全背电极太阳电池结构及其制备方法与流程

本发明涉及一种全背电极太阳电池结构及其制备方法。

背景技术：

太阳电池永恒的发展方向是提高效率和降低成本。全背电极(又叫ibc，interdigitatedbackcontact指交叉背接触)太阳电池作为一种高效太阳电池结构，其高效率前景已被广泛认识。目前，全背电极太阳电池的制备难点在于背面图形化过程，要在背面形成交替排列的p型区和n型区，通常需要多次掩膜与图形化过程。对于普通扩散，想要在特定的局部区域形成扩散层，就需要先在硅片上形成具有相反图案的掩膜层，用于阻挡扩散过程中杂质的进入而达到局部掺杂的目的。

通常，可以用光刻或者丝网印刷的方法来形成掩膜图形，前者昂贵，不适合工业化生产。丝网印刷的方法最贴近工业化生产，但是需要用到刻蚀浆料或者阻挡型浆料，此种浆料本身的刻蚀性能和稳定性仍未得到良好的解决，且对环境温湿度敏感，不利于稳定的图形控制。同时，用丝网印刷的方法形成的图形受限于丝网印刷能力，如对准的精度问题，印刷重复性问题等，给电池结构设计提出了一定的要求，在一定的参数条件下，较小的pn间距和金属接触面积能带来电池效率的提升，因此，丝网印刷的方法，需在工艺重复可靠性和电池效率之间找到平衡点。

激光是解决丝网印刷局限性的一条途径。无论是间接刻蚀掩膜(利用激光的高能量使局部固体硅升华成为气相，从而使附着在该部分硅上的薄膜脱落)，还是直接刻蚀(如sinx吸收紫外激光能量而被刻蚀)，激光的方法都可以得到比丝网印刷更加细小的电池单位结构，更小的金属接触开孔和更灵活的设计。需要留意的是激光加工带来的硅片损伤，以及对接触电阻的影响；另外，精准对位是激光设备的必要条件，如果不采用scanner方式的激光头，其加工时间往往较长，平均每片电池片的激光加工需耗时几分钟到十几分钟，生产效率低，目前只适合研发应用。

离子注入作为一种稳定可靠的掺杂方式，已被半导体行业青睐多年。随着光伏行业离子注入设备的发展，应用离子注入的方法来制备ibc电池的优势逐渐显现出来。普通的离子注入通常为全面注入，图形化的形成仍然依靠外加掩膜层，比如厚的氧化硅或氮化硅介质膜或者光刻胶来阻挡部分区域的注入离子进入硅片内部。

上述问题是在全背电极太阳电池的生产过程中应当予以考虑并解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种全背电极太阳电池结构及其制备方法，解决现有技术中存在的电池背面图形化工艺复杂，p、n接触区处漏电，工艺重复可靠性不理想，生产效率低等问题。

本发明的技术解决方案是：

一种全背电极太阳电池结构，包括n型单晶衬底，n型单晶衬底的正面形成金字塔绒面，金字塔绒面上设置有前表面场掺杂层，前表面场掺杂层上设置有正面钝化减反膜；n型单晶衬底的背面形成抛光面，背面抛光面上设有掺杂图形层，掺杂图形层包括p型掺杂区和n型掺杂区，且p型掺杂区与n型掺杂区之间由非掺杂区域隔开，掺杂图形层上设置背面钝化膜，背面钝化膜设置多个接触孔，金属电极通过接触孔分别与p型掺杂区、n型掺杂区形成金属接触。

进一步地，n型单晶衬底的背面设有交替排列的线状p型掺杂区和线状n型掺杂区，或，n型单晶衬底的背面设有被p型掺杂区环绕的点状或块状n型掺杂区，或，n型单晶衬底的背面设有被n型掺杂区环绕的点状或块状p型掺杂区。

进一步地，n型单晶衬底的背面设有交替排列的重复间距为0.5-3mm的p型掺杂区和n型掺杂区。

进一步地，背面p型掺杂区的面积占比为50％-80％，背面n型掺杂区面积占比为10％-50％，非掺杂区域的面积比例为0％-20％，p型掺杂区方阻为50-200ω/□，n型掺杂区方阻为20-100ω/□，前表面场掺杂层的方阻为100-1000ω/□。

