CN117577709B - 一种联合钝化背接触电池及其制备方法和电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明属于联合钝化背接触电池技术领域,具体涉及一种联合钝化背接触电池及其制备方法和电池组件,联合钝化背接触电池中,在所述第一半导体开口区和所述第二半导体开口区之间设置或不设置间隔区,间隔区为所述第二半导体层的边缘延伸至相邻的第一半导体层的Z轴方向外表面而形成的叠层结构,且在X轴方向上,所述隔离槽横跨间隔区并继续延伸分别横跨至第二半导体开口区内、第一半导体开口区内。本发明联合钝化背接触电池大幅减少或完全消除第二半导体开口区与第一半导体开口区之间的间距,从而有利于增加导电膜层与相应半导体开口区的接触面积占比,减小载流子横向传输距离,减少了电池背面寄生吸收,从而增加了电池电流、提高电池转换效率。

Description

一种联合钝化背接触电池及其制备方法和电池组件
技术领域
本发明属于联合钝化背接触电池技术领域,具体涉及一种联合钝化背接触电池及其制备方法和电池组件。
背景技术
目前,背接触异质结太阳电池,工艺流程一般为:S11、硅片双面抛光;S12、硅片背面镀第一掩膜层保护;S13、硅片制绒清洗,在第一掩膜层的对面形成金字塔绒面,之后去除第一掩膜层,形成单面制绒、单面抛光结构的硅片;S14、硅片背面依次镀第一半导体层及第二掩膜层,第一半导体层包含本征非晶或微晶硅层及N型或P型掺杂非晶或微晶硅层,所述第二掩膜层一般为氮化硅;S15、在硅片背面激光或蚀刻开口,去除第二掩膜层及部分第一半导体层,形成第二半导体开口区;S16、硅片清洗,去除第二半导体开口区内的第一半导体层;S17、硅片正面依次形成非晶层及减反层,背面形成第二半导体层,第二半导体层包含本征非晶或微晶硅层及P型或N型掺杂非晶或微晶硅层(当第一半导体层为N型时第二半导体层为P型,当第一半导体层为P型时第二半导体层为N型);S18、硅片背面激光或蚀刻开口,形成与第二半导体开口区交替排列的第一半导体开口区;S19、硅片清洗,去除第一半导体开口区内的第二掩膜层;S20、硅片背面沉积导电膜层;S21、通过激光或蚀刻的方式,在第一半导体开口区与第二半导体开口区之间形成隔离槽;S22、在硅片第一半导体开口区与第二半导体开口区上形成金属电极。背接触电池还有联合钝化结构的,其第一半导体层包括隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层。
然而,现有技术中,背接触电池的第一半导体开口区与第二半导体开口区之间需要设置间隔区,间隔区是指在Z轴方向上第一半导体层与第二半导体层的叠层区域,HBC电池中需要把隔离槽设置在间隔区内,因此常规HBC电池的隔离槽宽度会比间隔区更小。所述第一半导体开口区与第二半导体开口区之间的间隔区宽度一般为100-200μm。该结构的背接触电池的电池转换效率有待进一步提升。
发明内容
经研究发现,现有技术的背接触电池中,间隔区需要占用较大的宽度,同时,间隔区的设置减少了导电膜层与第一半导体开口区、第二半导体开口区的接触面积占比,不利于减小PN结的排列周期,增加了间隔区的接触面积,同时增加了导电膜层与第一半导体开口区、第二半导体开口区的接触电阻,增加了载流子的传输距离,从而增加了电池的串联电阻;另外,间隔区为第一半导体层、第二半导体层的叠层结构,增加了电池背面寄生吸收,从而降低了电池电流,进而降低了电池转换效率和电池生产良率。
本发明的目的是为了克服现有技术存在的电池转换效率和电池生产良率均有待进一步提升的缺陷,提供一种联合钝化背接触电池及其制备方法和电池组件,该联合钝化背接触电池大幅减少或完全消除第二半导体开口区与第一半导体开口区之间的间距,从而有利于增加导电膜层与相应半导体开口区的接触面积占比,减小载流子横向传输距离,减少了电池背面寄生吸收,从而增加了电池电流、提高电池转换效率,同时兼顾提升电池生产良率。
