CN209389044U - 太阳能电池选择性发射极结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种太阳能电池选择性发射极结构，包括在硅片正面激光掺杂形成的图形结构，所述的图形结构由激光掺杂细栅线和激光轻度掺杂栅线组成；激光轻度掺杂栅线覆盖于激光掺杂细栅线上；所述的图形结构为不连续的线段或不连续的点；激光掺杂细栅线和激光轻度掺杂栅线的宽度为80‑180μm，激光掺杂细栅线的长度与激光轻度掺杂栅线的长度比值大于1.5；所述的激光掺杂细栅线的面积占整个硅片面积的3.5％‑10.5％。本实用新型降低了硅片表面的复合速率，提升少子寿命；电池片的开路电压和短路电流得到明显提升，有效提升了电池片的转化效率；仅改变激光工序即可实现，其他工序不需要做变动。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种太阳能电池选择性发射极结构。
背景技术
随着光伏技术的不断发展，提高转化效率与降低成本这两方面已经成为光伏行业技术发展的两大主题。尤其在光伏产业化规模发展阶段，更高的效率与更低的成本是光伏行业发展的关键。
钝化发射极和背表面(PERC)技术是晶硅太阳能电池近年来最具性价比的效率提升手段，与常规电池生产线兼容性高，用较低的产线改造投资，就能有效提升单晶和多晶电池转换效率。而市场对高效组件的追逐，进一步提升了PERC 电池的竞争力。目前行业内的PERC电池技术已进入大规模应用，若要实现高标水平，目前以P型PERC技术作为主轴搭配其他整合技术应用，或者采用N 型电池技术搭配双面电池技术是最有机会的。不过N型单晶硅片目前售价仍高于P型单晶硅片20％～30％以上。因此从成本上考虑，更倾向于以P型单晶PERC 技术为主轴搭配其他整合技术来达到高水平的表现。
目前常规的PERC电池的工艺流程为制绒→扩散→刻蚀→背面氧化铝钝化→正背面减反射膜→激光开槽→丝网印刷→烧结→测试。扩散工序是形成PN结的关键，当前最普遍的工艺是对P型硅片进行高温磷扩散后形成。其中PN结的深度越浅，表面的磷原子浓度越低，则扩散后表面方块电阻越高，能够有效增加对太阳光短波段的吸，使得太阳能电池的开路电压和短路电流明显提升，但填充因子会降低。另外因为PN结的深度越浅，表面的磷原子浓度越低，会增加烧结工序中形成的银硅合金的接触电阻，进一步降低了太阳能电池的填充因子。因此一味提升扩散后的方块电阻，并不能有效增加太阳能电池的效率。
理想状态下，未印刷金属浆料区域(即没有银硅合金)的方块电阻做高，提升太阳能电池片的开路电压和短路电流。而印刷金属浆料区域处的方块电阻就做低(增加PN结的深度，增加表面的磷原子浓度)，降低银硅合金的接触电阻，抑制太阳电池的填充因子进一步降低，这样就能有效提升太阳能电池的效率。这种对硅片表面的PN结深度和磷原子浓度有不同要求的工艺，即是我们常说的选择性发射极技术。
实施选择性发射极的方式有多种，其中由于激光掺杂工艺具有成本低、投入少并且可以和传统的太阳电池生产线相兼容等特点，只需要在扩散工序后，刻蚀工序前增加一道激光掺杂即可。目前常规的激光掺杂法制备的选择性发射极PERC电池的工艺流程如下：
(1)硅片去损伤、制绒和清洗；
(2)扩散形成PN结及正面激光掺杂：对硅片进行高温磷扩散形成PN结，使用激光对硅片正面进行加热，将磷硅玻璃中的磷原子推进到PN结里，形成相应的N++层，最终在硅片表面形成与金属电极图形完全一致的激光图形，其中激光图形是连续不间断的；
(3)刻蚀及去PSG：去除扩散后硅片正面磷硅玻璃和背面PN结，同时对硅片背面化学抛光；
(4)镀背面钝化薄膜：在硅片的背面沉积氧化铝/氮化硅叠层钝化薄膜；
(5)镀正面减反射膜：在硅片的正面沉积氮化硅/氮氧化硅减反射薄膜；
(6)背面激光开窗；
(7)背面电极印刷；
(8)正面电极印刷：在硅片正面印刷正面电极图形，正电极图形与激光掺杂的图形完全一致，而且必须确保金属浆料完全印刷在激光掺杂的图形上，不能偏出激光掺杂区域。
选择性发射极的难点在于，要让金属栅线完全印刷在激光图形上，对印刷的精度要求非常高。大多数电池厂家采用的方式是激光图形打的宽一些 (100-150um)，而印刷的细栅线一般在40-60um，这样就能够确保细栅线不偏出激光图形。
