本實用新型屬于太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種局部鋁背場太陽能電池。

背景技術(shù)：

光伏技術(shù)是一門利用大面積的p-n結(jié)二極管將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。這個p-n結(jié)二極管叫做太陽能電池。制作太陽能電池的半導(dǎo)體材料都具有一定的禁帶寬度，當太陽能電池受到太陽輻射時，能量超過禁帶寬度的光子在太陽電池中產(chǎn)生電子空穴對，p-n結(jié)將電子空穴對分離，p-n結(jié)的非對稱性決定了不同類型的光生載流子的流動方向，通過外部電路連接可以向外輸出功率。這跟普通的電化學(xué)電池原理類似。

工業(yè)化生產(chǎn)p型晶硅太陽能電池通常采用全鋁背場結(jié)構(gòu)，即背面整面印刷鋁漿，燒結(jié)后形成鋁背場。這種結(jié)構(gòu)的缺點是沒有背面鈍化和背面反射率低，從而影響了電池的電壓和電流性能。局部鋁背場電池克服了以上缺點，這種電池采用具有鈍化效果的薄膜鈍化電池背表面同時增加背表面反射率。鈍化膜有效鈍化硅材料表面存在的大量懸垂鍵和缺陷(如位錯，晶界以及點缺陷等)，從而降低光生載流子硅表面復(fù)合速率，提高少數(shù)載流子的有效壽命，從而促進太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的提升。鈍化膜同時具有增加背面反射的效果，從而增加硅體材料對太陽光的吸收，提高光生載流子的濃度從而增加光電流密度。

鈍化膜的種類和制備方法包括：PECVD非晶硅薄膜、PECVD SiCx薄膜、熱氧、濕氧或者旋涂形成的氧化硅薄膜、SiO₂/SiNx疊層薄膜、CVD、MOCVD、PECVD、APCVD或者ALD制備的Al₂O₃薄膜、Al₂O₃/SiNx疊層薄膜等等。

為了能將電流導(dǎo)出，通常需要在背面鈍化膜上開孔或者開線，再印刷鋁漿燒結(jié)后形成局部鋁背場。孔或者線的總面積一般占背面的1-15％，面積過小會增加背面的接觸電阻，過大則增加了背面的復(fù)合速率，兩種情況都會影響電池的光電轉(zhuǎn)化效率。開孔或者開線一般采用激光或者化學(xué)腐蝕的辦法。印刷鋁漿一般采用全背場圖形，即鋁漿覆蓋除背電極以外的全部背面區(qū)域。

在太陽能電池燒結(jié)過程中，正反面同時形成良好的金屬-半導(dǎo)體接觸，正面銀漿用于接觸發(fā)射極，背面鋁漿在燒結(jié)過程中和硅形成液相鋁硅合金并在降溫過程中在激光開孔的位置形成摻鋁的外延硅即局部鋁背場以及鋁硅合金。由于液相鋁硅合金在降溫的過程中有部分的硅擴散到印刷鋁金屬層中而不是回到原位，導(dǎo)致在激光開孔的位置有一定的幾率形成空洞，這些空洞里面沒有填充鋁硅合金并且局部鋁背場偏薄導(dǎo)致這些位置表面復(fù)合速率較高，從而在電致發(fā)光的圖形上顯現(xiàn)為黑點或者黑線并且對電池的電性能產(chǎn)生負面影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種局部鋁背場太陽能電池，該局部鋁背場太陽能電池通過優(yōu)化鋁漿印刷以及燒結(jié)的工藝使得局部鋁背場電池的空洞率大為減小，從而解決了電致發(fā)光時出現(xiàn)的黑點黑線問題，提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。

本實用新型的上述目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種局部鋁背場太陽能電池，包括晶體硅片，所述晶體硅片的背面設(shè)有鈍化層和背電極，所述晶體硅片的前面設(shè)有發(fā)射極、減反射層和前電極，所述晶體硅片的背面的鈍化層上設(shè)有激光開孔或開槽，所述激光開孔或開槽上設(shè)有覆蓋所述開孔或開槽的第一層局部背面鋁漿，其中所述第一層局部背面鋁漿與所述前電極和背電極共同燒結(jié)形成，所述第一層局部背面鋁漿上設(shè)有經(jīng)高溫處理的第二層背面鋁漿。

