅基底的两侧表面同时进行第一次扩散，在所述第一区域的背面形成第一掺杂层；再于第二区域刻蚀形成相应的沟槽，并在所述沟槽内制备掺杂源层，控制所述掺杂源层与沟槽的侧壁间隔设置；进行第二次扩散，形成第二掺杂层。本申请背接触电池及其制备方法能够避免漏电异常，提高载流子收集效率，改善电池性能。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种背接触电池及其制备方法。
背景技术
随着光伏产业的迅速发展，国内外市场对太阳能电池的转换效率也提出越来越高的需求，这也推动众多厂商积极进行新型电池结构及生产工艺的研究，以期取得行业优势。
背接触(Interdigitated back contact，IBC)电池是指在电池背面制备交叉排布的P区和N区的太阳能电池，其最大的优势在于彻底避免电池正面电极对入射光的遮挡，最大限度地利用入射光，提高短路电流。现有背接触电池背面的P区和N区多处于同样的高度，相邻的P区与N区之间易出现电性异常导通，影响电池效率；且现有的背接触电池的制备往往需要进行多次光刻，工艺较为复杂。业内亦公开有在电池背面进行开槽，使得电池背面的P区与N区处于不同高度的技术方案，但导电类型不同的区域仍存有异常导通的风险。
鉴于此，有必要提供一种新的背接触电池及其制备方法。
发明内容
本申请目的在于提供一种背接触电池及其制备方法，能有效克服不同类型的掺杂层间的漏电异常，提高载流子收集效率，改善电池性能。
为实现上述目的，本申请提供一种背接触电池，包括硅基底、设置在所述硅基底背面的金属电极，所述硅基底具有相邻的第一区域与第二区域，所述第一区域的背面形成有第一掺杂层；所述第二区域的背面朝内凹陷形成沟槽，所述沟槽的底部形成有第二掺杂层，所述第二掺杂层与第一掺杂层的掺杂类型相反，且所述第二掺杂层与所述沟槽的侧壁间隔设置。
作为本申请实施例的进一步改进，所述第二掺杂层与所述沟槽的侧壁间的距离设置为5～50μm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述沟槽的深度设置为1～10μm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述第一掺杂层的厚度小于所述沟槽的深度。
作为本申请实施例的进一步改进，所述第一掺杂层的厚度设置为0.1～1μm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述第一区域包括若干第一条形区，所述第二区域包括若干第二条形区，所述第一条形区与第二条形区依次交替排布；所述第一条形区的宽度小于所述第二条形区的宽度，所述第二条形区的宽度均设置为100～700μm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述第二条形区内的第二掺杂层的宽度设置为80～680μm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述硅基底为N型硅片，且所述硅基底的电阻率设置为0.3～7Ω·cm；所述第二掺杂层为P型掺杂层。
作为本申请实施例的进一步改进，所述第一掺杂层为磷掺杂层；所述第二掺杂层为硼掺杂层。
作为本申请实施例的进一步改进，所述背接触电池还包括设置在所述硅基底背面的背钝化层，所述背钝化层包括氧化铝膜、氧化硅膜、氮化硅膜中的至少一种。
本申请还提供一种背接触电池的制备方法，主要包括：
对硅基底的两侧表面同时进行第一次扩散，所述硅基底具有第一区域与第二区域，所述第一区域的背面形成第一掺杂层；
在所述第一区域的背面制备保护层，并使得所述第二区域的背面向外暴露；
刻蚀，使得所述第二区域朝内凹陷形成相应的沟槽；
在所述沟槽内制备掺杂源层，控制所述掺杂源层与沟槽的侧壁间隔设置；
对所述硅基底进行第二次扩散，形成第二掺杂层；
依次进行表面清洗、镀膜与金属化。
