CN208538869U - 一种p型背接触太阳电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种p型背接触太阳电池，包括：正面钝化及减反射膜、p型硅基底、背面钝化隧穿层、n型掺杂膜层、背面钝化膜和电池电极；所述的n型掺杂膜层局域分布在背面钝化隧穿层上；所述n型掺杂膜层和p型硅基底背面的p型区域呈指状交叉形式交错排列，其中n型掺杂膜层包括n型贯穿区域和n型垂直区域，所述p型区域包括p型贯穿区域和p型垂直区域；n型贯穿区域和p型贯穿区域相互平行；所述n型垂直区域和n型贯穿区域相互垂直并连接；所述p型垂直区域和p型贯穿区域相互垂直并连接；在n型贯穿区域方向上，所述n型垂直区域和p型垂直区域交错排列；本实用新型可以提高电池在后期产品的可靠性表现，减少电池组件的工艺难度。

Description

一种p型背接触太阳电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种p型背接触太阳电池。

背景技术

目前，随着化石能源的逐渐耗尽，太阳电池作为新的能源替代方案，使用越来越广泛。太阳电池是将太阳的光能转换为电能的装置。太阳电池利用光生伏特原理产生载流子，然后使用电极将载流子引出，从而利于将电能有效利用。

背接触电池，即back contact电池，其中指状交叉背接触太阳电池又称为IBC电池。IBC全称为Interdigitated back contact指状交叉背接触。IBC电池最大的特点是发射极和金属接触都处于电池的背面，正面没有金属电极遮挡的影响，因此具有更高的短路电流Jsc，同时背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻Rs从而提高填充因子FF；并且这种正面无遮挡的电池不仅转换效率高，而且看上去更美观，同时，全背电极的组件更易于装配。IBC电池是目前实现高效晶体硅电池的技术方向之一。

目前使用的指状交叉背接触太阳电池通常使用n型片作为基底材料，并且在背面通常使用银浆，因此在制备IBC电池时，需要对发射极和背面场的区域均进行较高浓度的掺杂，才能使得在后续的电极制备工艺过程中较好的形成电极接触，成本较高。并且由于需要进行至少两次的不同掺杂类型的掺杂工艺过程，工艺流程较长，尤其是在硅片在进行p型掺杂时，需要更高的温度和时间，对p型硅基底(1)的少子寿命造成带来较大的负面影响，并且额外带来边缘pn结难以去除，增加工艺的复杂性，延长了工艺流程，对工业化生产较为不利。另外常规IBC背面电极由于在空间上有交叠，增加了漏电问题，并且额外引入了绝缘体的构件，另外也增加了工艺复杂性。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供了一种p型背接触太阳电池，可以较好的解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种p型背接触太阳电池，自上而下依次包括：正面钝化及减反射膜、p型硅基底、背面钝化隧穿层、n型掺杂膜层、背面钝化膜和电池电极；所述的n型掺杂膜层局域分布在背面钝化隧穿层上；

所述n型掺杂膜层和p型硅基底背面的p型区域呈指状交叉形式交错排列，其中n型掺杂膜层包括n型贯穿区域和n型垂直区域，所述p型区域包括p型贯穿区域和p型垂直区域；n型贯穿区域和p型贯穿区域相互平行；所述n型垂直区域和n型贯穿区域相互垂直并连接；所述p型垂直区域和p型贯穿区域相互垂直并连接；在n型贯穿区域方向上，所述n型垂直区域和p型垂直区域交错排列；

所述的电池电极包括正极和负极，所述正极包括正极细栅线和正极连接电极，所述负极包括负极细栅线和负极连接电极；

负极细栅线与n型掺杂区域的n型垂直区域形成接触；正极细栅线与p型区域的p型垂直区域形成接触；负极连接电极设置在n型贯穿区域内；正极连接电极设置在p型贯穿区域内；正极细栅线与正极连接电极连接，并通过正极连接电极导出电流，负极细栅线与负极连接电极连接，并通过负极连接电极导出电流。