本實用新型中的局部鋁背場太陽能電池，其前端工藝與常規(guī)局部鋁背場電池無異，創(chuàng)新點在于金屬印刷燒結(jié)的改變。

其中前端工藝包含但不限于制絨、擴散、去PSG，鈍化膜沉積這幾個工藝步驟，背面鈍化膜可以為Al₂O₃/SiNx，SiO₂/SiNx，SiO₂/Al₂O₃/SiN_x等，進一步優(yōu)選Al₂O₃/SiNx作為背面鈍化層，鈍化層膜厚為60～200nm。

常規(guī)的局部鋁背場電池是印刷完正面和反面的金屬漿料后在燒結(jié)爐里共燒形成正面銀硅的歐姆接觸和背面局部鋁背場。

而本實用新型在金屬化時先制備(采用印刷等工藝，舉例但不限定)背電極，接著制備(采用如印刷等工藝，舉例但不限定)第一層局部背面鋁漿，再印刷正面金屬柵線(即前電極)，接著完成正反面漿料(背電極漿料、第一層局部背面鋁漿和前電極漿料)的共燒，最后印刷第二層背面鋁漿，高溫烘干使其固化并粘附到硅片表面。

相比于常規(guī)的金屬化工藝增加了印刷第二層背面鋁漿和高溫烘干的步驟并且第一層局部背面鋁漿的圖形也需要調(diào)整，第一層局部背面鋁漿的圖形需要能夠覆蓋激光開孔的位置，在尺寸上略大于激光開孔的圖型。

本實用新型所述第二層背面鋁漿與所述背電極和所述第一層局部背面鋁漿直接或間接電連接。

本實用新型所述第一層局部背面鋁漿完全覆蓋所述激光開孔或開槽，所述第一層局部背面鋁漿的圖形與所述激光開孔或開槽的圖形相適配，且所述第一層局部背面鋁漿的厚度一般優(yōu)選為2～40μm。

本實用新型中的激光開孔或開槽的圖形可以為本領(lǐng)域常規(guī)的平行線段，虛線線段，點陣等設(shè)計，開孔或開槽的面積優(yōu)選占電池背面總面積的1～8％。

本實用新型所述的第一層局部背面鋁漿其尺寸只需要比激光開口的尺寸略大即可，具體取決于印刷機和網(wǎng)版的達到的精度能力，其尺寸拓展不宜超過2mm以便獲得較低的空洞率。

作為本實用新型的一種優(yōu)選方式，激光開孔采用點陣的圖形，點的直徑為20～300μm，點與點之間的間距為50～900μm，第一層局部背面鋁漿的直徑優(yōu)選為40～350μm，能夠完全覆蓋激光點。

本實用新型所述第二層背面鋁漿需要全部覆蓋所述第一層局部背面鋁漿，且全部或部分覆蓋所述晶體硅片的背面，所述第二層背面鋁漿的面積占所述晶體硅片背面總面積的4～100％，所述第二層背面鋁漿的厚度為2～40μm。

本實用新型所述的第二層背面鋁漿需要覆蓋或者連接到第一層局部背面鋁漿以方便收集電流，第二層鋁漿可以覆蓋全部或者部分覆蓋硅片背面。

本實用新型所述共同燒結(jié)的溫度為600～900℃。局部鋁背場電池的燒結(jié)曲線與普通晶體硅電池類似。

本實用新型所述高溫處理的溫度為200～800℃。經(jīng)過高溫處理后鋁漿中的有機載體揮發(fā)，玻璃料蝕刻背面鈍化層的表層從而使得第二層背面鋁漿與背面鈍化層形成良好的粘附力。

