CN117855345B - 背接触异质结太阳电池的制备方法及异质结太阳电池 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及异质结太阳电池技术领域,具体公开了一种背接触异质结太阳电池的制备方法及异质结太阳电池,包括对硅片衬底的背光面依次沉积第一本征非晶硅层、第一磷掺杂硅层、保护层及第一硼掺杂硅层;对第一硼掺杂硅层烧蚀开设第一沟槽;对硅片依次使用不同酸碱溶液进行清洗;在硅片的背光面依次沉积第二本征非晶硅层及第二硼掺杂硅层;在第一沟槽之间烧蚀开设第二沟槽,并清洗及蚀刻第二沟槽内暴露的保护层;在第四硅片中间体背光面沉积透明导电薄膜层,在第一沟槽与第二沟槽之间进行隔离划线;对划线后的第四硅片中间体的背光面印刷主副栅线,本方法工艺工序简单、图形化的精度高以及不影响本征非晶硅层的钝化效果,提高电池的转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及异质结太阳电池技术领域,尤其是涉及一种背接触异质结太阳电池的制备方法及异质结太阳电池。
背景技术
近年来,异质结太阳电池的光电性能已经达到一定水平,为进一步提升传统异质结太阳电池效率,行业内对异质结电池的结构进行了进一步的改进,在最新的异质结太阳电池研究中,出现了全背面电极结构的异质结电池,背接触异质结太阳电池由于正面完全无金属栅线遮挡,且背面引入了非晶硅薄膜高效表面钝化,是被认为晶体硅单结太阳电池最高效率的结构,尽管背接异质结太阳电池拥有超高转换效率的潜力,但由于正负极均在背面,需要制备叉指状间隔的正极和负极成为了制备工艺中的难点,目前尚未有统一的解决方案。
相关技术中,存在通过多次掩膜曝光显影或多次激光消融直切的方式制备背接触异质结太阳电池,其在实验室已经实现较高的转换效率,但是,对于多次掩膜曝光显影的开槽方式,掩膜曝光显影工艺工序复杂,对设备和材料等要求高,制得图形化精度较低,使生产的异质结电池良率低;而对于多次激光消融直切的方式,其通过激光直接对硅衬底表面的本征非晶硅层及掺杂硅薄膜层进行多次消融开槽制备图形化,虽然相对简化工艺以及提高图形化的精度,但是,由于本征非晶硅层及掺杂硅薄膜层材料特性,在消融的过程其本征非晶硅层及掺杂硅薄膜层额外受激光的破坏,导致影响该层钝化效果,甚至存在造成本征非晶硅钝化失效的弊端,进而降低异质结太阳电池的光电转换效率。
基于此,亟待需要一种可以对异质结太阳电池本身结构特性不造成破坏、同时生产效率高、成本更低的背接触异质结太阳电池的制备方法,以推进高效背接触异质结太阳电池的规模化量产。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中采用多次掩膜曝光显影或多次激光消融直切制备背接触异质结太阳电池过程中,工艺工序复杂、图形化的精度低以及会额外造成本征非晶硅层的钝化效果导致电池的转换效率降低问题。为此,本申请提出了一种背接触异质结太阳电池的制备方法及异质结太阳电池。
第一方面,本申请实施例提供一种背接触异质结太阳电池的制备方法,包括:
制得洁净硅片衬底,对所述洁净硅片衬底的背光面依次沉积第一本征非晶硅层、第一磷掺杂硅层、保护层以及第一硼掺杂硅层,其中,所述保护层为氧化硅薄膜层、氮化硅薄膜层、氧化铝薄膜层或氮氧化硅薄膜层中的一种,所述保护层的薄膜厚度为10nm-200nm,折射率为1.4-4.5;
对所述第一硼掺杂硅层的表面采用激光间隔烧蚀开设第一沟槽得到第一硅片中间体;
对第一硅片中间体依次使用第一氢氧化钾溶液、氢氟酸溶液、第二氢氧化钾溶液以及氢氟酸溶液进行双面清洗处理得到第二硅片中间体;
在第二硅片中间体的背光面依次沉积第二本征非晶硅层以及第二硼掺杂硅层得到第三硅片中间体;
采用激光对第三硅片中间体背光面的每两个所述第一沟槽之间采用激光烧蚀开设第二沟槽,并使用氢氟酸溶液进行清洗以及蚀刻所述第二沟槽内暴露的保护层得到第四硅片中间体;
在第四硅片中间体背光面沉积透明导电薄膜层,对所述第一沟槽与所述第二沟槽之间的所述透明导电薄膜层采用激光进行隔离划线;
