一種雙面透光的局部鋁背場太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池，包括硅基體，設(shè)于硅基體正面的發(fā)射極、正面減反射鈍化膜和正面電極，以及設(shè)于硅基體背面的背面鈍化膜、背電場和背電極，所述背電場為局部鋁背場，其通過在背面鈍化膜上開孔或者開槽，在開孔或者開槽區(qū)域采用線型鋁漿覆蓋所述開孔或者開槽區(qū)域，并保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，燒結(jié)后在開孔或者開槽區(qū)域形成局部鋁背場，所述局部鋁背場與所述背電極相連通。該太陽能電池背面鈍化層（膜）沒有完全被鋁漿覆蓋，電池可以吸收部分背面入射或者散射的光線，增加了電池和組件的電流，從而提高了電池和組件的光電轉(zhuǎn)換效率。還公開了上述雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池的制備方法。
【專利說明】一種雙面透光的局部鋁背場太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種雙面透光的局部鋁背場太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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(gè)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(dāng)太陽能電池受到太陽輻射時(shí)，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(duì)，P-n結(jié)將電子空穴對(duì)分離，P-n結(jié)的非對(duì)稱性決定了不同類型的光生載流子的流動(dòng)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。
[0003]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(diǎn)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(diǎn)，這種電池采用具有鈍化效果的薄膜鈍化電池背表面同時(shí)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(cuò)，晶界以及點(diǎn)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(jìn)太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的提升。鈍化膜同時(shí)具有增加背面反射的效果，從而增加硅體材料對(duì)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。
[0004]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、Si02/SiNx疊層薄膜、CVD、MOCVD、PECVD、APCVD或者ALD制備的Al2O3薄膜、Al203/SiNx疊層薄膜等等。
[0005]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?？谆蛘呔€的總面積一般占背面的1_15%，面積過小會(huì)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(huì)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。這樣，背面入射或者散射的光線不能被電池吸收，影響了光電轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池，該太陽能電池通過在晶體硅背面的鈍化膜上設(shè)置局部鋁背場，形成雙面透光結(jié)構(gòu)，不僅電池正面能接收和接收入射或者散射的光線，還能使背面也可以能夠接收和吸收入射或者散射的光線，從而增加了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0007]本發(fā)明的目的還在于提供上述雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池的制備方法，該制備方法工藝簡單，成本低。
[0008]本發(fā)明的第一個(gè)目的是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池，包括硅基體，設(shè)于硅基體正面的發(fā)射極、正面減反射鈍化膜和正面電極，以及設(shè)于硅基體背面的背面鈍化膜、背電場和背電極，所述背電場為局部鋁背場，其通過在背面鈍化膜上開孔或者開槽，在開孔或者開槽區(qū)域采用線型鋁漿覆蓋所述開孔或者開槽區(qū)域，并保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，燒結(jié)后在開孔或者開槽區(qū)域形成局部鋁背場，所述局部鋁背場與所述背電極相連通。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是在背面鈍化層(膜)上開孔或者開槽之后印刷或者濺射多條鋁線(線型鋁漿)覆蓋開孔或者開槽區(qū)域，保留部分背面鈍化層(膜)不被鋁漿覆蓋，印刷或者濺射的線型鋁漿圖形須要直接或者間接和背電極連接以便收集電流。