作为本申请实施例的进一步改进，所述掺杂源层的制备包括采用丝网印刷方法将含有既定掺杂元素的浆料印制在所述沟槽内，并控制所述掺杂源层的厚度为0.5～1μm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述掺杂源层与所述沟槽的侧壁的距离设置为5～50μm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述刻蚀步骤包括先采用HF溶液清洗去除所述第二区域背面的氧化层，再采用碱溶液对所述第二区域的背面进行刻蚀；所述沟槽的蚀刻深度控制在1～10μm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述制备方法还包括对硅基底进行表面处理，所述表面处理包括对所述硅基底进行双面碱制绒，使得所述硅基底的两侧表面形成金字塔状的绒面结构；再采用酸溶液或碱溶液对所述硅基底的背面进行抛光，所述抛光过程控制减薄量介于0.2～6g。
作为本申请实施例的进一步改进，所述刻蚀步骤完成后，对所述硅基底进行清洗，所述清洗包括采用双氧水、氨水去除所述硅基底表面的保护层，再采用HF溶液清洗去除所述硅基底表面的氧化层。
作为本申请实施例的进一步改进，所述硅基底采用N型硅片；所述第一掺杂层为磷掺杂层，所述第二掺杂层为硼掺杂层。
本申请的有益效果是：采用本申请背接触电池及其制备方法，通过在硅基底背面的第二区域设置沟槽，且在沟槽内制备与沟槽侧壁相互间隔的第二掺杂层，有效避免第二掺杂层与第一掺杂层之间产生漏电，提高载流子收集效率，改善电池性能；还简化了电池的工艺制程，降低生产成本。
附图说明
图1是本申请背接触电池一较佳实施例的结构示意图；
图2是本申请背接触电池的硅基底背面的部分结构示意图；
图3是本申请背接触电池的制备方法的主要流程示意图。
100-背接触电池；1-硅基底；11-第一区域；110-第一条形区；12-第二区域；120-第二条形区；101-沟槽；21-第一掺杂层；22-第二掺杂层；23-前表面场层；3-背钝化层；41-第一电极；42-第二电极；5-减反射层。
具体实施方式
以下将结合附图所示的实施方式对本申请进行详细描述。但该实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
参图1与图2所示，本申请提供的背接触电池100包括硅基底1，所述硅基底1具有第一区域11与第二区域12，所述第一区域11的背面设有第一掺杂层21；所述第二区域12向内凹陷形成有相应的沟槽101，所述沟槽101的范围与所述第二区域12完全对应，换言之，所述硅基底1上凹陷形成有前述沟槽101的区域为第二区域12。所述沟槽101内设有第二掺杂层22，所述第一掺杂层21与第二掺杂层22的掺杂类型相反。
所述硅基底1为N型硅片，且所述硅基底1的电阻率设置为0.3～7Ω·cm，所述硅片的厚度为50～300μm；所述第一掺杂层21为N型掺杂层，所述第二掺杂层22为P型掺杂层，所述第一掺杂层21、第二掺杂层22分别作为场钝化区、发射区。本实施例中，所述第一掺杂层21为磷掺杂层；所述第二掺杂层22为硼掺杂层。
所述第一掺杂层21的厚度小于所述沟槽101的深度，以使得所述第一掺杂层21与第二掺杂层22沿垂直方向处于不同的高度位置，有效避免两者之间产生漏电。此处，所述沟槽101的深度设置为1～10μm；所述第一掺杂层21的厚度设置为0.1～1μm。作为示例地，所述沟槽101的深度可设置为2μm、5μm或10μm；所述第一掺杂层21的厚度设置为0.3μm；所述第二掺杂层22的厚度设置为1μm。
为进一步提高相邻所述第一掺杂层21与第二掺杂层22的电性隔离效果，所述第二掺杂层22与所述沟槽101的侧壁相互间隔设置，即所述第二掺杂层22仅设置在所述第二区域12的部分位置(如图2虚线所示)。优选地，所述第二掺杂层22与所述沟槽101的侧壁间的距离d设置为5～50μm，具体可将前述距离d设置为10μm、20μm、30μm或50μm。
所述第一区域11包括若干第一条形区110，所述第二区域12包括若干第二条形区120，所述第一条形区110与第二条形区120依次交替排布。所述第二条形区120的宽度均设置为100～700μm，所述第一条形区110的宽度小于所述第二条形区120的宽度。所述第二条形区120内的第二掺杂层22的宽度L则设置为80～680μm。