对划线处理后的所述第四硅片中间体的背光面进行印刷主副栅线,其中,主副栅线沉积于所述第一沟槽以及所述第二沟槽底表面,所述主副栅线的宽度小于沟槽宽度。
根据本申请的一些实施例,所述制得洁净硅片衬底包括:获取硅片衬底,对所述硅片衬底依次进行双面抛光以及清洗处理,使用氢氟酸水溶液对清洗后的所述硅片衬底表面进行去氧化层处理,烘干得到洁净硅片衬底。
根据本申请的一些实施例,所述第一本征非晶硅层沉积厚度为3nm-15nm,折射率3.5-4.5;所述第一磷掺杂硅层沉积厚度为3nm-40nm,折射率2.0-4.8;所述第一硼掺杂硅层沉积厚度为10nm-100nm,折射率2.2-4.5。
根据本申请的一些实施例,在对所述第一硼掺杂硅层的表面采用激光间隔烧蚀开设第一沟槽得到第一硅片中间体步骤中,包括:所述激光为纳秒脉冲激光、飞秒激光或者皮秒脉冲激光中的一种,其中,所述激光波长为200nm-500nm,频率为1012HZ-1019HZ,所述第一沟槽开设宽度为10um-100um,每相邻两个所述第一沟槽间隔为30um-300um。
根据本申请的一些实施例,所述所述对第一硅片中间体依次使用浓度为1%-10%的第一氢氧化钾溶液、氢氟酸溶液、浓度为0.5%-5%的第二氢氧化钾溶液以及氢氟酸溶液进行双面清洗处理得到第二硅片中间体的步骤中,具体包括:
采用浓度为1%-10%的第一氢氧化钾溶液对第一硅片中间体受光面进行制绒处理;
将制绒后的第一硅片中间体浸入氢氟酸溶液中清洗,其清洗过程中,氢氟酸溶液蚀刻所述第一沟槽内暴露的所述保护层;
采用浓度为0.5%-5%的第二氢氧化钾溶液对制绒后第一硅片中间体进行再清洗,以使 绒面金字塔塔尖及塔底圆化刻蚀,以及对所述第一沟槽内的第一磷掺杂硅层和第一本征非晶硅层依次刻蚀至暴露硅片衬底;
用氢氟酸水溶液对硅片进行再清洗并烘干,其中,所述氢氟酸水溶液浓度为1%-10%。
根据本申请的一些实施例,所述在第二硅片中间体的背光面依次沉积第二本征非晶硅层以及第二硼掺杂硅层得到第三硅片中间体步骤中,包括:所述第二本征非晶硅层沉积厚度为3nm-15nm,折射率3.5-4.5;所述第二硼掺杂硅层沉积厚度为3nm-40nm,折射率2.0-4.8。
根据本申请的一些实施例,在得到第四硅片中间体之后,还包括:采用化学气相沉积法在所述第四硅片中间体受光面依次沉积第三本征非晶硅层、第二磷掺杂硅层以及减反射层,其中,所述减反射层材料为氧化铝、氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅中的一种。
根据本申请的一些实施例,所述第三本征非晶硅层沉积厚度为4nm-10nm,折射率3.5-4.4;所述第二磷掺杂硅层沉积厚度为4nm-30nm,折射率2.2-4.5;所述减反射层沉积厚度为50nm-200nm,折射率1.4-3.0。
与现有技术相比,本申请实施例中上述的技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
1)通过在硅片衬底的背光面依次沉积第一本征非晶硅层、第一磷掺杂硅层、保护层以及第一硼掺杂硅层;第一本征非晶硅层的设置为钝化硅片衬底表面悬挂键,降低表面缺陷态密度,第一磷掺杂硅层的设置为表面进一步提供场钝化效果,提高电池转换效率,通过保护层的设置以及结合波长为200nm-500nm、频率为1012HZ-1019HZ的激光,当激光在烧蚀第一硼掺杂硅层开设第一沟槽时,保护层可以有效对该波段的激光进行反射,避免激光损伤到本征非晶硅的钝化效果使电池转换效率下降。
2)本申请实施例的背接触异质结太阳电池制备方案中,在异质结太阳电池受光面用碱溶液制绒、氢氟酸溶液清洗、稀碱溶液绒面金字塔圆化以及氢氟酸溶液再清洗过程,可以同时实现对保护层蚀刻以及第一本征非晶硅层和第一磷掺杂硅层蚀刻,制得规整的第一沟槽,简化了沟槽开设的工艺工序,提高生产效率,同时在开槽过程有效避免对第一本征非晶硅层的损伤,提高异质结太阳电池的光电转换效率。