背n型掺杂膜层由多晶硅、非晶硅、微晶硅中的一种或多种组成，并掺杂有V族元素。

背面钝化隧穿层为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅和非晶硅中的一种。

n型垂直区域的宽度为0.08～3mm，所述p型垂直区域的宽度为0.05～1mm。

正面钝化及减反射膜采用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅中的一种或多种组成；所述背面钝化膜采用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅中的一种或多种组成。

正极细栅线和p型硅基底的局部接触区域内，设置有一层掺杂成分为III族元素的空穴掺杂层，空穴掺杂层的厚度为1～15um。

空穴掺杂层和正极细栅线之间还设置有一层铝硅合金层，铝硅合金层厚度为1～5um。

正极细栅线为含铝的电极，极细栅线的宽度为20um～200um。

负极细栅线为含银的电极，负极细栅线的宽度为10um～100um。

正极连接电极包含银、铜、铝、镍中的一种或多种；所述负极连接电极包含银、铜、铝、镍中的一种或多种。

一种p型背接触太阳电池的制备方法，包括如下步骤，

1)对p型硅基底进行清洗和去损伤，再进行表面织构化处理；

2)在p型硅基底背面形成背面钝化隧穿层，并形成局域分布的n型掺杂膜层；

3)在p型硅基底正面进行正面钝化及减反射膜制备，在p型硅基底背面进行背面钝化膜制备；

4)进行电极制备；所述电极制备步骤中，正极细栅线和背面p型硅基底形成接触，负极细栅线和背面n型掺杂膜层形成接触。

电极和掺杂层的接触为电极浆料烧穿背面钝化膜形成，或者是电极浆料在预开膜区域形成直接接触。

进一步地，所述p型硅基底背面的n型掺杂膜层的制备方法，可使用原位掺杂化学气相沉积方法；所述n型掺杂膜层的制备方法，亦可采用先化学气相沉积本征层，后协同外部掺杂源热推进方法、离子注入方法、气体携源热扩散方法。

进一步地，所述正面的钝化及减反射膜制备方法，包括：化学气相沉积法、原子层沉积法、热生长法、物理气相沉积法。

进一步地，所述背面钝化膜制备方法，包括：化学气相沉积法、原子层沉积法、热生长法、物理气相沉积法。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

目前使用的指状交叉背接触太阳电池通常使用n型片作为基底材料，并且在背面通常使用银浆，因此在制备IBC电池时，需要对发射极和背面场的区域均进行较高浓度的掺杂，才能使得在后续的电极制备工艺过程中较好的形成电极接触，成本较高。并且由于需要进行至少两次的不同掺杂类型的掺杂工艺过程，工艺流程较长，尤其是在硅片在进行p型掺杂时，需要更高的温度和时间，增加工艺的周期。本实用新型使用了p型片作为电池基底，并且在工艺流程中取消了掺杂p型背面场的过程，从而极大的减少了工艺流程的复杂性，避免了p型背面场掺杂需要的高温复杂处理过程。另外，电池流程中背面使用铝栅线作为电池正极电极细栅线，相比银浆作为电池正极电极，极大的降低了成本，还可以在没有额外掺杂的p型基底上形成更好的接触。另外，电池背面的发射极和背面场的区域，在空间的横向和纵向方向上都没有接触，完全隔绝了发射极和背面场，大大较少了漏电流的产生，提高了可靠性和电池性能表现。另外电池背面使用n型垂直区域和p型垂直区域相互卡合的结构设计，使得正极和负极在电池在p型硅基底厚度方向上没有重叠区域，避免了在空间上造成漏电流的可能。取消了正极和负极之间的绝缘体设计，可以减少绝缘体的制备工艺流程，并且减少了空间复杂度。并且可以提高电池在后期产品的可靠性表现，减少电池组件的工艺难度。

