一种n型晶体硅太阳电池的背面电极结构及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，包括N型晶体硅片，在所述N型晶体硅片背表面设有磷扩散层，在所述磷扩散层上设有背面钝化层，在所述背面钝化层中设有穿过所述背面钝化层与所述磷扩散层相接触的点状电极，在所述背面钝化层表面和所述点状电极表面的全部区域或局部区域设有铝层。该背面电极能有效降低N型电池片背面串联电阻，提高电池的填充因子（FF），还可增强对入射光在N型晶体硅背面的反射作用，从而提高电池的短路电流。本发明还公开了上述N型晶体硅太阳电池的背面电极结构的制备方法。
【专利说明】一种N型晶体硅太阳电池的背面电极结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池【技术领域】，具体涉及一种N型晶体硅太阳电池的背面电极结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的如风能、水能、核能、潮汐能等可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁，最普遍，最安全的可替代能源之一。在所有的太阳能电池中，以硅为材料的太阳电池得到了大范围商业推广，这是由于硅材料在地壳中的储量极为丰富，同时硅材料的太阳电池相比其他类型的太阳电池，有着优异的机械性能和稳定的电学性能，可以说，硅材料太阳电池占据着光伏领域的重要位置。因此，各国光伏企业不遗余力的研发高性价比的硅太阳电池。
[0003]传统的太阳电池是利用P型晶体硅材料，在基体正面(受光面)高温磷扩散形成PN结，再沉积SiNx减反膜，正面印刷银电极，背面印刷背电极及铝浆。对于利用这种方法制造的太阳电池，得到的最高光电转换效率普遍在18%左右。此外，在此基础上进行改进的PERC电池，在背面增加了更好的钝化处理，效率可达19?20%，但其最大的缺点就光照衰减较大的问题，暂时没有有效的解决方法。
[0004]相比而言，N型硅材料中，金属杂质与大部分的其他杂质、缺陷对电子的俘获截面要大于对空穴的俘获截面，对于同等级别(如相同杂质浓度)的N型硅和P型硅来说，N型硅的少子寿命要高于P型硅，从理论上讲N型硅材料制造的太阳电池可以得到比P型硅材料制造的太阳电池更高的光电转换效率。更重要的是以N型硅基为材料制造的太阳电池有效避免了光照衰减的问题。
[0005]目前，将N型晶硅太阳电池进行量化生产的外国公司多采用背接触电池及HIT电池结构。前者的特点是正负电极都在背面，正负电极下的区域进行多次掩膜生长及局部扩散，对设备及工艺的精度要求都非常高，HIT电池则需要引进一列薄膜设备价格昂贵，改造成本过高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，该背面电极结构能有效降低N型电池片背面串联电阻，提高电池的填充因子(FF)，还可增强对入射光在N型晶体硅背面的反射作用，从而提高电池的短路电流。
[0007]本发明的目的还在于提供上述N型晶体硅太阳电池的背面电极结构的制备方法，该制备方法无需高精度设备及大量薄膜设备的投入，工艺简单容易实现，成本低。
[0008]本发明的第一个目的是通过以下技术方案来实现的:一种N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，包括N型晶体硅片，在所述N型晶体硅片背表面设有磷扩散层，在所述磷扩散层上设有背面钝化层，在所述背面钝化层中设有穿过所述背面钝化层与所述磷扩散层相接触的点状电极，在所述背面钝化层表面和所述点状电极表面的全部区域或局部区域设有铝层。
[0009]作为本发明的一种优选的实施方式，所述点状电极由呈阵列分布的多个点状电极单元组成，相邻两点状电极单元的间距相同，其中奇数行和偶数行两相邻点状电极单元分布在同一列。
[0010]具体的，如本发明中的背面电极为点状分布，且成矩阵形式均匀分布，该分布可为以正方形四个顶点的点状电极单元的位置为单元，矩阵拓展至整个电池片背面。
[0011]作为本发明的另一种优选的实施方式，所述点状电极由呈阵列分布的多个点状电极单元组成，相邻两点状电极单元的间距相同，其中奇数行两相邻点状电极单元分布在同一列，偶数行两相邻点状电极单元分布在另一列，且这两列点状电极单元不相重合。
[0012]具体的，如本发明中的背面电极为点状分布，且成矩阵形式均匀分布，该分布可以为以正三角形或正六边形的顶点的点状电极单元的位置为单元，矩阵拓展至整个电池片背面。
[0013]本发明所述点状电极单元优选为圆形，所述圆形的直径为0.0Γ2_，进一步优选为0.0Γ0.5mm，相邻两点状电极单元的间距为0.05?10mm，进一步优选为0.05飞mm。
[0014]作为本发明的一种改进，本发明在所述背面钝化层表面和所述点状电极表面上还设有主栅线，在所述背面钝化层和所述点状电极表面上除主栅线外的剩余区域设有铝层，所述主栅线与所述铝层相接触。
[0015]所述主栅线优选为广4根，通过在所述点状电极上设置主栅线，便于焊带焊接，输出电流。
[0016]本发明所述背面钝化层优选为SiNx层、S12层或SiNx/Si02复合层。
[0017]本发明所述背面钝化层的厚度优选为l(T200nm，优选采用薄膜沉积技术如PECVD或PVD等方式制成。
[0018]本发明优选采用丝网印刷方式制成铝层，制成的铝层的厚度优选为0.0005^2mm,或优选采用PVD方式制成铝层，制成的铝层的厚度优选为0.0005^1mm,所述的PVD方式优选包括真空蒸镀镀膜、离子束溅射镀膜或电子束溅射镀膜。
[0019]本发明通过将背面电极结构设置为点状电极，所述点状电极穿过硅片背面的钝化层形成欧姆接触，再用导电铝层覆盖硅片背面，可有效降低N型电池片背面串联电阻，提高电池的填充因子(FF)。硅片背面的铝层结构还可增强对入射光在硅基背面的反射作用，从而提高电池的短路电流。对于目前普遍的传统N型硅太阳电池生产线，只需改变少量的工艺条件，就可直接生产。
[0020]本发明在N型硅基体的前表面上按照常规的方式进行设置即可，比如双面制绒，在前表面设置硼扩散层，钝化层如氧化铝层，减反射层如氮化硅减反射膜以及在正面印刷细栅如银铝细栅线等。
[0021]本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的:上述N型晶体硅太阳电池的背面电极结构的制备方法，包括选取N型晶体硅片，还包括以下步骤:在所述N型晶体硅片的背表面进行磷扩散得磷扩散层，在所述磷扩散层上设置背面钝化层，在所述背面钝化层上印刷点状电极并烘干，再在所述背面钝化层表面和所述点状电极表面的全部区域或局部区域设置铝层并烘干，经烧结后所述点状电极穿过所述钝化层与所述磷扩散层相欧姆接触，制备得N型晶体硅太阳电池的背面电极结构。
[0022]作为本发明的一种优选的实施方式，本发明中N型晶体硅太阳电池的背面电极的制备方法，主要是基于行业内采用的正面PN结的单面电池结构流程改进为:晶体硅双面制绒、正面硼扩散、背面磷扩散、正面Al2O3钝化膜及SiNx减反射膜沉积、背面钝化介质层沉积、正面银铝浆丝网印刷及烘干、背电极点接触丝网印刷及烘干、背铝层的制备、共烧结等。
[0023]其中，丝网印刷背面点状电极的具体过程为:利用丝网印刷在钝化层表面印刷银浆材料形成点状背电极，经烘干烧结，使固化银浆电极穿过钝化介质层与硅片背面形成欧姆接触。
[0024]本发明具有如下优点:
(1)本发明通过将背面电极结构设计成点阵状分布的背面电极，且将所述点状电极与硅片形成欧姆接触，再用易导电铝层覆盖钝化层表面，能有效降低N型电池片背面串联电阻，提高电池的填充因子(FF);
(2)本发明在背面电极上设置铝层可增强对入射光在硅基背面的反射作用，从而提高电池的短路电流；
(3)本发明采用行业内普遍使用的丝网印刷及物理气相沉积(PhysicalVaporDeposit1n, PVD)方法制备背面电极，具有容易实现，效果明显等优点；
(4)本发明背面电极的制备方法，能与现有工艺相兼容，对目前普遍的传统N型硅太阳电池生产线，只需改变少量的工艺条件，就可直接生产，工艺简洁，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例1中制成的电池片的结构示意图，其中I是正面SiNx减反射层；2是Al2O3钝化层；3是正面硼扩散p+区；4是η型硅材料基底；5是背面磷扩散η+区；6是背面钝化介质层；7是背面成点状分布的银电极(或包括背面主栅，图中未画出);8是背面铝层；
图2是本发明实施例2中156mmX 156mm N型单晶硅片背面点状电极的示意图，以正方形顶点位置为单元矩阵拓展后的分布示意图；
图3是本发明实施例2中156mmX 156mmN型单晶背面点状电极，以正三角形或正六边形顶点位置为单元矩阵拓展后的分布示意图；
图4是本发明实施例3中156mmX 156mmN型单晶背面点状电极，以正方形顶点位置为单元矩阵拓展后的分布示意图，在点状电极上设有三根主栅线；
