太阳能电池及其制造方法与流程

本公开涉及太阳能电池领域，更具体地，本公开涉及制造太阳能电池的方法以及相应的太阳能电池。

背景技术：

太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的半导体器件，其能够通过光生伏特效应将光能转换为电能。传统的全铝背场太阳电池能电池存在光电转换效率低的问题。随着太阳能电池技术的发展，诸如perc电池(即发射极及背表面钝化的太阳能电池)的太阳能电池至少通过在电池的背面增加钝化层实现了转换效率的提高。具体而言，perc太阳能电池能够减少电池背面复合，并且增加背面内反射，因此可以明显提高电池的光电转换效率。其中，双面perc太阳能电池可以封装成双玻组件或是背面使用透明背板做成的组件，由此，太阳能电池组件的背面可以吸收散射光和地面二次反射光，可以产生10％-30％背面功率，从而可以降低电池度电成本。

在制造诸如perc电池的太阳能电池的常规工艺中，需要利用激光在钝化层上进行开槽，然后印刷金属栅线以使金属栅线与太阳能电池的硅衬底直接接触。常规工艺对金属栅线的印刷技术的要求较高，同时所印刷的栅线由于遮光效应而降低了太阳能电池的效率。

技术实现要素：

基于上述问题，根据本公开内容的示例实施方式，提供了一种改进的太阳能电池及其制造方法。

在本公开内容的第一方面中，提供了用于制造太阳能电池的方法，该方法包括：在硅衬底的第一表面上形成钝化层；在钝化层上形成金属线；以及使用激光对金属线进行辐照，以使金属线中的至少一部分与第一表面电接触。

在本公开的某些实施方式中，使用激光对金属线进行辐照包括：使用激光沿着金属线的延伸方向对金属线进行扫描式脉冲辐照。

在本公开的某些实施方式中，激光的扫描速度是26000mm/s，并且激光的脉冲频率为600hz。

在本公开的某些实施方式中，调整激光的扫描速度和脉冲频率中的至少一项，以使用经调整的激光对金属线进行扫描式脉冲辐照。

在本公开的某些实施方式中，在钝化层上形成金属线包括：在钝化层上形成宽度小于100μm的铝栅线。

在本公开的某些实施方式中，在硅衬底的、与第一表面相对的第二表面中进行掺杂，以形成pn结。

在本公开的某些实施方式中，太阳能电池为perc太阳能电池。

在本公开的某些实施方式中，在使用激光对金属线进行辐照之前，对钝化层上形成的金属线进行高温烧结。

在本公开内容的第二方面中，提供了太阳能电池，该太阳能电池使用根据第一方面的方法制造而成。

在本公开的某些实施方式中，在该太阳能电池中，位于钝化层上的经激光辐照的金属线的至少一部分金属材料被渗入到钝化层中。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开内容的实施方式的关键或重要特征，亦非用于限制本公开内容的范围。本公开内容的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开内容的各实施方式的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了太阳能电池的常规制造过程100。

图2示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造过程200。

图3a至图3e分别示例性示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造过程中的各个阶段的半导体结构图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。本领域的技术人员可以在不偏离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到替代性技术方案。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

如上所述，传统的太阳能电池制造工艺具有各种问题。下面将结合图1所示的太阳能电池的常规制造过程100进行详细描述。

在框101，在硅衬底的表面形成绒面。具体而言，例如可以选择p型硅片作为硅衬底。通过碱液对所选择的硅衬底的表面进行绒面化，然后在酸性条件下进行化学清洗，以除去表面杂质。

在框102，在硅衬底的第二表面进行扩散。用于太阳能电池的硅衬底可以具有彼此相对的第一表面和第二表面。一般而言，可以利用掺杂剂在硅衬底的第二表面进行扩散。例如，可以利用磷(p)作为掺杂剂在诸如p型硅片的硅衬底的第二表面进行扩散，从而在p型硅衬底上形成n+硅区域。可以理解的是，掺杂剂并不限于磷，也可以是其它的五价元素。

在框103，使用激光在硅衬底的第二表面进行重掺杂。具体而言，在第二表面的扩散工序之后，可以使用激光对硅衬底的第二表面进行重掺杂，从而进一步形成n++硅区域，其中n++硅区域比n+硅区域具有更高的掺杂浓度。

在框104，对硅衬底的第一表面进行刻蚀。一般而言，可以采用酸抛光或碱抛光等工艺来对硅衬底的第一表面进行抛光。

在框105，在硅衬底的第一表面形成钝化层，在第二表面形成用于降低反射率的减反膜。

在框106，使用激光对硅衬底的第二表面上的钝化层进行开孔或开槽。可以使用激光在钝化层上开孔或开槽，通过钝化层上的孔或槽来暴露硅衬底的用于电接触的一部分区域。

在框107，在硅衬底的第一表面和第二表面上形成金属线和电极。例如，利用丝网印刷工艺，在第一表面和第二表面上印刷金属线(即栅线)和电极，其中，在印刷金属线时需要将金属线的浆料与框106处形成的孔或槽对准，从而使得金属线的浆料进入到该孔或槽中，从而与硅衬底电接触。