[0010]本發(fā)明中的雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池，其能有效促進(jìn)太陽能電池光電性能提升，并能降低成本。
[0011]本發(fā)明中的線型鋁漿，可以相互平行設(shè)置，也可以呈一定夾角，其中線型鋁漿的寬度優(yōu)選為2(T2000Mm，相鄰兩線型鋁漿的間距P2優(yōu)選為20(T2000Mm。
[0012]作為本發(fā)明中的一種優(yōu)選方案，本發(fā)明在背面鈍化層(膜)上設(shè)置相互平行的開孔或者開槽，在開孔或者開槽上設(shè)置與所述開孔或者開槽形狀相適配的鋁漿，使鋁漿全部覆蓋開孔或者開槽區(qū)域，但保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，燒結(jié)后在開孔或者開槽區(qū)域形成局部鋁背場，且所述局部鋁背場與所述背電極保持連通，從而形成雙面透光的局部鋁背場太陽能電池。
[0013]本發(fā)明所述開孔或者開槽區(qū)域必須全部被線型鋁漿覆蓋。
[0014]本發(fā)明中的開孔或者開槽，可以相互平行，也可以不相互平行，如可以按照一定的夾角設(shè)置。其中開孔或者開槽以相互平行設(shè)置有選優(yōu)方案。
[0015]本發(fā)明所述開孔優(yōu)選為多個(gè)，優(yōu)選為相間隔設(shè)置，所述開孔的孔徑D優(yōu)選為l(T200Mm，孔間距 PO 優(yōu)選為 10(Tl000Mm。
[0016]本發(fā)明所述開槽的寬度Wl優(yōu)選為l(T200Mffl，相鄰兩開槽之間的間距Pl優(yōu)選為20(T2000Mm。
[0017]本發(fā)明中的線型鋁漿要和背電極直接連接或者間接通過其他線型鋁漿等和背電極連接以便收集電流。
[0018]本發(fā)明的第二個(gè)目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:上述的雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池的制備方法是:選取晶體硅片，制絨，清洗，磷擴(kuò)散，去背結(jié)，沉積背面鈍化膜，沉積正面減反射鈍化膜，在背面鈍化膜上開孔或開槽，印刷背電極，在開孔或開槽上覆蓋線型鋁漿，其中保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，印刷正面電極，燒結(jié)后制成局部鋁背場，所述局部鋁背場與所述背電極相連通，從而形成雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池。
[0019]本發(fā)明中的晶體硅片，優(yōu)選為P型晶體硅片，可以為P型單晶或者多晶硅片。
[0020]其中制絨，清洗，磷擴(kuò)散，沉積鈍化膜，去背結(jié)，印刷正電極和背電極等可以采用本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段。
[0021]正面鈍化減反射膜可以是氮化硅膜，也可以是氮化硅/氧化硅等的疊層膜。
[0022]背面鈍化膜，除了可以采用氧化鋁和氮化硅的疊層膜之外，還可以采用氮化硅/氧化硅疊層膜等，其中氮化硅/氧化硅疊層膜中必須是氧化硅與晶體硅片直接接觸；還可以采用氮氧化硅/氮化硅疊層膜以及碳化硅/氮化硅疊層膜等。[0023]開孔或者開槽可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的技術(shù)手段，如激光或者化學(xué)腐蝕的方法開孔或者開槽等。其中開孔可以開設(shè)連續(xù)的孔，也可以開設(shè)具有一定間隔的開孔，優(yōu)選開設(shè)具有一定間隔的開孔，開槽可以采用虛線開槽，也可以采用實(shí)線開槽，優(yōu)選采用實(shí)線開槽。
[0024]本發(fā)明中的線型鋁漿，可以相互平行設(shè)置，也可以呈一定夾角，其中線型鋁漿的寬度優(yōu)選為2(T2000Mm，相鄰兩線型鋁漿的間距P2優(yōu)選為20(T2000Mm。
[0025]作為本發(fā)明中的一種優(yōu)選方案，本發(fā)明在背面鈍化層(膜)上設(shè)置相互平行的開孔或者開槽，在開孔或者開槽上設(shè)置與所述開孔或者開槽形狀相適配的鋁漿，使鋁漿全部覆蓋開孔或者開槽區(qū)域，但保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，燒結(jié)后在開孔或者開槽區(qū)域形成局部鋁背場，且所述局部鋁背場與所述背電極保持連通，從而形成雙面透光的局部鋁背場太陽能電池。
[0026]本發(fā)明所述開孔或者開槽區(qū)域全部被線型鋁漿覆蓋。其中可以采用絲網(wǎng)印刷的方式，也可以采用濺射的方式在鈍化膜上的開孔或者開槽上覆蓋鋁漿，鋁漿的覆蓋以覆蓋住開孔或者開槽而不覆蓋整個(gè)鈍化膜為準(zhǔn)，目的在于制備局部鋁背場，形成雙面透光的局部鋁背場太陽能電池，從而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0027]本發(fā)明中的開孔或者開槽，可以相互平行，也可以不相互平行，如可以按照一定的夾角設(shè)置。其中開孔或者開槽以相互平行設(shè)置有選優(yōu)方案。