进一步地，正面钝化减反膜采用sinx薄膜、sio2薄膜、sioxny薄膜中的一种或者多种叠层构成；如单层sinx，或叠层sinx，或sio2/sinx，sio2/sinx/sio2，sinx/sinxoy等叠层膜结构。背面钝化减反膜采用alox薄膜、sinx薄膜、sio2薄膜、sioxny薄膜、非晶硅薄膜、多晶硅薄膜中的一种或者多种叠层构成；如alox/sinx钝化膜，或者sio2/alox/sinx钝化膜、sio2/alox/sinx/sinxoy叠层膜结构，或者非晶硅/多晶硅薄膜与alox/sio2/sinx/sinxoy的组合结构。

进一步地，金属电极包括细栅线和主栅线，主栅线垂直于细栅线，细栅线包括正极细栅线和负极细栅线，主栅线包括正极主栅线和负极主栅线，细栅线为分段式，相反极性的主栅线与细栅线通过间隔设置，即主栅线设于相反极性的细栅线的分段处。

进一步地，细栅线的分段处的断开距离为0.05-0.3mm，达到不同极性电极之间的隔离效果。主栅线对数为2对-20对。

进一步地，金属电极包括细栅线和主栅线，主栅线垂直于细栅线，细栅线包括正极细栅线和负极细栅线，主栅线包括正极主栅线和负极主栅线，细栅线为连线直线形，相反极性的主栅线与细栅线通过绝缘层相互绝缘。

进一步地，主栅线对数为2对-10对。

一种上述全背电极太阳电池结构的制备方法，包括以下步骤，

s1、对n型单晶硅片进行前处理，形成正面为金字塔绒面，背面为抛光面的单面抛光制绒结构；

s2、通过背面两次定域离子注入来实现复杂的图形化过程，具体为，通过在硅片上方设置具有掺杂图形的掩模版实现硅片背面的局部定域硼注入，形成p型掺杂区域；通过在硅片上方设置具有掺杂图形的掩模版实现硅片背面的局部定域磷注入，形成n型掺杂区域；且掩模版的掺杂图形中，p型掺杂区域和n型掺杂区域间由非掺杂区域隔开；

s3、在经过硅片的离子注入后，进行共退火或者分步退火处理；

s4、在金字塔绒面上进行磷掺杂形成前表面场掺杂层；

s5、对经过退火处理的衬底进行清洗，然后在背面形成背面钝化减反膜，在正面形成正面钝化减反膜；或者，在对衬底进行清洗后对硅片进行中低温热氧化处理，先在两面形成第一氧化硅层，然后制备正面钝化减反膜、背面钝化减反膜；

s6、对背面钝化减反膜进行开孔处理，在p型掺杂区域和n型掺杂区域分别开出接触孔；

s7、制作金属电极，金属电极通过接触孔分别与p型掺杂区、n型掺杂区形成金属接触。

进一步地，步骤s4中，磷掺杂采用局部定域离子方法，注入后进行退火处理。

进一步地，步骤s4中，磷掺杂采用磷扩散方式，具体为：在经过退火处理的硅片上生长第二氧化硅层，然后去除硅片正面的第二氧化硅层，对硅片进行轻掺杂磷扩散处理，在正面形成前表面场掺杂层，背面的第二氧化硅层作为扩散阻挡层。

进一步地，步骤s6中，接触孔采用直线、线段或点状，接触孔采用浆料刻蚀、阻挡层刻蚀或激光开膜形成。

本发明的有益效果是：该种全背电极太阳电池结构及其制备方法，相比于现有技术方案，本发明背面图形化工艺中不需要额外的掩膜层工艺，通过背面两次定域离子注入来实现复杂的图形化过程，简化了背面图形化工艺实现方式，减少了电池制备过程中的热过程，缩短了工艺流程，更适合大规模产业化生产。同时，本发明电池效率较高，p、n接触区处不存在漏电问题，提高了电池可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例全背电极太阳电池结构的示意图；