3)通过在开设完第一沟槽的硅片中间体背光面再沉积第二本征非晶硅层以及第二硼掺杂硅层,对相邻两个第一沟槽之间区域进行激光烧蚀开设第二沟槽时,保护层的设置再次避免激光损伤到本征非晶硅的钝化效果使电池转换效率下降,再通过使用氢氟酸溶液进行清洗,由于第一沟槽内沉积第二硼掺杂硅层不与酸反应,而第二沟槽内的保护层与氢氟酸溶液反应后显露出第一磷掺杂硅层,从而在电池片背面形成了完整的磷掺杂硅薄膜层和硼掺杂硅薄膜层交叉存在的图形,再通过背光面沉积透明导电薄膜层,对所述第一沟槽与所述第二沟槽之间的所述透明导电薄膜层采用激光进行隔离划线处理,隔断磷掺杂硅薄膜层和硼掺杂硅薄膜层之间横向导电,避免漏电产生降低太阳电池的转换效率,提高背接触异质结太阳电池生产良率。
第二方面,本申请实施例提供一种背接触异质结太阳电池,所述背接触异质结太阳电池由上述任一项实施例所述的一种背接触异质结太阳电池的制备方法制取。
可以理解的是,上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述,在此不再赘述。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,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的附图。
图1是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备方法的流程图;
图2是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备方法的另一流程图;
图3是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备流程中第一电池结构变化图;
图4是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备流程中第二电池结构变化图;
图5是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备流程中第三电池结构变化图;
图6是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备流程中第四电池结构变化图;
图7是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备流程中第五电池结构变化图;
图8是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备流程中第六电池结构变化图;
图9是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备流程中第七电池结构变化图;
图10是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备流程中第八电池结构变化图;
图11是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备流程中第九电池结构变化图;
图12是根据本申请实施例的背接触异质结太阳电池的制备流程中第十电池结构变化图;
附图标记:
100、硅片衬底;101、绒面金字塔
110、第一本征非晶硅层;111、第一磷掺杂硅层;112、保护层;113、第一硼掺杂硅层;113a、第一沟槽;114、第二本征非晶硅层;115、第二硼掺杂硅层;115a、第二沟槽;116、透明导电薄膜层;116a、线槽;117、栅线电极;
120、第三本征非晶硅层;121、第二磷掺杂硅层;122、减反射层。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,参考附图描述的实施例是示例性的,应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图12,本实施例提供一种背接触异质结太阳电池的制备方法,所述方法具体包括以下步骤:
步骤S100:制得洁净硅片衬底,对所述洁净硅片衬底的背光面依次沉积第一本征非晶硅层、第一磷掺杂硅层、保护层以及第一硼掺杂硅层,其中,所述保护层为氧化硅薄膜层、氮化硅薄膜层、氧化铝薄膜层或氮氧化硅薄膜层中的一种,所述保护层的薄膜厚度为10nm-200nm,折射率为1.4-4.5;