[0028]本發(fā)明所述開孔優(yōu)選為多個(gè)，優(yōu)選相間隔設(shè)置，所述開孔的孔徑D為l(T200Mffl，相鄰兩孔的間距PO為10(Tl000Mm。
[0029]本發(fā)明所述開槽的寬度Wl優(yōu)選為l(T200Mffl，相鄰兩開槽之間的間距Pl優(yōu)選為20(Tl000Mm。
[0030]本發(fā)明中的線型鋁漿要和背電極直接連接或者間接通過其他線型鋁漿等和背電極連接以便收集電流。
[0031]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出的雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池，這種結(jié)構(gòu)的太陽電池，其背面鈍化層(膜)沒有完全被鋁漿覆蓋，光線能夠從電池背面入射并被吸收，增加了光通量，從而提高電池的電流和組件的輸出功率，以使電池和組件的光電轉(zhuǎn)換效率得到提高；另外還可以減少鋁漿的用量，節(jié)約成本。
[0032]以下結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施方案，具體詳細(xì)說明本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1-4中雙面透光局部鋁背場晶體硅太陽能電池的截面圖，其中5為硅基體；6為發(fā)射極；7為正面減反射鈍化膜；8為正面電極；9、局部鋁背場；1、背面鈍化膜；4為背電極；
圖2是本發(fā)明中實(shí)施例1-4中雙面透光局部鋁背場晶體硅太陽能電池背面接受光入射的示意圖，其中9為背面鈍化膜，10為背電極；11為局部鋁背場，12為入射光線；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1和3中背面開孔示意圖，其中圖中I為背面鈍化膜，2為開孔或開槽；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例2和4中背面開槽示意圖，圖中3為線型鋁漿，4為背電極；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例1-4中雙面透光局部鋁背場的背面鋁線示意圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例5中提供的雙面透光局部鋁背場的背面鋁線示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例6中提供的雙面透光局部鋁背場的背面鋁線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]實(shí)施例1
本實(shí)施例說明了一種雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)以及其制備方法(電池截面圖見圖1)，具體步驟如下:
A、選取電阻率在0.1~ΙΟ Ω -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、0°C的條件下進(jìn)行表面織構(gòu)化形成絨面結(jié)構(gòu)；
B、對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗，清洗采用化學(xué)溶液進(jìn)行清洗，化學(xué)溶液可以為氫氟酸、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(shí)間可以為0.5飛O分鐘，溫度可以為5~90。。；
C、將以上制絨片進(jìn)行清洗后，置于70(Tl00(rC的爐管中進(jìn)行磷(P)擴(kuò)散制備η型發(fā)射極，擴(kuò)散時(shí)間可以為70-150分鐘，擴(kuò)散后發(fā)射極方塊電阻為5(T150 Ohms/ □；
D、將上述擴(kuò)散后硅片利用堿性或酸性濕法刻蝕去除硅片背面的η型擴(kuò)散層和磷硅玻
璃；
E、背面沉積5~30nm氧化鋁(見圖2)，再在氧化鋁上沉積6(T200nm氮化硅形成疊層鈍化膜用于鈍化背表面并增加背面光反射；
F、PECVD生長SiNx作為正面鈍化膜和減反射層，膜厚可以為75~88nm，折射率可以為1.9-2.3 之間；
G、利用激光的方法在背面鈍化膜(I)上開孔(2)，開孔直徑D優(yōu)選為l(T200Mffl，孔間距PO優(yōu)選為10(Tl000Mm，如圖3中所示；
H、背面電極印刷:在硅片背面印刷背電極(4)用于組件焊接，如圖5中所示；
1、背面鋁線印刷:印刷鋁線(即上文所述的線型鋁漿，下同)(3)覆蓋開孔區(qū)域，鋁線須要與背電極直接或者間接連接將電流全部收集，鋁線寬度W2為2(T2000Mm，線間距P2為200"2000Mm ；
J、正面電極印刷:在硅片磷擴(kuò)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);
K、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40(T90(TC，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，背面鋁線和開孔區(qū)域的硅基體反應(yīng)形成鋁硅合金和局部鋁背場，從而形成雙面透光的局部鋁背場太陽能電池，其截面圖如圖1中所示。
[0035]采用上述方法構(gòu)成的雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池，包括硅基體(5)，設(shè)于硅基體(5)正面的發(fā)射極(6)、正面減反射鈍化膜(7)和正面電極(8)，以及設(shè)于硅基體
(5)背面的背面鈍化膜(I)、背電場和背電極(4)，背電場為局部鋁背場(9)，其通過在背面鈍化膜(I)上開孔或者開槽(2)，在開孔或者開槽區(qū)域采用線型鋁漿(3)覆蓋開孔或者開槽(2)區(qū)域，并保留部分背面鈍化膜(I)不被鋁漿所覆蓋，燒結(jié)后在開孔或者開槽(2)區(qū)域形成局部鋁背場(9)，局部鋁背場(9)與背電極相連通(4);該太陽能電池通過在晶體硅背面的鈍化膜(I)上設(shè)置局部鋁背場(9)，形成雙面透光結(jié)構(gòu)，不僅電池正面能接收和接收入射或者散射的光線，還能使背面也可以能夠接收和吸收入射或者散射的光線(12)，從而增加了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0036]按照上述雙面透光設(shè)計(jì)的一組局部背鈍化電池的平均電性能數(shù)據(jù)如表1所示，其中鋁線型為本實(shí)施例中制備的雙面透光局部鋁背場太陽能電池，鋁漿全覆蓋型為其他步驟與本實(shí)施例相同，僅鋁漿覆蓋時(shí)，將鋁漿料覆蓋整個(gè)背面鈍化膜(層)上，而非本實(shí)施例中在開孔區(qū)域覆蓋鋁漿，同時(shí)使背面鈍化膜上保留有未覆蓋鋁漿區(qū)域，結(jié)果表明，相比常規(guī)鋁漿全覆蓋局部背鈍化電池，本發(fā)明的雙面透光局部背鈍化電池能夠提高太陽能電池的電流，效率提升達(dá)到0.0.3%。
[0037]表1實(shí)施例1制備的雙面透光局部鋁背場太陽能電池的性能參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種雙面透光的局部招背場晶體娃太陽能電池，包括娃基體，設(shè)于娃基體正面的發(fā)射極、正面減反射鈍化膜和正面電極，以及設(shè)于硅基體背面的背面鈍化膜、背電場和背電極，其特征是:所述背電場為局部鋁背場，其通過在背面鈍化膜上開孔或者開槽，在開孔或者開槽區(qū)域采用線型鋁漿覆蓋所述開孔或者開槽區(qū)域，并保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，燒結(jié)后在開孔或者開槽區(qū)域形成局部鋁背場，所述局部鋁背場與所述背電極相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池，其特征是:所述線型鋁漿的寬度W2為20-2000Mm，相鄰兩線型鋁漿的間距P2為200-2000Mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征是:所述開孔或者開槽區(qū)域全部被線型鋁漿覆蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征是:所述開孔為多個(gè)，相間隔設(shè)置，所述開孔的孔徑D為l0-200Mffl，相鄰兩孔的間距PO為100-l000Mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征是:所述開槽的寬度Wl為l0-200Mm，相鄰兩開槽之間的間距Pl為200-2000Mm。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征是:選取晶體硅片，制絨，清洗，磷擴(kuò)散，去背結(jié)，沉積背面鈍化膜，沉積正面減反射鈍化膜，在背面鈍化膜上開孔或開槽，印刷背電極，在開孔或開槽上覆蓋線型鋁漿，其中保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，印刷正面電極，燒結(jié)后制成局部鋁背場，所述局部鋁背場與所述背電極相連通，從而形成雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征是:所述線型鋁漿的寬度W2為20-2000Mm，相鄰兩線型鋁漿的間距P2為200-2000Mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征是:所述開孔為多個(gè)，相間隔設(shè)置，所述開孔的孔徑D為l0-200Mffl，孔間距PO為10(Tl000Mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征是:所述開槽的寬度Wl為10-200μπι，相鄰兩開槽之間的間距Pl為200-2000μπι。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙面透光的局部鋁背場晶體硅太陽能電池的制備方法，其特征是:所述晶體硅片為P型晶體硅片。
【文檔編號(hào)】H01L31/0216GK103489934SQ201310440765
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】蔣秀林, 單偉 申請(qǐng)人:晶澳（揚(yáng)州）太陽能科技有限公司, 晶澳太陽能有限公司