激光掺杂的同时，会对硅片起到严重的损伤，增加硅片表面的复合速率，降低硅片的少子寿命。因此激光掺杂的面积越大，对硅片的损伤就越大，增加硅片的复合速率，影响电池的开路电压，降低电池片的转化效率。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种太阳能电池选择性发射极结构，可以在不影响印刷精度的基础上，降低激光掺杂对硅片的损伤，降低硅片表面的复合速率，提升少子寿命和开路电压，最终达到提升电池片转化效率的目的，同时也减小了对电池片机械载荷的影响。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能电池选择性发射极结构，包括在硅片正面激光掺杂形成的图形结构，所述的图形结构由激光掺杂细栅线和激光轻度掺杂栅线组成；激光轻度掺杂栅线覆盖于激光掺杂细栅线上；所述的图形结构为不连续的线段或不连续的点；激光掺杂细栅线和激光轻度掺杂栅线的宽度为80-180μm，激光掺杂细栅线的长度与激光轻度掺杂栅线的长度比值大于1.5；所述的激光掺杂细栅线的面积占整个硅片面积的3.5％-10.5％。
进一步的说，本实用新型所述的激光掺杂形成的图形与硅片背面激光开槽的图形完全错开，降低了对机械荷载的影响。
本实用新型通过将连续的激光掺杂图形方案变更为非连续的激光掺杂图形，达到降低激光掺杂对硅片损伤的目的，降低硅片表面的复合速率，提升少子寿命和开路电压。虽然有部分金属浆料会印刷在激光轻度掺杂区域，导致该区域的银硅合金的接触电阻上升，但该部分的长度很短，对整个电池片的串联电阻影响微乎其微。同时可以搭配接触性能更好的金属浆料，进一步降激光轻度掺杂区域银硅合金的高接触电阻对整个电池片串联电阻的影响。最终表现为电池片的开路电压和短路电流得到明显提升，填充因子仅仅只有微弱的降低，有效提升了电池片的转化效率。
本实用新型的有益效果是：
1、降低硅片表面的复合速率，提升少子寿命；
2、电池片的开路电压和短路电流得到明显提升，有效提升了电池片的转化效率。
3、仅改变激光工序即可实现，其他工序不需要做变动。
附图说明
图1是现有技术选择性发射极PERC晶体硅太阳能电池的正面结构示意图, 包括硅片1，PN结2，N++层3，氮化硅/氮氧化硅减反射薄膜4，硅片正面银栅线5；
图2是现有技术激光掺杂的图形结构示意图；包括连续的激光掺杂细栅线6，激光mark点7；
图3是现有技术正面电极结构的细栅线图形，包括金属细栅线8，细栅线 mark点9；
图4是现有的激光掺杂结构与本实用新型提出的一种选择性发射极结构的对比图，该图是正视图，包括激光掺杂细栅线6，激光轻度掺杂栅线10，以及激光mark点7；
图5是本实用新型提出的一种选择性发射极结构的激光掺杂的侧面截面图，包括激光掺杂细栅线6，激光轻度掺杂栅线10。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图5所示的一种太阳能电池选择性发射极结构，通过控制激光掺杂的能量，使得激光在硅片表面形成掺杂程度不同的结构，既有正常能量的激光掺杂形成的结构，又有降低激光能量形成的轻度掺杂区。
其中激光正常掺杂和激光轻度掺杂的图形的宽度均在80-180μm，如图5 所示，对于这种不连续的图形结构，正常激光掺杂区的长度与轻度掺杂区的长度比值＞1.5。
其中激光正常掺杂区域的面积，占整个硅片面积的3.5％-10.5％。
本实施例的具体步骤如下：
一种选择性发射极结构，激光掺杂形成的图形是不连续的；
其中激光掺杂图形的宽度在115μm，对于这种不连续的图形结构，正常激光掺杂区的长度与轻度掺杂区的长度比值为2.875。
其中激光正常掺杂区域的面积，仅占整个硅片面积的5.3％。
最终体现在电性能的表现如下：
| 掺杂面积占比(％)) | Uoc(v) | Isc(A) | Rs(mohm) | Rsh(ohm) | FF(％) | Eff(％) | |
| 连续掺杂 | 7.20 | 0.672 | 9.74 | 3.2 | 786 | 81.4 | 21.81 |
| 非连续掺杂 | 5.30 | 0.675 | 9.77 | 3.4 | 825 | 81.1 | 21.89 |
以上说明书中描述的只是本实用新型的具体实施方式，各种举例说明不对本实用新型的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离实用新型的实质和范围。
Claims (2)
1.一种太阳能电池选择性发射极结构，其特征在于：包括在硅片正面激光掺杂形成的图形结构，所述的图形结构由激光掺杂细栅线和激光轻度掺杂栅线组成；激光轻度掺杂栅线覆盖于激光掺杂细栅线上；所述的图形结构为不连续的线段或不连续的点；激光掺杂细栅线和激光轻度掺杂栅线的宽度为80-180μm，激光掺杂细栅线的长度与激光轻度掺杂栅线的长度比值大于1.5；所述的激光掺杂细栅线的面积占整个硅片面积的3.5％-10.5％。
2.如权利要求1所述的太阳能电池选择性发射极结构，其特征在于：所述的激光掺杂形成的图形与硅片背面激光开槽的图形完全错开。
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