局部背表面场n型太阳能电池及制备方法和组件、系统的制作方法

文档序号:10472583
局部背表面场n型太阳能电池及制备方法和组件、系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种局部背表面场N型太阳能电池及制备方法和组件、系统。本发明的局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:对N型晶体硅基体的前后表面分别进行掺杂,再在硅基体前后表面生长阻挡层,然后在其背表面印刷耐酸浆料形成副栅状图案的掩膜;然后浸入酸性溶液中去除未被掩膜覆盖区域的阻挡层;浸入碱性溶液中去除掩膜,并刻蚀其他区域而保留掩膜下方n+重掺杂区域;再次浸入酸性溶液中去除硅基体前后表面残余的阻挡层。其有益效果是:由于背面副栅仅和局部n+重掺杂区域接触,所以接触电阻低;其他区域为非掺杂区域,所以俄歇复合低;通过设置金属丝来形成正面副栅,极大的减少电池的银浆消耗,从而降低电池片的制作成本。
【专利说明】
局部背表面场N型太阳能电池及制备方法和组件、系统
技术领域
[0001]本发明涉及太阳能电池技术领域,特别涉及一种局部背表面场N型太阳能电池及制备方法和组件、系统。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。目前,业界的主流产品为P型晶硅太阳能电池。该电池工艺简单,但是具有光致衰减效应,即电池的效率会随着时间的增加而逐渐衰减,这主要是由于掺入P型硅衬底中的硼原子与衬底中的氧原子相结合产生硼氧对的结果。研究表明,硼氧对起着载流子陷阱作用,使少数载流子寿命降低,从而导致了电池光电转换效率的衰减。相对于P型晶硅电池,N型晶硅电池具有光致衰减小、耐金属杂质污染性能好、少数载流子扩散长度长等优点,并且由于N型晶体硅太阳能电池的正负电极都可以制作成常规的H型栅线电极结构,因此该电池不仅正面可以吸收光,其背表面也能吸收反射和散射光从而产生额外的电力。
[0003]常见的N型晶体硅太阳能电池为p+/n/n+结构,其中电池正表面为ρ+型掺杂,背表面为η+型掺杂。为了降低背面电极和η+掺杂区域之间的接触电阻,所以希望η+层为重掺杂。为了提高电池的开路电压和短路电流,我们需要减少重掺杂带来高俄歇复合,这时又希望η+层为轻掺杂。现有技术无法很好地解决由背表面η+型掺杂层带来的填充因子与开路电压短路电流之间的矛盾。另外,正表面的P+掺杂区域一般采用掺铝银浆制作电极,掺铝银浆的价格一般较为昂贵,这导致含银浆料在电池制造成本中的占比居高不下。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种局部背表面场N型太阳能电池及制备方法和组件、系统。本发明提供的局部背表面场N型太阳能电池及其制备方法得到的局部背表面场N型太阳能电池可以较好地解决由背表面η+型掺杂层带来的填充因子与开路电压短路电流之间的矛盾。通过设置金属丝来形成正面副栅,在保证金属丝副栅线电阻不增加的情况下,极大的减少电池的银浆消耗,从而降低电池片的制作成本。
[0005 ]本发明提供的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其技术方案是:
[0006]—种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
[0007](I)、对N型晶体硅基体进行掺杂处理,然后在N型晶体硅基体的正表面和背表面制备阻挡层,背面阻挡层的厚度小于正面阻挡层的厚度;
[0008](2)、在步骤(I)处理后的N型晶体硅基体的背表面印刷耐酸浆料并烘干形成副栅状图案的掩膜;
[0009](3)、将步骤(2)处理后的N型晶体硅基体浸入酸性溶液中去除未被掩膜覆盖区域的背面阻挡层,但正面的阻挡层要求不被酸性溶液去除,但厚度会相应减薄;
[0010](4)、将步骤(3)处理后的N型晶体硅基体浸入碱性溶液中去除掩膜,碱性溶液同时去除未被掩膜覆盖的η+重掺杂区域,保留被掩膜覆盖的η+重掺杂区域,从而形成局部η+重掺杂的背表面;
[0011 ] (5)、再次将N型晶体硅基体浸入酸性溶液中去除正表面和背表面残余的阻挡层;
[0012](6)、在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体的正表面制备钝化减反膜并在背表面制备钝化膜,然后在N型晶体硅基体的背表面使用金属浆料印刷背面电极,背面电极的背面副栅与局部η+重掺杂区域连接;在N型晶体硅基体的正表面使用金属丝制备与所述ρ+掺杂区域欧姆接触的正面电极,烧结后完成局部背面场N型太阳能电池的制备。
[0013]其中,步骤(6)中,制备正面电极的方法是:将沾附有掺铝银浆的金属丝贴附在N型晶体硅基体的正表面,经烘干、烧结后,金属丝与ρ+掺杂区域形成欧姆接触。
[0014]其中,步骤(6)中,制备正面电极的方法是:在N型晶体硅基体的正表面使用掺铝银浆印刷分段副栅;然后在分段副栅上铺设金属丝,烧结后的分段副栅、金属丝和P+掺杂区域三者之间形成欧姆接触。
[0015]其中,步骤(6)中,制备正面电极的方法是:在N型晶体硅基体的正表面使用掺铝银浆印刷分段副栅,然后进行烧结处理;在烧结后的N型晶体硅基体的分段副栅上印刷热敏导电层;然后在热敏导电层上铺设镀有热敏导电材料的金属丝,将铺设好镀有热敏导电材料的金属丝的N型晶体硅基体进行加热,使得镀有热敏导电材料的金属丝、热敏导电层、ρ+掺杂区域和分段副栅四者之间形成欧姆接触。