为了实现上述目的,第一方面,本发明提供了一种联合钝化背接触电池,包括具有正面和背面的硅片,沿硅片背面的X轴方向交替排布的第一半导体层和第二半导体层,以及在背面Z轴方向上设置在第一半导体层和第二半导体层的外表面的导电膜层,所述导电膜层上开设有隔离槽,相邻的第二半导体层之间形成第一半导体开口区,第二半导体层外表面具有第二半导体开口区;其中,所述第一半导体层包括隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层,第二半导体层包括本征硅层和第二掺杂硅层,在所述第一半导体开口区和所述第二半导体开口区之间设置或不设置间隔区,间隔区为所述第二半导体层的边缘延伸至相邻的第一半导体层的Z轴方向外表面而形成的叠层结构,间隔区在X轴方向上的宽度Wa11为0-50μm,且在X轴方向上,所述隔离槽横跨间隔区并继续延伸分别横跨至第二半导体开口区内、第一半导体开口区内,所述隔离槽的宽度Wa为20-120μm,且在平行于硅片的同一平面上,所述导电膜层与其对应半导体开口区的接触面积之和占硅片整体面积的70%-95%。
在本发明一些优选实施方式中,所述第二半导体层的边缘仅延伸至相邻的第一半导体层的X轴方向侧面的外表面,在所述第一半导体开口区和所述第二半导体开口区之间不设置间隔区。
在本发明一些优选实施方式中,所述导电膜层在其对应半导体开口区内的对应宽度之和占硅片整体宽度的70%-95%。
在本发明一些优选实施方式中,所述间隔区的宽度Wa11与所述隔离槽的宽度Wa之比为0-0.9:1。
在本发明一些优选实施方式中,所述隔离槽在第二半导体开口区内的横跨宽度Wa2与其在第一半导体开口区内的横跨宽度Wa1之比为0.3-3:1。
在本发明一些优选实施方式中,所述隔离槽在第一半导体开口区内的横跨宽度Wa1为隔离槽的宽度Wa的10%-90%。
在本发明一些优选实施方式中,所述隔离槽在第二半导体开口区内的横跨宽度Wa2为10-60μm,所述隔离槽在第一半导体开口区内的横跨宽度Wa1为10-60μm。
在本发明一些优选实施方式中,在X轴方向上,所述第一半导体开口区的宽度W11≤所述第一半导体层的宽度W1且相差0-0.1mm。
在本发明一些优选实施方式中,所述第一半导体层的宽度W1为0.20-0.70mm。
在本发明一些优选实施方式中,所述第二半导体层的宽度为0.3-0.8mm。
优选地,所述第二半导体开口区的宽度W2为0.3-0.8mm。
优选地,所述第一半导体开口区的宽度W11为0.20-0.70mm。
在本发明一些优选实施方式中,所述第一半导体层的宽度W1与所述第二半导体开口区的宽度W2之和在0.7-1.3mm之间,所述第一半导体层和第二半导体层形成的PN结的排列周期的宽度为W1与W2之和。
在本发明一些优选实施方式中,所述第一半导体层所在的部分硅片背面为抛光面,所述第二半导体层所在的部分硅片背面为制绒面。
在本发明一些优选实施方式中,所述联合钝化背接触电池具有如下至少一种结构:
结构一、隧穿氧化层的厚度为1-2nm,所述第一掺杂多晶硅层的厚度为50-130nm、有效掺杂浓度为1e19 cm-3-9e20 cm-3,所述本征硅层的厚度为3-8nm,所述第二掺杂硅层的厚度为8-20nm、有效掺杂浓度为1e19 cm-3-1e20 cm-3
结构二、所述导电膜层的厚度为30-120nm。
结构三、在所述叠层结构中所述第一半导体层和第二半导体层之间设置掩膜层或不设置掩膜层,掩膜层的厚度为0-40nm;
结构四、所述联合钝化背接触电池还包括金属电极和依次设置在所述硅片正面的正面钝化层、减反层,所述金属电极设置在所述导电膜层的外表面上并与所述第一半导体开口区和第二半导体开口区分别对应。
第二方面,本发明提供一种联合钝化背接触电池的制备方法,其用于制备第一方面所述的联合钝化背接触电池。
且该联合钝化背接触电池的制备方法包括如下步骤:
S101、提供硅片;
S102、在硅片的背面依次形成第一半导体层、掩膜层;
S103、去除S102所得背面的第一预设区域内的部分第一半导体层及其对应的掩膜层,形成第二半导体开口区;
S104、之后通过制绒清洗,在硅片的正面以及背面的第二半导体开口区形成绒面,同时将掩膜层腐蚀去除50%-100%的厚度;
S105、在S104所得背面形成第二半导体层;
S106、去除S105所得背面的第二预设区域内的部分第二半导体层及其对应的掩膜层,形成与第二半导体开口区间隔排布的第一半导体开口区,在第一半导体开口区和第二半导体开口区之间的区域为间隔区;
S107、在S106所得背面形成导电膜层;
S108、在S107所得背面的第三预设区域进行刻蚀开口,形成隔离槽。
在本发明一些优选实施方式中,S102形成的掩膜层的厚度为40-80nm。
在本发明一些优选实施方式中,所述联合钝化背接触电池的制备方法还包括如下至少一种方法:
方法一、S105还包括在硅片正面形成正面钝化层与减反层的步骤;