在框108，对印刷后的硅衬底进行烧结。

在常规的太阳能电池的制造方法中，在太阳能电池的硅衬底上形成钝化层(框105)之后，通常在钝化层上利用激光进行开槽(框106)，然后印刷金属栅线(框107)，其中在印刷工序(框107)中，所印刷的金属栅线需要与钝化层上的激光形成的槽对准以嵌套印刷在这些槽中，这增加了印刷金属栅线的难度。此外，通常需要印刷较宽的金属栅线(其宽度远大于上述槽的宽度)，以确保金属栅线准确地形成在激光开槽的区域。较宽的金属栅线会遮挡太阳光，这增加了遮光效应，从而降低了太阳能电池的效率。

本公开对常规的太阳能电池的制造方法进行了改进，提出了不用嵌套印刷金属线的太阳能电池的制造方法。在本公开的实施例中，不需要使用激光在钝化层上进行开槽，并且作为替代，在将金属线印刷在钝化层上之后，使用激光辐照金属栅线，使金属线的浆料穿过钝化层与硅衬底电接触。由于不需要进行嵌套印刷，降低了印刷的难度，并且可以印刷更细的金属线，这降低了金属线的遮光效应，提高了太阳能电池的整体效率。

图2示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造过程200。图3a至图3e示例性示出了根据本公开的实施例的太阳能电池制造过程中的各个阶段的半导体结构图。下面将结合图2以及图3a至图3e对根据本公开的实施例的制造太阳能电池的方法进行描述。

在框201，在硅衬底310的第一表面a上形成钝化层331。作为示例，可以参见图3a和3b。如图3a所示，硅衬底310例如可以是p型硅衬底，并且可以包括第一表面a和第二表面b。如图3b所示，例如可以通过沉积的方式在硅衬底310的第一表面a上形成钝化层331，并且钝化层331可以包括al2o3层和氮化硅层。然而，可以理解的是，钝化层331也可以采用任何其它的材料形成，并且可以以任何适当的方式形成在硅衬底的表面，以达到表面钝化的目的。

在本公开的一些实施例中，可以在硅衬底310的、与第一表面a相对的第二表面b中进行掺杂，以形成pn结。具体而言，可以在硅衬底310的第二表面b上形成n型硅区域321(在硅衬底310是p型衬底的情况下)。例如，可以分别采用磷扩散和激光重掺杂的方式在硅衬底的第二表面b上形成n+和n++区域。由此，在硅衬底310的第二表面的n型硅区域321与硅衬底310(例如p型硅衬底)之间形成了用于产生光生伏特效应的pn结。此外，如图3b所示，还可以在硅衬底310的第一表面a上的n型硅区域321上方形成减反膜或钝化膜322。

在框202，在钝化层331上形成金属线332。作为示例，如图3c所示，金属线332例如可以通过丝网印刷的方式形成在钝化层331上。钝化层上的金属线作为栅线通常需要将硅衬底中的光生载流子传导给电极，因此，在常规方案中，为了在金属线与硅衬底之间实现直接电接触，在形成金属线之前需要利用激光在钝化层上形成开孔或开槽，从而将硅衬底的表面暴露出来，进而可能与后续形成的金属线电接触。然而，与常规方案不同，在本公开的方案中，不再需要使用激光在钝化层331上形成开孔或开槽，而是直接在钝化层331上形成金属线332。此外，作为示例，金属线可以包括主栅线和副栅线，其中副栅线的根数可以在100至150根之间。此外，虽然图3c未示出，但是还可以在硅衬底310的第一表面a的一侧形成电极，以及在第二表面b的一侧形成栅线和电极。

在本公开的一些实施例中，在钝化层331上形成的金属线332是宽度小于100μm的铝栅线。通常，为了确保所形成的金属线与钝化层上的开孔或开槽对准，常规金属线的宽度通常需要远大于开孔或开槽的宽度，例如常规金属线的宽度可能达到200μm以上。与常规方案相比，由于在形成金属线332的过程中不需要对准钝化层上的开槽或开孔，因此在本公开的实施例中所形成的金属线332的宽度可以更小。例如，金属线332可以小于100μm，例如在30μm至100μm之间范围内。

在框203，使用激光对金属线332进行辐照，以使金属线332中的至少一部分与硅衬底310的第一表面a电接触。作为示例，如图3d所示，为了使钝化层上方形成的金属线332能够与硅衬底310电接触，可以使用激光器340发出的激光来辐照金属线332。在激光辐照的作用下，金属线332的浆料能够渗入并且穿透钝化层331，从而金属线332与硅衬底310之间实现电接触。