[0016]其中,所述热敏导电层是锡膏导电层,所述镀有热敏导电材料的金属丝为锡包铜丝、银包铜丝、锡包铝丝或锡包钢丝中的任一种;所述锡膏含有锡、锡铅合金、锡铋合金或锡铅银合金中的任一种。
[0017]其中,对N型晶体硅基体进行加热的方式是采用红外加热的方式,加热的回流峰值温度为183-250摄氏度。
[0018]其中,步骤(I)中对N型晶体硅基体进行掺杂处理的方法包括以下步骤:
[0019]S1、选择N型晶体硅基体,并对N型晶体硅基体的前表面作制绒处理;N型晶体硅基体的电阻率为0.5?15Ω.cm;
[0020]S2、将步骤SI处理后的N型晶体硅基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散形成正表面的P+掺杂区域,硼源采用三溴化硼,扩散温度为900-1000°C,时间为60-180分钟;硼扩散后的方阻值为40-100 Ω /sqr;
[0021 ] S3、将硼扩散后的N型晶体硅基体放入刻蚀清洗机中,去除背表面的硼扩散层和正表面的硼硅玻璃层;
[0022]S4、使用离子注入机在步骤S3处理后的N型晶体硅基体背表面注入磷并进行退火处理形成背表面的η+重掺杂区域,η+重掺杂区域的方阻值为10-40 Ω/sqr;退火的峰值温度为700?950 °C,退火时间为30?200min,环境气源为N2和O2。
[0023]其中,所述阻挡层是S12层或SiNx层,正面阻挡层的厚度为200-300nm,背面阻挡层厚度为50_100nmo
[0024]其中,步骤(2)中副栅状图案的掩膜的宽为20-100um,互相平行,间距为l-2mm。
[0025]其中,步骤(3)中的酸性溶液为5-20%的HF溶液中,N型晶体硅基体浸入5_20%HF溶液中的时间为0.5-5分钟,取出N型晶体硅基体后用去离子水清洗。
[0026]其中,步骤(4)中的所述碱性溶液是10?30%的KOH溶液、10?30%的NaOH溶液、10?30 %的四甲基氢氧化铵溶液或者10?30 %的乙二胺溶液;碱性溶液的温度为50-90 °C,N型晶体硅基体浸入碱性溶液中的反应时间为0.5-5分钟,取出N型晶体硅基体后用去离子水清洗。
[0027]其中,步骤(5)中的酸性溶液是5-20%的HF溶液中,N型晶体硅基体浸入5_20%HF溶液中的时间为2-5分钟,取出N型晶体硅基体后用去离子水清洗。
[0028]其中,步骤(6)中,在N型晶体硅基体的背表面制备背面电极的方法是:在N型晶体硅基体的背表面使用银浆印刷H型栅线的背面电极并进行烘干,其中背面主栅宽0.5-3mm,等间距设置3-6根,背面副栅宽20-100umo
[0029]本发明还提供了一种局部背表面场N型太阳能电池,包括N型晶体硅基体,所述N型晶体硅基体的正表面包括依次从内到外的p+掺杂区域和正表面钝化减反膜;所述N型晶体硅基体的背表面包括依次从内到外的局部η+重掺杂区域和背表面钝化膜;所述N型晶体硅基体还包括设置在背表面的背面电极,所述背面电极包括背面主栅和背面副栅,所述背面副栅与所述局部η+重掺杂区域连接,所述正面电极包括与所述ρ+掺杂区域欧姆接触的金属丝。
[0030]其中,所述金属丝通过银招合金材料与所述ρ+掺杂区域电连接。
[0031]其中,所述正面电极包括分段副栅,所述金属丝通过分段副栅与所述ρ+掺杂区域电连接。
[0032]其中,所述正面电极包括分段副栅和设置在分段副栅上热敏导电层,所述分段副栅与所述P+掺杂区域电连接;所述金属丝与所述热敏导电层电连接。
[0033]其中,所述分段副栅是银铝合金分段副栅;所述热敏导电层是锡膏导电层,所述金属丝是镀有热敏导电材料的金属丝。
[0034]本发明还提供了一种局部背表面场N型太阳能电池组件,包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、局部背表面场N型太阳能电池、封装材料、背层材料,所述局部背表面场N型太阳能电池是上述的一种局部背表面场N型太阳能电池。
[0035]本发明还提供了一种局部背表面场N型太阳能电池系统,包括一个以上串联的局部背表面场N型太阳能电池组件,所述局部背表面场N型太阳能电池组件是上述的一种局部背表面场N型太阳能电池组件。
[0036]本发明的实施包括以下技术效果:
[0037]本发明的技术效果主要体现在:1、本发明通过设置阻挡层、耐酸浆料掩膜、酸液腐蚀和碱液腐蚀等一系列操作处理后,可以在N型晶体硅的背面形成局部η+重掺杂区域,后续金属化时,副栅金属浆料仅接触局部η+重掺杂区域。由于副栅仅和局部η+重掺杂区域接触,所以接触电阻低、填充因子高;同时,不和副栅接触的区域为非掺杂区域,所以俄歇复合低、开路电压高。而采用现有技术,如果背面的局部η+掺杂掺杂层为重掺杂,虽然接触电阻低但是开路电压也低;如果背面的η+掺杂区域为轻掺杂,虽然开路电压高但是接触电阻高填充因子差。由此可见,按照上述方法制备的η型太阳能电池可以克服现有技术存在的开路电压和填充因子的矛盾,故而具有较高的光电转换效率。2、正表面ρ+掺杂区域的金属化舍弃常规的印刷掺铝银浆制作主栅和副栅的方法,通过设置金属丝来形成副栅,在保证金属丝副栅线电阻不增加的情况下,极大的减少电池的银浆消耗,从而降低电池片的制作成本。
