CN201699033U - 双面受光型晶体硅太阳能电池 - Google Patents

双面受光型晶体硅太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种双面受光型晶体硅太阳能电池，由单晶硅衬底、扩硼层P+、扩磷层N+、背面减反射膜、正面减反射膜、背面栅线、正面栅线构成。在硅本体材料的正反两面分别进行硼、磷两种扩散，分别对P型或者N型硅片制成P+NP或者P+PN结构的太阳电池。本实用新型可以充分利用现有技术，生产成本与现有传统丝网印刷太阳能电池产品相仿，却大幅度提高太阳能电池的输出功率，并且工艺简单，能够实现规模化生产。解决了传统铝背场太阳能电池的部分难题，在后续转化效率提高、组件应用拓广上还有很大的空间。

Description

双面受光型晶体硅太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池，尤其涉及双面受光型晶体硅太阳能电池。
背景技术
目前，晶体硅太阳能电池占全球商品化太阳能电池总量的近90％，处于绝对优势地位。晶体硅太阳能电池经过长期发展，其基于传统铝背场丝网印刷的系列技术已经较为完善。传统的单面受光型晶体硅太阳能电池都是制作在太阳能级P型晶体硅材料上，其主要制造步骤如下：1)去损伤及制绒；2)磷扩散制结；3)刻蚀并去除磷硅玻璃(PSG)；4)采用PECVD(等离子增强化学气相沉积)在扩磷面制做氮化硅减反射膜；5)背电极、电场印刷及烘干；6)正面电极印刷、烧结；7)完成电池并测试。
传统单面受光型晶体硅太阳能电池的背面为全铝背场，其缺点在于：铝背场的表面复合速率较高，对效率的提高有着很大的制约；铝、硅由于热膨胀系数不同在烧结时会使硅片弯曲，很难封装成太阳能电池；铝背场电池封装后散热性差，容易在工作过程中由于温度升高导致效率下降。
在当今硅材料日益紧缺的情况下，为了充分利用现有技术，提高太阳能电池的输出功率，双面受光型晶体硅太阳能电池已经成为研究的热点。目前国内并没有适合于产业化的双面受光型晶体硅太阳能电池技术，相关研究也仅限于实验室阶段。如专利号为200610038978.2的中国专利《磷硼同时扩散制造高效硅太阳能电池的方法》所公开的内容，其采用了硼、磷同时扩散的方法，但是由于两种杂质源在硅中的扩散温度不同，交叉参杂后会造成漏电，因此可行性很低。又如专利号为200720044255.3的中国专利《具有浓硼浓磷扩散结构的太阳能电池》所公开的内容，其采用了在氧化硅上开孔的方法，但是只能在实验室实施，很难在工业化生产上得到应用。在国际上，目前也只有日本的日立公司能够小规模化生产双面受光型晶体硅太阳能电池。但是由于硼扩散工艺较难掌握，并没有较为成熟的、适用于大规模生产的硼扩散工艺；而且分步连续进行硼、磷扩散需要实用可靠的掩蔽保护；另外在扩硼层表面上采用丝网印刷工艺实现欧姆接触及表面继续叠加特殊的钝化层结构等，都具有相当的技术难度，因此很难形成产业化。
实用新型的内容
针对上述问题，申请人进行了改进研究，提供一种双面受光型晶体硅太阳能电池，可以充分利用现有技术，大幅度提高太阳能电池的输出功率，并且工艺简单，能够实现规模化生产。
本实用新型的技术方案如下：
一种双面受光型晶体硅太阳能电池，包括：
太阳能电池本体，具有单晶硅衬底，在所述单晶硅衬底的背面形成扩硼层P+，在所述单晶硅衬底的正面形成扩磷层N+；
背面减反射膜，在所述扩硼层P+上形成并由氮化硅构成；
正面减反射膜，在所述扩磷层N+上形成并由氮化硅构成；
背面栅线，以预定的图案在所述背面减反射膜上形成并通过所述背面减反射膜连接到所述扩硼层P+；
正面栅线，以预定的图案在所述正面减反射膜上形成并通过所述正面减反射膜连接到所述扩磷层N+；
可选的，所述单晶硅衬底为P型太阳能级单晶硅，形成的太阳能电池本体为P+PN+结构。
可选的，所述单晶硅衬底为N型太阳能级单晶硅，形成的太阳能电池本体为P+NN+结构。
可选的，所述背面减反射膜、正面减反射膜是使用PECVD形成的。
本实用新型的有益技术效果是：
本实用新型采用现有晶体硅太阳能电池产业化生产设备，基于现有太阳能电池制作传统丝网印刷技术，生产成本与现有传统丝网印刷太阳能电池产品相仿，却大幅度的提高了太阳能电池的输出功率。并且解决了传统铝背场太阳能电池的部分难题，在后续转化效率提高、组件应用拓广上还有很大的空间。具体体现在以下四点：
(一)本实用新型以晶体硅材料为基础，除现有成熟的磷扩散工艺外，还引入了扩硼工艺，从而实现晶片两面受光转化结构。在本实用新型封装后，按照一般背面接受25％的反射光计算，可以使得整体太阳能电池组件的输出功率有接近20％的提升。例如，如果电池正面的转化效率为16％，而背面为12％，按照背面接收的反射光为正面入射光的25％计算，电池总体的输出功率相当于效率为19％的单面铝背场电池所达到的效果。
