专利名称：基于丝网印刷工艺的制作高效双面n型晶体硅太阳电池的方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池的制造方法，特别涉及N型双面晶体硅太阳能电池的制 造方法。
背景技术：
目前，传统的太阳电池是利用P型晶体硅材料，在基体正面磷扩散形成pn结， 并沉积减反膜，背面印刷铝浆做背场，只有正面受光的"单面"太阳电池。对于利用这 种方法所制造的电池，得到同行认可的最高光电转换效率在17 18%左右，在此基础上 进一步提高性价比的空间是非常有限的。近几年来人们发现P型硅直拉单晶(CZ)材料的 少数载流子寿命会在光照下衰退。因而试着寻找其他性能更好的材料，如超磁直拉单晶 (MCZ)，掺镓直拉单晶等等。但是，通过这些途径虽然提高了太阳电池的性能，但成本 也相应地上升。而N型直拉硅材料没有光照衰减的问题，并且从机理上讲，金属杂质与 大部分的其他杂质、缺陷等对电子的俘获截面要大于对空穴的俘获截面，也就是说同等 级别的N型硅和P型硅，N型硅的少子寿命要高于P型硅，因而N型硅材料电池有望得 到比P型电池更高的转换效率。在半导体行业，IC制造过程中伴随着很多N型硅废料的 产生，而这些电子级N型硅废料可以通过回收成为太阳电池的原料，极大的扩展了材料 来源。 目前世界上只有两家公司已经成功商业化生产N型硅太阳电池——Sunpower的 背接触电池(图1)和SANYO的HIT电池(图2)。 Sunpower的背接触双面电池由于其正 负电极都在背面，而正负电极下的区域要进行不同掺杂类型的扩散，需要多次生长扩散 阻挡层并掩膜开槽。为了保证不同类型扩散区域之间留有间隔，并且要使后道的金属电 极制作落在相应的扩散区域内，该结构对掩膜设备的精度要求非常高，并且需要电镀设 备，工艺非常复杂。 而SANYO的HIT电池是先在晶体硅衬底两个表面进行PECVD沉积本征非晶硅 薄膜，再在非晶硅薄膜上分别PECVD沉积P型和N型氢化非晶硅薄膜，然后磁控溅射沉 积减反膜和导电膜，并通过丝网印刷方法制作正负电极。从HIT电池的工艺流程可以看 出，其成本既包含晶体硅电池产业中的主材--硅料，又需要投资一系列非常昂贵的薄膜 设备，成本较高。这两家公司的N型电池都达到了 21%以上的效率。但是它们的共同 问题是工艺比较复杂，与常规P型硅太阳电池相比，成本太高。
发明内容
本发明的电池结构类似于Hitachi公司的P型双面电池(图3)， Hitachi已批量生 产的两面受光太阳电池片是被称为B3电池片的硼扩散背面电场两面电池片(Biafacial Cell w池Boron Diffused Back Surface Field)。 单晶硅基板(p型)，其正反两面双面制绒，用 &02做钝化和减反射膜。正面是磷扩散，在正面附近形成n+p结；背面为硼扩散p+层，形成BSF。正反面的电极都是丝网印刷制作。 由于本发明是基于N型硅衬底的，研究发现Hitachi的双面氧化层钝化结构并不 适合N型电池，因此必须对N型材料的磷扩和硼扩表面分别研究更加有效的钝化结构。 研究结果表明，用SiNx薄膜作为电池正面的钝化层，Si02(或A1203)和SiNx双层膜作为 电池背面的钝化层，能够使得磷扩面和硼扩面分别得到最佳的钝化效果，同时可以得到 非常不错的减反效果，转换效率显著提升。实验表明，无论是P型还是N型硅片衬底， 这种结构都是适合的。对于N型材料此电池结构的正反面的转换效率分别达到了 19%和 16%。 本发明提出一种基于丝网印刷工艺的制作高效双面N型晶体硅太阳电池的方 法，对于目前普遍的传统硅太阳电池生产线，只需稍加改造就能升级为这种高效双面电 池生产线。 基于丝网印刷工艺的制作高效双面N型晶体硅太阳电池的方法，其工艺步骤 是在N型硅片的正面磷扩散或局部磷扩散，生长钝化层和减反层，制作正面电极，在 N型硅片的背面硼扩散，生长钝化层和减反层，制作背面电极。
电池的两个表面可以是平面的，也可以是绒面结构的。 本发明的优点是，采用与传统P型材料不同的N型材料，同等级别的材料，N型 体寿命更高，电池的转换效率也更高，而且没有P型电池光致衰减的缺点。从此结构上 来讲，这种双面电池结构的两个表面都能接收太阳光转化为电能，可以使太阳电池阵列 的整体输出功率提高10 30%，所以与单面发电的太阳电池相比，双面晶体硅太阳电池有 着更高的面积比功率、重量比功率，这对降低发电成本尤其重要。本发明方法，制作工 艺简单，成本低廉，大部分的工艺制作都能在普通的P型电池生产线上进行，设备投资 低，生产效率高，基本上是在不增添设备的条件下通过工艺优化、技术创新完成的。
图1是Sunpower背接触双面电池结构示意图，其中11是n区电极。12是p区 电极，13是&02开孔。 图2是SANYO的HIT电池结构示意图。其中14是电极，15是透明导电膜。
图3是Hitachi的P型双面电池。 图4是本发明方法制备的N型双面晶体硅电池结构示意图(本专利中所述电池正 面均指N型面，电池背面均指P型面)。其中l是正面银电极；2是正面钝化减反层 (75nmSiNx) ; 3是磷扩散区域(n+区)；4是基体材料(N型硅)；5是硼扩散区域(p+区)； 6是背面减反层(50nmSiO2(或Al2O3)和40nmSiNx) ; 7是背面银电极。特别说明图4(A) 中3、 5，图4(B)中3可以是均匀扩散浓度的发射极，也可以是选择性发射极(参见专利 CN 101101936A)。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。 对于附图4所示的双面电池结构，关键是如何形成两个面不同型层的扩散区。
对于如图4(A)所示的N型双面晶体硅电池结构，有几种不同的
具体实施例方式反层，
反层，
反层，
反层，
实施例1 :
1) 去硅片损伤层，制绒、
2) 硼扩散，去除正面及边缘硼扩散层，生长背面扩散阻挡层，
3) 磷扩散，去除阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减
4)印刷正背电极烧结。 实施例2 :
1) 去硅片损伤层，制绒、
2) 硼扩散，去除阻挡层，
3) 磷扩散，去除阻挡层，
生长正面扩散阻挡层， 生长背面扩散阻挡层，
生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减
4)印刷正背电极烧结。 实施例3 :
1) 去硅片损伤层，制绒、
2) 磷扩散，去除背面及边缘磷扩散层，生长正面扩散阻挡层，
3) 硼扩散，去除阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减
4)印刷正背电极烧结。 实施例4 :
1) 去硅片损伤层，制绒、
2) 磷扩散，去除阻挡层，
3) 硼扩散，去除阻挡层，
生长背面扩散阻挡层， 生长正面扩散阻挡层， 生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，
双面沉积氮化硅减
4)印刷正背电极烧结。
对于如图4(B)所示的N型双面晶体硅电池结构，有几种不同的
具体实施例方式
实施例5 :
1) 去硅片损伤层，制绒、
2) 硼扩散，去除正面及边缘硼扩散层，双面生长扩散阻挡层，去除正面电极窗 口区扩散阻挡层， 3)磷扩散，去除正面和背面阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉
积氮化硅减反层， 4)印刷正背电极烧结。 实施例6 : l)去硅片损伤层，制绒、生长正面扩散阻挡层， 2)硼扩散，去除阻挡层，双面生长扩散阻挡层，去除正面电极窗口区扩散阻挡 层， 3)磷扩散，去除正面和背面阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉
积氮化硅减反层， 4)印刷正背电极烧结。
实施例7 : l)去硅片损伤层，制绒、 2)磷扩散，去除背面、正面非电极窗口区及边缘磷扩散层，生长正面扩散阻挡 层， 3)硼扩散，去除阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减 反层， 4)印刷正背电极烧结。 实施例8 : l)去硅片损伤层，制绒、双面生长扩散阻挡层，去除正面电极窗口区扩散阻挡 层， 2)磷扩散，去除阻挡层，生长正面扩散阻挡层， 3)硼扩散，去除阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减 反层， 4)印刷正背电极烧结。
权利要求
一种基于丝网印刷工艺的制作高效双面N型晶体硅太阳电池的方法，，其工艺步骤是在N型硅片的正面磷扩散或局部磷扩散，生长钝化层和减反层，制作正面电极，在N型硅片的背面硼扩散，生长钝化层和减反层，制作背面电极。
全文摘要
本发明公开了一种基于丝网印刷工艺的制作高效双面N型晶体硅太阳电池的方法，其制备步骤是在N型硅片的正面磷扩散或局部磷扩散，生长钝化层和减反层，制作正面电极，在N型硅片的背面硼扩散，生长钝化层和减反层，制作背面电极。本发明方法，制作工艺简单，成本低廉，大部分的工艺制作都能在普通的传统电池生产线上进行，设备投资低，生产效率高。
文档编号H01L31/18GK101692466SQ20091003498
公开日2010年4月7日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者倪志春, 向妮, 姚文杰, 王建波, 王艾华, 解柔强, 赵建华, 黄海冰 申请人:中电电气(南京)光伏有限公司