所述背接触电池100还包括设置在所述硅基底1背面的背钝化层3、穿过所述背钝化层3的金属电极，所述背钝化层3包括氧化铝膜、氧化硅膜、氮化硅膜中的至少一种；所述金属电极包括与所述第一掺杂层21相接触的第一电极41、与所述第二掺杂层22相接触的第二电极42。所述第一电极41、第二电极42通常采用既定的导电浆料经丝网印刷、烧结得到。
所述硅基底1的正面还形成有前表面场层23，提高正面钝化性能。所述背接触电池100还包括设置在所述前表面场层23上的减反射层5，所述减反射层5通常可采用氮化硅膜，厚度设置为70～100nm，且可通过气体流量、反应时间、温度等工艺参数的调节，提高所述减反射层5的膜层性能与减反射效果。
结合图3所示，前述背接触电池100的制备方法包括：
对硅基底1进行表面处理，所述硅基底1具有第一区域11与第二区域12；
对硅基底1的两侧表面同时进行第一次扩散，使得所述硅基底1的第一区域11背面形成第一掺杂层21，且所述硅基底1的正面形成前表面场层23；
在所述第一区域11的背面制备保护层，并使得所述第二区域12的背面向外暴露；
刻蚀，使得所述第二区域12朝内凹陷形成相应的沟槽101；
在所述沟槽101内制备掺杂源层，控制所述掺杂源层与沟槽101的侧壁间隔设置；
对所述硅基底1进行第二次扩散，形成位于所述沟槽101内的第二掺杂层22；
依次进行表面清洗、镀膜与金属化，得到相应的背接触电池100。
所述表面处理包括对所述硅基底1进行双面碱制绒，具体可采用既定浓度的KOH或NaOH或TMAH的水溶液与所述硅基底1进行反应，使得所述硅基底1的两侧表面形成金字塔状的绒面结构，通常可控制所述硅基底1表面的金字塔高度介于1～5μm。所述表面处理还包括在制绒完成后，再采用酸溶液或碱溶液对所述硅基底1的背面进行抛光，所述抛光过程控制所述硅基底1的减薄量介于0.2～6g。
所述第一次扩散是指对所述硅基底1两侧表面进行磷扩散，通常可采用POCl3作为气态磷源，该步骤完成时，控制所述硅基底1表面的磷硅玻璃(PSG)的厚度为20nm左右。
所述保护层通常可采用耐酸、碱腐蚀的油墨等材料；所述刻蚀步骤包括先采用HF溶液清洗去除所述第二区域12背面的氧化层即磷硅玻璃层，再采用碱溶液对所述第二区域12的背面进行刻蚀形成前述沟槽101。在此，所述碱溶液采用10％质量浓度的KOH。
所述刻蚀步骤完成后，对所述硅基底1进行清洗，所述清洗包括采用双氧水、氨水去除所述硅基底1表面的保护层，再采用HF溶液清洗去除所述硅基底1表面的氧化层。
所述掺杂源层的制备包括采用丝网印刷方法将含有既定掺杂元素的浆料即硼浆印制在所述沟槽101内，并控制所述掺杂源层的厚度为0.5～1μm。所述掺杂源层的印刷位置对应于所述第二掺杂层22的范围，即所述掺杂源层与所述沟槽101的侧壁的间距同样控制在5～50μm。所述掺杂源层中的硼元素经第二次扩散进入所述硅基底1，得到第二掺杂层22。
所述硅基底1经前述表面清洗去除第二次扩散后残留的硼浆残渣以及前述制程可能导致的脏污，再进行镀膜与金属化。所述镀膜是指采用PECVD方法在所述硅基底1表面沉积得到相应的背钝化层3与减反射层5，前述氧化铝膜也可以采用原子层沉积(ALD)方法制得，此处不再具体赘述。所述金属化是指将既定浆料通过丝网印刷方法印制在所述硅基底1的背面，再经烘干、烧结，形成穿透所述背钝化层3并与所述第一掺杂层21、第二掺杂层22相接触的金属电极。
除此，所述制备方法还包括对完成金属化制程的背接触电池100进行测试、分档；还可以对所述背接触电池100进行光、电注入处理，减少内部缺陷，降低后续衰减。
本申请背接触电池100及其制备方法通过在硅基底1背面的第二区域12设置沟槽101，且在沟槽101内制备与沟槽101的侧壁相互间隔的第二掺杂层21，有效避免第二掺杂层22与第一掺杂层21之间产生漏电，提高载流子收集效率，改善电池性能；还简化了电池的工艺制程，降低生产成本。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种背接触电池，包括硅基底、设置在所述硅基底背面的金属电极，其特征在于：所述硅基底具有相邻的第一区域与第二区域，所述第一区域的背面形成有第一掺杂层；所述第二区域的背面朝内凹陷形成沟槽，所述沟槽的底部形成有第二掺杂层，所述第二掺杂层与第一掺杂层的掺杂类型相反，且所述第二掺杂层与所述沟槽的侧壁间隔设置。