附图说明

图1为实施例中的一个具体实施例的电池结构示意图。

图2为实施例中的另一个具体实施例的电池结构示意图。

图3为实施例中的第三个具体实施例的电池结构示意图。

图4为实施例的背面掺杂分布示意图。

图5为实施例的电极示意图。

其中1为p型硅基底，2为正面钝化及减反射膜，3为n型掺杂膜层，4为p型区域，5为背面钝化膜，6为开膜区域，7为正极细栅线，8为负极细栅线，9为正极连接电极，10为负极连接电极，11为背面钝化隧穿层，12为空穴掺杂层，13为铝硅合金层；301为n型贯穿区域，302为n型垂直区域，401为p型贯穿区域，402为p型垂直区域。

具体实施方式

如图1至图5所示，一种p型背接触太阳电池，自上而下依次包括：正面钝化及减反射膜2、p型硅基底1、背面钝化隧穿层11、n型掺杂膜层3、背面钝化膜5和电池电极；所述的n型掺杂膜层3局域分布在背面钝化隧穿层11上；背面钝化膜5用于将局域分布的n型掺杂膜层3间隔开。

如图4所示，n型掺杂膜层3和p型硅基底1背面的p型区域4呈指状交叉形式交错排列，其中n型掺杂膜层3包括n型贯穿区域301和n型垂直区域302，所述p型区域4包括p型贯穿区域401和p型垂直区域402；n型贯穿区域301和p型贯穿区域401相互平行；所述n型垂直区域302和n型贯穿区域301相互垂直并连接；所述p型垂直区域402和p型贯穿区域401相互垂直并连接；在n型贯穿区域301方向上，所述n型垂直区域302和p型垂直区域402交错排列；

如图5所示，所述的电池电极包括正极和负极，所述正极包括正极细栅线7和正极连接电极9，所述负极包括负极细栅线8和负极连接电极11；

负极细栅线8与n型掺杂区域的n型垂直区域302形成接触；正极细栅线7与p型区域4的p型垂直区域402形成接触；负极连接电极11设置在n型贯穿区域301内；正极连接电极9设置在p型贯穿区域401内；正极细栅线7与正极连接电极9连接，并通过正极连接电极9导出电流，负极细栅线8与负极连接电极11连接，并通过负极连接电极导出电流。背n型掺杂膜层3由多晶硅、非晶硅、微晶硅中的一种或多种组成，并掺杂有V族元素。

如图3所示，正极细栅线7和p型硅基底1的局部接触区域内，设置有一层掺杂成分为III族元素的空穴掺杂层12，空穴掺杂层12的厚度为1～15um。

如图3所示，空穴掺杂层12和正极细栅线7之间还设置有一层铝硅合金层13，铝硅合金层13厚度为1～5um。

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例1：

以下举例一种使用上述结构和方法的背接触太阳电池的制备方法，为如图1所示结构。此背接触太阳电池的制备方法具体如下：

1)对p型硅基底1进行去损伤处理，表面织构化处理和清洗过程。以p型单晶硅作为电池基底，使用含有KOH的60℃溶液进行去损伤处理，并在80℃条件下使用含有KOH的溶液进行表面织构化处理，形成金字塔绒面，金字塔尺度2-5um，并使用还有氢氟酸和盐酸的混合溶液进行清洗，去离子水清洗和烘干。

2)背面钝化隧穿层11和背面n型掺杂膜层3的制备。使用低压化学气相沉积(LPCVD)一次进行隧穿氧化硅的沉积，n型原位掺杂的多晶硅(poly silicon)沉积。其中隧穿氧化硅层厚度1nm，n型掺杂多晶硅厚度100nm，n型掺杂浓度2E20个原子/立方厘米。背面进行p型区域4的开槽。使用激光对电池背面进行处理，局域去除其上的隧穿氧化层、n型poly层、钝化氧化层和本征多晶硅层。使得掺杂区域形成如图4所示的掺杂分布。所述n型垂直区域302的宽度为0.2mm，所述p型垂直区域402的宽度为0.08mm。然后，使用四甲基氢氧化铵溶液对开槽区域进行清洗处理后，进行盐酸溶液清洗，去离子水清洗，烘干等。

