一种双面透光的局部铝背场太阳能电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池，包括硅基体，设于硅基体正面的发射极、正面减反射钝化膜和正面电极，以及设于硅基体背面的背面钝化膜、背电场和背电极，所述背电场为局部铝背场，其通过在背面钝化膜上开孔或者开槽，在开孔或者开槽区域采用线型铝浆覆盖所述开孔或者开槽区域，并保留部分背面钝化膜不被铝浆所覆盖，烧结后在开孔或者开槽区域形成局部铝背场，所述局部铝背场与所述背电极相连通。该太阳能电池背面钝化层（膜）没有完全被铝浆覆盖，电池可以吸收部分背面入射或者散射的光线，增加了电池和组件的电流，从而提高了电池和组件的光电转换效率。还公开了上述双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池的制备方法。
【专利说明】一种双面透光的局部铝背场太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光伏【技术领域】，具体涉及一种双面透光的局部铝背场太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]光伏技术是一门利用大面积的p-n结二极管将太阳能转化为电能的技术。这个p-n结二极管叫做太阳能电池。制作太阳能电池的半导体材料都具有一定的禁带宽度，当太阳能电池受到太阳辐射时，能量超过禁带宽度的光子在太阳电池中产生电子空穴对，P-n结将电子空穴对分离，P-n结的非对称性决定了不同类型的光生载流子的流动方向，通过外部电路连接可以向外输出功率。这跟普通的电化学电池原理类似。
[0003]工业化生产P型晶硅太阳能电池通常采用全铝背场结构，即背面整面印刷铝浆，烧结后形成铝背场。这种结构的缺点是没有背面钝化和背面反射率低，从而影响了电池的电压和电流性能。局部铝背场电池克服了以上缺点，这种电池采用具有钝化效果的薄膜钝化电池背表面同时增加背表面反射率。钝化膜有效钝化硅材料表面存在的大量悬垂键和缺陷(如位错，晶界以及点缺陷等)，从而降低光生载流子硅表面复合速率，提高少数载流子的有效寿命，从而促进太阳能电池光电转化效率的提升。钝化膜同时具有增加背面反射的效果，从而增加硅体材料对太阳光的吸收，提高光生载流子的浓度从而增加光电流密度。
[0004]钝化膜的种类和制备方法包括=PECVD非晶硅薄膜、PECVD SiCx薄膜、热氧、湿氧或者旋涂形成的氧化硅薄膜、Si02/SiNx叠层薄膜、CVD、MOCVD、PECVD、APCVD或者ALD制备的Al2O3薄膜、Al203/SiNx叠层薄膜等等。
[0005]为了能将电流导出，通常需要在背面钝化膜上开孔或者开线，再印刷铝浆烧结后形成局部铝背场。孔或者线的总面积一般占背面的1_15%，面积过小会增加背面的接触电阻，过大则增加了背面的复合速率，两种情况都会影响电池的光电转化效率。开孔或者开线一般采用激光或者化学腐蚀的办法。印刷铝浆一般采用全背场图形，即铝浆覆盖除背电极以外的全部背面区域。这样，背面入射或者散射的光线不能被电池吸收，影响了光电转换效率。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池，该太阳能电池通过在晶体硅背面的钝化膜上设置局部铝背场，形成双面透光结构，不仅电池正面能接收和接收入射或者散射的光线，还能使背面也可以能够接收和吸收入射或者散射的光线，从而增加了太阳能电池的光电转换效率。
[0007]本发明的目的还在于提供上述双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池的制备方法，该制备方法工艺简单，成本低。
[0008]本发明的第一个目的是通过如下技术方案来实现的:一种双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池，包括硅基体，设于硅基体正面的发射极、正面减反射钝化膜和正面电极，以及设于硅基体背面的背面钝化膜、背电场和背电极，所述背电场为局部铝背场，其通过在背面钝化膜上开孔或者开槽，在开孔或者开槽区域采用线型铝浆覆盖所述开孔或者开槽区域，并保留部分背面钝化膜不被铝浆所覆盖，烧结后在开孔或者开槽区域形成局部铝背场，所述局部铝背场与所述背电极相连通。
[0009]作为本发明的优选方案，本发明采用的技术方案是在背面钝化层(膜)上开孔或者开槽之后印刷或者溅射多条铝线(线型铝浆)覆盖开孔或者开槽区域，保留部分背面钝化层(膜)不被铝浆覆盖，印刷或者溅射的线型铝浆图形须要直接或者间接和背电极连接以便收集电流。
[0010]本发明中的双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池，其能有效促进太阳能电池光电性能提升，并能降低成本。
[0011]本发明中的线型铝浆，可以相互平行设置，也可以呈一定夹角，其中线型铝浆的宽度优选为2(T2000Mm，相邻两线型铝浆的间距P2优选为20(T2000Mm。
[0012]作为本发明中的一种优选方案，本发明在背面钝化层(膜)上设置相互平行的开孔或者开槽，在开孔或者开槽上设置与所述开孔或者开槽形状相适配的铝浆，使铝浆全部覆盖开孔或者开槽区域，但保留部分背面钝化膜不被铝浆所覆盖，烧结后在开孔或者开槽区域形成局部铝背场，且所述局部铝背场与所述背电极保持连通，从而形成双面透光的局部铝背场太阳能电池。
[0013]本发明所述开孔或者开槽区域必须全部被线型铝浆覆盖。
[0014]本发明中的开孔或者开槽，可以相互平行，也可以不相互平行，如可以按照一定的夹角设置。其中开孔或者开槽以相互平行设置有选优方案。
[0015]本发明所述开孔优选为多个，优选为相间隔设置，所述开孔的孔径D优选为l(T200Mm，孔间距 PO 优选为 10(Tl000Mm。
[0016]本发明所述开槽的宽度Wl优选为l(T200Mffl，相邻两开槽之间的间距Pl优选为20(T2000Mm。
[0017]本发明中的线型铝浆要和背电极直接连接或者间接通过其他线型铝浆等和背电极连接以便收集电流。
[0018]本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的:上述的双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池的制备方法是:选取晶体硅片，制绒，清洗，磷扩散，去背结，沉积背面钝化膜，沉积正面减反射钝化膜，在背面钝化膜上开孔或开槽，印刷背电极，在开孔或开槽上覆盖线型铝浆，其中保留部分背面钝化膜不被铝浆所覆盖，印刷正面电极，烧结后制成局部铝背场，所述局部铝背场与所述背电极相连通，从而形成双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池。
[0019]本发明中的晶体硅片，优选为P型晶体硅片，可以为P型单晶或者多晶硅片。
[0020]其中制绒，清洗，磷扩散，沉积钝化膜，去背结，印刷正电极和背电极等可以采用本领域的常规技术手段。
[0021]正面钝化减反射膜可以是氮化硅膜，也可以是氮化硅/氧化硅等的叠层膜。
[0022]背面钝化膜，除了可以采用氧化铝和氮化硅的叠层膜之外，还可以采用氮化硅/氧化硅叠层膜等，其中氮化硅/氧化硅叠层膜中必须是氧化硅与晶体硅片直接接触；还可以采用氮氧化硅/氮化硅叠层膜以及碳化硅/氮化硅叠层膜等。[0023]开孔或者开槽可以采用本领域常规的技术手段，如激光或者化学腐蚀的方法开孔或者开槽等。其中开孔可以开设连续的孔，也可以开设具有一定间隔的开孔，优选开设具有一定间隔的开孔，开槽可以采用虚线开槽，也可以采用实线开槽，优选采用实线开槽。
[0024]本发明中的线型铝浆，可以相互平行设置，也可以呈一定夹角，其中线型铝浆的宽度优选为2(T2000Mm，相邻两线型铝浆的间距P2优选为20(T2000Mm。
[0025]作为本发明中的一种优选方案，本发明在背面钝化层(膜)上设置相互平行的开孔或者开槽，在开孔或者开槽上设置与所述开孔或者开槽形状相适配的铝浆，使铝浆全部覆盖开孔或者开槽区域，但保留部分背面钝化膜不被铝浆所覆盖，烧结后在开孔或者开槽区域形成局部铝背场，且所述局部铝背场与所述背电极保持连通，从而形成双面透光的局部铝背场太阳能电池。
[0026]本发明所述开孔或者开槽区域全部被线型铝浆覆盖。其中可以采用丝网印刷的方式，也可以采用溅射的方式在钝化膜上的开孔或者开槽上覆盖铝浆，铝浆的覆盖以覆盖住开孔或者开槽而不覆盖整个钝化膜为准，目的在于制备局部铝背场，形成双面透光的局部铝背场太阳能电池，从而提高太阳能电池的转换效率。
[0027]本发明中的开孔或者开槽，可以相互平行，也可以不相互平行，如可以按照一定的夹角设置。其中开孔或者开槽以相互平行设置有选优方案。
[0028]本发明所述开孔优选为多个，优选相间隔设置，所述开孔的孔径D为l(T200Mffl，相邻两孔的间距PO为10(Tl000Mm。