方法二、S109、在S108所得背面的导电膜层外表面分别形成金属电极;
方法三、所述形成第二半导体开口区和第一半导体开口区分别采用激光刻蚀,激光刻蚀采用皮秒或飞秒的激光,激光为绿光激光或紫外激光。
第三方面,本发明提供一种电池组件,其包括第一方面所述的联合钝化背接触电池。
有益效果:
本发明通过上述技术方案,尤其是不设置间隔区或者设置较窄宽度的间隔区,配合控制特定宽度且特定结构的隔离槽,减少第一半导体层、第二半导体层的叠层结构的宽度,大幅减少或完全消除第二半导体开口区与第一半导体开口区之间的间距,从而有利于增加导电膜层与相应半导体开口区的接触面积占比,减小载流子横向传输距离,减少了电池背面寄生吸收,从而增加了电池电流、提高电池转换效率,同时不容易引起微短路等问题,兼顾提升电池生产良率;并配合控制导电膜层的接触面积占比在适宜大范围,一方面,适宜增加导电膜层与第一半导体开口区、第二半导体开口区的接触面积占比,减小了接触电阻;另一方面,减小了电池PN结的排列周期,减小载流子传输距离,减少串联电阻,从而促进电池转换效率的提升。
而且,本发明的上述间隔区、隔离槽以及导电膜层的特定结构,配合联合钝化结构,其第一半导体层包括隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层,第一半导体层的结构耐候性较强,从而能采用较宽隔离槽以及较窄间隔区或不设置间隔区,增加导电膜层的接触面积占比,从而利于提升电池转换效率。而现有技术中常规的背接触异质结电池的第一半导体层为本征非晶与掺杂非晶层的叠层结构,本征非晶与掺杂非晶层耐酸碱的能力较差(进一步的,且本征非晶与掺杂非晶层的叠层结构的厚度一般很薄,一般小于20nm,远低于本发明的第一半导体层厚度),无法经受较长时间的隔离槽刻蚀,只能采用在间隔区内形成较窄的隔离槽宽度。
本发明的制备方法中,优选采用激光刻蚀形成第一半导体开口区,且用短脉冲的激光,如皮秒的绿光或紫外激光,或者为飞秒的绿光或紫外激光,更利于减小激光对距离较近的第二半导体开口区及其第二半导体层的热影响(这是因为第二半导体层为低温沉积,激光的热影响相对更敏感),从而利于保持电池的钝化效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一种实施方式的实施例提供的硅片结构示意图;
图2为本发明一种实施方式的实施例在硅片背面形成隧穿氧化层、第一掺杂多晶硅层、掩膜层的结构示意图;
图3为本发明一种实施方式的实施例在硅片背面形成第二半导体开口区的结构示意图;
图4为本发明一种实施方式的实施例制绒清洗后的结构示意图;
图5为本发明一种实施方式的实施例在硅片正面形成正面钝化层、减反层,背面形成第二半导体层的结构示意图;
图6为本发明一种实施方式的实施例在硅片背面形成第一半导体开口区的结构示意图;
图7为本发明一种实施方式的实施例在硅片背面形成导电膜层的结构示意图;
图8为本发明一种实施方式的实施例在硅片背面形成隔离槽的结构示意图;
图9为本发明一种实施方式的实施例在硅片背面形成金属电极的结构示意图。
图10为对比例1的常规背接触电池的结构示意图。
附图标记说明
1、硅片,2、隧穿氧化层,3、第一掺杂多晶硅层,4、掩膜层,5、本征非晶硅层,6、第二掺杂非晶硅层,7、正面钝化层,8、减反层,9、导电膜层,10、金属电极。
具体实施方式
在本发明中,在未作相反说明的情况下,使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指结合附图和实际应用中所示的方位理解,“内、外”是指部件的轮廓的内、外。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。其中,术语“可选的”、“任选的”均是指可以包括,也可以不包括(或可以有,也可以没有)。
本发明中以靠近硅片的方向为内,远离硅片的方向为外。