3)正面钝化及减反射膜2、背面钝化膜5的制备。在电池背面进行钝化，沉积氧化铝和氮化硅层。使用等离子增强性化学气相沉积PECVD完成氧化铝和氮化硅钝化膜的沉积，氧化铝厚度15nm，氮化硅厚度100nm，折射率2.10。使用增强型等离子化学气相沉积PECVD在电池受光面沉积5-10nm的氧化铝层，在其上再沉积氮化硅，厚度为80nm，折射率2.03，完成正面钝化及减反射膜2的制备。

4)电池电极制备。在电池背面p型区域4进行p型接触区域的制备，在p型区域4使用激光进行开膜，开孔区域呈点状分布，开膜点图形的直径为90nm。背面的钝化膜在激光的光斑辐照的区域形成开孔，未辐照的区域则没有形成接触孔，此接触孔区域上进过激光开孔后，没有背面钝化膜5。

采用丝网印刷方式在电池背面n区域和背面p型区域4上方形成包含导电成分的电极浆料层。

烧结炉中完成金属化热处理过程。加热峰值温度500-800℃。本实施例中优选的加热处理峰值温度为700℃。经过此步骤，完成电池制备。所述的电池电极包括正极和负极，所述正极包括正极细栅线77和正极连接电极9，所述负极包括负极细栅线8和负极连接电极11；负极细栅线8局域地与n型掺杂区域的n型垂直区域302形成接触；正极细栅线7局域地与p型区域4的p型垂直区域402形成接触；负极连接电极11设置在n型贯穿区域301内；正极连接电极9设置在p型贯穿区域401内；正极细栅线7与正极连接电极9连接，并通过正极连接电极9导出电流，负极细栅线8与负极连接电极11连接，并通过负极连接电极导出电流；其电池结构如图2所示，其中电极结构如图5所示。

实施例2

以下举例另一种背接触太阳电池的制备方法，为如图2所示结构。此背接触太阳电池的制备方法具体如下：

1)对p型硅基底1进行去损伤处理，表面织构化处理和清洗过程。以p型单晶硅作为电池基底，使用含有KOH的60℃溶液进行去损伤处理，并在80℃条件下使用含有KOH的溶液进行表面织构化处理，形成金字塔绒面，金字塔尺度2-5um，并使用还有氢氟酸和盐酸的混合溶液进行清洗，去离子水清洗和烘干。

2)背面钝化隧穿层11和n型掺杂膜层3的制备。使用低压化学气相沉积(LPCVD)一次进行隧穿氧化硅的沉积，n型原位掺杂的多晶硅(poly silicon)沉积。其中隧穿氧化硅层厚度2nm，n型掺杂多晶硅厚度100nm，n型掺杂浓度2E20个原子/立方厘米。图形化n型异质结制备。使用掩膜协同四甲基氢氧化铵进行清洗局域去除其上的n型poly层，保留背面钝化隧穿层11。形成p型区域4。使得掺杂区域形成如图4所示的掺杂分布。然后，进行盐酸溶液清洗，去离子水清洗，烘干等。

3)正面钝化及减反射膜2、背面钝化膜5的制备。在电池背面进行钝化，沉积氧化铝和氮化硅层。使用等离子增强性化学气相沉积PECVD完成氧化铝和氮化硅钝化膜的沉积，氧化铝厚度15nm，氮化硅厚度100nm，折射率2.10。使用增强型等离子化学气相沉积PECVD在电池受光面沉积5-10nm的氧化铝层，在其上再沉积氮化硅，厚度为80nm，折射率2.03，完成正面钝化及减反射膜2的制备。

1)电池电极制备。

2)使用激光在电池背面p型区域4进行开孔。扫描方式为对p型区域4进行脉冲式局部激光辐照处理。背面的钝化膜在激光的光斑辐照的区域形成开孔，未辐照的区域则没有形成接触孔，此接触孔区域上经过激光开孔后，没有背面钝化膜5。