在本步骤中,制得洁净的硅片衬底100包括获取粗糙硅片衬底,由于粗糙硅片衬底表面通常有切割损伤层,因此,需要利用碱或酸溶液对硅片表面进行双面抛光去除硅片表面的切割损伤层,然后分别利用酸和碱溶液对硅片进行清洗,其目的是去除硅片表面有机污染物和金属离子污染物去除干净,最后将硅片浸入氢氟酸水溶液中去除硅片表面氧化层并进行烘干获得双面抛光且表面洁净的硅片衬底100。
需要说明的是,对粗糙硅片衬底依次进行双面抛光以及清洗处理过程中,其使用的酸或碱溶液中,若使用碱溶液可以为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液等,若使用酸溶液可以为酸混合液,如柠檬酸、硫酸等混合而成酸溶液,具体选择以及浓度的设置可以根据实际需求进行考虑,在此不作限定;
可选地,制得洁净的硅片衬底100厚度为140μm-160μm,例如,硅片衬底100厚度为150μm,具体厚度可以根据实际需求进行选择;
如图3所示,当得到洁净的硅片衬底100,采用化学气相沉积法在硅片衬底100背光面表面依次沉积第一本征非晶硅层110、第一磷掺杂硅层111、保护层112以及第一硼掺杂硅层113;其中,总共四层薄膜;四层薄膜的总厚度均在5nm-80nm之间。
在一些实施例中,第一本征非晶硅层110的沉积目的是钝化硅片表面悬挂键,降低表面缺陷态密度;第一本征非晶硅层110薄膜厚度3nm-15nm,该厚度下折射率范围3.5-4.5之间。
可选地,第一磷掺杂硅层111可以是非晶硅磷掺杂薄膜层、也可以是微晶硅磷掺杂薄膜层或者微晶氧化硅磷掺杂薄膜层,其中,具体可以根据实际要求进行选择,在此不作限制,沉积第一磷掺杂硅层111目的是为表面进一步提供场钝化效果,提高电池转换效率;同时,该层薄膜厚度3nm-40nm,折射率2.0-4.8之间。
可选地,保护层112的沉积目的是保护底下非晶硅层不受后续碱溶液的刻蚀、以及在激光对第一硼掺杂硅层113局部进行烧蚀时,该保护层112可以不被激光烧蚀同时实现对多余的激光能量反射,避免伤到衬底的第一本征非晶硅层110以及第一磷掺杂硅层111。
需要说明的是,保护层112可以为氧化硅薄膜层、氮化硅薄膜层、氧化铝薄膜层或氮氧化硅薄膜层中的一种,保护层112薄膜厚度为10nm-200nm,折射率为1.4-4.5,保护层112具体选择哪一种材料以及厚度的具体值设定可以根据实际需求进行选择,在此不作限制,在本实施例中具体描述过程中,保护层112以氮化硅薄膜层为例。
可以理解,上述各层沉积实现条件以及原理为现有技术可以实现,在此不作赘述,而对于各层的厚度、折射率的选取以及沉积层数选择、每一层的材料设定为本实施例技术方案重点,例如,第一本征非晶硅层110的设置钝化硅片衬底表面悬挂键,降低表面缺陷态密度,第一磷掺杂硅层111的设置为表面进一步提供场钝化效果,提高电池转换效率,通过保护层112的设置以及结合波长为200nm-500nm、频率为1012HZ-1019HZ的激光,当激光在烧蚀第一硼掺杂硅层113开设沟槽时,保护层112可以有效对该波段的激光进行反射,避免激光损伤到本征非晶硅的钝化效果使电池转换效率下降。
步骤S200:对所述第一硼掺杂硅层的表面采用激光间隔烧蚀开设第一沟槽得到第一硅片中间体;
在本步骤,如图4所示,通过激光在硅片中间体的背光面进行间隔烧蚀开设第一沟槽113a,需要说明的是,该激光为纳秒脉冲激光、飞秒激光或者皮秒脉冲激光中的一种,具体可以根据实际需求进行选择,在此不作限制。
其中,还需要说明的是,该激光波长选择范围为200nm-500nm,频率选择范围为1012HZ-1019HZ,之所以选择该波长以及频率的激光,是综合考虑到硅片衬底沉积四层薄膜的性质进行选择,在实际检测中发现,对于该种激光,硼掺杂硅薄膜层的的吸收系数比保护层112吸收系数大的多,而且保护层112对该波段的激光具有较强的反射率,能够反射80%以上的残留激光能量,如此,避免了激光穿透保护层112,从而避免激光损伤到本征非晶硅的钝化效果使电池转换效率下降,同时,反射的大部分激光能量都被硼掺杂硅薄膜层吸收,使得局部硼掺杂硅薄膜瞬间气化从而漏出底下的氮化硅;若是采用其他种类激光则会穿透氮化硅损伤到本征非晶硅的钝化效果,从而会导致电池转换效率下降。并且,若采用其他种类激光则可能会穿透氮化硅损伤到本征非晶硅的钝化效果,从而会导致电池转换效率下降。
