鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池及其制造方法，該電池包括前表面與背表面均覆蓋有N型摻雜層的板狀的N型硅襯底，在N型摻雜層外覆蓋有鈍化層，背表面的N型硅襯底上間隔地嵌入有P型摻雜層，P型摻雜層上方連接有電池正極，背表面N型摻雜層中還嵌入有電池負(fù)極。其制造方法包括織構(gòu)化處理、摻雜層制作、開孔、刻蝕、清洗、沉積、燒結(jié)等步驟。本發(fā)明具有低成本和可量產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能電池的結(jié)構(gòu)及制造方法，具體涉及一種鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電池可將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能，是利用太陽能資源的有效方式，由于在使用中不會(huì)產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，所以近幾年來太陽能電池在解決能源與環(huán)境問題方面倍受青睞，有著極好的市場(chǎng)前景。太陽能也被譽(yù)為是最理想的能源，是解決人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要資源。
[0003]目前主流的太陽能電池材料是用P型硅襯底，通過高溫磷擴(kuò)散來形成pn結(jié)。然而P型晶硅電池受體內(nèi)硼氧對(duì)的影響存在光致衰減的現(xiàn)象，而N型硅材料相對(duì)于P型硅材料來說，由于其對(duì)金屬雜質(zhì)和許多非金屬缺陷不敏感同時(shí)體內(nèi)較少的硼氧對(duì)，所以性能的穩(wěn)定性要高于P型晶硅電池；同時(shí)由于N型電池的少子壽命更高，這為制備更高效的太陽電池奠定了基礎(chǔ)。
[0004]背結(jié)背接觸太陽電池早在1977年開始進(jìn)入人們的視線，直到現(xiàn)在仍然是太陽電池行業(yè)研究的熱點(diǎn)。相對(duì)于常規(guī)的硅電池，背結(jié)背接觸太陽電池的優(yōu)勢(shì)很明顯，主要可以表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(I)背結(jié)背接觸太陽電池以N型晶體硅作為襯底，少子壽命高，適用于制備高效電池，特別適用于于背結(jié)背接觸太陽電池這種Pn結(jié)在背表面的電池結(jié)構(gòu)，因?yàn)楫a(chǎn)生于前表面的光生載流子必須要遷移到電池背表面的Pn結(jié)才能被利用，較高的少子壽命是減少光生載流子在太陽電池表面和體內(nèi)復(fù)合的保證；(2) N型基體的硼含量極低，因此由硼氧對(duì)造成的光致衰減沒有P型基體材料明顯，對(duì)封裝后組件的效率提升更為明顯；(3)背結(jié)背接觸太陽電池的正面沒有電極，減少了遮光面積，增加了光生電流，電池的正負(fù)電極呈交指狀的分布在電池的背面；(4)背結(jié)背接觸太陽電池易于封裝，和常規(guī)電池相比，無需把前一片的負(fù)極交叉接到后一片的正極，易于操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池及其制造方法，該方法安全可靠與傳統(tǒng)的太陽電池生產(chǎn)線兼容，適合于目前太陽電池的產(chǎn)線升級(jí)。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池，包括板狀的N型娃襯底,在所述N型娃襯底的前表面和背表面覆蓋有N型摻雜層,所述N型摻雜層外覆蓋有鈍化層，所述背表面的N型硅襯底上間隔地嵌入有P型摻雜層，所述P型摻雜層上方連接有電池正極，所述背表面N型摻雜層中嵌入有電池負(fù)極。
[0007]優(yōu)選的，所述N型摻雜層的方阻值為30-120ohm/sq。
[0008]優(yōu)選的，所述N型硅襯底前表面的鈍化層為SiNx鈍化層，背表面的鈍化層是Si02、SiOx/SiNx、Al203/SiNx 或 SiCx 鈍化層。[0009]本發(fā)明同時(shí)提出上述鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池的制方法，包括以下步驟:
(1)用堿性溶液對(duì)N型硅片進(jìn)行雙面織構(gòu)化處理；
(2)N型硅片雙面制作η型摻雜層，摻雜層的方阻在30-120ohm/sq ；
(3)對(duì)N型硅片背面ρ+圖案化區(qū)域進(jìn)行局部開孔，去除該區(qū)域的PSG；
(4)對(duì)N型硅片圖案化的P+區(qū)域進(jìn)行拋光刻蝕，去除P+圖案化區(qū)域上的η型摻雜層；
(5)去除其它區(qū)域的PSG，并進(jìn)行濕法清洗；
(6)在硅片前表面和背表面沉積鈍化層；
(7)背面ρ+圖案化區(qū)域介質(zhì)膜開孔；
