CN116525697A - 一种背接触式太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种本发明提供了一种背接触式太阳能电池。与现有技术相比，本发明利用柱形孔洞结构来布置完成背场区，可以充分利用硅基底的厚度，形成的底部区域和柱壁形成背场区，在不占用背面表面积情况下增大背场收集面积，同时也将背面发射区面积最大化，对一个太阳电池而言，在一定的比例范围内，发射极面积的占比越大，对少子的捕获传输性能越高，电池的效率相对较高，同时背场区深入到硅片内部，使得多数载流子在硅片内部就可以被收集，缩短了传输收集距离，增强了收集效果，从而使该结构对少数载流子和多数载流子均有增强收集的效果，整体提升了电池的效率。

Description

一种背接触式太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种背接触式太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前，随着化石能源的逐渐耗尽，太阳电池作为新的能源替代方案，使用越来越广泛。太阳电池是将太阳的光能转换为电能的装置，其是利用光生伏特原理产生载流子，然后使用电极将载流子引出，从而利于将电能有效利用。
背接触电池即back contact电池，其中p型背接触太阳电池又称为IBC电池。IBC全称为Interdigitated Back-Contacted，指状交叉背接触。IBC电池最大的特点是发射极和金属接触都处于电池的背面，正面没有金属电极遮挡的影响，因此具有更高的短路电流Jsc，同时背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻Rs从而提高填充因子FF；并且这种正面无遮挡的电池不仅转换效率高，而且看上去更美观，同时，全背电极的组件更易于装配。IBC电池是目前实现高效晶体硅电池的技术方向之一。
目前，常规p型指叉背接触式太阳能电池在其后侧区域上具有p型基极或扩散n型发射极，但选择可以同样良好地钝化两个区域的介电层是一种挑战，并且大部分介电层具有表面电荷会引起分流，导致极差的电池效应，如熟知的钝化介电层是具有负表面电荷的铝氧化物(氧化铝，Al2O3)和具有正表面电荷的氢化无定形氮化硅(α-SiNx:H)，另外背结背接触电池载流子需要从正面扩散到背面的背场被收集，导致收集效率较差，进而也导致电池的效率降低。
公开号为CN111108609A的中国专利公开了一种具有p型导电性的指叉背接触式太阳能电池，该具有p型导电性的指叉背接触式太阳能电池具有用于接收辐射的前表面、以及后表面；其中所述后表面具有隧道氧化物层和n型导电性的掺杂多晶硅层；所述隧道氧化物层和所述n型导电性的掺杂多晶硅层形成图案化层堆叠体，所述图案化层堆叠体中具有间隙；其中Al-Si合金化接触部被布置在所述间隙中的每一个内、与所述衬底的基极层电接触，以及一个或多个Ag接触部或过渡金属接触部被布置在所述图案化掺杂多晶硅层上并且与所述图案化掺杂多晶硅层电接触。该结构虽然可减少分流提高电池效应，但该结构复杂，制备方法难度较高。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种背接触式太阳能电池及其制备方法，该背接触式太阳能电池可增强载流子的收集效果，提升电池效率。
本发明提供了一种背接触式太阳能电池，包括：
硅基底；
所述硅基底的背面设置有柱形孔洞与非柱形孔洞区域；
所述柱形孔洞设置有掺杂背场层；
所述硅基底背面设有第一电极；所述第一电极与所述掺杂背场层电接触；
所述非柱形孔洞区域设置有掺杂发射极层；所述掺杂发射极层包括掺杂多晶硅层；
所述硅基底背面设有第二电极；所述第二电极与所述掺杂多晶硅层电接触；
所述第一电极与第二电极极性相反，且相互绝缘。
优选的，所述掺杂背场层设置于柱形孔洞的侧壁及底面。
优选的，所述柱形孔洞的直径为50～300μm；所述柱形孔洞的数量为多个；相邻柱形孔洞的间隔为500～3000μm；所述柱形孔洞的深度为硅基底厚度的30％～80％。
优选的，所述柱形孔洞的数量为多个，每个柱形孔洞中均设置有第一电极；多个第一电极通过第一导电浆线连接；
所述第二电极的数量为多个；多个第二电极通过第二导电浆线连接；
且所述第一导电浆线与第二导线浆线不接触。
优选的，所述第一导电浆线连接第一电极呈回字蛇形；
所述第二导电浆线连接第二电极呈回字蛇形。