【附图说明】
[0038]图1为本发明实施例的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤一后的电池结构截面示意图。
[0039]图2为本发明实施例的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤四后的电池结构截面示意图。
[0040]图3为本发明实施例的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤五后的电池结构截面示意图。
[0041]图4为本发明实施例的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤六后的电池结构截面示意图。
[0042]图5为本发明实施例的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤七后的电池结构截面示意图。
[0043]图6为本发明实施例的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤八后的电池结构截面示意图。
[0044]图7为本发明实施例的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤九后的电池结构截面示意图。
[0045]图8为本发明实施例的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十后的电池结构截面示意图。
[0046]图9为本发明实施例的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十一后的电池结构截面示意图。
[0047]图10为本发明实施例1的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十二
(a)后的粘附有银浆的金属丝示意图。
[0048]图11为本发明实施例1的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十二
(b)后的电池结构截面示意图。
[0049]图12为本发明实施例2的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十二
(a)后的电池结构截面示意图。
[0050]图13为本发明实施例2的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十二
(b)后的电池结构截面示意图。
[0051]图14为本发明实施例3的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十二
(a)后的电池结构截面示意图。
[0052]图15为本发明实施例3的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十二
(b)后的电池结构截面示意图。
[0053]图16为本发明实施例3的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十二(C)后的电池结构截面示意图。
[0054]图17为本发明实施例2和实施例3的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十二中非连续的线条状分段副栅示意图。
[0055]图18为本发明实施例2和实施例3的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十二中非连续的圆点状分段副栅示意图。
[0056]图19为本发明实施例2和实施例3的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法步骤十二中错位排列的非连续的圆点状分段副栅示意图。
【具体实施方式】
[0057]下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明,需要指出的是,所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解,而对其不起任何限定作用。
[0058]实施例1
[0059]参见图1至图11所示,本实施例提供的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
[0060 ] (I )、选择156mm X 156mm的N型晶体硅基体1,并对N型晶体硅基体1的前表面作制绒处理;N型晶体硅基体10的电阻率为0.5?15Ω ?。111,优选1?50.cm;N型晶体硅基体10的厚度为50?300μπι,优选80?200μπι;完成本步骤后的电池结构如图1所示。
[0061](2)、将步骤(I)处理后的N型晶体硅基体10放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散形成正表面的P+掺杂区域12,硼源采用三溴化硼,扩散温度为900-100(TC,时间为60-180分钟。硼扩散后的方阻值为40-100 Ω/sqr,优选50-70 Ω/sqr。