第一方面,本发明提供了一种联合钝化背接触电池,包括具有正面和背面的硅片,沿硅片背面的X轴方向交替排布的第一半导体层和第二半导体层,以及在背面Z轴方向上设置在第一半导体层和第二半导体层的外表面的导电膜层,所述导电膜层上开设有隔离槽,相邻的第二半导体层之间形成第一半导体开口区,第二半导体层外表面具有第二半导体开口区;其中,所述第一半导体层包括隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层,第二半导体层包括本征硅层和第二掺杂硅层,在所述第一半导体开口区和所述第二半导体开口区之间设置或不设置间隔区,间隔区为所述第二半导体层的边缘延伸至相邻的第一半导体层的Z轴方向外表面而形成的叠层结构,间隔区在X轴方向上的宽度Wa11为0-50μm,且在X轴方向上,所述隔离槽横跨间隔区并继续延伸分别横跨至第二半导体开口区内、第一半导体开口区内,所述隔离槽的宽度Wa为20-120μm,且在平行于硅片的同一平面上,所述导电膜层与其对应半导体开口区的接触面积之和占硅片整体面积的70%-95%。
本发明中,所述导电膜层与其对应半导体开口区的接触面积之和是指,“导电膜层与其所在的第一半导体开口区的接触面积的之和”与“导电膜层与其所在的第二半导体开口区的接触面积的之和”的总和。
在一些具体实施方式中,所述隔离槽的宽度Wa为20-50μm。
在本发明一些优选实施方式中,所述间隔区的宽度Wa11与所述隔离槽的宽度Wa之比为0-0.9:1。
在设置间隔区时(即间隔区宽度不为0),在本发明一些优选实施方式中,所述间隔区的宽度Wa11与所述隔离槽的宽度Wa之比为0.1-0.8:1,其能够即保证导电膜层在对应半导体开口区接触面积占比尽量高,同时不容易引起微短路等问题,更利于提高电池生产良率。
在本发明一些优选实施方式中,所述第二半导体层的边缘仅延伸至相邻的第一半导体层的X轴方向侧面的外表面,在所述第一半导体开口区和所述第二半导体开口区之间不设置间隔区。其不设置间隔区,间隔区的宽度为0,即在Z轴方向上没有叠层结构,能够最大化减少第一半导体层、第二半导体层的叠层结构的宽度,完全消除第二半导体开口区与第一半导体开口区之间的间隔区的间距,配合控制进一步增加导电膜层与相应半导体开口区的接触面积占比,减小载流子横向传输距离,减少了电池背面寄生吸收,从而进一步增加电池电流、降低串联电阻,进一步提高电池转换效率。
在满足导电膜层与其对应半导体开口区的接触面积占其对应半导体开口区面积的比例在前述范围的基础上,本领域技术人员可以调整导电膜层的宽度。在本发明一些优选实施方式中,所述导电膜层在其对应半导体开口区内的对应宽度之和占硅片整体宽度的70%-95%,其宽度占比适宜,能够即保证导电膜层在对应半导体开口区接触面积占比尽量高,同时不容易引起微短路等问题,更利于提高电池生产良率。
所述在X轴方向上,所述隔离槽横跨间隔区并继续延伸分别横跨至第二半导体开口区内、第一半导体开口区内,表明,所述隔离槽的宽度Wa大于间隔区的宽度。
在本发明一些优选实施方式中,所述隔离槽在第二半导体开口区内的横跨宽度Wa2与其在第一半导体开口区内的横跨宽度Wa1之比为0.3-3:1,其横跨宽度占比适宜,能够保证导电膜层在半导体开口区接触面积占比尽量高,同时不容易引起微短路等问题,更利于提高电池生产良率。
进一步优选地,Wa2与Wa1相同。
可以理解的是,所述隔离槽的宽度除了横跨宽度Wa1、Wa2,还包括位于第一半导体层与第二半导体层的叠层区域即间隔区的宽度Wa11。
在本发明一些优选实施方式中,所述隔离槽在第一半导体开口区内的横跨宽度Wa1为隔离槽的宽度Wa的10%-90%、优选30%-90%。采用优选的Wa1/Wa,更利于减少微短路,提高并联电阻。
在本发明一些优选实施方式中,所述隔离槽在第二半导体开口区内的横跨宽度Wa2为10-60μm。
优选地,所述隔离槽在第一半导体开口区内的横跨宽度Wa1为10-60μm。
在本发明一些优选实施方式中,在X轴方向上,所述第一半导体开口区的宽度W11≤所述第一半导体层的宽度W1且相差0-0.1mm、优选相差0-0.5mm。
本发明中,所述隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层沿Z轴方向由内到外依次设置,所述本征硅层和第二掺杂硅层沿Z轴方向由内到外依次设置。
在本发明一些优选实施方式中,所述第一半导体层的宽度W1为0.20-0.70mm。
优选地,所述第一半导体开口区的宽度W11为0.20-0.70mm、优选0.20-0.40mm。
在本发明一些优选实施方式中,所述第二半导体层的宽度为0.3-0.8mm。
优选地,所述第二半导体开口区的宽度W2为0.3-0.8mm。
在本发明一些优选实施方式中,所述第一半导体层的宽度W1与所述第二半导体开口区的宽度W2之和在0.7-1.3mm之间、优选0.7-0.9mm之间,所述第一半导体层和第二半导体层形成的PN结的排列周期的宽度为W1与W2之和。采用适宜短的排列周期,更利于缩短载流子横向传输距离,从而减少串联电阻。