采用丝网印刷方式在电池背面n区域和背面p型区域4上方形成包含导电成分的电极浆料层。

4)烧结炉中完成加热烧结处理。加热峰值温度600-800℃。本实施例中优选的加热处理峰值温度为700℃。经过此步骤，完成电池制备。所述的电池电极包括正极和负极，所述正极包括正极细栅线77和正极连接电极9，所述负极包括负极细栅线8和负极连接电极11；负极细栅线8局域地与n型掺杂区域的n型垂直区域302形成接触；正极细栅线7局域地与p型区域4的p型垂直区域402形成接触；负极连接电极11设置在n型贯穿区域301内；正极连接电极9设置在p型贯穿区域401内；正极细栅线7与正极连接电极9连接，并通过正极连接电极9导出电流，负极细栅线8与负极连接电极11连接，并通过负极连接电极导出电流；其电池结构如图2所示，其中电极结构如图5所示。

实施例3：

以下举例一种使用上述结构和方法的背接触太阳电池的制备方法，为如图1所示结构。此背接触太阳电池的制备方法具体如下：

1)对p型硅基底1进行去损伤处理，表面织构化处理和清洗过程。以p型单晶硅作为电池基底，使用含有KOH的60℃溶液进行去损伤处理，并在80℃条件下使用含有KOH的溶液进行表面织构化处理，形成金字塔绒面，金字塔尺度2-5um，并使用还有氢氟酸和盐酸的混合溶液进行清洗，去离子水清洗和烘干。

2)背面钝化隧穿层11和背面n型掺杂膜层3的制备。使用低压化学气相沉积(LPCVD)一次进行隧穿氧化硅的沉积，n型原位掺杂的多晶硅(poly silicon)沉积。其中隧穿氧化硅层厚度1nm，n型掺杂多晶硅厚度100nm，n型掺杂浓度2E20个原子/立方厘米。背面进行p型区域4的开槽。使用激光对电池背面进行处理，局域去除其上的隧穿氧化层、n型poly层、钝化氧化层和本征多晶硅层。使得掺杂区域形成如图4所示的掺杂分布。所述n型垂直区域302的宽度为0.2mm，所述p型垂直区域402的宽度为0.08mm。然后，使用四甲基氢氧化铵溶液对开槽区域进行清洗处理后，进行盐酸溶液清洗，去离子水清洗，烘干等。

3)正面钝化及减反射膜2、背面钝化膜5的制备。在电池背面进行钝化，沉积氧化铝和氮化硅层。使用等离子增强性化学气相沉积PECVD完成氧化铝和氮化硅钝化膜的沉积，氧化铝厚度15nm，氮化硅厚度100nm，折射率2.10。使用增强型等离子化学气相沉积PECVD在电池受光面沉积5-10nm的氧化铝层，在其上再沉积氮化硅，厚度为80nm，折射率2.03，完成正面钝化及减反射膜2的制备。

4)电池电极制备。在电池背面p型区域4进行p型接触区域的制备，在p型区域4使用激光进行开膜，开孔区域呈点状分布，开膜点图形的直径为90nm。背面的钝化膜在激光的光斑辐照的区域形成开孔，未辐照的区域则没有形成接触孔，此接触孔区域上进过激光开孔后，没有背面钝化膜5。

采用丝网印刷方式在电池背面n区域和背面p型区域4上方形成包含导电成分的电极浆料层。

烧结炉中完成金属化热处理过程。加热峰值温度500-800℃。本实施例中优选的加热处理峰值温度为700℃。经过此步骤，完成电池制备。所述的电池电极包括正极和负极，所述正极包括正极细栅线77和正极连接电极9，所述负极包括负极细栅线8和负极连接电极11；负极细栅线8局域地与n型掺杂区域的n型垂直区域302形成接触；正极细栅线7局域地与p型区域4的p型垂直区域402形成接触；负极连接电极11设置在n型贯穿区域301内；正极连接电极9设置在p型贯穿区域401内；正极细栅线7与正极连接电极9连接，并通过正极连接电极9导出电流，负极细栅线8与负极连接电极11连接，并通过负极连接电极导出电流；其电池结构如图3所示，正极细栅线7和p型硅基底1之间形成有掺铝的空穴层12和铝硅合金层13，电极结构如图5所示。

