CN203038932U - 一种背发射极太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种背发射极太阳能电池，包括半导体衬底、位于所述半导体衬底正面的减反射层、位于所述半导体衬底背面的钝化层；位于所述半导体衬底通孔内的导电电极，与所述导电电极电性相连的多个第一背接触电极和多个细栅；位于所述钝化层的开口内的多个第二背接触电极，所述第二背接触电极与所述第一背接触电极绝缘；位于所述半导体衬底背表面内且与该半导体衬底欧姆接触的局部背发射极，所述局部背发射极与所述钝化层的开口区域相对应，且与所述第二背接触电极电性相连。该太阳能电池的半导体衬底中形成导电电极，将正面细栅收集的电流导到电池背面，从而省略了主栅，减小了太阳能电池正面的遮光面积，有效提高了太阳能电池的效率。

Description

一种背发射极太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，更具体的说是涉及一种背发射极太阳能电池。 

背景技术

根据太阳能电池衬底的导电类型不同，可以把太阳能电池分为p型和n型太阳能电池两种。相对于p型太阳能电池，n型太阳能电池的硅片本身不含或者含极少量的硼元素，不容易形成硼氧复合对，因此硼氧复合对引起的转换效率衰减作用会很弱，不存在光致衰减的问题。但另一方面，硅片的厚度越来越薄，由此传统晶体硅太阳电池结构呈现出新的问题：一是表面复合速率的影响越来越显著；二是丝网印刷全铝电场引起的电池弯曲越来越严重。 

为解决上述电池弯曲越来越严重的问题，现有技术中提供了一种n型晶体硅局部铝背发射极太阳能电池的制备方法，采用该方法形成的n型晶体硅局部铝背发射极太阳能电池的结构如图1所示，其中包括，n型硅片4、位于n型硅片4正面的n+磷前表面场3、位于n+磷前表面场3表面上的表面织构化的氮化硅叠层膜2、位于表面织构化的氮化硅叠层膜2表面上的前银电极1、位于n型硅片4背面的氮化硅叠层膜5、位于氮化硅叠层膜5表面的背铝电极7、穿透氮化+硅叠层膜5且与n型硅片4欧姆接触的p+铝局部发射极6，其中背铝电极7和p+铝局部发射极6为采用丝网印刷工艺，在背面开孔的硅片上一次印刷并烧结形成的。 

具体的，该结构采用了n型硅片，在背面采用激光或者丝网印刷穿透性浆料的办法进行局部开孔或开槽，将铝浆填充到硅片背面的开孔或开槽内并烧结，得到局部铝发射极，即在硅片背面形成局部金属接触。由于背面局部铝发射极减少了硅片背面的铝发射极与硅片的接触面积，从而减少了因为p+重掺杂带来的复合，减小了复合电流，同时减小了因为硅和铝热膨胀系数不一样而带来的电池弯曲，提高了背面p-n结的性能。 

但是在实际使用过程中发现，采用上述结构的太阳能电池的转换效率仍有待提高。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种背发射极太阳能电池，该太阳能电池正面只存在细栅，而省略了主栅，从而减小太阳能电池正面的遮光面积，提高太阳能电池的效率。 

为实现上述目的，本实用新型提供如下方案： 

一种背发射极太阳能电池，所述太阳能电池包括： 

基底，所述基底包括半导体衬底、位于所述半导体衬底正面的减反射层、位于所述半导体衬底背面的钝化层，该基底上具有多个贯穿减反射层、半导体衬底和钝化层的通孔，且所述钝化层上还具有多个仅贯穿其自身的开口； 

位于所述半导体衬底通孔内的导电电极，所述导电电极充满所述通孔； 

与所述导电电极电性相连的多个第一背接触电极； 

位于所述钝化层的开口内的多个第二背接触电极，所述第二背接触电极充满所述开口，并且与所述第一背接触电极绝缘； 

位于所述半导体衬底背表面内且与该半导体衬底欧姆接触的局部背发射极，所述局部背发射极与所述钝化层的开口区域相对应，且与所述第二背接触电极电性相连； 

与导电电极电性相连的多个细栅，所述细栅穿透所述减反射层，且与所述半导体衬底电性相连。 

优选地，所述多个第一背接触电极中的部分第一背接触电极位于所述钝化层上的通孔区域，且直接与所述导电电极接触。 

优选地，根据权利要求1所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述多个细栅中的部分细栅位于所述减反射层上的通孔区域，且直接与所述导电电极接触。 