图5是本发明实施例4中156mmX 156mmN型单晶背面点状电极，以正三角形或正六边形顶点位置为单元矩阵拓展后的分布示意图，在点状电极上设有三根主栅线。
【具体实施方式】
[0026]实施例1
如图1所示，一种N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，包括N型晶体硅片，在N型晶体硅片4背表面设有磷扩散层5，在磷扩散层5上设有背面钝化层6，在背面钝化层6中设有穿过背面钝化层6与磷扩散层5相接触的点状电极7，在背面钝化层6及点状电极7的全部表面还设有铝层8。
[0027]在N型晶体硅片4的前表面还设有正面硼扩散层3，在硼扩散层3上设有Al2O3钝化层2，在Al2O3钝化层2上设有正面SiNx减反射层I。
[0028]背电极点接触采用如图2所示的分布样式，由呈阵列分布的多个点状电极单元组成，相邻两点状电极单元的间距相同，其中奇数行和偶数行两相邻两点状电极单元分布在同一列。也可以理解为以正方形四个顶点处的点状电极单位的位置为单元，矩阵拓展至整个电池片背面。
[0029]本实施例在点状背电极设计中没有设置两根或多根主栅线，即整个背面电极只有由矩阵点状电极单元形成的点状电极。
[0030]本实施例中背电极点状电极单元的形状为圆形，直径为0.14mm,点间距为1_，点状电极单元面积占整个电池片背面总面积的百分比为1.5%。
[0031]其中背面钝化层为SiNx钝化增反射膜，采用板式PECVD或管式PECVD制成，膜厚控制在60nm左右。
[0032]本实施例中背部铝层采用普遍的丝网印刷工艺印刷而成，铝层覆盖整个电池片背面，铝层厚度约为0.1mm，铝浆材料，导电性能良好，不会在烧结后损伤SiNx的材料。
[0033]本实施例上述N型晶体硅太阳电池的背面电极结构的制备方法如下:选取N型晶体硅片，经过常规的双面制绒、正面硼扩散、背面磷扩散、正面镀Al2O3钝化层及SiNx减反射膜后，再在背面磷扩散层上采用板式PECVD或管式PECVD制备背面钝化介质层、丝网印刷正面银铝浆及烘干、丝网印刷背电极点状电极及烘干、丝网印刷背铝层及烘干、最后共烧结，制备得N型晶体硅太阳电池的背面电极。
[0034]实施例2
如图1所示，一种N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，包括N型晶体硅片，在N型晶体硅片4背表面设有磷扩散层5，在磷扩散层5上设有背面钝化层6，在背面钝化层6中设有穿过背面钝化层6与磷扩散层5相接触的点状电极7，在背面钝化层6及点状电极7表面的全部区域设有铝层8。
[0035]在N型晶体硅片4的前表面还设有正面硼扩散层3，在硼扩散层3上设有Al2O3钝化层2，在Al2O3钝化层2上设有正面SiNx减反射层I。
[0036]背电极点接触采用如图3所示的分布样式，由呈阵列分布的多个点状电极单元组成，相邻两点状电极单元的间距相同，其中奇数行两相邻点状电极单元分布在同一列，偶数行两相邻点状电极单元分布在另一列，且这两列点状电极单元不相重合，也可以理解为以正三角形或正六边形顶点位置为单元，矩阵拓展至整个电池片背面。
[0037]本实施例在点状背电极设计中没有设置两根或多根主栅线，即整个背面电极只有由矩阵点状电极单元形成的点状电极。
[0038]本实施例中背电极点状电极单元的形状为圆形，直径为0.14mm,点间距为1mm，点状电极单元面积占整个电池片背面总面积的百分比为1.8%。
[0039]其中背面钝化层为SiNx钝化增反射膜，采用板式PECVD或管式PECVD制成，膜厚控制在60nm左右。
[0040]本实施例中背部铝层采用普遍的丝网印刷工艺印刷而成，铝层覆盖整个电池片背面，铝层厚度约为0.1mm，铝浆材料，导电性能良好，不会在烧结后损伤SiNx的材料。
[0041]本实施例上述N型晶体硅太阳电池的背面电极结构的制备方法如下:选取N型晶体硅片，经过常规的双面制绒、正面硼扩散、背面磷扩散、正面镀Al2O3钝化层及SiNx减反射膜后，再在背面磷扩散层上采用板式(或管式)PECVD制备背面钝化介质层、丝网印刷正面银铝浆及烘干、丝网印刷背电极点状电极及烘干、丝网印刷背铝层及烘干、最后共烧结，制备得N型晶体硅太阳电池的背面电极。
[0042]实施例3
如图1所示，一种N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，包括N型晶体硅片，在N型晶体硅片4背表面设有磷扩散层5，在磷扩散层5上设有背面钝化层6，在背面钝化层6中设有穿过背面钝化层6与磷扩散层5相接触的点状电极7，在背面钝化层6及点状电极表面的局部区域设有铝层8。