(8)絲網(wǎng)印刷背面電極、燒結(jié)。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟2)中摻雜層可以通過P0C13擴(kuò)散、離子注入或固態(tài)源擴(kuò)散的方法制作。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟3)中的開孔方法為腐蝕性漿料開孔或者激光開孔。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟4)中圖案化P+區(qū)域拋光的方法是采用對(duì)硅和PSG具有選擇性刻蝕的堿性溶液。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟7)中背面介質(zhì)膜開孔的方式為印刷腐蝕性漿料或者采用激光開膜；如果采用可燒穿介質(zhì)膜的鋁漿，則跳過該步驟。
[0014]有益效果:發(fā)明采用基體材料為N型晶體硅片，其少子壽命高并且光致衰減小，對(duì)制備電池和封裝組件都有優(yōu)勢(shì)；采用鈍化膜鈍化電池的前后表面能有效的降低表面少數(shù)載流子的復(fù)合速率，提高表面少子壽命，而在正反兩面制備減反射膜的目的則是為了減少光子的反射，增加對(duì)光子的吸收，增加光生電流進(jìn)而增加電池最終的轉(zhuǎn)換效率。電池的正、負(fù)電極均制作于的背面，減少了遮光面積，增加了光生電流，能更好的收集硅片產(chǎn)生的電流，同時(shí)在金屬與硅片之間形成良好的歐姆接觸；采用絲網(wǎng)印刷Al漿料或者濺射鋁的方法形成背面的發(fā)射極能夠減化工藝步驟，降低成本與時(shí)間；所有的工藝步驟均在現(xiàn)有的工藝條件下完成，不需要增加任何設(shè)備就能制造出高效的背結(jié)背接觸太陽電池。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1本發(fā)明的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一的工序圖；
圖中各標(biāo)號(hào):N型娃襯底1、氮化娃薄膜2、Ν型摻雜層3、Ρ型摻雜層4、電池正極5、電池負(fù)極6。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例一
本實(shí)施例的鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括N型硅襯底
1、氮化硅薄膜2、Ν型摻雜層3、Ρ型摻雜層4、電池的正極5、電池的負(fù)極6。其中N型硅襯底I為板狀，在N型硅襯底I的前表面和背表面覆蓋有N型摻雜層3，N型摻雜層外覆蓋有鈍化層，該鈍化層為氮化硅薄膜2，背表面的N型硅襯底I上間隔地嵌入有P型摻雜層4，P型摻雜層上方連接有電池正極5,所述背表面N型摻雜層3中嵌入有電池負(fù)極6。[0017]上述新型背結(jié)背接觸結(jié)構(gòu)N型硅太陽能電池的制備方法的工序如下:
(1)選擇N型硅襯底，且N型硅襯底的電阻率在3-5ohm.cm，少子壽命大于300us ；
(2)采用氫氧化鈉溶液對(duì)N型單晶硅襯底的表面制備出金字塔形狀的陷光結(jié)構(gòu)，后用鹽酸和氫氟酸的混合溶液進(jìn)行化學(xué)清洗；氫氧化鈉溶液的濃度范圍0.5% ;鹽酸和氫氟酸混合溶液中，鹽酸:氫氟酸配比為1:2.5 ;鹽酸和氫氟酸混合溶液的濃度為1.1% ；
(3)使用擴(kuò)散爐管進(jìn)行雙面磷擴(kuò)散，磷源采用的是POCl3，溫度為840°C，方阻要求為70ohm/sq ；
(4)采用印刷Merck漿料的方法去除背面P+圖案化區(qū)域的PSG；
(5)采用有機(jī)堿溶液對(duì)P+圖案化區(qū)域進(jìn)行拋光，拋光后去除PSG；
(6)采用等離子化學(xué)氣相沉積的方法在擴(kuò)散面制備75nm厚的氮化硅薄膜，背面制備130nm厚的氮氧化娃薄膜；
(7)制備電極區(qū):
a)開槽:采用Merck開孔方法對(duì)發(fā)射極區(qū)域重新進(jìn)行開槽，去除氮氧化硅層，開槽寬度為200 μ m,完成后進(jìn)行化學(xué)清洗并烘干；
b)采用絲網(wǎng)印刷的方法進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)并在未開孔區(qū)域印刷銀漿細(xì)柵；
c)采用絲網(wǎng)印刷的方法進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)并在開孔區(qū)域印刷鋁漿細(xì)柵；
d)采用絲網(wǎng)印刷的方法進(jìn)行印刷主柵；
e)燒結(jié)ο
[0018]本實(shí)施例中的電池按工序順序排列的各種半成品狀態(tài)如圖2所示。
[0019]實(shí)施例二
本實(shí)施例的鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同，采用的制造方法不同:
(1)選擇N型硅襯底，且N型硅襯底的電阻率在3-5ohm.cm，少子壽命大于300us ；
(2)采用氫氧化鈉溶液對(duì)N型單晶硅襯底的表面制備出金字塔形狀的陷光結(jié)構(gòu)，后用鹽酸和氫氟酸的混合溶液進(jìn)行化學(xué)清洗；氫氧化鈉溶液的濃度范圍0.5% ;鹽酸和氫氟酸混合溶液中，鹽酸:氫氟酸配比為1:2.5 ;鹽酸和氫氟酸混合溶液的濃度為1.1% ；
(3)使用擴(kuò)散爐管進(jìn)行雙面磷擴(kuò)散，磷源采用的是POCl3溫度為840°C，方阻要求為50ohm/sq ；
(4)采用者激光的方法去除背面P+區(qū)域的PSG；
(5)采用化學(xué)方法對(duì)背面P+區(qū)域進(jìn)行拋光，拋光后去除PSG；
(6)采用等離子化學(xué)氣相沉積的方法在擴(kuò)散面制備SOnm厚的氮化硅薄膜，背面制備130nm厚的氮氧化娃薄膜；
(7)制備電極區(qū):
a)開槽:采用激光開孔方法對(duì)發(fā)射極區(qū)域重新進(jìn)行開槽，去除氮氧化硅層，開槽寬度為200 μ m,完成后進(jìn)行化學(xué)清洗并烘干；
b)采用絲網(wǎng)印刷的方法進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)并在未開孔區(qū)域印刷銀漿細(xì)柵；
c)采用絲網(wǎng)印刷的方法進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)并在開孔區(qū)域印刷燒穿型鋁漿細(xì)柵；
d)采用絲網(wǎng)印刷的方法進(jìn)行印刷主柵；
e)燒結(jié)ο[0020]本發(fā)明為量產(chǎn)高效晶硅太陽能電池提供了一種新的生產(chǎn)模式理念，適用性及可操作性強(qiáng)，隱含著巨大的使用價(jià)值。
[0021]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池，其特征在于:包括板狀的N型硅襯底，在所述N型硅襯底的前表面和背表面覆蓋有N型摻雜層，所述N型摻雜層外覆蓋有鈍化層，所述背表面的N型硅襯底上間隔地嵌入有P型摻雜層，所述P型摻雜層上方連接有電池正極，所述背表面N型摻雜層中嵌入有電池負(fù)極。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池，其特征在于:所述N型摻雜層的方阻值為30_120ohm/sq。
3.如權(quán)利要求1所述的鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池，其特征在于:所述N型硅襯底前表面的鈍化層為SiNx鈍化層，背表面的鈍化層是Si02、SiOx/SiNx、AlA/SiNx或SiCx鈍化層。
4.如權(quán)利要求1所述的鋁發(fā)射極背結(jié)背接觸晶體硅太陽電池的制造方法，其特征在于包括以下步驟: 1)用堿性溶液對(duì)N型硅片進(jìn)行雙面織構(gòu)化處理； 2)N型硅片雙面制作N型摻雜層； 3)對(duì)N型硅片背面P+圖案化區(qū)域進(jìn)行局部開孔，去除該區(qū)域的PSG； 4)對(duì)N型硅片圖案化的P+區(qū)域進(jìn)行拋光刻蝕，去除P+圖案化區(qū)域上的η型摻雜層； 5)去除其它區(qū)域的PSG，并進(jìn)行濕法清洗； 6)在硅片前表面和背表面沉積鈍化層； 7)背面ρ+圖案化區(qū)域介質(zhì)膜開孔； 8)絲網(wǎng)印刷背面電極、燒結(jié)。
5.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于:所述步驟2)中摻雜層可以通過P0C13擴(kuò)散、離子注入或固態(tài)源擴(kuò)散的方法制作。
6.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于:所述步驟3)中的開孔方法為腐蝕性漿料開孔或者激光開孔。
7.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于:所述步驟4)中圖案化P+區(qū)域拋光的方法是采用對(duì)硅和PSG具有選擇性刻蝕的堿性溶液。
8.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于:所述步驟7)中背面介質(zhì)膜開孔的方式為印刷腐蝕性漿料或者采用激光開膜；如果采用可燒穿介質(zhì)膜的鋁漿，則跳過該步驟。
【文檔編號(hào)】H01L31/068GK103594534SQ201310610369
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】董經(jīng)兵, 李海波, 朱彥斌, 張斌, 邢國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:奧特斯維能源（太倉）有限公司