优选地，根据权利要求1所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述半导体衬底包括本体层和前表面场，该前表面场位于所述本体层和所述减反射层之间，该前表面场的掺杂类型与所述本体层的掺杂类型相同，且该前表面场的掺杂浓度大于所述本体层的掺杂浓度。 

优选地，所述本体层、细栅、导电电极和前表面场的掺杂类型与第一背接触电极的掺杂类型相同，且与第二背接触电极的掺杂类型相反。 

优选地，所述第二背接触电极的掺杂类型与所述局部背发射极的掺杂类型相同。 

优选地，所述半导体衬底的材料为n型单晶硅或n型多晶硅，所述本体层为n型掺杂，所述第二背接触电极为p型掺杂。 

优选地，所述局部背电极和第二背接触电极的材料为铝或硼铝混合物。 

优选地，所述第一背接触电极、导电电极和细栅中的至少一种的材料为银。 

优选地，与导电电极连接的细栅宽度大于导电通孔的宽度。 

优选地，所述钝化层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，所述减反射层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。 

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种背发射极太阳能电池，通过在半导体衬底中打孔，并在孔内填充导电材料形成导电电极，将正面细栅收集的电流通过导电电极引导至背面的第一背接触电极，由第一背接触电极代替现有技术中的主栅，从而省略了传统太阳能电池正面宽度较大的主栅线，只保留传统太阳能电池正面的细栅，从而减小了太阳能电池片的正面遮光面积，有效提高了太阳能电池的效率。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。 

图1为现有技术中n型晶体硅局部铝背发射极太阳能电池结构示意图； 

图2为本实用新型提供的背发射极太阳能电池示意图； 

图3为本实用新型提供的背发射极太阳能电池制作工艺流程图； 

图4-图10为本实用新型提供的背发射极太阳能电池制作工艺各步骤对应结构的剖面示意图。 

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中的n型晶体硅局部铝背发射极太阳能电池效率还比较低，发明人研究发现，出现这种问题的主要原因是该太阳能电池正面的主栅线面积较大，会遮挡部分太阳能电池的正面，从而减小了太阳能电池的吸光面积，影响太阳能电池的效率。 

基于上述研究，本实用新型公开了一种背发射极太阳能电池，所述太阳能电池包括： 

基底，所述基底包括半导体衬底、位于所述半导体衬底正面的减反射层、位于所述半导体衬底背面的钝化层，该基底上具有多个贯穿减反射层、半导体衬底和钝化层的通孔，且所述钝化层上还具有多个仅贯穿其自身的开口； 

位于所述半导体衬底通孔内的导电电极，所述导电电极充满所述通孔； 

与所述导电电极电性相连的多个第一背接触电极； 

位于所述钝化层的开口内的多个第二背接触电极，所述第二背接触电极充满所述开口，并且与所述第一背接触电极绝缘； 

位于所述半导体衬底背表面内且与该半导体衬底欧姆接触的局部背发射极，所述局部背发射极与所述钝化层的开口区域相对应，且与所述第二背接触电极电性相连； 

与导电电极电性相连的多个细栅，所述细栅穿透所述减反射层，且与所述半导体衬底电性相连。 

由上述技术方案可以看出，与现有技术相比，本实用新型公开了一种背发射极太阳能电池，该太阳能电池是通过在半导体衬底中打孔，并在孔内填充导电材料形成导电电极，将正面细栅收集的电流通过导电电极引导至背面的第一背接触电极，该处第一背接触电极的作用与现有技术中太阳能电池正面的主栅线作用相同，因此省去了传统太阳能电池正面的宽度较大的主栅线，只保留传统太阳能电池正面的细栅，从而减小了太阳能电池片的正面遮光面积，减小了遮光损失，提高了短路电流，有效提高了太阳能电池的转换效率。 

以上是本申请的核心思想，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新 型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。 

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。 

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。 

实施例一 

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，本实施例以n型半导体衬底的局部背发射极太阳能电池为例并结合图2进行说明，该太阳能电池包括以下结构： 

基底，所述基底包括n型掺杂的半导体衬底、位于所述半导体衬底正面的减反射层21、位于所述半导体衬底背面的钝化层29，其中所述半导体衬底包括本体层23和前表面场22，该基底上还具有多个贯穿减反射层21、半导体衬底和钝化层29的通孔，且所述钝化层上还具有多个仅贯穿其自身的开口。 