本實用新型所述的前電極金屬漿料和背電極金屬漿料一般包含銀粉、玻璃粉、有機載體和助劑，有機載體由有機溶劑和增稠劑混合而成，銀粉由球形銀粉和片狀銀粉混合而成，這些都可以通過購買市售成品實現(xiàn)或者購買市售原料配制獲得。

本實用新型所述的背面鋁漿一般包含鋁粉、玻璃粉、有機載體、抗翹曲添加劑和助劑，這些也都可以通過購買市售成品實現(xiàn)或者購買市售原料配制獲得。

本實用新型所述晶體硅片優(yōu)選為p型單晶硅片，所述p型單晶硅片沉積鈍化層之前先經(jīng)包括輕摻雜、制絨、清洗、擴散、去背結(jié)和去磷硅玻璃中的一種或幾種工序處理。

本實用新型上述局部鋁背場太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：選取晶體硅片，經(jīng)包括背面鈍化層設(shè)置、前面發(fā)射極和減反射層設(shè)置以及背面激光開孔或開槽的前處理后再設(shè)置背面鋁漿步驟，其中背面鋁漿采用兩層印刷，首先在所述激光開孔或開槽上設(shè)置覆蓋所述激光開孔或開槽的第一層局部背面鋁漿，接著在所述晶體硅片的前表面設(shè)置前電極，然后將第一層局部背面鋁漿、背電極和前電極進行共燒結(jié)，最后在第一層局部背面鋁漿上設(shè)置第二層背面鋁漿，經(jīng)高溫處理形成局部鋁背場太陽能電池。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果是：由于第一層鋁漿的尺寸僅僅比激光開孔的位置略大，在燒結(jié)降溫過程中鋁硅合金中的硅向鋁漿層擴散的范圍受限，減少了硅向鋁漿層擴散的數(shù)量從而降低了空洞形成的概率，進而解決了電致發(fā)光時出現(xiàn)的黑點黑線問題，提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。

附圖說明

圖1是局部鋁背場電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實施例1中局部鋁背場太陽能電池激光開槽圖形的示意圖；

圖3是實施例2中局部鋁背場太陽能電池激光開孔圖形的示意圖；

圖4是實施例1中局部鋁背場太陽能電池印刷第一層鋁漿并燒結(jié)后的示意圖；

圖5是實施例1局部鋁背場太陽能電池印刷第二層后鋁漿的示意圖；

其中：1、晶體硅片，2、鈍化層，3、背電極，4、發(fā)射極，5、減反射層，6、前電極，71、開槽，711、開槽寬度，712、開槽間距，72、開孔，721、開孔直徑，722、開孔間距，8、第一層局部背面鋁漿，9、第二層背面鋁漿，11、空洞，12、鋁硅合金，13、局部鋁背場。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，本實施例提供的局部鋁背場太陽能電池，包括晶體硅片1，晶體硅片的背面設(shè)有鈍化層2和背電極3，晶體硅片的前面設(shè)有發(fā)射極4、減反射層5和前電極6，晶體硅片的背面的鈍化層2上設(shè)有激光開槽71，激光開槽71上設(shè)有覆蓋開槽71的第一層局部背面鋁漿8，其中第一層局部背面鋁漿8與前電極6和背電極3共同燒結(jié)形成，第一層局部背面鋁漿8上設(shè)有經(jīng)高溫處理的第二層背面鋁漿9。

第二層背面鋁漿9與背電極3和第一層局部背面鋁漿8直接或間接電連接。

第一層局部背面鋁漿8完全覆蓋激光開槽71，第一層局部背面鋁漿8的圖形與激光開槽的圖形相適配，且第一層局部背面鋁漿8的厚度為2～40μm。

第二層背面鋁漿9全部覆蓋第一層局部背面鋁漿8，且全部覆蓋晶體硅片的背面(背電極3部位除外)，第二層背面鋁漿9的面積占晶體硅片背面總面積的4～100％，第二層背面鋁漿9的厚度為2～40μm。