优选的，所述掺杂发射极层还包括隧穿氧化层；所述隧穿氧化层设置于非柱形孔洞区域的硅基底与掺杂多晶硅层之间。
优选的，所述隧穿氧化层的厚度为0.1～5nm；所述掺杂多晶硅层的厚度为30～300nm；所述第一电极的直径为200～100μm；所述第二电极的直径为10～30μm。
优选的，所述硅基底为P型硅基底；所述掺杂背场层为掺杂III族元素的背场层；所述掺杂多晶硅层为掺杂V族元素的多晶硅层。
优选的，所述硅基底为N型硅基底；所述掺杂背场层为掺杂V族元素的背场层；所述掺杂多晶硅层为掺杂III族元素的多晶硅层。
本发明还提供了一种上述背接触式太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1)在硅基底的背面沉积本征非晶硅层；
S2)将沉积本征非晶硅层的硅基底进行第一次掺杂处理，形成掺杂多晶硅层；
S3)在形成掺杂多晶硅层的硅基底的背面印刷酸性腐蚀材料，并进行抛光处理形成柱形孔洞；
S4)将形成柱形孔洞的硅基底进行第二次掺杂处理，形成掺杂背场层；
S5)将形成掺杂背场层的硅基底进行酸洗；
S6)在酸洗后的硅基底背面分别制备与掺杂背场层电接触的第一电极及与掺杂多晶硅层电接触的第二电极，得到背接触式太阳能电池；所述第一电极与第二电极极性相反，且相互绝缘。
本发明提供了一种背接触式太阳能电池，包括：硅基底；所述硅基底的背面设置有柱形孔洞与非柱形孔洞区域；所述柱形孔洞设置有掺杂背场层；所述硅基底背面设有第一电极；所述第一电极与所述掺杂背场层电接触；所述非柱形孔洞区域设置有掺杂发射极层；所述掺杂发射极层包括掺杂多晶硅层；所述硅基底背面设有第二电极；所述第二电极与所述掺杂多晶硅层电接触。与现有技术相比，本发明利用柱形孔洞结构来布置完成背场区，可以充分利用硅基底的厚度，形成的底部区域和柱壁形成背场区，在不占用背面表面积情况下增大背场收集面积，同时也将背面发射区面积最大化，对一个太阳电池而言，在一定的比例范围内，发射极面积的占比越大，对少子的捕获传输性能越高，电池的效率相对较高，同时背场区深入到硅片内部，使得多数载流子在硅片内部就可以被收集，缩短了传输收集距离，增强了收集效果，从而使该结构对少数载流子和多数载流子均有增强收集的效果，整体提升了电池的效率。
附图说明
图1为本发明提供的背接触式太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明提供的背接触式太阳能电池的柱形孔洞分布示意图；
图3为本发明提供的背接触式太阳能电池的电极设置示意图；
图4为本发明提供的P型硅基底腐蚀抛光形成柱形孔洞后的结构示意图；
图5为本发明提供的P型硅基底经第二次掺杂处理后形成掺杂背场层后的结构示意图；
图6为本发明提供的酸洗后的硅基底的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种背接触式太阳能电池，包括：
硅基底；
所述硅基底的背面设置有柱形孔洞与非柱形孔洞区域；
所述柱形孔洞设置有掺杂背场层；
所述硅基底背面设有第一电极；所述第一电极与所述掺杂背场层电接触；
所述非柱形孔洞区域设置有掺杂发射极层；所述掺杂发射极层包括掺杂多晶硅层；
所述硅基底背面设有第二电极；所述第二电极与所述掺杂多晶硅层电接触。
参见图1，图1为本发明提供的背接触式太阳能电池的结构示意图。
本发明提供的背接触式太阳能电池中的硅衬底为本领域技术人员熟知的衬底即可，并无特殊的限制，可为P型硅基底，也可为N型硅基底。
所述硅基底的背面设置有柱形孔洞，优选的设置有圆柱形孔洞，参见图2，图2为本发明提供的背接触式太阳能电池的柱形孔洞分布示意图；所述柱形孔洞的直径优选为50～300μm，更优选为80～200μm，再优选为100～150μm；所述柱形孔洞的数量优选为多个；相邻柱形孔洞的间隔优选为500～3000μm，更优选为800～2000μm，再优选为800～1500μm，最优选为1000μm；所述柱形孔洞的深度优选为硅基底厚度的30％～80％。
所述柱形孔洞设置有掺杂背场层；所述掺杂背场层的厚度优选为0.3～1μm；在本发明中，所述掺杂背场层优选设置于柱形孔洞的侧壁及底面；所述掺杂背场层中的掺杂元素可根据硅基底种类的不同进行选择；当所述硅基底为P型硅基底，所述掺杂背场层为掺杂III族元素的背场层，优选为硼掺杂背场层和/或镓掺杂背场层，作为P+背场区，用来选择性传输空穴载流子；当所述硅基底为N型硅基底；所述掺杂背场层为掺杂V族元素的背场层，优选为磷掺杂背场层，作为N+背场区，用来选择性传输电子载流子；在本发明中，优选的，所述掺杂背场层的表面还设置有背钝化层；所述背钝化层的厚度优选为62～220nm；所述背钝化层为本领域技术人员熟知的背钝化层即可，并无特殊的限制，本发明中优选包括叠层设置的氧化铝层与氮化硅层；所述氧化铝层厚度优选为2～20nm；所述氮化硅层的厚度优选为60～200nm。