可选地,激光在烧蚀第一硼掺杂硅层113开设第一沟槽113a时,其第一沟槽113a开设宽度为10um-100um,每相邻两个第一沟槽113a间隔为30um-300um,其第一沟槽113a的开设深度为第一硼掺杂硅层113的厚度,可以理解的是,第一沟槽113a的开设宽度以及相邻两个第一沟槽113a具体取值可以根据实际需求进行选择,在此不作限制。
步骤S300:对第一硅片中间体依次使用第一氢氧化钾溶液、氢氟酸溶液、第二氢氧化钾溶液以及氢氟酸溶液进行双面清洗处理得到第二硅片中间体;
在本步骤中,将第一硅片中间体放置湿法清洗设备中分别用碱溶液或者酸溶液对其进行表面清洗处理,如图2所示,其具体还包括以下工艺步骤:
步骤S310:采用浓度为1%-10%的第一氢氧化钾溶液对第一硅片中间受光面进行制绒处理;
在本步骤中,如图5所示,将第一硅片中间完全浸入浓度为1%-10%的第一氢氧化钾溶液内进行制绒,此时硅片正面由抛光面形成具有金字塔结构绒面,目的是降低硅片表面反射率;而背面由于有硼掺杂硅薄膜层和氮化硅薄膜层的保护,该两种薄膜都是耐碱腐蚀的,因此背面形貌和结构不会有所变化,其硅片衬底100的受光面形成绒面金字塔101,绒面金字塔101的设置可以增大受光面的面积,从而提高异质结太阳电池的效率;
步骤S320:将制绒后的第一硅片中间浸入氢氟酸溶液中清洗,其清洗过程中,氢氟酸溶液蚀刻所述第一沟槽内暴露的所述保护层;
在本步骤中,用氢氟酸水溶液对硅片进行清洗,其清洗主要用于去除硅片表面暴露空气形成少量的氧化硅膜,其中,氢氟酸水溶液浓度为1%-10%,由于正面硅不会和氢氟酸反应因此金字塔结构不会有所变化,背面第一硼掺杂硅层113也不会和氢氟酸反应,因此,第一硼掺杂硅层113底下的硅层都不会和氢氟酸水溶液反应,而由于第一沟槽113a底表面的保护层112暴露于表面,即激光烧蚀区域下面漏出的氮化硅薄膜会和氢氟酸反应,因此会被刻蚀掉保护层112,从而沟槽内漏出磷掺杂硅薄膜层;但磷掺杂硅薄膜层不会和氢氟酸水溶液反应,所以不受影响;从而第一沟槽113a的深度向硅片衬底100方向延伸至第一磷掺杂硅层111。
步骤S330:采用浓度为0.5%-5%的第二氢氧化钾溶液对制绒后第一硅片中间体进行再清洗,使绒面金字塔塔尖及塔底圆化刻蚀,以及对所述第一沟槽内的第一磷掺杂硅层和第一本征非晶硅层依次刻蚀至暴露硅片衬底;
在本步骤中,采用浓度为0.5%-5%的第二氢氧化钾溶液对制绒后第一硅片中间体进行清洗处理,正面金字塔由于稀碱溶液作用会将金字塔塔尖和塔底部分微微圆化刻蚀,这样更有利于后续的表面钝化,提升电池效率;而背面硼掺杂硅薄膜不受碱刻蚀,第一沟槽113a底表面暴露的磷掺杂硅薄膜层会被碱刻蚀以及本征非晶硅层也会被碱刻蚀,即,第一沟槽113a依次穿过第一磷掺杂硅层111以及第一本征非晶硅层110,因此沟槽内留出硅片衬底100表面。
步骤S340:用氢氟酸水溶液对硅片进行再清洗并烘干,其中,所述氢氟酸水溶液浓度为1%-10%。
在本步骤中,使用氢氟酸水溶液对硅片进行再次清洗,以去除硅片表面由于与空气接触形成的少量氧化硅,需要说明的是,上述步骤中对第一硅片中间体进行处理,都是放置同一个湿法清洗设备进行处理,处理过程通过分别用碱溶液或者酸溶液对其进行表面清洗处理,如此,简化异质结太阳电池的工艺流程。
步骤S400:在第二硅片中间体的背光面依次沉积第二本征非晶硅层以及第二硼掺杂硅层得到第三硅片中间体;
在本步骤中,如图6所示,用化学气相沉积法在第二硅片中间体背光面依次沉积第二本征非晶硅层114和第二硼掺杂硅层115,第二本征非晶硅层114目的是钝化沟槽内硅片表面悬挂键,降低表面缺陷态密度;该层薄膜厚度3nm-15nm,折射率3.5-4.5之间。