2.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于：所述第二掺杂层与所述沟槽的侧壁的距离设置为5～50μm。
3.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于：所述沟槽的深度设置为1～10μm。
4.根据权利要求1或3所述的背接触电池，其特征在于：所述第一掺杂层的厚度小于所述沟槽的深度。
5.根据权利要求4所述的背接触电池，其特征在于：所述第一掺杂层的厚度设置为0.1～1μm。
6.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于：所述第一区域包括若干第一条形区，所述第二区域包括若干第二条形区，所述第一条形区与第二条形区依次交替排布；所述第一条形区的宽度小于所述第二条形区的宽度，所述第二条形区的宽度均设置为100～700μm。
7.根据权利要求6所述的背接触电池，其特征在于：所述第二条形区内的第二掺杂层的宽度设置为80～680μm。
8.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于：所述硅基底为N型硅片，且所述硅基底的设置为0.3～7Ω·cm；所述第二掺杂层为P型掺杂层。
9.根据权利要求1或8所述的背接触电池，其特征在于：所述第一掺杂层为磷掺杂层；所述第二掺杂层为硼掺杂层。
10.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于：所述背接触电池还包括设置在所述硅基底背面的背钝化层，所述背钝化层包括氧化铝膜、氧化硅膜、氮化硅膜中的至少一种。
11.一种背接触电池的制备方法，其特征在于：
对硅基底的两侧表面同时进行第一次扩散，所述硅基底具有第一区域与第二区域，所述第一区域的背面形成第一掺杂层；
在所述第一区域的背面制备保护层，并使得所述第二区域的背面向外暴露；
刻蚀，使得所述第二区域朝内凹陷形成相应的沟槽；
在所述沟槽内制备掺杂源层，控制所述掺杂源层与沟槽的侧壁间隔设置；
对所述硅基底进行第二次扩散，形成第二掺杂层；
依次进行表面清洗、镀膜与金属化。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述掺杂源层的制备包括采用丝网印刷方法将含有既定掺杂元素的浆料印制在所述沟槽内，并控制所述掺杂源层的厚度为0.5～1μm。
13.根据权利要求11或12所述的制备方法，其特征在于：所述掺杂源层与所述沟槽的侧壁的距离设置为5～50μm。
14.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述刻蚀步骤包括先采用HF溶液清洗去除所述第二区域背面的氧化层，再采用碱溶液对所述第二区域的背面进行刻蚀；所述沟槽的蚀刻深度控制在1～10μm。
15.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括对硅基底进行表面处理，所述表面处理包括对所述硅基底进行双面碱制绒，使得所述硅基底的两侧表面形成金字塔状的绒面结构；再采用酸溶液或碱溶液对所述硅基底的背面进行抛光，所述抛光过程控制减薄量介于0.2～6g。
16.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述刻蚀步骤完成后，对所述硅基底进行清洗，所述清洗包括采用双氧水、氨水去除所述硅基底表面的保护层，再采用HF溶液清洗去除所述硅基底表面的氧化层。
17.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述硅基底采用N型硅片；所述第一掺杂层为磷掺杂层，所述第二掺杂层为硼掺杂层。
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