所述硅基底背面设有第一电极，也即柱形孔洞内设置有第一电极；所述第一电极与掺杂背场层电接触；所述第一电极的形状优选为圆柱体；所述第一电极的直径优选为200～100μm；所述第一电极的高度优选延伸至硅基底的平坦区域表面附近，即所述第一电极的高度小于或等于圆柱形孔洞的深度；所述第一电极优选为铝电极；第一电极起到电接触掺杂背场层的作用。
在本发明中，由于柱形孔洞的个数为多个，每个柱形孔洞中均设置有第一电极，第一电极的个数也为多个，因此优选还包括第一导电浆线，多个第一电极通过第一导电浆线连接；更优选的，所述第一导线浆线设置于背钝化层表面将多个第一电极连接起来；进一步优选的，所述第一导电浆线连接第一电极呈回字蛇形；所述第一导电浆线的宽度优选为20～300μm；所述第一导电浆线的种类为本领域技术人员熟知的浆线即可，并无特殊的限制，本发明中优选为铝浆。
所述硅基底的背面除柱形孔洞外为非柱形孔洞区域；所述非柱形孔洞区域的硅基底表面设置有掺杂发射极层；所述掺杂发射极层包括掺杂多晶硅层；所述掺杂多晶硅层的厚度优选为30～300nm；所述掺杂多晶硅层中掺杂元素的种类根据硅基底的种类不同进行选择，当所述硅基底为P型硅基底，所述掺杂多晶硅层为V族元素的多晶硅层，优选为磷掺杂多晶硅层；当所述硅基底为N型硅基底，所述掺杂多晶硅层为掺杂III族元素的多晶硅层，优选为硼掺杂多晶硅层和/或镓掺杂多晶硅层；在本发明中，优选的，所述掺杂发射极层优选还包括隧穿氧化层；所述隧穿氧化层设置于非柱形孔洞区域的硅基底与掺杂多晶硅层之间；所述隧穿氧化层的厚度优选为0.1～5nm，更优选为0.5～4nm，再优选为1～3nm；所述隧穿氧化层可以为氧化硅层、硅氮氧化物层或硅的氮化物层；在本发明中，优选的，所述掺杂发射极层的表面设置有背钝化层，更优选的所述非柱形孔洞区域的背钝化层与柱形孔洞内的背钝化层呈一体化设置；非柱形孔洞区域的背钝化层的厚度优选为62～220nm；所述背钝化层为本领域技术人员熟知的背钝化层即可，并无特殊的限制，本发明中优选包括叠层设置的氧化铝层与氮化硅层；所述氧化铝层厚度优选为2～20nm；所述氮化硅层的厚度优选为60～200nm。
所述硅基底背面设有第二电极，也即所述硅基底的非柱形孔洞区域设置有第二电极；所述第二电极的极性与第一电极相反，且相互绝缘；所述第二电极的形状优选为圆柱形；所述第二电极的直径优选为10～30μm；所述第二电极的种类优选为银电极；所述第二电极的数量优选为多个；多个第二电极优选通过第二导电浆线连接，且所述第一导电浆线与第二导线浆线不接触；进一步优选的，所述第二导电浆线设置于被背钝化层表面连接多个第二电极；更进一步优选的，所述第二导电浆线连接第二电极呈回字蛇形，参见图3，图3为本发明提供的背接触式太阳能电池的电极设置示意图，其中黑点为第一电极，黑线为第一导电浆线，红点为第二电极，红线为第二导电浆线；所述第二导电浆线的宽度优选为100～2000μm；所述第二导电浆线的种类为本领域技术人员熟知的种类即可，并无特殊的限制，本发明中优选为铝浆。
所述硅基底的正面为金字塔绒面；所述硅基底的正面设置有正面钝化层；所述正面钝化层的厚度优选为57～120nm；所述正面钝化层为本领域技术人员熟知的正面钝化层即可，并无特殊的限制，本发明中优选为包括层叠设置的氧化铝层、氮化硅层与氧化硅层；所述氧化铝层的厚度优选为2～20m,；所述氮化硅层的厚度优选为50～80nm；所述氧化硅层的厚度优选为5～20nm。
本发明利用柱形孔洞结构来布置完成背场区，可以充分利用硅基底的厚度，形成的底部区域和柱壁形成背场区，在不占用背面表面积情况下增大背场收集面积，同时也将背面发射区面积最大化，对一个太阳电池而言，在一定的比例范围内，发射极面积的占比越大，对少子的捕获传输性能越高，电池的效率相对较高，同时背场区深入到硅片内部，使得多数载流子在硅片内部就可以被收集，缩短了传输收集距离，增强了收集效果，从而使该结构对少数载流子和多数载流子均有增强收集的效果，整体提升了电池的效率。