需要说明的是,在第一沟槽113a底表面的硅片衬底100表面沉积第二本征非晶硅层114与第一本征非晶硅层110厚度相等,可以理解的是,第二本征非晶硅层114与第一本征非晶硅层110实质融合为一层本征非晶硅层,对于第二本征非晶硅层114与第一本征非晶硅层110沉积的厚度,可以根据现有设备进行预设,在此不再赘述。
可选地,第二硼掺杂硅层115可以是非晶硅薄膜层、微晶硅薄膜层或者微晶氧化硅薄膜层中的一种,其第二硼掺杂硅层115沉积的目的是和N型衬底硅片形成PN结,该层薄膜厚度3nm-40nm,折射率2.0-4.8之间。
步骤S500:对第三硅片中间体背光面的每两个所述第一沟槽之间采用激光烧蚀开设第二沟槽,并使用氢氟酸溶液进行清洗及蚀刻所述第二沟槽内暴露的保护层得到第四硅片中间体;
在本步骤中,如图7所示,在每两个第一沟槽113a之间采用激光烧蚀开设第二沟槽115a,需要说明的是,该激光为纳秒脉冲激光、飞秒激光或者皮秒脉冲激光中的一种,具体可以根据实际需求进行选择,在此不作限制,其中,该激光波长选择范围为200nm-500nm,频率选择范围为1012HZ-1019HZ,由于保护层112的设置,其激光可以依次烧蚀掉局部第二硼掺杂硅层115、第二本征非晶硅层114以及第一硼掺杂硅层113,使第二沟槽115a开设深度至保护层112表面;
需要说明的是,第二沟槽115a与第一沟槽113a区域不相互连接,中间间隔1um-30um的非开槽区域,具体间隔值可以根据实际需求进行选择。
如图8所示,用氢氟酸水溶液对开设第二沟槽115a的第四硅片中间体进行清洗,去掉第四硅片中间体正面和背面的自然氧化硅;同时去除第二开槽区域内的氮化硅薄膜,即保护层112,将第二开槽区域内的第一磷掺杂硅层111漏出,最后烘干;
通过本步骤处理后第四硅片中间体背光面已经形成了完整的磷掺杂硅薄膜和硼掺杂硅薄膜交叉存在的图形,其中磷掺杂硅薄膜区域成为太阳电池的负极,硼掺杂硅薄膜区域成为太阳电池的正极,正极和负极相互不能连接。
如图9所示,还需要说明的是,在得到第四硅片中间体之后,还包括:采用化学气相沉积法在第四硅片中间体受光面即绒面金字塔101表面依次沉积第三本征非晶硅层120、第二磷掺杂硅层121以及减反射层122,其中,减反射层122材料可以为氧化铝、氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅中的一种,具体可以根据实际需求进行选择,在此不作限制。
可选地,第三本征非晶硅层120沉积目的是钝化硅片表面悬挂键,降低表面缺陷态密度;该层薄膜厚度4n-10nm,折射率3.5-4.4之间。
第二磷掺杂硅层121可以是磷掺杂非晶硅薄膜层、磷掺杂微晶硅薄膜层或者磷掺杂微晶氧化硅薄膜层,目的是为表面进一步提供场钝化效果,提高电池转换效率;该层薄膜厚度4n-30nm,折射率2.2-4.5之间。
减反射层122可以为氮化硅薄膜层,其目的进一步降低电池表面的反射率。该层薄膜也可以是氧化铝、氧化硅、氮氧化硅等薄膜后者其叠层结构,薄膜厚度50nm-200nm,折射率1.4-3.0之间。
步骤S600:在第四硅片中间体背光面沉积透明导电薄膜层,对所述第一沟槽与所述第二沟槽之间的所述透明导电薄膜层采用激光进行隔离划线;
在本步骤中,如图10所示,采用磁控溅射或者反应等离子体沉积法在第四硅片中间体背光面沉积透明导电薄膜层116,该透明导电薄膜层116可以是含铟的导电氧化物也可以是不含铟的导电氧化物,薄膜厚度为30nm-300nm,薄膜折射率为1.7-3.0之间。
可以理解的,其在第一沟槽113a以及第二沟槽115a的槽底第一磷掺杂硅层111以及第二硼掺杂硅层115表面都沉积有透明导电薄膜层116,同时在第一沟槽113a与第二沟槽115a之间的区域也沉积有透明导电薄膜层116,即透明导电薄膜层116并非是平整的层面,该层薄膜的主要作用是增加硅薄膜的表面导电性,同时也增加长波段入射光的背反射,同时也降低金属界面的接触电阻。
如图11所示,在一些实施例中,当透明导电薄膜层116沉积完后,需要采用激光对透明导电薄膜层116进行隔离划线,划线位置在于前面制备的磷掺杂硅薄膜层和硼掺杂硅薄膜层之间,即第一沟槽113a与第二沟槽115a之间的区域进行隔离划线,其隔离划线目的是隔断两层薄膜之间横向导电,避免漏电产生降低太阳电池的转换效率。