位于所述半导体衬底通孔（即导电通孔26）内的导电电极27，与导电电极27电性相连的多个第一背接触电极和多个细栅；其中部分第一背接触电极位于钝化层29上的通孔区域，且直接与导电电极27接触，即图2中示出的第一背接触电极25，部分细栅位于减反射层21上通孔区域，且直接与导电电极27接触，即图2中示出的接触栅线24，也即细栅24。 

由于所述细栅个数较多，因此只有部分细栅与所述导电电极直接接触，并电性相连，其他不与导电电极直接接触的细栅可以通过串联的方式与所述部分细栅相连，起到传导电流的作用，与导电电极直接接触的部分细栅为位于所述减反射层上的通孔区域的细栅。同理地，所述多个第一背接触电极中的部分第一背接触电极与所述导电电极直接接触，并电性相连，其他不与导电电极直接接触的第一背接触电极可以通过串联的方式与所述部分第一背接 触电极相连，起到传导电流的作用，与导电电极直接接触的部分第一背接触电极为位于所述钝化层上的通孔区域的第一背接触电极，即，与导电电极直接接触的部分细栅和与导电电极直接接触的第一背接触电极是通过导电电极实现电性相连的。 

细栅与第一背接触电极个数较多，部分细栅、部分第一背接触电极与导电电极电性相连，可以减少导电通孔和导电电极的数量，从而可以节省导电电极的浆料，降低了生产过程中的生产成本。本实施例中导电通孔的直径为200μm，数目为16个，在硅片上均匀排列成4行4列，间距为35mm。 

位于所述钝化层29的开口内的多个第二背接触电极210，所述第二背接触电极充满所述开口，并且与所述第一背接触电极绝缘。并且在烧结过程中，第二背接触电极210中的受主杂质扩散到硅片中形成背面局部发射极28。其中钝化层开口之间的距离，也即局部背发射极之间的距离为100μm。 

本实施例中所述半导体衬底包括本体层23和前表面场22，该前表面场位于本体层23和减反射层21之间，该前表面场的掺杂类型与所述本体层的掺杂类型相同，且该前表面场的掺杂浓度大于所述本体层的掺杂浓度。 

所述本体层、细栅、导电电极和前表面场的掺杂类型与第一背接触电极的掺杂类型相同，且与第二背接触电极的掺杂类型相反。 

所述第二背接触电极的掺杂类型与所述局部背发射极的掺杂类型相同，且与所述本体层的掺杂类型相反。 

由上述可以得知，第二背接触电极与局部背发射极的掺杂类型相同，且与本体层、细栅、导电电极和前表面场的掺杂类型相反，即若第二背接触电极与局部背发射极的掺杂类型为p型时，本体层、细栅、导电电极和前表面场的掺杂类型为n型，若第二背接触电极与局部背发射极的掺杂类型为n型时，本体层、细栅、导电电极和前表面场的掺杂类型为p型。 

本实施例中的局部背发射极太阳能电池的半导体衬底为n型，且本体层的电阻率为1.5Ω·cm，厚度为180μm。则局部背电极和第二背接触电极的掺杂类型为p型，且掺杂浓度较大，两者的材料可优选为铝或硼铝混合物，当第二背接触电极的材料为铝时，p+层局部背发射极中替代式铝原子的浓度范围为10¹⁸cm^-3～10¹⁹cm^-3，结深为8μm。所述本体层为n型掺杂，前表面场的掺杂浓度大于所述本体层，因此前表面场为n+型掺杂，其方块电阻为80Ω/□， 结深为0.25μm。前表面场的掺杂浓度大于所述本体层的掺杂浓度，可以改善细栅与本体层之间的欧姆接触。 

本实施例中第一背接触电极、导电电极和细栅也均为n+型掺杂，所述第一背接触电极、导电电极和细栅的至少一种的材料优选为银。也即第一背接触电极、导电电极、细栅的材料可以相同即都为银，也可以不相同，在此并不限定其材料仅为银，可以为其他导电性能较好的材料。 

其中，本实施例中的细栅与导电电极均有掺杂，其他实施例中，细栅及导电电极也可以不进行掺杂。 

需要说明的是，所述与导电电极连接的细栅宽度大于导电通孔的宽度，这样可以使细栅与导电电极充分接触，更好地实现电性相连，其他不与导电电极相连的细栅宽度可以相对窄些，以增加太阳能电池正面的吸光面积。其中，用图2中的a表示所述与导电电极直接连接的部分细栅的宽度，用图2中的b表示所述导电通孔的宽度。 