可以理解的是,在每个排列周期内有两个隔离槽。
在本发明一些优选实施方式中,所述第一半导体层所在的部分硅片背面为抛光面,所述第二半导体层所在的部分硅片背面为制绒面。
在本发明一些优选实施方式中,所述隧穿氧化层的厚度为1-2nm,所述第一掺杂多晶硅层的厚度为50-130nm、有效掺杂浓度为1e19 cm-3-9e20 cm-3
本发明优选地,所述本征硅层的厚度为3-8nm,所述第二掺杂硅层的厚度为8-20nm、有效掺杂浓度为1e19 cm-3-1e20 cm-3
本发明所述第一掺杂多晶硅层和第二掺杂硅层中一个为N型,另一个为P型。所述本征硅层可以为本征非晶硅层或本征微晶硅层,所述第二掺杂硅层可以为第二掺杂非晶硅层或第二掺杂微晶硅层。
本发明所述硅片可以为N型或P型硅片。
本发明优选地,所述导电膜层的厚度为30-120nm、优选40-80nm。
所述导电膜层的材质可以参照现有技术中对应种类,示例性的,导电膜层的材质可以为掺锡、掺锌、掺钨、掺钛等中至少一种掺杂的氧化铟基薄膜。
本发明优选地,在所述叠层结构中所述第一半导体层和第二半导体层之间设置掩膜层或不设置掩膜层。
进一步的,所述掩膜层的厚度为0-40nm。
所述掩膜层为硅介质层,如可以为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、本征硅、碳化硅中的一种或多种组合。
可以理解的是,所述第一半导体层、第二半导体层、导电膜层和任选的掩膜层,均分别沿垂直于X轴方向且垂直于Z轴方向的另一轴方向上延伸设置,即其沿第一半导体开口区和第二半导体开口区的长度方向上延伸设置,优选其长度相同。
在本发明一些优选实施方式中,所述联合钝化背接触电池还包括金属电极和依次设置在所述硅片正面的正面钝化层以及任选的减反层,所述金属电极设置在所述导电膜层的外表面上并与所述第一半导体开口区和第二半导体开口区分别对应。其中减反层可以根据实际需求在正面钝化层的外表面设置或不设置。
本发明中所述正面钝化层和减反层的种类和厚度可以参照现有技术中的对应任何范围设置,示例性的,所述正面钝化层可以为本征非晶层,本征非晶层与N型微晶层的复合层,二氧化硅层,或者为二氧化硅与N型多晶复合层、三氧化二铝层以及任何其他的钝化材料中的至少一种的复合层。示例性的,所述减反层可以为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅中的一种或多种组合。示例性的,所述正面钝化层的厚度可以为3-12nm,所述减反层的厚度可以为60-100nm。
第二方面,本发明提供一种联合钝化背接触电池的制备方法,其用于制备第一方面所述的联合钝化背接触电池。
本发明联合钝化背接触电池的一种制备方法包括如下步骤:
S101、提供硅片;
S102、在硅片的背面依次形成第一半导体层、掩膜层;
S103、去除S102所得背面的第一预设区域内的部分第一半导体层及其对应的掩膜层,形成第二半导体开口区;
S104、之后通过制绒清洗,在硅片的正面以及背面的第二半导体开口区形成绒面,同时将掩膜层腐蚀去除50%-100%的厚度;
S105、在S104所得背面形成第二半导体层;
S106、去除S105所得背面的第二预设区域内的部分第二半导体层及其对应的掩膜层,形成与第二半导体开口区间隔排布的第一半导体开口区,在第一半导体开口区和第二半导体开口区之间的区域为间隔区;
S107、在S106所得背面形成导电膜层;
S108、在S107所得背面的第三预设区域进行刻蚀开口,形成隔离槽。
本发明采用将掩膜层减薄的后制绒方法制备前述结构的联合钝化背接触电池,能够去除制绒侧蚀区域的掩膜层残留,更利于提高电池钝化效果。
在本发明一些优选实施方式中,S102形成的掩膜层的厚度为40-80nm。
本发明S102中,形成第一半导体层、掩膜层的方式可以参照现有技术中的对应任何方法,例如,所述隧穿氧化层可以通过湿法氧化、热氧化、等离子氧化等方式形成,所述第一掺杂多晶硅层、掩膜层均可使用化学气相沉积(CVD)工艺后退火晶化、低压CVD(LPCVD)后扩散、溅射后退火晶化以及任何其他现有的技术形成。
S103和S106中去除相应的半导体层及其对应的掩膜层而形成相应第一半导体开口区或第二半导体开口区的方式,可以通过激光刻蚀、化学腐蚀以及任何其他所需的技术形成。
在本发明一些优选实施方式中,所述联合钝化背接触电池的制备方法还包括:S105还包括在硅片正面形成正面钝化层与任选的减反层的步骤。
所述形成正面钝化层与任选的减反层的步骤,可以在形成第二半导体层之前或之后进行。
本发明中,第二半导体开口区和第一半导体开口区交替设置。所述形成第二半导体开口区和第一半导体开口区可以通过激光刻蚀、掩膜腐蚀方式形成。在本发明一些优选实施方式中,所述联合钝化背接触电池的制备方法还包括:所述形成第二半导体开口区和第一半导体开口区分别采用激光刻蚀。采用激光刻蚀加工形成对应半导体开口区。
进一步的,激光刻蚀采用皮秒或飞秒的激光,激光为绿光激光或紫外激光。
在一些具体实施方式中,形成第二半导体开口区采用皮秒绿光激光刻蚀实现。
S107中所述导电膜层的形成方法可以参照现有技术中对应方法,示例性的,所述导电膜层例如可以通过磁控溅射、蒸镀、离子束蒸发、活化等离子气相沉积以及任何其他所需的技术形成。
S108中所述隔离槽例如可以通过激光、油墨腐蚀、掩膜腐蚀以及任何其他所需的技术形成。
在本发明一些优选实施方式中,所述联合钝化背接触电池的制备方法还包括S109、在S108所得背面的导电膜层外表面分别形成金属电极。所述金属电极可以通过印刷、转印、电镀等方式形成。
第三方面,本发明提供一种电池组件,其包括第一方面所述的联合钝化背接触电池。
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种联合钝化背接触电池,如图9所示,其制备方法如下:
S101、如图1所示,提供硅片1,所述硅片1为N型硅片;
S102、如图2所示,在硅片1的背面形成第一半导体层,所述第一半导体层包含隧穿氧化层2、N型的第一掺杂多晶硅层3、掩膜层4,所述隧穿氧化层2厚度为1.6nm,第一掺杂多晶硅层3厚度为100nm、有效掺杂浓度为1e20cm-3,掩膜层4厚度为60nm,所述掩膜层4为氮化硅;所述隧穿氧化层2、第一掺杂多晶硅层3通过LPCVD后扩散形成,所述掩膜层4使用化学气相沉积(CVD)工艺形成。
S103、如图3所示,在硅片1的背面形成第二半导体开口区。所述第二半导体开口区采用皮秒绿光激光刻蚀完成。
S104、如图4所示,通过制绒清洗,在硅片1正面以及背面的第二半导体开口区形成绒面,同时将掩膜层4腐蚀去除80%的厚度。制绒后第二半导体开口区宽度W2为0.5mm,第一半导体层宽度W1为0.3mm,第一半导体层与第二半导体层形成的PN结的排列周期的宽度为W1与W2之和。
S105、如图5所示,在硅片1背面形成第二半导体层,并在硅片1正面形成正面钝化层7与减反层8,所述第二半导体层包含本征非晶硅层5、P型的第二掺杂非晶硅层6,所述本征非晶硅层5厚度为6nm,第二掺杂非晶硅层6厚度为10nm、有效掺杂浓度为4e19cm-3。所述正面钝化层7为本征非晶层、厚度为7nm。所述减反层8为氮化硅、厚度为75nm。
S106、在硅片1背面的第二预设区域内通过刻蚀开口,形成第一半导体开口区,所述第一半导体开口区的宽度W11为0.3mm,第一半导体开口区宽度W11与第一半导体层宽度W1相同。所述第一半导体开口区的刻蚀开口通过激光刻蚀,激光刻蚀采用5皮秒激光,激光为绿光激光。
S107、如图7所示,在硅片1背面形成厚度为60nm的导电膜层9,所述导电膜层9为掺锡氧化铟基薄膜,所述导电膜层9通过磁控溅射形成。第一半导体层、第二半导体层、导电膜层和掩膜层,均分别沿第一半导体开口区和第二半导体开口区的长度方向上延伸设置且长度相同。导电膜层9与其对应半导体开口区的接触面积之和占硅片1整体面积的比例(简称为导电膜层面积占比)=(800-40×2)/800=90%,并列于表1。
S108、如图8所示,在硅片1背面的导电膜层9上形成隔离槽,所述隔离槽同时刻蚀到横跨第一半导体开口区与第二半导体开口区的部分区域,隔离槽宽度Wa为40μm,刻蚀到第一半导体开口区的横跨宽度Wa1为20μm,刻蚀到第二半导体开口区的横跨宽度Wa2为20μm。所述隔离槽通过蚀刻油墨腐蚀形成。
S109、如图9所示,在硅片1背面形成金属电极10,所述金属电极10通过印刷形成。
实施例2
参照实施例1进行,不同之处在于:
S106、如图6所示,第一半导体开口区宽度W11为0.26mm;
S108、隔离槽宽度Wa为60μm,刻蚀到第一半导体开口区的横跨宽度Wa1为20μm,刻蚀到第二半导体开口区的横跨宽度Wa2为20μm,间隔区宽度如表1所示。
实施例3
参照实施例1进行,不同之处在于:
S104、第一半导体层宽度W1为0.4mm,排列周期的宽度为0.9mm。
S106、第一半导体开口区宽度W11为0.36mm;
S108、隔离槽宽度Wa为60μm,刻蚀到第一半导体开口区的横跨宽度Wa1为20μm,刻蚀到第二半导体开口区的宽度Wa2为20μm,间隔区宽度如表1所示。
实施例4
参照实施例1进行,不同之处在于:
S104、第一半导体层宽度W1为0.5mm,排列周期的宽度为1mm。
S106、第一半导体开口区宽度W11为0.46mm;
S108、隔离槽宽度Wa为60μm,刻蚀到第一半导体开口区的横跨宽度Wa1为20μm,刻蚀到第二半导体开口区的宽度Wa2为20μm,间隔区宽度如表1所示。
实施例5
参照实施例2进行,不同之处在于:调整S106中第一半导体开口区宽度W11为0.24mm,使得W11小于第一半导体层的宽度W1且相差0.06mm;且调整隔离槽宽度和间隔区宽度、导电膜层的面积占比如表1所示。
实施例6
参照实施例2进行,不同之处在于:调整S108中隔离槽宽度Wa为100μm,Wa1、Wa2不变,使得Wa1为隔离槽的宽度Wa的20%;且调整间隔区宽度、导电膜层的面积占比如表1所示。
实施例7
参照实施例2进行,不同之处在于:调整S104中将掩膜层腐蚀去除100%的厚度,即完全去除掩膜层。
对比例1
参照实施例1进行,不同之处在于,如图10所示:
S106、第一半导体开口区宽度W11为0.1mm;排列周期宽度如表1所示;
S108、隔离槽宽度Wa为60μm,刻蚀在第一半导体开口区与第二半导体开口区之间的间隔区内(不横跨到两边的对应半导体开口区内),间隔区的宽度如表1所示,隔离槽宽度Wa小于间隔区的宽度。
对比例2
参照实施例3进行,不同之处在于,如图10所示:
S106、第一半导体开口区宽度W11为0.2mm;
S108、隔离槽宽度Wa为60μm,刻蚀在第一半导体开口区与第二半导体开口区之间的间隔区内(不横跨到两边的对应半导体开口区内),间隔区的宽度如表1所示,隔离槽宽度Wa小于间隔区的宽度。
对比例3
参照实施例4进行,不同之处在于,如图10所示:
S106、第一半导体开口区宽度W11为0.3mm;
S108、隔离槽宽度Wa为60μm,刻蚀在第一半导体开口区与第二半导体开口区之间的间隔区内(不横跨到两边的对应半导体开口区内),间隔区的宽度如表1所示,隔离槽宽度Wa小于间隔区的宽度。
测试例
将上述实施例和对比例所得的背接触电池进行性能测试,结果如表1所示。其中,电池电流和串联电阻分别以实施例1的值归一化的指标“1”为基准,例如实施例2的电池电流为实施例1相应数据的99.90%,实施例2的串联电阻为实施例1相应数据的100.1%。
表1
通过上述结果可知,相比于对比例,本发明实施例的联合钝化背接触电池能够减少第一半导体层、第二半导体层的叠层结构的宽度,大幅减少或完全消除第二半导体开口区与第一半导体开口区之间的间隔区的间距,配合控制增加导电膜层与相应半导体开口区的接触面积占比,减小载流子横向传输距离,减少了电池背面寄生吸收,从而增加电池电流、降低串联电阻,提高电池转换效率,同时兼顾提升电池生产良率。
进一步的,根据本发明实施例1和实施例2-6的对比可知,采用本发明优选结构参数的联合钝化背接触电池,更利于增加电池电流、降低串联电阻,提高电池转换效率,同时兼顾提升电池生产良率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种联合钝化背接触电池,包括具有正面和背面的硅片,沿硅片背面的X轴方向交替排布的第一半导体层和第二半导体层,以及在背面Z轴方向上设置在第一半导体层和第二半导体层的外表面的导电膜层,所述导电膜层上开设有隔离槽,相邻的第二半导体层之间形成第一半导体开口区,第二半导体层外表面具有第二半导体开口区;其中,所述第一半导体层包括隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层,第二半导体层包括本征硅层和第二掺杂硅层,其特征在于,在所述第一半导体开口区和所述第二半导体开口区之间设置或不设置间隔区,间隔区为所述第二半导体层的边缘延伸至相邻的第一半导体层的Z轴方向外表面而形成的叠层结构,间隔区在X轴方向上的宽度Wa11为0-50μm,且在X轴方向上,所述隔离槽横跨间隔区并继续延伸分别横跨至第二半导体开口区内、第一半导体开口区内,所述隔离槽的宽度Wa为20-120μm,且在平行于硅片的同一平面上,所述导电膜层与其对应半导体开口区的接触面积之和占硅片整体面积的70%-95%。