[0029]本发明所述开槽的宽度Wl优选为l(T200Mffl，相邻两开槽之间的间距Pl优选为20(Tl000Mm。
[0030]本发明中的线型铝浆要和背电极直接连接或者间接通过其他线型铝浆等和背电极连接以便收集电流。
[0031]本发明的有益效果是:本发明提出的双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池，这种结构的太阳电池，其背面钝化层(膜)没有完全被铝浆覆盖，光线能够从电池背面入射并被吸收，增加了光通量，从而提高电池的电流和组件的输出功率，以使电池和组件的光电转换效率得到提高；另外还可以减少铝浆的用量，节约成本。
[0032]以下结合附图和优选实施方案，具体详细说明本发明的其他特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本发明实施例1-4中双面透光局部铝背场晶体硅太阳能电池的截面图，其中5为硅基体；6为发射极；7为正面减反射钝化膜；8为正面电极；9、局部铝背场；1、背面钝化膜；4为背电极；
图2是本发明中实施例1-4中双面透光局部铝背场晶体硅太阳能电池背面接受光入射的示意图，其中9为背面钝化膜，10为背电极；11为局部铝背场，12为入射光线；
图3是本发明实施例1和3中背面开孔示意图，其中图中I为背面钝化膜，2为开孔或开槽；
图4是本发明实施例2和4中背面开槽示意图，图中3为线型铝浆，4为背电极；
图5是本发明实施例1-4中双面透光局部铝背场的背面铝线示意图；
图6是本发明实施例5中提供的双面透光局部铝背场的背面铝线示意图；图7是本发明实施例6中提供的双面透光局部铝背场的背面铝线示意图。
【具体实施方式】
[0034]实施例1
本实施例说明了一种双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池的结构以及其制备方法(电池截面图见图1)，具体步骤如下:
A、选取电阻率在0.1~ΙΟ Ω -cm的轻掺杂的P型单晶硅片，将其置于制绒槽中，在重量百分含量为0.5^5%的氢氧化钠去离子水溶液中，在温度为75、0°C的条件下进行表面织构化形成绒面结构；
B、对硅片表面进行清洗，清洗采用化学溶液进行清洗，化学溶液可以为氢氟酸、硝酸、盐酸、硫酸及其他添加剂的一种或多种混合水溶液，清洗时间可以为0.5飞O分钟，温度可以为5~90。。；
C、将以上制绒片进行清洗后，置于70(Tl00(rC的炉管中进行磷(P)扩散制备η型发射极，扩散时间可以为70-150分钟，扩散后发射极方块电阻为5(T150 Ohms/ □；
D、将上述扩散后硅片利用碱性或酸性湿法刻蚀去除硅片背面的η型扩散层和磷硅玻
璃；
E、背面沉积5~30nm氧化铝(见图2)，再在氧化铝上沉积6(T200nm氮化硅形成叠层钝化膜用于钝化背表面并增加背面光反射；
F、PECVD生长SiNx作为正面钝化膜和减反射层，膜厚可以为75~88nm，折射率可以为1.9-2.3 之间；
G、利用激光的方法在背面钝化膜(I)上开孔(2)，开孔直径D优选为l(T200Mffl，孔间距PO优选为10(Tl000Mm，如图3中所示；
H、背面电极印刷:在硅片背面印刷背电极(4)用于组件焊接，如图5中所示；
1、背面铝线印刷:印刷铝线(即上文所述的线型铝浆，下同)(3)覆盖开孔区域，铝线须要与背电极直接或者间接连接将电流全部收集，铝线宽度W2为2(T2000Mm，线间距P2为200"2000Mm ；
J、正面电极印刷:在硅片磷扩散面(发射极面)上采用丝网印刷方法印刷正面金属电极，所采用的金属为银(Ag);
K、高温快速烧结:将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，优化烧结温度为40(T90(TC，经烧结后正面金属银穿过SiNx钝化减反膜与发射极形成欧姆接触，背面铝线和开孔区域的硅基体反应形成铝硅合金和局部铝背场，从而形成双面透光的局部铝背场太阳能电池，其截面图如图1中所示。
[0035]采用上述方法构成的双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池，包括硅基体(5)，设于硅基体(5)正面的发射极(6)、正面减反射钝化膜(7)和正面电极(8)，以及设于硅基体