在本公开的一些实施例中，可以使用激光沿着金属线332的延伸方向对金属线332进行扫描式脉冲辐照。激光器340发出的激光可以是脉冲式激光，并且沿着框202处形成的金属线进行扫描。由此，金属线332中的受到脉冲激光辐照的区域与硅衬底310电接触，而金属线332中的未受到脉冲激光辐照的区域则没有与硅衬底310形成电接触。作为示例，激光器340所发出的激光的波长为532nm，辐照光斑是直径为40μm的圆形。在本公开的一些实施例中，激光的扫描速度是26000mm/s，激光的脉冲频率为600hz。

应当理解，上述描述的激光的波长、辐照光斑、扫描速度、脉冲频率等都是示例性的，而非对本公开的实施例的任何限制。本领域技术人员还可以采用其他适当的扫描速度和/或脉冲频率来实现本公开的实施例。

在一些附加实施例中，在制造过程200中，还可以调整激光的扫描速度、脉冲频率或者这二者，以使用经调整的激光对金属线332进行扫描式脉冲辐照。在使用激光对金属线332进行辐照之前，可以基于金属线与硅衬底的接触区域和非接触区域的分布情况来对激光的扫描速度和脉冲频率进行适当调整，这提高了太阳能电池制造过程的灵活性。例如，可以基于需求的变化，在辐照前对激光的扫描速度和脉冲频率进行及时调整，从而改变金属线中的接触区域和非接触区域的分布，进而改善生产出来的太阳能电池的性能和效率。例如，可以基于测试目的来调整激光的扫描速度和脉冲频率，从而测试太阳能电池的性能和效率的改变。此外，这种调整不仅适用于采用本公开的方式制成的太阳能电池，也可以适用于常规的太阳能电池。具体而言，可以对常规方式制造的太阳能电池的金属线进行辐照，以增加金属线与硅衬底的电接触区域，从而改善常规太阳能电池的性能和效率。因此，利用激光的辐照来形成金属线与硅衬底的接触还使得能够通过改变激光的扫描速度和脉冲频率来灵活调整金属栅线与硅衬底之间的接触区和非接触区的分布，从而有可能进一步优化电池的效率。

可选地或附加地，在使用激光对金属线332进行辐照之前，可以对钝化层331上形成的金属线332进行高温烧结。高温烧结能够有效提供太阳能电池的综合效率、良率和可靠性。此外，可以在第一表面a的一侧形成栅线(即金属线332)和电极、以及第二表面b的一侧形成栅线和电极之后进行高温烧结。

在本公开的一些实施例中，可以采用制造过程200来制造发射极及背表面钝化的太阳能电池，即perc电池。在perc电池的背面具有钝化层，通常采用激光来形成开孔或开槽，并且通过需要与开孔或开槽对准的印刷工艺来形成栅线。常规的perc电池制造方案具有较大的印刷难度，并且电池背面的栅线具有较高的遮光比，这不利地降低了电池的效率。本公开的制造方案能够有效的解决上述问题，一方面降低了印刷栅线的难度，从而简化了制造工艺，另一方面减小背面栅线的宽度，从而降低了perc电池背面的遮光比并且提高了电池的整体效率。

图3e示出了根据本公开的实施例的太阳能电池300的结构图。太阳能电池300是采用根据本公开的实施例的改进的太阳能电池制造过程制造的太阳能电池。如图3e所示，太阳能电池300至少包括硅衬底310、钝化层331和金属线332。其中金属线332通过激光辐照而与硅衬底310形成电接触，并且在钝化层331中没有利用激光形成的开槽。

在本公开的一些实施例中，位于钝化层331上的经激光辐照的金属线332的至少一部分金属材料被渗入到钝化层331中。由于激光的辐照，金属线332的受到辐照的金属材料(或浆料)渗入到钝化层中，从而在受到辐照的金属线的下方的钝化层中渗入了导电材料，这些渗入的金属材料最终穿透了钝化层331，从而实现了金属线332与硅衬底310之间的电接触。

此外，如图3e所示，太阳能电池300还可以包括第一表面电极333、n型发射极321(n型硅区域)、减反膜或钝化膜322以及第二表面电极323。

本公开的实施例通过在没有开孔或开槽的情况下在太阳能电池的钝化层上形成金属线，并且然后使用激光来辐照金属线，从而在金属线与电池的硅衬底之间形成电接触。本公开的实施例可以有效降低电池栅线印刷(特别是perc电池的背面栅线)时的对准难度，并且能够减小栅线的宽度，从而降低遮光比并且提高了电池的整体效率。此外，利用激光辐照来形成栅线与硅衬底的电接触的方式还提高了太阳能电池制造的灵活性，改善了太阳能电池的制造工艺。

通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的具体实施方式，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。