2.根据权利要求1所述的联合钝化背接触电池,其特征在于,所述第二半导体层的边缘仅延伸至相邻的第一半导体层的X轴方向侧面的外表面,在所述第一半导体开口区和所述第二半导体开口区之间不设置间隔区;
和/或,
所述导电膜层在其对应半导体开口区内的对应宽度之和占硅片整体宽度的70%-95%。
3.根据权利要求1所述的联合钝化背接触电池,其特征在于,所述隔离槽在第一半导体开口区内的横跨宽度Wa1为隔离槽的宽度Wa的10%-90%;
和/或,
所述间隔区的宽度Wa11与所述隔离槽的宽度Wa之比为0-0.9:1。
4.根据权利要求1所述的联合钝化背接触电池,其特征在于,在X轴方向上,所述第一半导体开口区的宽度W11≤所述第一半导体层的宽度W1且相差0-0.1mm;
和/或,
所述第一半导体层的宽度W1为0.20-0.70mm,所述第一半导体开口区的宽度W11为0.20-0.70mm。
5.根据权利要求1或4所述的联合钝化背接触电池,其特征在于,所述第二半导体层的宽度为0.3-0.8mm,所述第二半导体开口区的宽度W2为0.3-0.8mm;
和/或,
所述第一半导体层的宽度W1与所述第二半导体开口区的宽度W2之和在0.7-1.3mm之间,所述第一半导体层和第二半导体层形成的PN结的排列周期的宽度为W1与W2之和。
6.根据权利要求1所述的联合钝化背接触电池,其特征在于,所述隔离槽在第二半导体开口区内的横跨宽度Wa2与其在第一半导体开口区内的横跨宽度Wa1之比为0.3-3:1;所述隔离槽在第二半导体开口区内的横跨宽度Wa2为10-60μm,所述隔离槽在第一半导体开口区内的横跨宽度Wa1为10-60μm;
和/或,
所述第一半导体层所在的部分硅片背面为抛光面,所述第二半导体层所在的部分硅片背面为制绒面。
7.根据权利要求1所述的联合钝化背接触电池,其特征在于,所述联合钝化背接触电池具有如下至少一种结构:
结构一、隧穿氧化层的厚度为1-2nm,所述第一掺杂多晶硅层的厚度为50-130nm、有效掺杂浓度为1e19 cm-3-9e20 cm-3,所述本征硅层的厚度为3-8nm,所述第二掺杂硅层的厚度为8-20nm、有效掺杂浓度为1e19 cm-3-1e20 cm-3
结构二、所述导电膜层的厚度为30-120nm;
结构三、在所述叠层结构中所述第一半导体层和第二半导体层之间设置掩膜层或不设置掩膜层,掩膜层的厚度为0-40nm;
结构四、所述联合钝化背接触电池还包括金属电极和依次设置在所述硅片正面的正面钝化层、减反层,所述金属电极设置在所述导电膜层的外表面上并与所述第一半导体开口区和第二半导体开口区分别对应。
8.一种联合钝化背接触电池的制备方法,其特征在于,其用于制备如权利要求1-7中任一项所述的联合钝化背接触电池,且该联合钝化背接触电池的制备方法包括如下步骤:
S101、提供硅片;
S102、在硅片的背面依次形成第一半导体层、掩膜层;
S103、去除S102所得背面的第一预设区域内的部分第一半导体层及其对应的掩膜层,形成第二半导体开口区;
S104、之后通过制绒清洗,在硅片的正面以及背面的第二半导体开口区形成绒面,同时将掩膜层腐蚀去除50%-100%的厚度;
S105、在S104所得背面形成第二半导体层;
S106、去除S105所得背面的第二预设区域内的部分第二半导体层及其对应的掩膜层,形成与第二半导体开口区间隔排布的第一半导体开口区,在第一半导体开口区和第二半导体开口区之间的区域为间隔区;
S107、在S106所得背面形成导电膜层;
S108、在S107所得背面的第三预设区域进行刻蚀开口,形成隔离槽。
9.根据权利要求8所述的联合钝化背接触电池的制备方法,其特征在于,S102形成的掩膜层的厚度为40-80nm;
和/或,所述联合钝化背接触电池的制备方法还包括如下至少一种方法:
方法一、S105还包括在硅片正面形成正面钝化层与减反层的步骤;
方法二、S109、在S108所得背面的导电膜层外表面分别形成金属电极;
方法三、所述形成第二半导体开口区和第一半导体开口区分别采用激光刻蚀,激光刻蚀采用皮秒或飞秒的激光,激光为绿光激光或紫外激光。
10.一种电池组件,其特征在于,其包括如权利要求1-7中任一项所述的联合钝化背接触电池。
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