(5)背面的背面钝化膜(I)、背电场和背电极(4)，背电场为局部铝背场(9)，其通过在背面钝化膜(I)上开孔或者开槽(2)，在开孔或者开槽区域采用线型铝浆(3)覆盖开孔或者开槽(2)区域，并保留部分背面钝化膜(I)不被铝浆所覆盖，烧结后在开孔或者开槽(2)区域形成局部铝背场(9)，局部铝背场(9)与背电极相连通(4);该太阳能电池通过在晶体硅背面的钝化膜(I)上设置局部铝背场(9)，形成双面透光结构，不仅电池正面能接收和接收入射或者散射的光线，还能使背面也可以能够接收和吸收入射或者散射的光线(12)，从而增加了太阳能电池的光电转换效率。
[0036]按照上述双面透光设计的一组局部背钝化电池的平均电性能数据如表1所示，其中铝线型为本实施例中制备的双面透光局部铝背场太阳能电池，铝浆全覆盖型为其他步骤与本实施例相同，仅铝浆覆盖时，将铝浆料覆盖整个背面钝化膜(层)上，而非本实施例中在开孔区域覆盖铝浆，同时使背面钝化膜上保留有未覆盖铝浆区域，结果表明，相比常规铝浆全覆盖局部背钝化电池，本发明的双面透光局部背钝化电池能够提高太阳能电池的电流，效率提升达到0.0.3%。
[0037]表1实施例1制备的双面透光局部铝背场太阳能电池的性能参数
【权利要求】
1.一种双面透光的局部招背场晶体娃太阳能电池，包括娃基体，设于娃基体正面的发射极、正面减反射钝化膜和正面电极，以及设于硅基体背面的背面钝化膜、背电场和背电极，其特征是:所述背电场为局部铝背场，其通过在背面钝化膜上开孔或者开槽，在开孔或者开槽区域采用线型铝浆覆盖所述开孔或者开槽区域，并保留部分背面钝化膜不被铝浆所覆盖，烧结后在开孔或者开槽区域形成局部铝背场，所述局部铝背场与所述背电极相连通。
2.根据权利要求1所述的双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池，其特征是:所述线型铝浆的宽度W2为20-2000Mm，相邻两线型铝浆的间距P2为200-2000Mm。
3.根据权利要求1所述双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池结构，其特征是:所述开孔或者开槽区域全部被线型铝浆覆盖。
4.根据权利要求1所述双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池结构，其特征是:所述开孔为多个，相间隔设置，所述开孔的孔径D为l0-200Mffl，相邻两孔的间距PO为100-l000Mm。
5. 根据权利要求1所述双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池结构，其特征是:所述开槽的宽度Wl为l0-200Mm，相邻两开槽之间的间距Pl为200-2000Mm。
6.权利要求1-5任一项所述的双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征是:选取晶体硅片，制绒，清洗，磷扩散，去背结，沉积背面钝化膜，沉积正面减反射钝化膜，在背面钝化膜上开孔或开槽，印刷背电极，在开孔或开槽上覆盖线型铝浆，其中保留部分背面钝化膜不被铝浆所覆盖，印刷正面电极，烧结后制成局部铝背场，所述局部铝背场与所述背电极相连通，从而形成双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池。
7.根据权利要求6所述的双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征是:所述线型铝浆的宽度W2为20-2000Mm，相邻两线型铝浆的间距P2为200-2000Mm。
8.根据权利要求6所述的双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征是:所述开孔为多个，相间隔设置，所述开孔的孔径D为l0-200Mffl，孔间距PO为10(Tl000Mm。
9.根据权利要求6所述的双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征是:所述开槽的宽度Wl为10-200μπι，相邻两开槽之间的间距Pl为200-2000μπι。
10.根据权利要求6所述的双面透光的局部铝背场晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征是:所述晶体硅片为P型晶体硅片。
【文档编号】H01L31/0216GK103489934SQ201310440765
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】蒋秀林, 单伟 申请人:晶澳（扬州）太阳能科技有限公司, 晶澳太阳能有限公司