(二)硼在硅中的固溶度较铝高一个数量级，这就更容易实现少数载流子在表面复合速度的降低，从而更有助于提升太阳能电池的整体转化效率。硼扩散适用广泛，作为P+层，对于P型硅材料可以作为硼背场，其钝化效果较传统铝背场更好；对于N型材料更是电池P-N结制造的核心工艺，是太阳能电池实现高效演进的必经之路。
(三)本实用新型采用的双面金属栅线结构有效避免了电池弯曲，更适用于厚度日趋减薄的原硅片材料。并且扩硼层上还可以继续钝化，进一步提高电池性能。另外双面栅线结构也较传统铝背场电池来的更为简单、美观。
(四)本实用新型较传统单面电池来说在应用领域有着更广泛的空间，尤其是在未来的BIPV(光伏建筑一体化)上。由于有电池制成组件后采用双面玻璃封装，结合目前的玻璃幕墙技术，可以实现建筑部分或者全部自给供电模式。
附图说明
图1是本实用新型实施例的太阳能电池的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
图1示出的是本实用新型一个实施例的太阳能电池的截面示意图。如图1所示，本实用新型由太阳能电池本体、背面减反射膜6、正面减反射膜2、背面栅线7及正面栅线1组成。
太阳能电池本体包括单晶硅衬底4，在单晶硅衬底4的背面形成有扩硼层P+5，在单晶硅衬底4的正面形成有扩磷层N+3。当单晶硅衬底4为P型太阳能级单晶硅时，形成的太阳能电池本体为P+PN+结构；而当单晶硅衬底4为N型太阳能级单晶硅时，形成的太阳能电池本体为P+NN+结构。扩硼层P+5上采用PECVD沉积氮化硅构成背面减反射膜6，在扩磷层N+3上采用PECVD沉积氮化硅构成正面减反射膜2。背面减反射膜6上形成有预定图案的背面栅线7，并通过背面减反射膜6连接到扩硼层P+5。在正面减反射膜2上形成有预定图案的正面栅线1，并通过正面减反射膜2连接到扩磷层N+3。
本实用新型的制作方法如下：(1)将原始硅片进行预清洗，去除损伤层、制绒，作为单晶硅衬底。(2)硅片背靠背进行单面硼扩散，制作P+层；硼扩散时采用三溴化硼液态源扩散，温度范围在850-1050摄氏度，扩散时间15-60分钟，方块电阻10-80欧姆/方块。(3)对非扩硼层进行单面腐蚀并用湿氧氧化或者电解的方法去除硼硅玻璃。(4)在扩硼层P+上制作氧化硅掩蔽层；掩蔽层保护扩硼层P+避免连续硼、磷扩散可能造成的交叉掺杂。(5)同样采用背靠背单面扩散的方法，进行后续的磷扩散，制作N+层；磷扩散采用三氯氧磷液态源扩散，方块电阻40-120欧姆/方块。(6)扩磷工艺完成后过稀氢氟酸去除磷硅玻璃。(7)等离子刻蚀去边结；使用四氟化碳和氧气作为工作气体，在腔体内等离子体的作用下对硅片四周进行腐蚀，去除周边PN结，防止电池短路。(8)用PECVD在硅片双面沉积氮化硅减反射膜；氮化硅层是优秀的减反射膜，双面沉积可以有效提高受光量，另外等离子气相沉积氮化硅膜中含有大量的氢原子，可以对硅片扩散表面形成有效的钝化结构，降低光生载流子的表面复合速度。(9)丝网印刷两面电极，先在扩硼层P+印刷栅线，烘干；然后再在扩磷层N+印刷栅线，烧结，完成双面金属化，更好地实现欧姆接触，制成本实用新型。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下，可以做出其它改进和变化。

Claims (4)

1.一种双面受光型晶体硅太阳能电池，其特征在于包括：
太阳能电池本体，具有单晶硅衬底，在所述单晶硅衬底的背面形成扩硼层P+，在所述单晶硅衬底的正面形成扩磷层N+；
背面减反射膜，在所述扩硼层P+上形成并由氮化硅构成；
正面减反射膜，在所述扩磷层N+上形成并由氮化硅构成；
背面栅线，以预定的图案在所述背面减反射膜上形成并通过所述背面减反射膜连接到所述扩硼层P+；
正面栅线，以预定的图案在所述正面减反射膜上形成并通过所述正面减反射膜连接到所述扩磷层N+。
2.根据权利要求1所述双面受光型晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述单晶硅衬底为P型太阳能级单晶硅，形成的太阳能电池本体为P+PN+结构。
3.根据权利要求1所述双面受光型晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述单晶硅衬底为N型太阳能级单晶硅，形成的太阳能电池本体为P+NN+结构。
4.根据权利要求1所述双面受光型晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述背面减反射膜、正面减反射膜是使用PECVD形成的。 
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