所述钝化层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，若钝化层的材料为SiO_x，则其厚度为100nm，折射率为1.48。所述减反射层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，若减反射层的材料为SiN_x，则其厚度为80nm，折射率为2。钝化层与减反射层的材料可以相同，也可以不相同，同时两者的材料还可以为氮化硅、氧化硅与氮氧化硅中的一种或多种的组合，其他情况下，也可以为氮化硅和氧化硅的叠层，这里不限定其具体材料。 

本实施例中，将局部背发射极太阳能电池的半导体衬底打出通孔，并填充浆料形成导电电极，用于电连接太阳能电池正面的细栅与背面的第一背接触电极，背面的第一背接触电极实现了现有技术中太阳能电池正面的主栅的作用，从而省略了遮挡太阳能电池正面面积的较宽的主栅，提高了太阳能电池的转换效率。 

实施例二 

与上一实施例的背发射极太阳能电池相对应，本实施例公开了上述电池的制作方法，其流程图如图3所示，具体包括以下步骤： 

步骤S101：提供半导体衬底； 

本实施例中所述半导体衬底，其中半导体衬底的材料如上一实施例所述，为n型单晶硅或n型多晶硅。在其他实施例中，该半导体衬底的材料也可以为p型，并不受本实施例的限制。 

步骤S102：对所述半导体衬底的正面进行织构化并进行磷掺杂； 

对半导体衬底进行掺杂的杂质元素可以为磷或其他能形成n型硅基底的杂质元素，从而能够形成n型掺杂的硅基底，将n型硅基底的正面进行织构化，所述织构化可以采用湿法化学蚀刻法、反应性离子蚀刻法。激光照射法、机械蚀刻法等方法进行，织构化溶液为重量百分含量为0.5%～5%的氢氧化钠去离子水溶液，在温度为75°C～90°C的条件下进行表面织构化制绒，在硅基底的正面形成倒金字塔结构，作为减反射结构，以增强硅基底正面的陷光效应，减少硅基底正面对光的镜面反射。 

再对正面织构化后的硅基底进行n型重掺杂得到n+前表面场，如图4所示，位于前表面场22下方的即为上一实施例中的本体层23。在得到前表面场之前n型硅基底的背面也可进行织构化。 

步骤S103：在所述半导体衬底中打孔制作出导电通孔； 

在本实施例中使用的激光为Nd/YAG激光器打出的绿色激光，采用激光穿透硅基底制作出导电通孔，也即图5中所示的半导体衬底通孔26，另外，还可以使用其他激光源进行打孔，不受本实施例的限制。 

步骤S104：制作减反射层和钝化层； 

本实施例中，在前表面场的上方采用PECVD工艺形成SiN_x层作为正面减反射层；在半导体衬底的背面采用PECVD工艺形成SiN_x，作为背面钝化层。 

本实施例中不限定减反射层和钝化层的材料，减反射层和钝化层的材料也可以为SiN_x和SiO₂的叠层。由于导电通孔的存在，所述减反射层和钝化层均是非连续的，具体为在导电通孔区域的上下方带有通孔的减反射层和钝化层。具体如图6中的半导体衬底正面的减反射层21和半导体衬底背面的钝化层29。 

需要说明的是，减反射层也具有钝化作用，氨气与硅烷经过一系列的化学反应和等离子体反应后，会形成SiN_x:H薄膜，其中H进入硅基底内部，与硅基底表面的因切割造成的悬挂键和因杂质引起的不饱和共价键结合，减少了复合中心，从而起到很好的表钝化和体钝化的作用。 

步骤S105：在钝化层上制作开口； 

钝化层上还包括仅贯穿其自身的钝化层开口，如图7所示，所述钝化层开口用于第二背接触电极与半导体衬底形成欧姆接触，具体可采用湿法化学刻蚀法刻蚀钝化层形成该钝化层开口。由于在烧结过程中，第二背接触电极的受主杂质贯穿钝化层，扩散到半导体衬底中，形成局部背发射极，因此在本实用新型其它实施例中，也可以省略本步骤。 

步骤S106：印刷第一背接触电极、第二背接触电极和形成导电电极； 

采用丝网印刷工艺在所述钝化层上的通孔内印刷第一背接触电极浆料、在钝化层开口内或钝化层上印刷第二背接触电极浆料，在导电通孔中填充导电电极浆料，如图8所示，分别形成第一背接触电极25、第二背接触电极210、导电电极27，其中印刷第一背接触电极的浆料为银浆，印刷第二背接触电极的浆料为铝浆或硼铝混合物浆料。 

另外，导电电极的材料可以与第一背接触电极的材料相同，也可以不相同，本实施例中优选二者材料相同，都为n型重掺杂的银浆。当导电电极的材料与第一背接触电极的材料相同时，导电电极可以与第一背接触电极同时印刷形成，当导电电极的材料与第一背接触电极的材料不相同时，则可以先单独对导电通孔填充浆料形成导电电极，再印刷形成第一背接触电极。 

步骤S107：印刷形成细栅； 

采用丝网印刷工艺在所述减反射层的通孔内印刷细栅浆料，形成太阳能电池正面细栅，该细栅浆料为含磷的重掺杂的银浆，图9中的为未烧结的细栅24。在结构上，各细栅线串联，因此不需要全部的细栅与导电电极电性相连，从而可以相对减少导电电极的数量，节省浆料的使用。 

另外，为了能够使细栅与导电电极充分电性相连，与导电电极充分电性相连的细栅覆盖的宽度可以比导电电极的宽度大些。 

步骤S108：烧结 

对印刷在硅片正面、背面的金属浆料进行烧结，正面的细栅经过烧结，其浆料的施主杂质扩散到减反射层和前表面场，与本体层形成欧姆接触，背面的第二背接触电极中的受主杂质扩散到钝化层与本体层中，在本体层内形成局部背发射极，具体可参见图10中的局部背发射极28。 

至此，基本完成太阳能电池硅片的制作，需要说明的是，以上步骤仅作为本实用新型提供的背发射极太阳能电池硅片的制作过程的参考，且其中部分步骤的顺序可根据实际生产情况进行调整，并不仅限于该一种方法。 

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (11)

1.一种背发射极太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括： 

基底，所述基底包括半导体衬底、位于所述半导体衬底正面的减反射层、位于所述半导体衬底背面的钝化层，该基底上具有多个贯穿减反射层、半导体衬底和钝化层的通孔，且所述钝化层上还具有多个仅贯穿其自身的开口； 

位于所述半导体衬底通孔内的导电电极，所述导电电极充满所述通孔； 

与所述导电电极电性相连的多个第一背接触电极； 

位于所述钝化层的开口内的多个第二背接触电极，所述第二背接触电极充满所述开口，并且与所述第一背接触电极绝缘； 

位于所述半导体衬底背表面内且与该半导体衬底欧姆接触的局部背发射极，所述局部背发射极与所述钝化层的开口区域相对应，且与所述第二背接触电极电性相连； 

与导电电极电性相连的多个细栅，所述细栅穿透所述减反射层，且与所述半导体衬底电性相连。 

2.根据权利要求1所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述多个第一背接触电极中的部分第一背接触电极位于所述钝化层上的通孔区域，且直接与所述导电电极接触。 

3.根据权利要求1所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述多个细栅中的部分细栅位于所述减反射层上的通孔区域，且直接与所述导电电极接触。 

4.根据权利要求1所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述半导体衬底包括本体层和前表面场，该前表面场位于所述本体层和所述减反射层之间，该前表面场的掺杂类型与所述本体层的掺杂类型相同，且该前表面场的掺杂浓度大于所述本体层的掺杂浓度。 

5.根据权利要求4所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述本体层、细栅、导电电极和前表面场的掺杂类型与第一背接触电极的掺杂类型相同，且与第二背接触电极的掺杂类型相反。 

6.根据权利要求5所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述第二背接触电极的掺杂类型与所述局部背发射极的掺杂类型相同。 

7.根据权利要求6所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述半导体衬底的材料为n型单晶硅或n型多晶硅，所述本体层为n型掺杂，所述第二背接触电极为p型掺杂。 

8.根据权利要求7所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述局部背电极和第二背接触电极的材料为铝或硼铝混合物。 

9.根据权利要求7所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述第一背接触电极、导电电极和细栅中的至少一种的材料为银。 

10.根据权利要求1所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，与导电电极连接的细栅宽度大于导电通孔的宽度。 

11.根据权利要求1所述的背发射极太阳能电池，其特征在于，所述钝化层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，所述减反射层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。 

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