本发明还提供了一种上述背接触式太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：S1)在硅基底的背面沉积本征非晶硅层；S2)将沉积本征非晶硅层的硅基底进行第一次掺杂处理，形成掺杂多晶硅层；S3)在形成掺杂多晶硅层的硅基底的背面印刷酸性腐蚀材料，并进行抛光处理形成柱形孔洞；S4)将形成柱形孔洞的硅基底进行第二次掺杂处理，形成掺杂背场层；S5)将形成掺杂背场层的硅基底进行酸洗；S6)在酸洗后的硅基底背面分别制备与掺杂背场层电接触的第一电极及与掺杂多晶硅层电接触的第二电极，得到背接触式太阳能电池；所述第一电极与第二电极极性相反，且相互绝缘。
其中，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
在本发明中，优选先对硅基底进行双面抛光处理；所述双面抛光处理的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明中优选采用碱抛光；所述碱抛光所用的碱性抛光液中的碱优选为氢氧化钾、氢氧化钠与四甲基氢氧化铵(TMAH)中的一种或多种；所述碱性抛光液中碱的质量浓度优选为5％～20％；碱性抛光液除碱外还可添加抛光添加剂，有利于表面更加平坦；所述抛光处理的温度优选为60℃～90℃；通过抛光处理可除去表面的切割损伤并平滑表面，降低表面缺陷。
然后在硅基底的背面沉积本征非晶硅层，更优选在硅基底的背面先沉积隧穿氧化层然后再沉积本征非晶硅层；在本发明中，所述隧穿氧化层可以为氧化硅层、硅氮氧化物层或硅的氮化物层；所述隧穿氧化层沉积的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明中优选采用LPCVD(低压化学气象沉积)、PECVD(等离子化学气相沉积)与PEALD(等离子增强原子层沉积)中的一种或多种；所述隧穿氧化层的厚度优选为0.1～5nm；所述本征非晶硅层的沉积方法为本领域技术人员熟知的方法即可，在本发明中采用LPCVD、PEALD与PVD(物理沉积)中的一种或多种；所述本征非晶硅层的厚度优选为30～300nm。
将沉积本征非晶硅层的硅基底进行第一次掺杂处理，形成掺杂多晶硅层；所述掺杂处理的方法根据硅基底的种类及掺杂多晶硅层中掺杂元素进行选择；当所述硅基底为P型硅基底时，此步骤优选为V族元素扩散或离子注入V族元素，更优选为磷扩散或离子注入磷；所述磷扩散优选为高温管式磷扩散；所述磷扩散的磷源优选为三氯氧磷；所述磷扩散的温度优选为930℃～980℃；所述磷扩散的时间优选为60～80min；所述离子注入磷的能量优选为5～200keV；所述离子注入磷的剂量优选为1*1019/cm3～10*1019/cm3；离子注入磷后优选还进行氧化退火处理；所述氧化退火处理的温度优选为900℃～980℃；所述氧化退火处理的时间优选为30～50min；所述氧化退火处理优选在空气气氛中进行；磷扩散或离子注入磷后硅基底的方阻优选为20～80Ω/□，更优选为20～50Ω/□。在此过程中表面形成含磷元素的氧化硅层，俗称PSG层，厚度优选为40～60nm；当该步骤为磷扩散进行掺杂时，正面也会形成磷掺杂的常规发射极，起到吸收杂质的作用，在后面的制绒步，该发射极连同吸收的杂质将会被一起去除掉。并且在这一步本征非晶硅将转变为对应的掺杂多晶硅。当所述硅基底为N型硅基底时，第一次掺杂处理优选为掺杂III族元素，更优选为硼扩散；所述硼扩散优选为高温管式硼扩散处理；所述硼扩散的硼源优选为三氯化硼和/或三溴化硼；所述硼扩散的温度优选为930℃～980℃；所述硼扩散的时间优选为60～80min；硼扩散处理后硅基底的方阻优选为20～80Ω/□，更优选为40～50Ω/□；在此过程中，表面形成含硼元素的氧化硅层，俗称BSG层，厚度优选为40～60nm。
在形成掺杂多晶硅层的硅基底的背面印刷酸性腐蚀材料；在本发明中通过丝网印刷的方式按照柱形孔洞的分布印刷酸性腐蚀材料，酸性腐蚀材料可除去第一次掺杂处理过程中形成的PSG或BSG，暴露出下层的硅基底；所述酸性腐蚀材料优选包括草酸、表面活性剂、增稠剂、改性二氧化硅、去离子水与氟化钠，其可在常温或加热条件下对PSG层或BSG层起到腐蚀作用；所述酸性腐蚀材料中草酸的质量浓度优选为5％～20％；所述酸性腐蚀材料中表面活性剂的质量浓度优选为5％～10％；所述表面活性剂的种类优选为柠檬酸钠；所述酸性腐蚀材料中增稠剂的质量浓度优选为10％～20％；所述增稠剂的种类优选为树脂；所述酸性腐蚀材料中改性二氧化硅的质量浓度优选为20％～40％；所述改性二氧化硅优选为表面圆滑处理的二氧化硅颗粒，直径为10～20μm；所述酸性腐蚀材料中去离子水的质量浓度优选为5％～20％；所述酸性腐蚀材料中氟化钠的质量浓度优选为1％～10％。印刷酸性腐蚀材料后，清洗去除残余的腐蚀材料，背面未印刷酸性腐蚀材料的PSG层或BSG层依然保留，可作为抛光工艺时的碱阻挡层保护下方的掺杂多晶硅层。PSG层或BSG层作为第一次掺杂处理中的附属产品，可起到阻挡碱刻蚀的作用，不需要在单独沉积氧化硅层或氮化硅层作为碱刻蚀的阻挡层，减少了工艺步骤和成本。
