一种n型背结双面电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池生产技术领域，具体是一种N型背结双面电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]太阳能是一种清洁、高效和永不枯竭的新能源。目前，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简单等优点。
[0003]近几年，光伏发电迅猛发展，太阳能电池技术日新月异，尤其是N型硅太阳能电池技术。与掺硼(B)的P型晶体硅材料相比，掺磷(P)的N型晶体硅材料具有如下优势:(I)N型材料中的杂质(如一些常见的金属离子)对少子空穴的捕获能力低于P型材料中的杂质对少子电子的捕获能力；(2)选用掺磷的N型硅材料形成的电池没有光致衰减效应的存在，因此，N型晶体硅电池的效率不会随着光照时间的加长而逐渐衰减；(3)N型材料的少子空穴的表面复合速率低于P型材料中电子的表面复合速率。上述三大优势是N型晶体硅电池获得高转化效率的前提。目前N型晶体硅太阳能电池已经成为科研机构和电池厂家的研究重点，其中N型背结太阳能电池也得到广泛关注。
[0004]现有技术中N型背结电池都为单面受光的背结电池，制备工艺步骤复杂，电池背面选用了氧化铝钝化以及大面积印刷铝浆料，为了得到良好的金属接触，印刷前需要在氧化铝钝化层上开槽，同时由于大面积印刷铝浆，烧结后可能造成硅片弯曲；另一方面，背面全部印刷铝浆料，制备成的单面受光电池，背面无法吸收散射光，这类电池无法用于制备高输出功率的双玻组件。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种N型背结双面电池电池及其制备方法，该电池双面受光，具有较高的光电转化效率，电池的制备工艺简单，稳定性好，适于大规模生产。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种N型背结双面电池，包括硅片衬底，硅片衬底的正面自内向外依次为磷掺杂电池前场、氧化硅钝化层、氮化硅减反射层、正面银电极，硅片衬底的背面自内向外依次为硼掺杂电池发射极、氧化硅钝化层、氮化硅减反射层、背面银铝电极，正面银电极和背面银铝电极均为栅线结构。
[0007]—种N型背结双面电池的制备方法，包括以下步骤:
A、双面制绒；
B、进行背面抛光;正面磷扩散制备电池前场;背面硼扩散制备发射极；以上3个工序可以任意改变先后顺序;其中，正面磷扩散制备电池前场和背面硼扩散制备发射极也可同时进行；
C、正背面形成氧化硅钝化层； D、正背面镀氮化硅减反射层；
E、印刷正背面电极并烧结，正面银电极为采用银浆料印刷的栅线结构，背面银铝电极为采用银铝浆料印刷的栅线结构。
[0008]步骤B中，正面磷扩散制备电池前场的方法为:采用POCl3扩散，在N型硅片的正面形成一个高低结，即电池的前场;磷扩散过程中，通过控制POCl3的流量、扩散温度和通源时间，得到预定的磷掺杂浓度。
[0009]步骤B中，正面磷扩散制备电池前场的方法为:采用磷离子注入制备电池前场，SP使用离子注入机，将高能的磷离子注入到硅片的正面，通过注入剂量、注入能量的调整来控制磷掺杂浓度;将磷离子注入的硅片进行高温退火，一方面去除注入造成的晶格损伤，另一方面通过温度和时间的控制得到理想的磷掺杂曲线，同时，退火过程中通入氧气，可以在硅片的正背面形成氧化硅钝化层。
[0010]步骤B中，同时进行正面磷扩散制备电池前场和背面硼扩散制备发射极的制备方法为:在硅片背面印刷硼掺杂浆料，并且烘干;将正面磷离子注入和背面印刷硼掺杂浆料的硅片放在炉管内进行高温退火，通过温度和时间的控制，得到理想的磷掺杂和硼掺杂曲线，一次热过程完成电池前场和发射极的制备。
[0011]步骤B中，同时进行正面磷扩散制备电池前场和背面硼扩散制备发射极的制备方法为:正面磷离子注入，使用离子注入机，将高能的磷离子注入到硅片正面，可以通过注入剂量，注入能量的调整来控制掺杂浓度;背面硼离子注入，使用离子注入机，将高能的硼离子注入到硅片正面，通过注入剂量、注入能量的调整来控制掺杂浓度;退火处理，将双面注入的硅片放在炉管内进行高温退火，通过温度和时间的控制，得到理想的磷掺杂和硼掺杂曲线，一次热过程完成电池前场和发射极的制备；同时，退火过程中通入氧气，在硅片的正背面形成氧化硅钝化层。
[0012]步骤B中，背面硼扩散制备发射极的方法为:采用BBr3扩散在N型硅片背面形成PN结，即电池的发射极;硼扩散过程中，通过控制BBr3的流量、扩散温度和通源时间得到理想的硼掺杂浓度。
[0013]进一步的技术方案，湿法刻蚀去除硅片背面的硼硅玻璃，并且去除硅片正面和边缘的硼掺杂层。
[0014]进一步的技术方案，采用等离子体刻蚀对硼扩散后硅片进行边绝缘，在等离子体刻蚀机中通入CF4、02，在辉光条件下与硅片进行化学反应，腐蚀硅片边缘达到边缘绝缘。