[0043]在N型晶体硅片4的前表面还设有正面硼扩散层3，在硼扩散层3上设有Al2O3钝化层2，在Al2O3钝化层2上设有正面SiNx减反射层I。
[0044]背电极点接触采用如图2所示的分布样式，由呈阵列分布的多个点状电极单元组成，相邻两点状电极单元的间距相同，其中奇数行和偶数行两相邻点状电极单元分布在同一列。也可以理解为以正方形四个顶点处的点状电极单位的位置为单元，矩阵拓展至整个电池片背面。
[0045]本实施例中背电极点状电极单元的形状为圆形，直径为0.05mm,点间距为0.5mm,点状电极单元面积占整个电池片背面总面积的百分比为0.8%。
[0046]本实施例在点状背电极设计中设置三根主栅线，如图4中所示，先完成点状电极的印刷，再进行三根主栅线的印刷，也可以将点状电极和主栅线同时印刷，在三根主栅线的表面不再设置铝层，即铝层覆盖在除主栅线外的背面钝化层和点状电极表面的剩余区域，且主栅线与铝层相接触，三根主栅线采用普遍运用的1.2mm宽的实心主栅，主栅面积占整个电池片背面面积的百分比为2.3%。
[0047]三根主栅线可以设置在点状电极的表面，也可以直接设置在背面钝化层的表面，还可以同时设置在点状电极和背面钝化层的部分表面。
[0048]其中背面钝化层为S12层钝化增反射膜，采用板式PECVD制成，膜厚控制在180nm左右。
[0049]本实施例中背部铝层采用真空蒸镀镀膜方式制成铝层，铝层的厚度为0.5mm，铝层设置在N型硅晶体背表面上除去主栅线外的其他整个区域，沉积的铝膜材料要求导电性能良好，不会在烧结后损伤SiNx介质膜。
[0050]本实施例上述N型晶体硅太阳电池的背面电极结构的制备方法如下:选取N型晶体硅片，经过常规的双面制绒、正面硼扩散、背面磷扩散、正面镀Al2O3钝化层及SiNx减反射膜后，再在背面磷扩散层上采用板式PECVD制备背面钝化层、丝网印刷正面银铝浆及烘干、丝网印刷背电极点状电极及烘干、丝网印刷三根主栅线及烘干、真空蒸镀镀膜制备铝层、最后共烧结，制备得N型晶体硅太阳电池的背面电极。
[0051]实施例4
如图1所示，一种N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，包括N型晶体硅片，在N型晶体硅片4背表面设有磷扩散层5，在磷扩散层5上设有背面钝化层6，在背面钝化层6中设有穿过背面钝化层6与磷扩散层5相接触的点状电极7，在背面钝化层6表面的局部区域设有铝层8。
[0052]在N型晶体硅片4的前表面还设有正面硼扩散层3，在硼扩散层3上设有Al2O3钝化层2，在Al2O3钝化层2上设有正面SiNx减反射层I。
[0053]背电极点接触采用如图5所示的分布样式，由呈阵列分布的多个点状电极单元组成，相邻两点状电极单元的间距相同，其中奇数行两相邻两点状电极单元分布在同一列，偶数行两相邻点状电极单元分布在另一列，且这两列点状电极单元不相重合，也可以理解为以正三角形或正六边形顶点位置为单元，矩阵拓展至整个电池片背面。
[0054]本实施例中背电极点状电极单元的形状为圆形，直径为0.18mm,点间距为1.7mm,点状电极单元面积占整个电池片背面总面积的百分比为1.0%。
[0055]本实施例在点状背电极设计中设有三根主栅线，先完成点状电极的印刷，再进行三根主栅线的印刷。在三根主栅线的表面不再设置铝层，即铝层覆盖在除主栅线外的背面钝化层及点状电极表面的剩余区域，且主栅线与所述的铝层相接触，三根主栅线采用普遍运用的1.2mm宽的实心主栅，主栅面积占整个电池片背面面积的百分比为2.3%。
[0056]三根主栅线可以设置在点状电极的表面，也可以直接设置在背面钝化层的表面，还可以同时设置在点状电极和背面钝化层的部分表面。
[0057]其中背面钝化层为SiNx/Si02复合层钝化增反射膜，采用PVD制成，膜厚控制在10nm左右。
[0058]本实施例中背部铝层采用离子束溅射镀膜制成，铝层厚度约为0.6mm，钝化膜设置在N型硅晶体背表面上除去主栅线外的其他整个区域，沉积的铝膜材料要求导电性能良好，不会在烧结后损伤SiNx介质膜。
[0059]本实施例上述N型晶体硅太阳电池的背面电极结构的制备方法如下:选取N型晶体硅片，经过常规的双面制绒、正面硼扩散、背面磷扩散、正面镀Al2O3钝化层及SiNx减反射膜后，再在背面磷扩散层上采用PVD制备背面钝化层、丝网印刷正面银铝浆及烘干、丝网印刷背电极点状电极及烘干、丝网印刷三根主栅线及烘干、离子束溅射镀膜制备铝层、最后共烧结，制备得N型晶体硅太阳电池的背面电极。