对清洗掉酸性腐蚀材料的硅基底进行抛光处理，形成柱形孔洞；抛光处理的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明中优选采用碱抛光；所述碱抛光所用的碱性抛光液中的碱优选为氢氧化钾、氢氧化钠与四甲基氢氧化铵(TMAH)中的一种或多种；所述碱性抛光液中碱的质量浓度优选为5％～20％；碱性抛光液除碱外还可添加抛光添加剂，有保护氧化层的功能，保证PSG层或BSG层不会背腐蚀过程，优选PSG层或BSG层剩余30～50nm；所述抛光处理的温度优选为60℃～90℃；未被PSG层或BSG层，覆盖保护的区域形成抛光的平坦结构，即背面的图案区域出现抛光结构，并具有一定深度，形成柱形孔洞；柱形孔洞的深度优选为硅片厚度的30％-80％；在此步骤中由于硅基底的正表面有PSG层或BSG层保护，未被抛光。参见图4，图4为P型硅基底腐蚀抛光形成柱形孔洞后的结构示意图。
将形成柱形孔洞的硅基底进行第二次掺杂处理，形成掺杂背场层；所述第二次掺杂处理的方法可根据硅基底的种类及掺杂多晶硅层中掺杂元素进行选择；当所述硅基底为P型硅基底时，此步骤优选为掺杂III族元素，更优选为硼扩散；所述硼扩散的方法同上所述，在此不再赘述；当所述硅基底为N型硅基底时，此步骤优选为V族元素扩散或离子注入V族元素，更优选为磷扩散或离子注入磷；所述磷扩散与离子注入磷的方法均同上所述，在此不再赘述。参见图5，图5为P型硅基底经第二次掺杂处理后形成掺杂背场层后的结构示意图。
由于在第一次掺杂处理时会在硅基底的正面形成PSG层或BSG层，因此优选除去形成掺杂背场层的硅基底正面的PSG层或BSG层，然后进行制绒处理，再进行酸洗除去背面的PSG层与BSG层；所述正面的PSG层或BSG层优选通过链式去除，所述链式去除的溶液优选为氢氟酸溶液，更优选为1％～10％的氢氟酸溶液；所述制绒处理的溶液优选为碱性溶液；所述制绒处理的溶液中的碱优选为氢氧化钾、氢氧化钠与四甲基氢氧化铵(TMAH)中的一种或多种；所述制绒处理的溶液中碱的质量浓度优选为5％～20％；在制绒处理时，优选还添加制绒添加剂；所述添加剂优选为具有保护氧化层功能的添加剂；通过制绒处理使硅基底的正面为为金字塔绒面，起到陷作用。背面有氧化层保护而不出现制绒现象。正面制绒后，通过酸洗去除背面的BGS层和PSG层；所述酸洗的溶液优选为氢氟酸溶液，更优选浓度为1％～10％的氢氟酸溶液。参见图6，图6为酸洗后的硅基底的结构示意图。
按照本发明，在酸洗后的硅基底的背面优选还沉积背钝化层，更优选还在酸洗后的硅基底的正面沉积正面钝化层；本发明对所述正面钝化层与背钝化层沉积的顺序并没有特殊的限制，可先沉积正面钝化层也可先沉积背钝化层，并无特殊的限制；所述正面钝化层及背钝化层的种类均同上所述，在此不再赘述；所述正面钝化层与背钝化层沉积的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明中优选为PECVD、ALD或PEALD。
在沉积背钝化层的硅基底背面分别制备与掺杂背场层电接触的第一电极及与掺杂多晶硅层电接触的第二电极，即在沉积背钝化层的硅基底背面的柱形孔洞内制备第一电极及非柱形孔洞区域制备第二电极，得到背接触式太阳能电池；所述第一电极优选按照以下方法进行制备：在柱形孔洞内利用激光或酸性刻蚀材料开口，去除开口区域的背钝化层，并印刷第一电极，在本发明中优选同时印刷第一导电浆料形成第一导电浆线连接第一电极；所述开口的直径优选为10～50μm；所述第一电极优选为低腐蚀性的铝浆或非腐蚀性的铝；所述第一导电浆料优选为低腐蚀性的铝浆或非腐蚀性的铝浆；所述第二电极的制备方法优选具体为：在非柱形孔洞区域印刷腐蚀性的浆料形成第二电极，然后印刷第二导电浆料形成第二导电浆线连接第二电极；所述腐蚀性的浆料优选为腐蚀性的银浆；所述腐蚀性的浆料中的玻璃体可以将背钝化层打开，使得浆料与掺杂多晶硅层接触；所述第二导电浆料优选为优选为低腐蚀性的铝浆或非腐蚀性的铝浆；最后优选通过烧结形成电接触，得到背接触式太阳能电池；所述烧结的温度优选为600℃～800℃；所述烧结的时间优选为2～5min。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种背接触式太阳能电池及其制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售；实施例中所用抛光添加剂：拓邦新能源有限公司，型号PI10V02的抛光添加剂；实施例中所用树脂增稠剂：厦门市豪尔新材股份有限公司，型号HR575；表面圆滑处理的二氧化硅颗粒为：厦门市豪尔新材股份有限公司，型号HR575；制绒添加剂：拓邦新能源有限公司，型号为EP32。
实施例1
1.1：P型硅片双面抛光
常规碱抛光，10％氢氧化钾溶液，1％的抛光添加剂，温度80℃下进行化学反应300s，目的去除表面的切割损伤，并平滑表面，降低表面缺陷。
1.2：背面沉积隧穿层及本征非晶硅层
利用LPCVD(低压化学气象沉积)背面沉积隧穿层氧化硅层，厚度为1.5nm，随后利用LPCVD沉积本征非晶硅，厚度在150nm。
1.3：双面磷扩散
将1.2得到的硅片进行双面磷扩散，方案具体为高温管式磷扩，磷源为三氯氧磷POCl3，磷扩散的温度为950℃，时间为60min，并在空气气氛中900℃氧化退火30min，磷扩散后硅片的方阻为50Ω/□。该过程中表面形成含磷元素的氧化硅层，俗称PSG层，厚度为40nm。
此时进行的是双面的磷扩散，正面会形成磷掺杂的常规发射极，起到吸收杂质的作用。在后面的制绒步，该发射极连同吸收的杂质将会被一起去除掉。在这一步本征非晶硅将转变为对应的N型掺杂多晶硅。
1.4：印刷酸性腐蚀材料
在经过双面磷扩后，硅片的前后表面会形成PSG层，即含磷的二氧化硅层。此时通过丝网印刷的方式按照圆柱洞状背场区的图案印刷酸性腐蚀材料，圆柱洞状背场区的直径在100μm。圆柱间隔为1000μm。该腐蚀材料可以将该处的PSG腐蚀并去除掉，暴露下层的P型硅基底。
该腐蚀材料由草酸，表面活性剂，增稠剂，改性二氧化硅，去离子水，氟化钠组成，在常温或加热下对PSG层起到腐蚀作用。其中各成分含量为：草酸10wt％，表面活性剂柠檬酸钠8wt％，树脂增稠剂10wt％，表面圆滑处理的二氧化硅颗粒30wt％，氟化钠5wt％与余量的去离子水组成。印刷腐蚀材料后并清洗去除残余的腐蚀材料。背面未印刷酸性腐蚀材料的PSG层依然保留，作为S5抛光工艺时的碱阻挡层，保护下方的N型掺杂多晶硅。(PSG层作为磷扩工艺中的附属产品，起到阻挡碱刻蚀的作用，不需要在单独沉积氧化硅层或氮化硅层作为碱刻蚀的阻挡层，减少了工艺步骤和成本)
1.5：背面圆柱洞状区域抛光，形成洞状
对清洗掉酸性腐蚀材料的硅片进行抛光处理，即在10％氢氧化钾，1％抛光添加剂作用下进行抛光工艺，同时添加剂为保护氧化层的功能。抛光时间为300S，温度为80℃。保证PSG不被腐蚀过多，PSG剩余30nm。在未被PSG层覆盖保护的区域形成抛光的平坦结构。即背面的图案区域出现抛光结构，并具有一定深度，圆柱深度为硅片厚度的50％。硅片正表面有PSG层保护，未被抛光。
1.6：背面硼扩散
将1.5中得到的的硅片进行背面硼扩散，方案具体为高温管式硼扩，硼源为三氯化硼BCl3，硼扩散的温度为950℃，硼扩散的时间为60min；硼扩散后硅片的方阻为40Ω/□。该过程中表面形成含硼元素的氧化硅层，俗称BSG层，厚度为50nm。
1.7：去除正面PSG层及正面制绒
将1.6中得到的硅片进行链式去正面PSG层，溶液为HF溶液，浓度为5％。并进行制绒处理，即在10％氢氧化钾溶液中，在1.5％制绒添加剂下进行制绒工艺，该制绒添加剂具有保护氧化层功能的添加剂，制绒时间400s，温度80℃。即正面整面为金字塔绒面，起到陷作用。背面有氧化层保护而不出现制绒现象。正面制绒后，酸洗酸洗去除背面的BGS层和PSG层，溶液为HF溶液，浓度为50％，酸洗时间300s。
1.8：正面背面叠层钝化
正、背面进行含氢的介质层沉积，起到化学钝化背表面的作用。具体背面为氧化铝+氮化硅叠层钝化，其中氧化铝为PECVD制备厚度为10nm。氮化硅为PECVD制备，厚度为100nm。正面为氧化铝+氮化硅+氧化硅叠层膜，均由PECVD、制备，厚度分别为10nm，50nm，5nm。
1.9：背面金属化(分布结构如图3所示)
P区圆柱深洞内利用激光或酸性刻蚀材料进行开口。开口的直径为50μm。开口区域只将介质层去除掉，在P区开口区域的上方印刷低腐蚀性的铝浆(黑色点)，形状为圆柱体，直径为50μm，高度延伸至硅片背表面附近，起到电接触P区的作用，并同时印刷黑色的低腐蚀铝浆，宽度为20μm起到连接P区黑色接触点的作用。
