一種n型背結(jié)雙面電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種N型背結(jié)雙面電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是一種清潔、高效和永不枯竭的新能源。目前，各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]近幾年，光伏發(fā)電迅猛發(fā)展，太陽能電池技術(shù)日新月異，尤其是N型硅太陽能電池技術(shù)。與摻硼(B)的P型晶體硅材料相比，摻磷(P)的N型晶體硅材料具有如下優(yōu)勢:(I)N型材料中的雜質(zhì)(如一些常見的金屬離子)對少子空穴的捕獲能力低于P型材料中的雜質(zhì)對少子電子的捕獲能力；(2)選用摻磷的N型硅材料形成的電池沒有光致衰減效應(yīng)的存在，因此，N型晶體硅電池的效率不會隨著光照時(shí)間的加長而逐漸衰減；(3)N型材料的少子空穴的表面復(fù)合速率低于P型材料中電子的表面復(fù)合速率。上述三大優(yōu)勢是N型晶體硅電池獲得高轉(zhuǎn)化效率的前提。目前N型晶體硅太陽能電池已經(jīng)成為科研機(jī)構(gòu)和電池廠家的研究重點(diǎn)，其中N型背結(jié)太陽能電池也得到廣泛關(guān)注。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中N型背結(jié)電池都為單面受光的背結(jié)電池，制備工藝步驟復(fù)雜，電池背面選用了氧化鋁鈍化以及大面積印刷鋁漿料，為了得到良好的金屬接觸，印刷前需要在氧化鋁鈍化層上開槽，同時(shí)由于大面積印刷鋁漿，燒結(jié)后可能造成硅片彎曲；另一方面，背面全部印刷鋁漿料，制備成的單面受光電池，背面無法吸收散射光，這類電池?zé)o法用于制備高輸出功率的雙玻組件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種N型背結(jié)雙面電池電池及其制備方法，該電池雙面受光，具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，電池的制備工藝簡單，穩(wěn)定性好，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種N型背結(jié)雙面電池，包括硅片襯底，硅片襯底的正面自內(nèi)向外依次為磷摻雜電池前場、氧化硅鈍化層、氮化硅減反射層、正面銀電極，硅片襯底的背面自內(nèi)向外依次為硼摻雜電池發(fā)射極、氧化硅鈍化層、氮化硅減反射層、背面銀鋁電極，正面銀電極和背面銀鋁電極均為柵線結(jié)構(gòu)。
[0007]—種N型背結(jié)雙面電池的制備方法，包括以下步驟:
A、雙面制絨；
B、進(jìn)行背面拋光;正面磷擴(kuò)散制備電池前場;背面硼擴(kuò)散制備發(fā)射極；以上3個(gè)工序可以任意改變先后順序;其中，正面磷擴(kuò)散制備電池前場和背面硼擴(kuò)散制備發(fā)射極也可同時(shí)進(jìn)行；
C、正背面形成氧化硅鈍化層； D、正背面鍍氮化硅減反射層；
E、印刷正背面電極并燒結(jié)，正面銀電極為采用銀漿料印刷的柵線結(jié)構(gòu)，背面銀鋁電極為采用銀鋁漿料印刷的柵線結(jié)構(gòu)。
[0008]步驟B中，正面磷擴(kuò)散制備電池前場的方法為:采用POCl3擴(kuò)散，在N型硅片的正面形成一個(gè)高低結(jié)，即電池的前場;磷擴(kuò)散過程中，通過控制POCl3的流量、擴(kuò)散溫度和通源時(shí)間，得到預(yù)定的磷摻雜濃度。
[0009]步驟B中，正面磷擴(kuò)散制備電池前場的方法為:采用磷離子注入制備電池前場，SP使用離子注入機(jī)，將高能的磷離子注入到硅片的正面，通過注入劑量、注入能量的調(diào)整來控制磷摻雜濃度;將磷離子注入的硅片進(jìn)行高溫退火，一方面去除注入造成的晶格損傷，另一方面通過溫度和時(shí)間的控制得到理想的磷摻雜曲線，同時(shí)，退火過程中通入氧氣，可以在硅片的正背面形成氧化硅鈍化層。
[0010]步驟B中，同時(shí)進(jìn)行正面磷擴(kuò)散制備電池前場和背面硼擴(kuò)散制備發(fā)射極的制備方法為:在硅片背面印刷硼摻雜漿料，并且烘干;將正面磷離子注入和背面印刷硼摻雜漿料的硅片放在爐管內(nèi)進(jìn)行高溫退火，通過溫度和時(shí)間的控制，得到理想的磷摻雜和硼摻雜曲線，一次熱過程完成電池前場和發(fā)射極的制備。
[0011]步驟B中，同時(shí)進(jìn)行正面磷擴(kuò)散制備電池前場和背面硼擴(kuò)散制備發(fā)射極的制備方法為:正面磷離子注入，使用離子注入機(jī)，將高能的磷離子注入到硅片正面，可以通過注入劑量，注入能量的調(diào)整來控制摻雜濃度;背面硼離子注入，使用離子注入機(jī)，將高能的硼離子注入到硅片正面，通過注入劑量、注入能量的調(diào)整來控制摻雜濃度;退火處理，將雙面注入的硅片放在爐管內(nèi)進(jìn)行高溫退火，通過溫度和時(shí)間的控制，得到理想的磷摻雜和硼摻雜曲線，一次熱過程完成電池前場和發(fā)射極的制備；同時(shí)，退火過程中通入氧氣，在硅片的正背面形成氧化硅鈍化層。
[0012]步驟B中，背面硼擴(kuò)散制備發(fā)射極的方法為:采用BBr3擴(kuò)散在N型硅片背面形成PN結(jié)，即電池的發(fā)射極;硼擴(kuò)散過程中，通過控制BBr3的流量、擴(kuò)散溫度和通源時(shí)間得到理想的硼摻雜濃度。
[0013]進(jìn)一步的技術(shù)方案，濕法刻蝕去除硅片背面的硼硅玻璃，并且去除硅片正面和邊緣的硼摻雜層。
[0014]進(jìn)一步的技術(shù)方案，采用等離子體刻蝕對硼擴(kuò)散后硅片進(jìn)行邊絕緣，在等離子體刻蝕機(jī)中通入CF4、02，在輝光條件下與硅片進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，腐蝕硅片邊緣達(dá)到邊緣絕緣。
[0015]進(jìn)一步的技術(shù)方案，化學(xué)清洗硅片背面的硼硅玻璃，并且通過氧化性酸溶液在硅片的正反面形成氧化硅鈍化層。
[0016]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:該雙面電池是利用磷摻雜在電池正面制備電池前場，利用硼摻雜在電池背面制備發(fā)射極，正背面采用氧化硅鈍化層，正背面均沉積氮化硅減反射膜，印刷過程中，正面印刷柵線結(jié)構(gòu)的銀漿料，背面印刷柵線結(jié)構(gòu)的銀鋁漿料，在確保良好金屬接觸的同時(shí)，未印刷區(qū)域可以吸收散射光提升電池效率，制備的電池可以雙面受光，大大提高光電轉(zhuǎn)化效率。
[0017]該雙面電池的制備工藝簡單，工藝重復(fù)性、穩(wěn)定性好，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0018]圖1是雙面電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1、硅片襯底;2、磷摻雜電池前場;3、硼摻雜電池發(fā)射極;4、氧化硅鈍化層;5、氮化硅減反射層;6、正面銀電極;7、背面銀鋁電極。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0020 ]由于N型硅片的少子壽命長，相應(yīng)的復(fù)合低，所以可以把電池的PN結(jié)制備在電池的背面，電池正面沒有嚴(yán)重影響短波響應(yīng)的死層，同時(shí)結(jié)合基區(qū)大的擴(kuò)散長度和背面的反射，使入射光得到最大限度的利用，進(jìn)而提升電池的光電轉(zhuǎn)化效率。目前報(bào)道的N型背結(jié)電池均為單面受光電池，電池正面采用金屬柵線結(jié)構(gòu)，未印刷金屬的區(qū)域可以吸收入射光，而電池背面全部印刷鋁漿料，無法吸收環(huán)境中的散射光，同時(shí)大面積印刷鋁漿料并燒結(jié)還容易造成電池片彎曲等問題。