[0015]进一步的技术方案，化学清洗硅片背面的硼硅玻璃，并且通过氧化性酸溶液在硅片的正反面形成氧化硅钝化层。
[0016]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:该双面电池是利用磷掺杂在电池正面制备电池前场，利用硼掺杂在电池背面制备发射极，正背面采用氧化硅钝化层，正背面均沉积氮化硅减反射膜，印刷过程中，正面印刷栅线结构的银浆料，背面印刷栅线结构的银铝浆料，在确保良好金属接触的同时，未印刷区域可以吸收散射光提升电池效率，制备的电池可以双面受光，大大提高光电转化效率。
[0017]该双面电池的制备工艺简单，工艺重复性、稳定性好，适于大规模生产。
【附图说明】
[0018]图1是双面电池的结构示意图；
图中:1、硅片衬底;2、磷掺杂电池前场;3、硼掺杂电池发射极;4、氧化硅钝化层;5、氮化硅减反射层;6、正面银电极;7、背面银铝电极。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0020 ]由于N型硅片的少子寿命长，相应的复合低，所以可以把电池的PN结制备在电池的背面，电池正面没有严重影响短波响应的死层，同时结合基区大的扩散长度和背面的反射，使入射光得到最大限度的利用，进而提升电池的光电转化效率。目前报道的N型背结电池均为单面受光电池，电池正面采用金属栅线结构，未印刷金属的区域可以吸收入射光，而电池背面全部印刷铝浆料，无法吸收环境中的散射光，同时大面积印刷铝浆料并烧结还容易造成电池片弯曲等问题。
[0021]在现有技术中N型背结电池都为单面受光的背结电池，工艺复杂，具体流程如下:首先是进行制绒和背面抛光处理，接下来进行正面磷扩散，之后是湿法刻蚀去除正面磷硅玻璃以及背面和边缘的磷掺杂层实现边绝缘，湿法刻蚀后硅片进行了背面的硼扩散，硼扩散后的硅片也需要进行化学清洗去除硼硅玻璃和边缘绝缘，之后在硅片正面沉积氧化硅钝化层，在硅片背面沉积氧化铝钝化层，在硅片的正背面沉积氮化硅减反射层，之后需要在硅片的背面利用激光进行开孔或开槽，去除该位置处的氮化硅和氧化铝，之后在硅片背面印刷铝浆料，在硅片正面印刷银浆料，并烧结，完成背结单面电池的制备。
[0022]本发明的主要目的是制备N型背结双面电池，利用磷掺杂在电池正面制备电池前场，利用硼掺杂在电池背面制备发射极，正面采用氧化硅钝化层，背面采用氧化硅钝化或者氧化硅与氧化铝叠层钝化，正背面均沉积氮化硅减反射膜，印刷过程中，正面印刷银浆料，背面印刷银铝浆料，正背面均为金属栅线结构，在确保良好金属接触的同时，未印刷区域可以吸收散射光提升电池效率，因此该电池可以双面受光，可以吸收更多的光，获得更高的转化效率。
[0023]具体的工艺过程可以分为以下四个实施例:
实施例一
(1)结构化处理-双面制绒，采用化学清洗对硅片表面进行结构化处理，该操作可以在硅片表面形成倒金字塔的绒面，从而减少表面反射，提高硅片内部的光吸收；同时化学清洗还可以去除硅片表面的损伤层及杂质，确保硅晶体表面的洁净程度，避免硅晶体表面的杂质在后续高温扩散过程中进入硅片内部形成复合中心，对电池性能产生不利影响；
(2)正面磷扩散，采用P0C13(三氯氧磷)扩散在N型硅片的正面形成一个高低结，即电池的前场，磷扩散过程中通过控制POCl3流量，扩散温度，和通源时间可以得到理想的磷掺杂浓度；
(3)背面抛光处理，将磷扩散后的硅片在链式清洗设备中进行背面抛光处理，通过水膜保护正面的磷掺杂层，硅片背面和边缘进行腐蚀，腐蚀深度在1.5-4μπι范围内，同时还可以去除正面的磷硅玻璃；
(4)背面硼扩散，采用BBr3扩散在N型硅片背面形成PN结，即电池的发射极;硼扩散过程中通过控制BBr3流量，扩散温度和通源时间可以得到理想的硼掺杂浓度； (5)采用等离子体刻蚀对硼扩散后硅片进行边绝缘，在等离子体刻蚀机中通入CF4、02，在辉光条件下与硅片进行化学反应，腐蚀硅片边缘达到边缘绝缘；
(6)化学清洗硅片背面的硼硅玻璃，并且通过氧化性酸溶液在硅片的正反面形成氧化娃钝化层；
(7)在硅片背面沉积很薄的氧化铝层，氧化铝层厚度控制在lnm-5nm，该步骤也可以省略；
(8)在硅片正背面沉积氮化硅减反射膜，利用PECVD设备在硅片正反面沉积氮化硅层，厚度控制在60nm-80nm;
(9)印刷电极并烧结，正背面均为栅线结构，正面印刷银浆料，背面印刷银铝浆料，共烧结;其中，银铝浆料中铝的含量很低，铝含量大约为0.5%-10%，银含量大约为50%-90%。
[0024]实施例二
(1)结构化处理-双面制绒，采用化学清洗对硅片表面进行结构化处理，该操作可以在硅片表面形成倒金字塔的绒面，从而减少表面反射，提高硅片内部的光吸收；同时化学清洗还可以去除硅片表面的损伤层及杂质，确保硅晶体表面的洁净程度，避免硅晶体表面的杂质在后续高温扩散过程中进入硅片内部形成复合中