可选地,线槽116a的宽度小于第一沟槽113a与第二沟槽115a之间的区域的宽度,线槽116a的隔离划线深度大于第一沟槽113a与第二沟槽115a之间的区域沉积的透明导电薄膜层116厚度,如此隔断两层薄膜之间横向导电,需要说明的是,线槽116a的开设深度可以根据控制激光蚀刻的时间长度进行控制。
步骤S700:对划线处理后的所述第四硅片中间体的背光面进行印刷主副栅线,其中,主副栅线沉积于所述第一沟槽以及所述第二沟槽底表面,所述主副栅线的宽度小于沟槽宽度。
在本步骤中,采用丝网印刷技术在第四硅片中间体的背光面印刷导电浆料形成金属电极,其导电浆料可以是银浆、铜浆、银包铜浆或者碳浆等等导电浆料中的一种。电极包含主栅和副栅,每根电极栅线宽度不能大于栅线底下的磷掺杂硅薄膜或硼掺杂硅薄膜的宽度以避免漏电,可以理解为,主副栅线的宽度小于第一沟槽113a或第二沟槽115a的宽度。
如图12所示,主副栅线沉积于第一沟槽113a以及所述第二沟槽115a底表面,磷掺杂硅薄膜层上的栅线电极宽度为5um-95um,硼掺杂硅薄膜层上方的电极宽度为10um-290um,栅线电极高度为1um-30um;并且第一磷掺杂硅层111上方的金属电极不能和第二硼掺杂硅层115上方的栅线电极相连接,以为了避免短路降低太阳电池的转换效率,当然,需要说明的是,制备栅线电极的方式可以是丝网印刷也可以是喷墨打印导电浆料技术,磷掺杂薄膜层区域为太阳电池的负极,硼掺杂硅薄膜层区域为电池的正极。
采用上述方法步骤,通过在硅片衬底的背光面依次沉积第一本征非晶硅层110、第一磷掺杂硅层111、保护层112以及第一硼掺杂硅层113;第一本征非晶硅层110的设置钝化硅片衬底表面悬挂键,降低表面缺陷态密度,第一磷掺杂硅层111的设置为表面进一步提供场钝化效果,提高电池转换效率,通过保护层112的设置以及结合波长为200nm-500nm、频率为1012HZ-1019HZ的激光,当激光在烧蚀第一硼掺杂硅层113开设第一沟槽时,保护层可以有效对该波段的激光进行反射,避免激光损伤到本征非晶硅的钝化效果使电池转换效率下降。
以及,在异质结太阳电池受光面用碱溶液制绒、氢氟酸溶液清洗、稀碱溶液绒面金字塔圆化以及氢氟酸溶液再清洗过程,可以同时实现对保护层蚀刻以及第一本征非晶硅层110和第一磷掺杂硅层111蚀刻,制得规整的第一沟槽113a,简化了沟槽开设的工艺工序,提高生产效率,在开槽过程有效避免对第一本征非晶硅层110的损伤,提高异质结太阳电池的光电转换效率。
同时,通过在开设完第一沟槽113a的硅片中间体背光面再沉积第二本征非晶硅层114以及第二硼掺杂硅层115,对相邻两个第一沟槽113a之间区域进行激光烧蚀开设第二沟槽115a时,保护层的设置再次避免激光损伤到本征非晶硅的钝化效果使电池转换效率下降,再通过使用氢氟酸溶液进行清洗,由于第一沟槽113a内沉积第二硼掺杂硅层115不与酸反应,而第二沟槽115a内的保护层与氢氟酸溶液反应后显露出第一磷掺杂硅层111,从而在电池片背面形成了完整的磷掺杂硅薄膜层和硼掺杂硅薄膜层交叉存在的图形,再通过背光面沉积透明导电薄膜层,对第一沟槽113a与第二沟槽115a之间的所述透明导电薄膜层采用激光进行隔离划线处理,隔断磷掺杂硅薄膜层和硼掺杂硅薄膜层之间横向导电,避免漏电产生降低太阳电池的转换效率,提高背接触异质结太阳电池生产良率。
在一些实施例中,还提供一种背接触异质结太阳电池,所述背接触异质结太阳电池由上述任一项实施例所述的一种背接触异质结太阳电池的制备方法制取。
可以理解的是,本实施例技术方案的有益效果可以参见上述一种背接触异质结太阳电池的制备方法对应有益效果的相关描述,在此不再赘述。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对发明的限制。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本申请的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种背接触异质结太阳电池的制备方法,其特征在于,包括:
制得洁净硅片衬底,对所述洁净硅片衬底的背光面依次沉积第一本征非晶硅层、第一磷掺杂硅层、保护层以及第一硼掺杂硅层,其中,所述保护层为氧化硅薄膜层、氮化硅薄膜层、氧化铝薄膜层或氮氧化硅薄膜层中的一种,所述保护层的薄膜厚度为10nm-200nm,折射率为1.4-4.5,所述第一本征非晶硅层沉积厚度为3nm-15nm,折射率3.5-4.5,所述第一磷掺杂硅层沉积厚度为3nm-40nm,折射率2.0-4.8,所述第一硼掺杂硅层沉积厚度为10nm-100nm,折射率2.2-4.5;
对所述第一硼掺杂硅层的表面采用激光间隔烧蚀开设第一沟槽得到第一硅片中间体,所述激光为纳秒脉冲激光、飞秒激光或者皮秒脉冲激光中的一种,其中,所述激光波长为200nm-500nm,频率为1012HZ-1019HZ;
对第一硅片中间体依次使用浓度为1%-10%的第一氢氧化钾溶液、氢氟酸溶液、浓度为0.5%-5%的第二氢氧化钾溶液以及氢氟酸溶液进行双面清洗处理得到第二硅片中间体,其中,包括:采用浓度为1%-10%的第一氢氧化钾溶液对第一硅片中间体受光面进行制绒处理,将制绒后的第一硅片中间体浸入氢氟酸溶液中清洗,其清洗过程中,氢氟酸溶液蚀刻所述第一沟槽内暴露的所述保护层,采用浓度为0.5%-5%的第二氢氧化钾溶液对制绒后第一硅片中间体进行再清洗,以使绒面金字塔塔尖及塔底圆化刻蚀,以及对所述第一沟槽内的第一磷掺杂硅层和第一本征非晶硅层依次刻蚀至暴露硅片衬底,用氢氟酸水溶液对硅片进行再清洗并烘干,其中,所述氢氟酸水溶液浓度为1%-10%;
在第二硅片中间体的背光面依次沉积第二本征非晶硅层以及第二硼掺杂硅层得到第三硅片中间体;
对第三硅片中间体背光面的每两个所述第一沟槽之间采用激光烧蚀开设第二沟槽,并使用氢氟酸溶液进行清洗及蚀刻所述第二沟槽内暴露的保护层得到第四硅片中间体;
在第四硅片中间体背光面沉积透明导电薄膜层,对所述第一沟槽与所述第二沟槽之间的所述透明导电薄膜层采用激光进行隔离划线;
对划线处理后的所述第四硅片中间体的背光面进行印刷主副栅线,其中,主副栅线沉积于所述第一沟槽以及所述第二沟槽底表面,所述主副栅线的宽度小于沟槽宽度。
2.根据权利要求1所述的一种背接触异质结太阳电池的制备方法,其特征在于,所述制得洁净硅片衬底包括:获取硅片衬底,对所述硅片衬底依次进行双面抛光以及清洗处理,使用氢氟酸水溶液对清洗后的所述硅片衬底表面进行去氧化层处理,烘干得到洁净硅片衬底。
3.根据权利要求1所述的一种背接触异质结太阳电池的制备方法,其特征在于,在对所述第一硼掺杂硅层的表面采用激光间隔烧蚀开设第一沟槽得到第一硅片中间体步骤中,包括:所述第一沟槽开设宽度为10um-100um,每相邻两个所述第一沟槽间隔为30um-300um。
4.根据权利要求1所述的一种背接触异质结太阳电池的制备方法,其特征在于,所述在第二硅片中间体的背光面依次沉积第二本征非晶硅层以及第二硼掺杂硅层得到第三硅片中间体步骤中,包括:所述第二本征非晶硅层沉积厚度为3nm-15nm,折射率3.5-4.5,所述第二硼掺杂硅层沉积厚度为3nm-40nm,折射率2.0-4.8。
5.根据权利要求1所述的一种背接触异质结太阳电池的制备方法,其特征在于,在得到第四硅片中间体之后,还包括:采用化学气相沉积法在所述第四硅片中间体受光面依次沉积第三本征非晶硅层、第二磷掺杂硅层以及减反射层,其中,所述减反射层材料为氧化铝、氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅中的一种。
6.根据权利要求5所述的一种背接触异质结太阳电池的制备方法,其特征在于,所述第三本征非晶硅层沉积厚度为4nm-10nm,折射率3.5-4.4;所述第二磷掺杂硅层沉积厚度为4nm-30nm,折射率2.2-4.5;所述减反射层沉积厚度为50nm-200nm,折射率1.4-3.0。
7.一种背接触异质结太阳电池,其特征在于,由如权利要求1至6任一项所述的一种背接触异质结太阳电池的制备方法制得。
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