[0021]在現(xiàn)有技術(shù)中N型背結(jié)電池都為單面受光的背結(jié)電池，工藝復(fù)雜，具體流程如下:首先是進(jìn)行制絨和背面拋光處理，接下來進(jìn)行正面磷擴(kuò)散，之后是濕法刻蝕去除正面磷硅玻璃以及背面和邊緣的磷摻雜層實(shí)現(xiàn)邊絕緣，濕法刻蝕后硅片進(jìn)行了背面的硼擴(kuò)散，硼擴(kuò)散后的硅片也需要進(jìn)行化學(xué)清洗去除硼硅玻璃和邊緣絕緣，之后在硅片正面沉積氧化硅鈍化層，在硅片背面沉積氧化鋁鈍化層，在硅片的正背面沉積氮化硅減反射層，之后需要在硅片的背面利用激光進(jìn)行開孔或開槽，去除該位置處的氮化硅和氧化鋁，之后在硅片背面印刷鋁漿料，在硅片正面印刷銀漿料，并燒結(jié)，完成背結(jié)單面電池的制備。
[0022]本發(fā)明的主要目的是制備N型背結(jié)雙面電池，利用磷摻雜在電池正面制備電池前場，利用硼摻雜在電池背面制備發(fā)射極，正面采用氧化硅鈍化層，背面采用氧化硅鈍化或者氧化硅與氧化鋁疊層鈍化，正背面均沉積氮化硅減反射膜，印刷過程中，正面印刷銀漿料，背面印刷銀鋁漿料，正背面均為金屬柵線結(jié)構(gòu)，在確保良好金屬接觸的同時(shí)，未印刷區(qū)域可以吸收散射光提升電池效率，因此該電池可以雙面受光，可以吸收更多的光，獲得更高的轉(zhuǎn)化效率。
[0023]具體的工藝過程可以分為以下四個(gè)實(shí)施例:
實(shí)施例一
(1)結(jié)構(gòu)化處理-雙面制絨，采用化學(xué)清洗對硅片表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，該操作可以在硅片表面形成倒金字塔的絨面，從而減少表面反射，提高硅片內(nèi)部的光吸收；同時(shí)化學(xué)清洗還可以去除硅片表面的損傷層及雜質(zhì)，確保硅晶體表面的潔凈程度，避免硅晶體表面的雜質(zhì)在后續(xù)高溫?cái)U(kuò)散過程中進(jìn)入硅片內(nèi)部形成復(fù)合中心，對電池性能產(chǎn)生不利影響；
(2)正面磷擴(kuò)散，采用P0C13(三氯氧磷)擴(kuò)散在N型硅片的正面形成一個(gè)高低結(jié)，即電池的前場，磷擴(kuò)散過程中通過控制POCl3流量，擴(kuò)散溫度，和通源時(shí)間可以得到理想的磷摻雜濃度；
(3)背面拋光處理，將磷擴(kuò)散后的硅片在鏈?zhǔn)角逑丛O(shè)備中進(jìn)行背面拋光處理，通過水膜保護(hù)正面的磷摻雜層，硅片背面和邊緣進(jìn)行腐蝕，腐蝕深度在1.5-4μπι范圍內(nèi)，同時(shí)還可以去除正面的磷硅玻璃；
(4)背面硼擴(kuò)散，采用BBr3擴(kuò)散在N型硅片背面形成PN結(jié)，即電池的發(fā)射極;硼擴(kuò)散過程中通過控制BBr3流量，擴(kuò)散溫度和通源時(shí)間可以得到理想的硼摻雜濃度； (5)采用等離子體刻蝕對硼擴(kuò)散后硅片進(jìn)行邊絕緣，在等離子體刻蝕機(jī)中通入CF4、02，在輝光條件下與硅片進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，腐蝕硅片邊緣達(dá)到邊緣絕緣；
(6)化學(xué)清洗硅片背面的硼硅玻璃，并且通過氧化性酸溶液在硅片的正反面形成氧化娃鈍化層；
(7)在硅片背面沉積很薄的氧化鋁層，氧化鋁層厚度控制在lnm-5nm，該步驟也可以省略；
(8)在硅片正背面沉積氮化硅減反射膜，利用PECVD設(shè)備在硅片正反面沉積氮化硅層，厚度控制在60nm-80nm;
(9)印刷電極并燒結(jié)，正背面均為柵線結(jié)構(gòu)，正面印刷銀漿料，背面印刷銀鋁漿料，共燒結(jié);其中，銀鋁漿料中鋁的含量很低，鋁含量大約為0.5%-10%，銀含量大約為50%-90%。
[0024]實(shí)施例二
(1)結(jié)構(gòu)化處理-雙面制絨，采用化學(xué)清洗對硅片表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，該操作可以在硅片表面形成倒金字塔的絨面，從而減少表面反射，提高硅片內(nèi)部的光吸收；同時(shí)化學(xué)清洗還可以去除硅片表面的損傷層及雜質(zhì)，確保硅晶體表面的潔凈程度，避免硅晶體表面的雜質(zhì)在后續(xù)高溫?cái)U(kuò)散過程中進(jìn)入硅片內(nèi)部形成復(fù)合中