在N型多晶硅上局部位置印刷腐蚀性的银浆(红色点为发射极的烧穿型浆料接触点，直径为20μm)，腐蚀性的银浆中的玻璃体可以将介质层打开，使得银与N型多晶硅接触，再印刷非腐蚀性的连接线(红色线段)将红色接触点连接，宽度为100μm，最后在800℃下进行共烧结3min形成电极。
实施例2
2.1：P型硅片双面抛光
常规碱抛光，20％氢氧化钾溶液，1.5％的抛光添加剂，温度80℃下进行化学反应300s时间，目的去除表面的切割损伤，并平滑表面，降低表面缺陷。
2.2：背面沉积隧穿层及本征非晶硅层
利用LPCVD(低压化学气象沉积)背面沉积隧穿层氧化硅层，厚度为2nm，随后利用LPCVD沉积本征非晶硅，厚度在250nm。
2.3：双面磷扩散
将2.2中得到的硅片进行双面磷扩散，方案具体为高温管式磷扩，磷源为三氯氧磷POCl3，磷扩散的温度为935℃，时间为60min，并在空气气氛中900℃氧化退火30min。磷扩散后硅片的方阻为20Ω/□。该过程中表面形成含磷元素的氧化硅层，俗称PSG层，厚度为40nm。
此时进行的是双面的磷扩散，正面会形成磷掺杂的常规发射极，起到吸收杂质的作用。在后面的制绒步，该发射极连同吸收的杂质将会被一起去除掉。在这一步本征非晶硅将转变为对应的N型掺杂多晶硅。
2.4：印刷酸性腐蚀材料
在经过双面磷扩后，硅片的前后表面会形成PSG层，即含磷的二氧化硅层。此时通过丝网印刷的方式按照圆柱洞状背场区的图案印刷酸性腐蚀材料，圆柱洞状背场区的直径在100μm。圆柱间隔为1000μm。该腐蚀材料可以将该处的PSG腐蚀并去除掉，暴露下层的P型硅基底。
该腐蚀材料由草酸，表面活性剂，增稠剂，改性二氧化硅，去离子水，氟化钠组成，在常温或加热下对PSG层起到腐蚀作用。其中各成分含量为：草酸10wt％，表面活性剂柠檬酸钠8wt％，树脂增稠剂10wt％，表面圆滑处理的二氧化硅颗粒30wt％，氟化钠5wt％与余量的去离子水组成。印刷腐蚀材料后并清洗去除残余的腐蚀材料。背面未印刷酸性腐蚀材料的PSG层依然保留，作为2.5中抛光工艺时的碱阻挡层，保护下方的N型掺杂多晶硅。(PSG层作为磷扩工艺中的附属产品，起到阻挡碱刻蚀的作用，不需要在单独沉积氧化硅层或氮化硅层作为碱刻蚀的阻挡层，减少了工艺步骤和成本)。
2.5：背面圆柱洞状区域抛光，形成洞状
对清洗掉酸性腐蚀材料的硅片进行抛光处理，即在15％氢氧化钾，1.2％抛光添加剂作用下进行抛光工艺，同时添加剂为保护氧化层的功能。抛光时间为300s，温度为80℃。保证PSG不被腐蚀过多，PSG剩余30nm。在未被PSG层覆盖保护的区域形成抛光的平坦结构。即背面的图案区域出现抛光结构，并具有一定深度，圆柱深度为硅片厚度的40％。硅片正表面有PSG层保护，未被抛光。
2.6：背面硼扩散
将2.5中得到的硅片进行背面硼扩散，方案具体为高温管式硼扩，硼源为三氯化硼BCl3，硼扩散的温度为950℃，硼扩散的时间为60min；硼扩散后硅片方阻为40Ω/□。该过程中表面形成含硼元素的氧化硅层，俗称BSG层，厚度为40-50nm。
2.7：去除正面PSG层及正面制绒
将2.6得到的硅片进行链式去正面PSG层，溶液为HF溶液，浓度为5％。并进行制绒处理，即在10％氢氧化钾溶液中，在1.5％制绒添加剂下进行制绒工艺，该制绒添加剂具有保护氧化层功能的添加剂，制绒时间400S，温度80℃。即正面整面为金字塔绒面，起到陷作用。背面有氧化层保护而不出现制绒现象。正面制绒后，酸洗酸洗去除背面的BGS层和PSG层，溶液为HF溶液，浓度为50％，酸洗时间300s。
2.8：正面背面叠层钝化
正、背面进行含氢的介质层沉积，起到化学钝化背表面的作用。具体背面为氧化铝+氮化硅叠层钝化，其中氧化铝为PECVD制备厚度为10nm。氮化硅为PECVD制备，厚度为100nm。正面为氧化铝+氮化硅+氧化硅叠层膜，均可由PECVD、制备，厚度分别为10nm，50nm，5nm。
2.9：背面金属化(分布结构如图3所示)
P区圆柱深洞内利用激光或酸性刻蚀材料进行开口。开口的直径为50μm。开口区域只将介质层去除掉，在P区开口区域的上方印刷低腐蚀性的铝浆(黑色点)，形状为圆柱体，直径为50μm，高度延伸至硅片背表面附近，起到电接触P区的作用，并同时印刷黑色的低腐蚀铝浆，宽度为50μm起到连接P区黑色接触点的作用。
在N型多晶硅上局部位置印刷腐蚀性的银浆(红色点为发射极的烧穿型浆料接触点，直径为20μm)，腐蚀性的银浆中的玻璃体可以将介质层打开，使得银与N型多晶硅接触，再印刷非腐蚀性的连接线(红色线段)将红色接触点连接，宽度为100μm，最后在780℃下进行共烧结3min形成电极。