图2是实施例中线状p型掺杂区与线状n型掺杂区的结构示意图；

图3是实施例中点状n型掺杂区被p型掺杂区环绕的结构示意图；

图4是实施例中块状n型掺杂区被p型掺杂区环绕的结构示意图；

图5是实施例中块状p型掺杂区被n型掺杂区环绕的结构示意图；

图6是实施例中细栅线采用分段式的结构示意图；

图7是实施例中主栅线、细栅线与绝缘层的结构示意图；

图8是实施例中背面图形化的过程示意图；

其中：1-单晶衬底，2-金字塔绒面，3-前表面场掺杂层，4-正面钝化减反膜，5-p型掺杂区，6-n型掺杂区，7-非掺杂区域，8-背面钝化膜，9-金属电极；

11-正极主栅线，12-负极主栅线，13-正极细栅线，14-负极细栅线，15-绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

一种全背电极太阳电池结构，如图1，包括n型单晶衬底1，n型单晶衬底1的正面形成金字塔绒面2，金字塔绒面2上设置有前表面场掺杂层3，前表面场掺杂层3上设置有正面钝化减反膜4；n型单晶衬底1的背面形成抛光面，背面抛光面上设有掺杂图形层，掺杂图形层包括p型掺杂区5和n型掺杂区6，且p型掺杂区5与n型掺杂区6之间由非掺杂区域7隔开，掺杂图形层上设置背面钝化膜8，背面钝化膜8设置多个接触孔，金属电极9通过接触孔分别与p型掺杂区5、n型掺杂区6形成金属接触。实施例电池效率较高，p、n接触区处不存在漏电问题。

如图2，n型单晶衬底1的背面设有交替排列的重复间距为0.5-3mm的线状p型掺杂区5和线状n型掺杂区6，或，如图3和图4，n型单晶衬底1的背面设有被p型掺杂区5环绕的点状或块状n型掺杂区6，或，如图5，n型单晶衬底1的背面设有被n型掺杂区6环绕的点状或块状p型掺杂区5。

背面p型掺杂区5的面积占比为50％-80％，背面n型掺杂区6面积占比为10％-50％，非掺杂区域7的面积比例为0％-20％，p型掺杂区5方阻为50-200ω/□，n型掺杂区6方阻为20-100ω/□，前表面场掺杂层3的方阻为100-1000ω/□。

正面钝化减反膜4采用sinx薄膜、sio2薄膜、sioxny薄膜中的一种或者多种叠层构成。如单层sinx，或叠层sinx，或sio2/sinx，sio2/sinx/sio2，sinx/sinxoy等叠层膜结构。

背面钝化减反膜采用alox薄膜、sinx薄膜、sio2薄膜、sioxny薄膜、非晶硅薄膜、多晶硅薄膜中的一种或者多种叠层构成。如alox/sinx钝化膜，或者sio2/alox/sinx钝化膜、sio2/alox/sinx/sinxoy叠层膜结构，或者非晶硅/多晶硅薄膜与alox/sio2/sinx/sinxoy的组合结构。alox的制备方法可以是ald方法，也可以是pecvd方法。

如图6，金属电极9包括细栅线和主栅线，主栅线垂直于细栅线，细栅线包括正极细栅线13和负极细栅线14，主栅线包括正极主栅线11和负极主栅线12，主栅线对数为2对-20对，图6中为优选4对。细栅线为分段式，相反极性的主栅线与细栅线通过间隔设置，即主栅线设于相反极性的细栅线的分段处。细栅线的分段距离为0.05-0.3mm，达到不同极性电极之间的隔离效果。

如图7，金属电极9包括细栅线和主栅线，主栅线垂直于细栅线，细栅线包括正极细栅线13和负极细栅线14，主栅线包括正极主栅线11和负极主栅线12，细栅线为连线直线形，相反极性的主栅线与细栅线通过绝缘层15相互绝缘。绝缘层15位于主栅线下方、覆盖于相反极性细栅线上，绝缘层15呈线段状。通过绝缘层15来达到隔离相反极性电极的效果。主栅线对数为2对-10对。图7中为优选4对。

一种上述全背电极太阳电池结构的制备方法，包括以下步骤，

s1、对n型单晶硅片进行前处理，形成正面为金字塔绒面2，背面为抛光面的单面抛光制绒结构；

s2、通过在硅片上方设置具有掺杂图形的掩模版实现硅片背面的局部定域硼注入，形成p型掺杂区5域；通过在硅片上方设置具有掺杂图形的掩模版实现硅片背面的局部定域磷注入，形成n型掺杂区6域；且掩模版的掺杂图形中，p型掺杂区5域和n型掺杂区6域间由非掺杂区域7隔开，如图8；

s3、在经过硅片的离子注入后，进行共退火或者分步退火处理；

s4、在金字塔绒面2上进行磷掺杂形成前表面场掺杂层3；

s5、对经过退火处理的衬底进行清洗，然后在背面形成背面钝化减反膜，在正面形成正面钝化减反膜4；或者，在对衬底进行清洗后对硅片进行中低温热氧化处理，先在两面形成第一氧化硅层，然后制备正面钝化减反膜4、背面钝化减反膜；

s6、对背面钝化减反膜进行开孔处理，在p型掺杂区5域和n型掺杂区6域分别开出接触孔；

s7、制作金属电极9，金属电极9通过接触孔分别与p型掺杂区5、n型掺杂区6形成金属接触。

实施例不采用任何设置于硅片上的掩膜层结构，直接通过设置于离子注入机器内部，位于硅片上方的掩模版来实现局部定域的离子注入掺杂。实施例采用掩模板定域离子注入，直接在注入的时候形成图形，不需要外加掩膜层，简化了图形化工艺流程。背面通过掩模版上的掺杂图形进行定域离子注入，形成具有p型掺杂区5和n型掺杂区6，且p型掺杂区5和n型掺杂区6间通过非掺杂区域7隔开。掺杂图形采用排列设置的线状、点状或块状等。其背面掺杂工艺流程及剖面图见图8。

实施例中，对于通过定域离子注入形成的掺杂结构，通过共退火或者分步退火的方式对注入损伤进行修复，并激活杂质原子，同时调节掺杂曲线。

实施例中，金属电极9与p型掺杂区5和n型掺杂区6的金属接触，可以通过丝网印刷、电镀或者蒸发等方法形成。

实施例中，前表面场掺杂层3的形成方法不受限制，可以是炉管扩散、apcvd方法或离子注入掺杂方法，其方阻在100-1000ω/□。

实施例一

对n型单晶硅片进行前处理，形成正面为金字塔绒面2，背面为抛光面的单面抛光制绒结构。

在绒面上进行整面低剂量磷离子注入，用于形成前表面场掺杂层3。

在背面需要形成p型掺杂区5域的地方进行硼注入。硼注入通过在硅片上方设置具有掺杂图形的掩模版来实现局部定域注入。

在背面需要形成n型掺杂区6域的地方进行磷注入。磷注入通过在硅片上方设置具有掺杂图形的掩模版来实现局部定域注入。硼注入和磷注入的掩模版图形呈交替排列，如图2，通过掩模版图形设计来形成介于硼注入与磷注入区域中间的非掺杂区域7。

对经过三次注入的衬底进行共退火处理。

对经过共退火处理的衬底进行清洗，然后在背面形成钝化膜8，钝化膜结构为alox/sinx，在正面形成正面钝化减反膜4，结构为单层或叠层sinx。也可以在清洗后对硅片进行中低温热氧化处理，先在两面形成一层几纳米厚度的第一氧化硅层，然后再进行正面钝化减反膜4和背面钝化减反膜的制备，在正面形成sio2/sinx结构，背面形成sio2/alox/sinx结构。

对背面钝化减反膜8进行开孔处理，在p型掺杂区5域和n型掺杂区6域分别开出接触孔。

制作金属电极9，丝网印刷金属接触浆料，烧结，测试。

实施例二

对n型单晶硅片进行前处理，形成正面为金字塔绒面2，背面为抛光面的单面抛光制绒结构。

在绒面上进行带有mark点的低剂量磷离子注入，用于形成前表面场掺杂层3。mark点可以设置于位于硅片上方的掩模版上，将mark点的部位留出不进行注入，这样在注入与未注入之间由于衬度不同会有差别，通过设置于注入机腔体下方的相机可以捕捉到mark点，用于后续定域注入的对位点，提高对位精度。

以正面mark点为对位点，在背面需要形成p型掺杂区5域的地方进行硼注入。硼注入通过在硅片上方设置具有掺杂图形的掩模版来实现局部定域注入。

对经过前表面场掺杂层3和p型区注入的衬底进行第一次退火处理。

对经过第一次退火处理的硅片进行清洗，然后以正面mark点为对位点，在背面需要形成n型掺杂区6域的地方进行磷注入。磷注入通过在硅片上方设置具有掺杂图形的掩模版来实现局部定域注入。硼注入和磷注入的掩模版图形呈交替排列，通过掩模版图形设计来形成介于硼注入与磷注入区域中间的非掺杂区域7。

对硅片进行第二次退火处理，其中第二次退火处理的温度低于第一次退火处理。

对经过两次退火处理的衬底进行清洗，然后在背面形成背面钝化减反膜8，背面钝化减反膜结构为alox/sinx，在正面形成正面钝化减反膜4，结构为单层或叠层sinx。也可以在清洗后对硅片进行中低温热氧化处理，先在两面形成一层几纳米厚度的第一氧化硅层，然后再进行正面钝化减反膜4、背面钝化减反膜制备，在正面形成sio2/sinx结构，背面形成sio2/alox/sinx结构。

对背面钝化膜8进行开孔处理，在p型掺杂区5域和n型掺杂区6域分别开出接触孔。

制作金属电极9，丝网印刷金属接触浆料，烧结，测试。

实施例三

对n型单晶硅片进行前处理，形成正面为金字塔绒面2，背面为抛光面的单面抛光制绒结构。

在背面需要形成p型掺杂区5域的地方进行硼注入。硼注入通过在硅片上方设置具有掺杂图形的掩模版来实现局部定域注入。

在背面需要形成n型掺杂区6域的地方进行磷注入。磷注入通过在硅片上方设置具有掺杂图形的掩模版来实现局部定域注入。硼注入和磷注入的掩模版图形呈交替排列，通过掩模版图形设计来形成介于硼注入与磷注入区域中间的非掺杂区域7。

对经过两次注入的硅片进行退火处理，修复注入损伤，激活杂质原子，同时在硅片上生长一层第二氧化硅层。

去除硅片正面的第二氧化硅层，对硅片进行轻掺杂磷扩散处理，在正面形成前表面场掺杂层3。背面的氧化硅层作为扩散阻挡层，阻挡在背面的扩散。

对硅片进行去psg和清洗处理，然后在背面形成背面钝化减反膜8，背面钝化减反膜结构为alox/sinx，在正面形成正面钝化减反膜4，结构为单层或叠层sinx。也可以在清洗后对硅片进行中低温热氧化处理，先在两面形成一层几纳米厚度的第一氧化硅层，然后再进行正面钝化减反膜4、背面钝化减反膜制备，在正面形成sio2/sinx结构，背面形成sio2/alox/sinx结构。

对背面钝化减反膜8进行开孔处理，在p区和n区分别开出接触孔。

制作金属电极9，丝网印刷金属接触浆料，烧结，测试。

实施例中，可变换离子注入的先后顺序以及退火顺序和退火次数。

实施例方法通过设置于离子注入机器内的掩模版，可以在硅片上形成定域的选择性离子注入掺杂。这样，电池的p区和n区可以通过掩模版实现分别注入，再加上前表面场的注入，不需要丝网印刷或者激光方法所用到的掩膜层。通过定域离子注入，只需设计对应的掩模版尺寸，便可以简便地形成带gap区域即带非掺杂区域7的背面图形，有效解决p、n接触区处的漏电问题，不需要额外的掩膜层。离子注入掩膜版的使用周期长，通常使用寿命为半年到一年，有利于工艺的稳定控制，同时节约了耗材。同时，只需要在离子注入完成后进行一步高温退火过程来将杂质激活并推进到硅片内部，同时修复由于高能离子注入所引起的硅片表面晶格损伤，从而节约了两步高温扩散过程，也降低了能耗。实施例全背电极太阳电池制备流程简单，有利于大规模工业化生产。