共同燒結(jié)的溫度為800℃。

高溫處理的溫度為400℃。

晶體硅片1為p型單晶硅片，p型單晶硅片沉積鈍化層之前先經(jīng)包括輕摻雜(形成發(fā)射極4，即n+摻雜區(qū)、制絨、清洗、擴散、去背結(jié)和去磷硅玻璃幾種工序處理。

上述局部鋁背場太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取電阻率在0.1～10Ω·cm的輕摻雜的p型單晶硅片，將其置于制絨槽中，在重量百分含量為0.5～5％的氫氧化鈉去離子水溶液中，在溫度為75～90℃的條件下進行表面織構(gòu)化形成絨面結(jié)構(gòu)；

(2)對硅片表面進行清洗，采用化學(xué)溶液進行清洗，化學(xué)溶液為氫氟酸、硝酸、鹽酸、硫酸及其他添加劑的一種或多種混合水溶液，清洗時間為0.5～60分鐘，溫度為5～90℃；

(3)將以上制絨片進行清洗后，置于700～1000℃的爐管中進行磷(P)擴散制備n型發(fā)射極4，擴散時間為70～150min，擴散后發(fā)射極方塊電阻為

(4)將上述擴散后硅片置于濕法刻蝕機或者堿拋光機中去除背結(jié)和磷硅玻璃；

(5)背面沉積5～30nm氧化鋁，再在氧化鋁上沉積60～200nm氮化硅形成疊層鈍化膜(鈍化層2)用于鈍化背表面并增加背面光反射；

(6)PECVD生長SiNx作為正面鈍化膜和減反射層(減反射層5)，膜厚為75～88nm，折射率1.9～2.3之間；

(7)利用激光或者化學(xué)腐蝕的方法在背面鈍化層上開槽71，如圖2所示，開槽的寬度711為40μm，開槽間距712為1000μm，開槽時也可采用虛線方式；

(8)背面電極印刷：在硅片背面印刷背電極銀漿用于組件焊接；

(9)背面第一層局部背面鋁漿印刷，如圖4，印刷第一層局部背面鋁漿覆蓋激光開槽區(qū)域，第一層局部背面鋁漿圖形與激光圖形類似，為平行線段，鋁線寬度為100μm，線間距為1000μm；

(10)正面電極印刷：在硅片磷擴散面(發(fā)射極面)上采用絲網(wǎng)印刷方法印刷正面金屬電極所采用的金屬為銀(Ag)；

(11)高溫快速燒結(jié)：將印刷完的硅片置于燒結(jié)爐中燒結(jié)，優(yōu)化燒結(jié)溫度為800℃，經(jīng)燒結(jié)后正面金屬銀穿過SiNx鈍化減反膜與發(fā)射極形成歐姆接觸，第一層局部背面鋁漿和開槽區(qū)域的硅基體反應(yīng)形成鋁硅合金12和局部鋁背場13。

由于本實施例鋁線寬度很窄，限制了鋁硅合金在冷卻時硅向第一層鋁漿中的擴散，使得空洞11的比例大大降低。

(12)印刷第二層背面鋁漿，如圖5所示，第二層背面鋁漿須要與背電極直接或者間接將電流導(dǎo)出同時第二層背面鋁漿須要與第一層背面鋁漿直接或者間接連接將電流全部收集，這里第二層背面鋁漿采用整面印刷的方式只有背電極的地方不印刷；

(13)400℃，3分鐘高溫處理，使得第二層背面鋁漿固化，形成局部鋁背場太陽能電池。

實施例2

與實施例1不同的是：這里第二層背面鋁漿采用鏤空印刷的圖形，鋁漿面積占電池總面積為30％。

實施例3

與實施例1不同的是：這里激光采用開孔的方式，如圖3，開孔直徑721為200μm,孔間距722為700μm，第一層鋁漿也是和激光孔一樣排列，直徑比開孔直徑略大，為300μm，第二層鋁漿采用整面印刷的方式，只有背電極的地方不印刷。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍。