CN208208767U - 一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构，包括硅片衬底，所述硅片衬底背面设置有叠层背面钝化膜，所述叠层背面钝化膜上间隔设置有背面电极主栅区；在所述叠层背面钝化膜上非背面电极主栅区激光开槽形成重复点群组结构单元，所述重复点群组结构单元由2‑18个圆孔状激光光斑重叠3％‑17％圆面积区域构成，所述重复点群组结构单元的中心点间隔0.2‑1.0mm。本实用新型的激光开槽导电结构，可以将背部传导平面分割为更小导电结构单元的方式，缩短了光生电流传导路径，提升了载流子的传输收集能力，同时可以降低激光开槽对电池硅片衬底造成的晶格破坏和复合损伤，提升单多晶硅背面钝化局域背接触太阳电池的光电转换效率和组件可靠性。

Description

一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构

技术领域

本实用新型涉及硅片背面钝化技术领域，具体为一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构。

背景技术

常规单多晶硅太阳电池的主要效率区间为18.6-20.3％，为了进一步提升晶体硅电池光电转换效率，在电池背面增加了钝化层，通过背面钝化层的作用，电池的表面复合速率显著降低，电池的效率提升到19.3-21.7％，对应的组件发电输出功率也大幅提高。

和常规单多晶电池工艺相比，背面钝化局域背接触单多晶电池主要增加了背面钝化、背面SiNx膜沉积和激光打孔开槽三道工艺。其中激光打孔开槽工艺是利用一定脉冲宽度的激光作用于背面钝化和背面SiNx膜层，高能量的单色激光束与膜层发生力与热相互作用后形成圆孔状光斑，去除掉圆孔区域覆盖在电池背面的钝化层和SiNx覆盖层，以使丝网印刷的铝浆可以与电池背面的硅片衬底形成有效接触，从而使光生载流子可以通过Al层导出，并形成局域铝背场结构，因Al浆无法穿透SiNx层，其余未被激光去除的钝化层被覆盖在其上方的SiNx覆盖层保护，发挥降低表面复合速率，提升效率的作用。

通常背面的激光打孔开槽结构面积约占电池片表面积的3-8％，常见的有贯通线型和虚线型以线段为基本单元的开槽结构：如说明书附图1和如说明书附图2所示，贯通线型由多个圆孔状光斑重叠连接成一整条直线段，直线段再相距等长间距排列整面而成，根据与背面电极线段的相交情况分为垂直或平行贯通线型；如说明书附图3和如说明书附图4所示，虚线型由固定数量的圆孔状光斑重叠连接成实线，与空线间隔排列形成一整条虚线段，虚线段再相距等长间距排列整面而成，同样分为垂直或平行贯通线型，且根据实虚线的中心交错情况分为错位型和非错位型。

不同光斑的尺度、排列方式、重叠和线间距设定会将背面钝化层分割为大小和载流子传导路径不同的局域背接触区，并形成不同面积的局域铝背场结构，背面钝化局域背接触单多晶电池如激光打孔开槽面积过低，则光生电流在传输过程中电阻较大，从而产生较大的热损失，导致电流和转换效率降低，如激光打孔开槽面积过高，则钝化层无法有效发挥降低表面复合速率的作用，导致电池的效率无法有效提升，激光打孔开槽面积同时在电池片表面产生了5-10％的损伤，作为整片单一晶体面，单多晶由于背面的完整晶体结构被激光能量破坏，会造成较大的Si衬底晶格破坏和复合损伤，影响电池的转换效率提升和组件可靠性。

现有的背面钝化沉积工艺，和激光束成形硬件共同决定了单个激光圆孔光斑的直径大小，约20-65um，贯通线型和虚线型开槽结构的表面激光打孔开槽面积占电池背表面积的可调范围也已固定，如需进一步降低激光打孔开槽工艺在电池片表面产生的损伤，同时保证光生电流在传输过程中的热损失不大，只有引入点阵型激光打孔开槽结构，这种点阵激光打孔开槽方式由单个圆孔状光斑分散均匀，相距设定的等长距离呈矩阵式排布于电池整个背表面。

通过将背部传导平面分割为更小导电结构单元的方式，缩短了光生电流在体内和表面的传导路径，提升了光生载流子的传输收集能力，能在减少背面激光开槽区域面积即钝化损失的基础上，更有效收集三维尺度光生载流子，这在实验室研究开发金属背电极蒸镀技术的高效背面钝化太阳电池方面应用广泛，但是目前产业化的激光开槽缺陷是：

激光开槽的圆孔状光斑直径过小，背面钝化膜层烧穿铝浆料的Al粉颗粒粒径普遍在4-12um，加之有机载体、无机粘接剂及助剂的混合体积过大，无法完整填充单个圆孔状光斑的激光开槽区，经过后期浆料烘干、烧结后极易形成，导电铝浆6与背面的硅片衬底1间的接触空洞7，如说明书附图5所示，从而PN结区产生的光生载流子导出受限，传导电阻增加，不利于光生载流子在背平面方向上的收集，也不会形成完整的局域铝背场结构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构，包括硅片衬底，所述硅片衬底背面设置有叠层背面钝化膜，所述叠层背面钝化膜上间隔设置有背面电极主栅区；

在所述叠层背面钝化膜上非背面电极主栅区激光开槽形成重复点群组结构单元，所述重复点群组结构单元由2-18个圆孔状激光光斑重叠3％-17％圆面积区域构成，所述重复点群组结构单元的中心点间隔0.2-1.0mm。

优选的，所述叠层背面钝化膜包括氧化硅膜层、氧化铝膜层以及氮化硅膜层，所述氧化硅膜层为2-6nm，所述氧化铝膜层为3-26nm，所述氮化硅膜层为70-130nm。

优选的，所述背面电极主栅区采用分段式设置，且背面电极主栅区数量为3-12个、宽度为0.6-2.2mm。

优选的，所述重复点群组结构单元距离硅片衬底边缘0.5-1.5mm。

优选的，所述圆孔状激光光斑的开槽深度为73nm以上，且圆孔状激光光斑的直径为20-50um。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的结构可以兼容现有规模化制造的丝网印刷导电铝浆和其烧结工艺，不用使用高成本和技术难度大的实验室金属背电极蒸镀技术，便将PN结产生的光生载流子有效导出，减少了背面硅片衬底与铝浆料接触产生的空洞，有利于光生载流子在背平面方向上的收集,同时形成较完整的局域背场结构，适用于各种背面钝化膜覆盖的单多晶硅太阳电池；

2、本实用新型的结构通过将背部传导平面分割为更小导电结构单元的方式，缩短了光生电流传导路径，提升了载流子的传输收集能力，降低了传输过程中的热损失而获得低的传导电阻；

3、本实用新型通过优化的背面重复点群组结构单元排布，背面电极区域和边距无激光开槽区域设计,降低对背面钝化膜层的破坏，和激光开槽对电池硅片衬底造成的晶格破坏和复合损伤，提升单多晶硅背面钝化局域背接触太阳电池的光电转换效率和组件可靠性。

本实用新型的激光开槽导电结构，可以兼容现有规模化制造的丝网印刷导电铝浆和其烧结工艺，将PN结产生的光生载流子有效导出，减少背面硅片衬底与铝浆料接触产生的空洞，有利于光生载流子在背平面方向上的收集,同时形成局域背场结构，并且通过将背部传导平面分割为更小导电结构单元的方式，缩短了光生电流传导路径，提升了载流子的传输收集能力，同时可以减少激光开槽区域面积，降低对背面钝化膜层的破坏，降低激光开槽对电池硅片衬底造成的晶格破坏和复合损伤，提升单多晶硅背面钝化局域背接触太阳电池的光电转换效率和组件可靠性。

附图说明

图1为现有技术中贯通线型开槽结构整体示意图；

图2为A区结构放大示意图；

图3为现有技术中虚线型开槽结构示意图；

图4为A区结构放大示意图；

图5为接触空洞形成结构示意图；

图6为本实用新型的背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构局部示意图；

图7为本实用新型的矩阵点式激光开槽导电结构整体示意图。

图中：1硅片衬底、2叠层背面钝化膜、3背面电极主栅区、4重复点群组结构单元、5圆孔状激光光斑、6导电铝浆、7接触空洞。

具体实施方式

下面将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。

请参阅图1-7，本实用新型提供一种技术方案：

一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构，包括硅片衬底1，硅片衬底1背面设置有叠层背面钝化膜2，叠层背面钝化膜2上间隔设置有背面电极主栅区3；

在叠层背面钝化膜2上非背面电极主栅区3通过500-1200nm波段的激光束进行激光开槽形成重复点群组结构单元4，重复点群组结构单元4由2-18个圆孔状激光光斑5重叠3％-17％圆面积区域构成，重复点群组结构单元4的中心点间隔0.2-1.0mm。

作为一个优选，叠层背面钝化膜2包括氧化硅膜层、氧化铝膜层以及氮化硅膜层，氧化硅膜层为2-6nm，氧化铝膜层为3-26nm，氮化硅膜层为70-130nm；

叠层背面钝化膜2还可以选择氧化硅、氮化硅、氮氧硅、氧化铝和非晶硅等薄膜及其叠层薄膜。

作为一个优选，背面电极主栅区3采用分段式设置，如说明书附图7所示，每个背面电极主栅区3均被分成若干段，且背面电极主栅区3数量为3-12个、宽度为0.6-2.2mm。

作为一个优选，重复点群组结构单元4距离硅片衬底1边缘0.5-1.5mm。

作为一个优选，圆孔状激光光斑5的开槽深度为73nm以上，且圆孔状激光光斑5的直径为20-50um。

实施例：

经过正面制绒、扩散、清洗去PSG同时背面抛光、去除边界处PN结的多晶硅片衬底1背表面，退火形成2nm SiO2膜层并ALD沉积A2O3 3nm、PECVD沉积Si3N4 130nm，形成135nm总厚的叠层背面钝化膜2后翻转，于硅片衬底1的正表面PN结区PECVD沉积氮化硅减反钝化保护膜层。

叠层背面钝化膜2上设置有5条四分段式背面电极主栅区3，长度为18mm，宽度为2.2mm，此背面电极待丝网印刷区域和距离硅片衬底1边缘1.5mm以内区域不进行激光打孔开槽，其它区域用激光进行打孔开槽。

在电池背表面选用532nm波段的激光器开槽，作用于叠层背面钝化膜2上的单个光斑为直径30um的圆孔状激光光斑5，圆孔状激光光斑5开槽深度为135nm-145nm。

由9个该圆孔状激光光斑5重叠8％的圆面积区域，连接成如说明书附图6所示的叠层背面钝化膜2上的重复点群组结构单元4，每两个重复点群组结构单元4的中心点之间间隔线间距为0.7mm。

以上重复点群组结构单元4均匀排布于多晶156.75*156.75的硅片衬底1的叠层背面钝化膜2的非背面电极区域、以及和距离硅片衬底1边缘1.5mm以外区域。

最后在预留的背面电极主栅区3丝网印刷背面Ag电极并烘干，在叠层背面钝化膜2上的激光打孔开槽区丝网印刷Al背电场并烘干，翻转电池片印刷正面Ag电极主栅和副栅并烘干，共烧结正、背面浆料，穿透减反射钝化保护膜层与多晶硅片衬底形成良好欧姆接触，制成多晶硅背面钝化局域背接触太阳电池的背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构，宏观结构如说明书附图7所示。

工作原理：太阳电池光电转换效率是由它的开路电压与短路电流与填充乘积，再除以器件有效发电面积和STC下的光强决定的；钝化叠层影响开路电压和短路电流，激光开槽影响开路电压、短路电流和填充；器件有效发电面积在制硅片拉晶棒和切割时决定，光强是由光源、大气、组件系统安装角度和环境决定的，通过设置激光波长、频率、速度、开槽深度和光斑大小等参数改变光斑重叠的面积，优化图形排布设计来影响电池的钝化叠层、开槽区和边沿区，从而改变电池整体填充、开路电压、短路电流及电阻，最终输出高光电转换效率并减少钝化叠层损伤得以实现。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构，包括硅片衬底(1)，其特征在于：所述硅片衬底(1)背面设置有叠层背面钝化膜(2)，所述叠层背面钝化膜(2)上间隔设置有背面电极主栅区(3)；

在所述叠层背面钝化膜(2)上非背面电极主栅区(3)激光开槽形成重复点群组结构单元(4)，所述重复点群组结构单元(4)由2-18个圆孔状激光光斑(5)重叠3％-17％圆面积区域构成，所述重复点群组结构单元(4)的中心点间隔0.2-1.0mm。

2.根据权利要求1所述的一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构，其特征在于：所述叠层背面钝化膜(2)包括氧化硅膜层、氧化铝膜层以及氮化硅膜层，所述氧化硅膜层为2-6nm，所述氧化铝膜层为3-26nm，所述氮化硅膜层为70-130nm。

3.根据权利要求1所述的一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构，其特征在于：所述背面电极主栅区(3)采用分段式设置，且背面电极主栅区(3)数量为3-12个、宽度为0.6-2.2mm。

4.根据权利要求1所述的一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构，其特征在于：所述重复点群组结构单元(4)距离硅片衬底(1)边缘0.5-1.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种背面钝化矩阵点式激光开槽导电结构，其特征在于：所述圆孔状激光光斑(5)的开槽深度为73nm以上，且圆孔状激光光斑(5)的直径为20-50um。