[0060]实施例5
与实施例1不同的是，背电极点状电极单元的直径为0.24mm,间距为1.0mm,点状电极单元面积占整个电池片背面面积的百分比为4.5% ;背部铝层采用物理气相沉积(PVD)薄膜沉积技术，覆盖整个电池片背面，背面铝层的厚度为0.004mm。
[0061]实施例6
与实施例2不同的是，背电极点状电极单元的直径为0.20mm,间距为0.8mm,点状电极单元面积占整个电池片背面面积的百分比为5.7% ;背部铝层采用物理气相沉积(PVD)薄膜沉积技术，覆盖整个电池片背面，其厚度为0.08mm。
[0062]本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对妨碍上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，包括N型晶体硅片，其特征是:在所述N型晶体硅片背表面设有磷扩散层，在所述磷扩散层上设有背面钝化层，在所述背面钝化层中设有穿过所述背面钝化层与所述磷扩散层相接触的点状电极，在所述背面钝化层表面和所述点状电极表面的全部区域或局部区域设有铝层。
2.根据权利要求1所述的N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，其特征是:所述点状电极由呈阵列分布的多个点状电极单元组成，相邻两点状电极单元的间距相同，其中奇数行和偶数行两相邻点状电极单元分布在同一列。
3.根据权利要求1所述的N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，其特征是:所述点状电极由呈阵列分布的多个点状电极单元组成，相邻两点状电极单元的间距相同，其中奇数行两相邻点状电极单元分布在同一列，偶数行两相邻点状电极单元分布在另一列，且这两列点状电极单元不相重合。
4.根据权利要求2或3所述的N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，其特征是:所述点状电极单元为圆形，所述圆形的直径为0.0f 2mm，相邻两点状电极单元的间距为0.05?10mm。
5.根据权利要求4所述的N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，其特征是:所述圆形的直径为0.0Γ0.5mm，相邻两点状电极单元的间距为0.05飞mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的N型晶体硅太阳电池的背面电极，其特征是:在所述背面钝化层表面和所述点状电极表面上还设有主栅线，在所述背面钝化层和所述点状电极表面上除主栅线外的剩余区域设有铝层，所述主栅线与所述铝层相接触。
7.根据权利要求1所述的N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，其特征是:所述背面钝化层为SiNx层、S12层或SiNx/Si02复合层。
8.根据权利要求7所述的N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，其特征是:所述背面钝化层的厚度为l(T200nm，采用PECVD或PVD方式制成。
9.根据权利要求1所述的N型晶体硅太阳电池的背面电极结构，其特征是:采用丝网印刷方式制成铝层，制成的铝层的厚度为0.0005?2mm，或采用PVD方式制成铝层，制成的铝层的厚度为0.0005?1mm，所述的PVD方式包括真空蒸镀镀膜、离子束溅射镀膜或电子束溅射镀膜。
10.根据权利要求1-5任一项所述的N型晶体硅太阳电池的背面电极结构的制备方法，包括选取N型晶体硅片，其特征是还包括以下步骤:在所述N型晶体硅片的背表面进行磷扩散得磷扩散层，在所述磷扩散层上设置背面钝化层，在所述背面钝化层上印刷点状电极并烘干，再在所述背面钝化层表面和所述点状电极表面的全部区域或局部区域设置铝层并烘干，经烧结后所述点状电极穿过所述钝化层与所述磷扩散层相欧姆接触，制备得N型晶体硅太阳电池的背面电极结构。
【文档编号】H01L31/04GK104241446SQ201410433622
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】徐礼, 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