另外，本实用新型的上述实施方式为示例，具有与本实用新型的权利要求书所述的技术思想使之相同的方法并发挥相同作用效果的技术方案，均包含在本实用新型内。

Claims (10)

1.一种p型背接触太阳电池，其特征在于，自上而下依次包括：正面钝化及减反射膜(2)、p型硅基底(1)、背面钝化隧穿层(11)、n型掺杂膜层(3)、背面钝化膜(5)和电池电极；所述的n型掺杂膜层(3)局域分布在背面钝化隧穿层(11)上；

所述n型掺杂膜层(3)和p型硅基底(1)背面的p型区域(4)呈指状交叉形式交错排列，其中n型掺杂膜层(3)包括n型贯穿区域(301)和n型垂直区域(302)，所述p型区域(4)包括p型贯穿区域(401)和p型垂直区域(402)；n型贯穿区域(301)和p型贯穿区域(401)相互平行；所述n型垂直区域(302)和n型贯穿区域(301)相互垂直并连接；所述p型垂直区域(402)和p型贯穿区域(401)相互垂直并连接；在n型贯穿区域(301)方向上，所述n型垂直区域(302)和p型垂直区域(402)交错排列；

所述的电池电极包括正极和负极，所述正极包括正极细栅线(7)和正极连接电极(9)，所述负极包括负极细栅线(8)和负极连接电极(10)；

负极细栅线(8)与n型掺杂区域的n型垂直区域(302)形成接触；正极细栅线(7)与p型区域(4)的p型垂直区域(402)形成接触；负极连接电极(10)设置在n型贯穿区域(301)内；正极连接电极(9)设置在p型贯穿区域(401)内；正极细栅线(7)与正极连接电极(9)连接，并通过正极连接电极(9)导出电流，负极细栅线(8)与负极连接电极(10)连接，并通过负极连接电极导出电流。

2.根据权利要求1所述的p型背接触太阳电池，其特征在于，所述n型掺杂膜层(3)由多晶硅、非晶硅、微晶硅中的一种或多种组成，并掺杂有V族元素。

3.根据权利要求1所述的p型背接触太阳电池，其特征在于，所述背面钝化隧穿层(11)为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅和非晶硅中的一种。

4.根据权利要求1所述的p型背接触太阳电池，其特征在于，所述n型垂直区域(302)的宽度为0.08～3mm，所述p型垂直区域(402)的宽度为0.05～1mm。

5.根据权利要求1所述的p型背接触太阳电池，其特征在于，所述正面钝化及减反射膜(2)采用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅中的一种或多种组成；所述背面钝化膜(5)采用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅中的一种或多种组成。

6.根据权利要求1所述的p型背接触太阳电池，其特征在于，所述的正极细栅线(7)和p型硅基底(1)的局部接触区域内，设置有一层掺杂成分为III族元素的空穴掺杂层(12)，空穴掺杂层(12)的厚度为1～15um。

7.根据权利要求6所述的p型背接触太阳电池，其特征在于，所述的空穴掺杂层(12)和正极细栅线(7)之间还设置有一层铝硅合金层(13)，铝硅合金层(13)厚度为1～5um。

8.根据权利要求1所述的p型背接触太阳电池，其特征在于，所述正极细栅线(7)为含铝的电极，极细栅线(7)的宽度为20um～200um。

9.根据权利要求1所述的p型背接触太阳电池，其特征在于，所述负极细栅线(8)为含银的电极，负极细栅线(8)的宽度为10um～100um。

10.根据权利要求1所述的p型背接触太阳电池，其特征在于，所述正极连接电极(9)包含银、铜、铝、镍中的一种或多种；所述负极连接电极(10)包含银、铜、铝、镍中的一种或多种。