太阳能电池及其制作工艺的制作方法

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种具有双面发射结的太阳能电池及其制作工艺。

背景技术：

太阳能作为一种新兴能源，与传统的化石燃料相比，具有取之不尽用之不竭、清洁环保等各方面的优势。太阳能发电装置又称为太阳能电池或光伏电池，可以将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体pn结的光生伏特效应，当光到达电池表面后，被吸收从而产生电子-空穴对，即光生载流子，在内建电场的作用下，光生载流子必须穿过整个硅片衬底才能被收集到。在这一穿越的过程中，光生载流子不可避免的会被缺陷等复合中心俘获，从而湮灭。光伏行业对于这一问题的传统解决方案通常是对硅片表面进行良好的、极致的钝化，减少缺陷等复合中心，使得光生载流子在湮灭之前就被收集到，从而提高电池转换效率。但无论是多好的钝化，复合中心的存在都是不可避免的，这就极大地影响了光电转换效率的提高程度。

技术实现要素：

基于此，有必要针对太阳能电池的光电转换效率问题，提供一种具有双面发射结的太阳能电池及其制作工艺。

一种太阳能电池，所述太阳能电池的硅片为n型单晶硅片或p型单晶硅片，所述硅片表面具有金字塔结构绒面，所述硅片的正面和反面均具有电极和发射结，所述发射结由位于硅片表面的p+区和n+区所形成。

上述太阳能电池，由于其正面和反面都具有pn结，因此产生的光生载流子在内建电场的作用下，迅速被收集起来，不需要穿过整个硅片衬底，这样可以有效提高光电转换效率，同时避免了p型单多晶perc电池、以及al-bsf电池所存在的热衰减现象。并且，由于具有双面发射结的特点，在实际发电过程中，一天中会有两次峰值输出，具有更高的发电量，显著降低了发电成本。

在其中一个实施例中，所述硅片的正面和/或反面具有通过选择性掺杂形成的重掺杂的p++区和轻掺杂的所述p+区和/或重掺杂的n++区和轻掺杂的所述n+区。

通过上述选择性掺杂方式在太阳能电池正面和/或反面形成选择性掺杂结构，可以有效的降低复合，光生载流子被湮灭的几率进一步被降低，因此更多的载流子被收集起来，极大的提高了电池的光电转换效率。

在其中一个实施例中，在进行选择性掺杂后，所述p++区和所述n++区的方阻为10-100ohm/sq，所述p+区和所述n+区的方阻为100-1000ohm/sq。

本发明还提供了一种太阳能电池的制作工艺，包括以下步骤：对原料硅片的正面和反面分别进行碱制绒，形成金字塔结构绒面，所述原料硅片为n型单晶硅片或p型单晶硅片；在具有金字塔结构绒面的硅片的正面的不同区域分别通过掺杂形成p+区和n+区，并在具有金字塔结构绒面的硅片的反面的不同区域分别通过掺杂形成p+区和n+区；对p+区和n+区分别进行钝化处理；在钝化处理后的硅片的正面和反面分别制备电极，得到太阳能电池。

上述太阳能电池的制作工艺，适合大规模工业化生产，所制得的太阳能电池具有较高的光电转换效率。

在其中一个实施例中，所述在对原料硅片的正面和反面分别进行碱制绒前还包括对所述原料硅片进行清洗，以去除原料硅片表面的损伤层的步骤。

在其中一个实施例中，述掺杂的方式选自扩散法、离子注入沉积法和常压化学气相沉积法中的一种。

在其中一个实施例中，所述掺杂的方式为扩散法，其工艺为：先在扩散炉中进行单面硼或磷扩散，然后按照喷蜡图形进行喷蜡制备掩膜，再通过单面刻蚀设备中的hf与hno3的混合溶液刻蚀掉未被掩膜遮蔽区域的硼或磷，从而在被遮蔽区域形成p+区或n+区。

在其中一个实施例中，在对具有金字塔结构绒面的硅片的正面和反面的p+区和n+区分别进行钝化处理前，还包括通过激光掺杂工艺在p+区和/或n+区的局部形成重掺杂的p++区和/或n++区的步骤。

在其中一个实施例中，所述激光掺杂工艺为：先在p+区或n+区表面通过离子注入方式形成一层富硼源或富磷源，经激光照射将表面的硼或磷打入硅片内部，随后将硅片浸泡于碱性清洗溶液中进行清洗，最后退火，形成重掺杂的p++区或n++区。

在其中一个实施例中，所述激光照射的激光功率为10-50w，激光波长为532nm；碱性清洗溶液选自氨水和双氧水的混合溶液、koh溶液、和四甲基氢氧化铵溶液中的任意一种；形成p++区所需的退火温度为900-1000℃，形成n++区所需的退火温度为500-1000℃。

附图说明

图1为本发明实施例1的电池结构示意图；

其中，1-n型硅片，2-p+区，3-p++区，4-n+区，5-n++区，6-ag/al电极，7-ag电极。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

一种太阳能电池，所述太阳能电池的硅片为n型单晶硅片或p型单晶硅片，所述硅片表面具有金字塔结构绒面，所述硅片的正面和反面均具有电极和发射结，所述发射结由位于硅片表面的p+区和n+区所形成。

目前的大部分高效太阳能电池都是n型电池，其中以hit，ibc，hibc,topcon等几种电池结构为典型代表。以上这些高效电池虽然结构不同，但有一个共通点：光生载流子必须穿过整个硅片衬底才能被收集到。在光生载流子穿越硅片衬底的过程中，不可避免的会被硅片上的缺陷等复合中心俘获，从而湮灭。而本发明的通过对太阳能电池的pn结的重新设计，可以让光生载流子在硅片上不需要走很长的路程，很快被收集起来，从而大大的提高电池的光电转换效率。

优选地，所述硅片的正面和/或反面具有通过选择性掺杂形成的重掺杂的p++区和轻掺杂的所述p+区和/或重掺杂的n++区和轻掺杂的所述n+区。

在p+区和n+区采取选择性掺杂的方法，形成重掺杂区和轻掺杂区，是为了为了进一步降低复合，从而在保证重掺杂区与金属栅线有良好欧姆接触的同时，轻掺杂区的表面复合维持在很低的水平。在实际实施过程中，可以根据具体需求选择对太阳能电池硅片正面或反面进行选择性掺杂，也可以对正面和反面均进行选择性掺杂。具体到每一个面上，可以仅对p+区或仅对n+区进行选择性掺杂，也可以对p+区和n+区均进行选择性掺杂。

优选地，在进行选择性掺杂后，所述p++区和所述n++区的方阻为10-100ohm/sq，所述p+区和所述n+区的方阻为100-1000ohm/sq。

一种太阳能电池的制作工艺，包括以下步骤：对原料硅片的正面和反面分别进行碱制绒，形成金字塔结构绒面，所述原料硅片为n型单晶硅片或p型单晶硅片；在具有金字塔结构绒面的硅片的正面的不同区域分别通过掺杂形成p+区和n+区，并在具有金字塔结构绒面的硅片的反面的不同区域分别通过掺杂形成p+区和n+区；对p+区和n+区分别进行钝化处理；在钝化处理后的硅片的正面和反面分别制备电极，得到太阳能电池。

对硅片进行碱制绒的目的是形成金字塔结构绒面，增加陷光效应。所用的碱液通常为koh溶液，所述koh溶液一般按照koh：添加剂：h2o＝8:1.5:160的比例配制，溶液的浓度为5％，温度为80℃。此外也可以用四甲基氢氧化铵(tmah)溶液代替。

优选地，所述在对原料硅片的正面和反面分别进行碱制绒前还包括对所述原料硅片进行清洗，以去除原料硅片表面的损伤层的步骤。

优选地，所述掺杂的方式选自扩散法、离子注入沉积法和常压化学气相沉积法中的一种。

优选地，所述掺杂的方式为扩散法，其工艺为：先在扩散炉中进行单面硼或磷扩散，然后按照喷蜡图形进行喷蜡制备掩膜，再通过单面刻蚀设备中的hf与hno3的混合溶液刻蚀掉未被掩膜遮蔽区域的硼或磷，从而在被遮蔽区域形成p+区或n+区。

硼扩散可以采用三溴化硼为硼源，在硼扩散炉中进行，扩散温度为990℃，时间为2小时。形成的p+区方阻控制在50-200ohm/sq的范围内。

磷扩散采用传统的三氯氧磷为磷源，在磷扩散炉中进行，扩散温度为850℃，时间为0.5-1小时。形成的n+区方阻控制在50-100ohm/sq的范围内。

优选地，在对具有金字塔结构绒面的硅片的正面和反面的p+区和n+区分别进行钝化处理前，还包括通过激光掺杂工艺在p+区和/或n+区的局部形成重掺杂的p++区和/或n++区的步骤。

优选地，所述激光掺杂工艺为：先在p+区或n+区表面通过离子注入方式形成一层富硼源或富磷源，经激光照射将表面的硼或磷打入硅片内部，随后将硅片浸泡于碱性清洗溶液中进行清洗，最后退火，形成重掺杂的p++区或n++区。

通过上述方法得到的p++区或n++的方阻为10-100ohm/sq，p+区或n+区的方阻为100-1000ohm/sq，重掺杂区和轻掺杂区的方阻差别较大，轻掺杂区表面复合降低较多，能够使太阳能电池的转换效率得到进一步提高。

优选地，所述激光照射的激光功率为10-50w，激光波长为532nm；碱性清洗溶液选自氨水和双氧水的混合溶液、koh溶液、和四甲基氢氧化铵溶液中的任意一种；形成p++区所需的退火温度为900-1000℃，形成n++区所需的退火温度为500-1000℃。

在激光掺杂工艺中，硅片在清洗溶液中浸泡清洗的目的是去除硅片表面附着的硼源或磷源，清洗时间为5-60分钟。若使用koh溶液或四甲基氢氧化铵溶液，溶液浓度需要小于2％。

形成p++区所需的退火温度与形成n++区所需的退火温度在范围上有所差别的原因在于b和p原子的扩散系数的不同，b的扩散系数小于p的扩散系数。

退火时间优选为0.5-4小时，所形成的重掺杂区方阻为10-100ohm/sq，轻掺杂区方阻为100-1000ohm/sq。

对硅片的p+区采用alo/sin进行钝化(或者sio2/alo/sin)，alo厚度控制在10nm以下，sin厚度控制在80nm左右；对硅片的n+区采用sio2/sin进行钝化，sio2厚度控制在5nm左右，sin厚度同样在80nm左右。其中sin除了钝化效果外，还作为减反层，有陷光的作用。

按照网版图形进行丝网印刷、烧结时，浆料宽度控制在小于50μm，高度大于5μm。烧结峰值温度在760℃左右，时间40秒。与n区接触的电极优选为ag电极，与p区接触的电极优选为ag/al电极。

以下结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

制备一种具有双面对称的发射结结构的太阳能电池：

(1)对硅片进行碱制绒：对n型单晶硅片进行清洗，以去除硅片表面的损伤层，随后进行碱制绒，所用碱液为按照koh：添加剂：h2o＝8:1.5:160的比例配制的koh溶液，koh溶液的浓度为5％，温度为80℃，在硅片的正反两面均形成金字塔结构绒面；

(2)在电池两面形成对称的p+区：先在硼扩散炉中以三溴化硼为硼源进行单面硼扩散，扩散温度为990℃，时间为2小时，然后按照喷蜡图形进行喷蜡制备掩膜，再通过单面刻蚀设备中的hf/hno3溶液刻蚀掉未被掩膜遮蔽区域的硼，从而在被遮蔽区域形成p+区，p+区位于硅片两面的左右两侧，p+区方阻控制在50-200ohm/sq的范围内。

(3)在电池两面形成对称的p++区：先在p+区表面形成一层富硼源，经激光照射将表面的硼或磷打入硅片内部，激光功率为10-50w，激光波长为532nm，随后将硅片浸泡于氨水和双氧水的混合溶液中进行浸泡清洗，时间为5-60分钟，以去除表面附着的硼源，最后在高温炉管中按照900-1000℃退火，退火时间为0.5-4小时，形成重掺杂的p++区。得到的p++区的方阻为10-100ohm/sq，p+区的方阻为100-1000ohm/sq。

(4)采用图形化的mask进行掩膜：在p+区和p++区沉积一层sin，sin厚度控制在80nm左右，用于保护p+区和p++区。其他位置由于被mask遮挡，未沉积有sin薄膜，可作为后续的n+区和n++区。

(5)在电池两面形成对称的n+区和n++区：采用步骤(2)相同的方法，在电池两面形成对称的n+区，n+区位于硅片两面的中间部位，左右两侧为p+区。随后采用步骤(3)相同的方法在电池两面形成对称的n++区，其中退火温度为500-1000℃。得到的n++区的方阻为10-100ohm/sq，n+区的方阻为100-1000ohm/sq。

(6)钝化处理：先利用hf溶液浸泡、清洗以去除遮挡在p+和p++区上的掩膜，随后对硅片的p+区采用alo/sin进行钝化，alo厚度控制在10nm以下，sin厚度控制在80nm左右；对硅片的n+区采用sio2/sin进行钝化，sio2厚度控制在5nm左右，sin厚度同样在80nm左右。

(7)印刷、烧结：按照网版图形进行丝网印刷、烧结，浆料宽度控制在小于50μm，高度大于5μm。烧结峰值温度在760℃左右，时间40秒。与n区接触的电极为ag电极，与p区接触的电极为ag/al电极。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。