将实施例1与实施例2中得到的背接触式太阳能电池进行性能检测，检测方法为在STC标准条件下(25℃，1000W/m2，AM1.5G光源)进行的电池电性能测试，得到结果如表1所示。表1中常规IBC电池为国家电投西宁太阳能电力有限公司生产的“Zebra”结构的IBC电池，尺寸为166*166mm，具体型号为“仙女座”系列。
表1太阳能电池性能检测结果
电池类别 短路电流密度 开路电压 填充因子 转换效率
常规IBC电池 41.7mA/cm2 705mv 82％ 24.22％
实施例1 42mA/cm2 720mv 82.3％ 24.88％
实施例2 42.1mA/cm2 725mv 82.5％ 25.18％

Claims (10)

1.一种背接触式太阳能电池，其特征在于，包括：
硅基底；
所述硅基底的背面设置有柱形孔洞与非柱形孔洞区域；
所述柱形孔洞设置有掺杂背场层；
所述硅基底背面设有第一电极，所述第一电极与所述掺杂背场层电接触；
所述非柱形孔洞区域设置有掺杂发射极层；所述掺杂发射极层包括掺杂多晶硅层；
所述硅基底背面设有第二电极，所述第二电极与所述掺杂多晶硅层电接触；
所述第一电极与第二电极极性相反，且相互绝缘。
2.根据权利要求1所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，所述掺杂背场层设置于柱形孔洞的侧壁及底面。
3.根据权利要求1所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，所述柱形孔洞的直径为50～300μm；所述柱形孔洞的数量为多个；相邻柱形孔洞的间隔为500～3000μm；所述柱形孔洞的深度为硅基底厚度的30％～80％。
4.根据权利要求1所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，所述柱形孔洞的数量为多个，每个柱形孔洞中均设置有第一电极；多个第一电极通过第一导电浆线连接；
所述第二电极的数量为多个；多个第二电极通过第二导电浆线连接；
且所述第一导电浆线与第二导线浆线不接触。
5.根据权利要求4所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，所述第一导电浆线连接第一电极呈回字蛇形；
所述第二导电浆线连接第二电极呈回字蛇形。
6.根据权利要求1所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，所述掺杂发射极层还包括隧穿氧化层；所述隧穿氧化层设置于非柱形孔洞区域的硅基底与掺杂多晶硅层之间。
7.根据权利要求6所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，所述隧穿氧化层的厚度为0.1～5nm；所述掺杂多晶硅层的厚度为30～300nm；所述第一电极的直径为200～100μm；所述第二电极的直径为10～30μm。
8.根据权利要求1所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，所述硅基底为P型硅基底；所述掺杂背场层为掺杂III族元素的背场层；所述掺杂多晶硅层为掺杂V族元素的多晶硅层。
9.根据权利要求1所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，所述硅基底为N型硅基底；所述掺杂背场层为掺杂V族元素的背场层；所述掺杂多晶硅层为掺杂III族元素的多晶硅层。
10.一种权利要求1所述的背接触式太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)在硅基底的背面沉积本征非晶硅层；
S2)将沉积本征非晶硅层的硅基底进行第一次掺杂处理，形成掺杂多晶硅层；
S3)在形成掺杂多晶硅层的硅基底的背面印刷酸性腐蚀材料，并进行抛光处理形成柱形孔洞；
S4)将形成柱形孔洞的硅基底进行第二次掺杂处理，形成掺杂背场层；
S5)将形成掺杂背场层的硅基底进行酸洗；
S6)在酸洗后的硅基底背面分别制备与掺杂背场层电接触的第一电极及与掺杂多晶硅层电接触的第二电极，得到背接触式太阳能电池；所述第一电极与第二电极极性相反，且相互绝缘。
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