[0062](3)、将硼扩散后的N型晶体硅基体10放入刻蚀清洗机中,去除背表面的硼扩散层和正表面的硼硅玻璃层。
[0063](4)、使用离子注入机在步骤(3)处理后的N型晶体硅基体10背表面注入磷并进行退火处理形成背表面的η+重掺杂区域16,n+重掺杂区域16的方阻为10-40 Ω/sqr。退火的峰值温度为700?950°C,优选为850?900°C,退火时间为30?200min,优选为60?200min,环境气源优选为他和02。完成本步骤后的电池结构如图2所示。
[0064](5)、在步骤(4)处理后的N型晶体硅基体10正表面和背表面上生长阻挡层。阻挡层可以为S12层或SiNx层,本实施例采用S12层作为具体的示例。具体方法为,将N型晶体硅基体10放入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)设备中,在正表面生长厚度为200-300nm的S12层13,在背表面生长厚度为50-100nm的S12层17。完成本步骤后的电池结构如图3所示。
[0065](6)、在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体10的背表面印刷耐酸浆料40并烘干形成掩膜。其过墨后的图案为副栅线结构,副栅线线宽50-200um,长154mm,互相平行,间距为1-2mm,优选1.55mm,共设置100根。完成本步骤后的电池结构如图4所示。
[0066](7)、将步骤(6)处理后的N型晶体硅基体1浸入5-20 % HF溶液中,0.5-5分钟后取出用去离子水清洗干净。此时背表面未被掩膜覆盖区域的S12被HF去除干净,而正表面仍有大部分S12没有被去除。完成本步骤后的电池结构如图5所示。
[0067 ] (8)、将步骤(7)处理后的N型晶体硅基体1浸入1?30 %重量百分比的碱液中,工作温度为50-90°C,反应0.5-5分钟取出用去离子水清洗干净。此时背表面未被掩膜覆盖区域因为没有S12的保护将和碱液发生反应,这些区域的η+重掺杂区域被去除。同时残余的掩膜也将被碱液去除干净。而被掩膜覆盖的区域则为局部η+重掺杂区域161;注意在本步骤中,正表面的P+掺杂区域12和背表面的副栅状局部η+重掺杂区域161由于表面覆盖有S12膜,并不会和碱液发生反应。碱液可以为K0H、Na0H、四甲基氢氧化铵或乙二胺溶液。完成本步骤后的电池结构如图6所示。
[0068](9)、将步骤(8)处理后的N型晶体硅基体10浸入5-20%HF溶液中,2-5分钟后取出用去离子水清洗干净。此时正表面和背表面残余的S12层均被去除干净。完成本步骤后的电池结构如图7所示。
[0069](10)、在步骤(9)处理后的N型晶体硅基体10的正表面和背表面设置钝化减反膜14及钝化膜18,其中正表面的钝化减反膜14是Si02、SiNx和Al2O3介质膜中一种或多种,背表面的钝化膜18是S12和SiNx介质膜组成的复合介质膜。正表面钝化减反膜14的厚度为70?IlOnm;背表面钝化膜18的厚度为不低于20nm。完成本步骤后的电池结构如图8所示。
[0070](11)、在N型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷电极并进行烘干,其电极图案为H型栅线,其中背面主栅22线宽0.5-3mm,长154mm,等间距设置3-6根,背面副栅28线宽20-1 OOum,长154mm,互相平行,间距为1.55mm,共设置100根。务必使印刷后的背面副栅28落在局部η+重掺杂区域161内。完成本步骤后的电池结构如图9所示。
[0071](12)、完成N型晶体硅基体10正表面的金属化,其过程包括如下几个步骤:
[0072](a)如图10所示,将可以与ρ+掺杂区域12形成欧姆接触的掺铝银浆24粘附在金属丝26的一侧,粘附在金属丝26上的掺铝银浆24可以非连续地沾附在金属丝上,亦可以连续地沾附在金属丝上;金属丝26的截面形状可以为圆形,其直径为40-80um;金属丝26的截面形状亦可以是方形或三角形。金属丝26可以是铜丝、银包铜丝或者其他合金丝。
[0073](b)、如图11所示,将多条沾附有掺铝银浆24的金属丝26等间距平行贴附在N型晶体硅基体1的正表面并烘干,金属丝26之间的间距为1-3mm ;
[0074](c)、将步骤(b)后的N型晶体硅基体10置于烧结炉中烧结,烧结的峰值温度不高于900°C。至此,完成局部η+的N型电池的制备。
[0075]实施例2
[0076]参见图1至图9、图12和图13及图17至图19所示,本实施例中的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
[0077]步骤(I)?(11)与实施例1相同,此处不再赘述。
[0078](12)、完成N型晶体硅基体10正表面的金属化,其过程包括如下几个步骤:
[0079](a)如图12所示,使用可以与ρ+掺杂区域12形成欧姆接触的掺铝银浆在N型晶体硅基体10的正表面印刷分段副栅27。分段副栅27的长度小于或等于电池片的边长,本实施例为154mm,优选分段副栅互相平行。分段副栅27可以由非连续的线条组成,每段线条长30-300微米,宽30-300微米。本实施例中,分段副栅27由非连续的圆点组成,圆点直径为30-300微米。本实施例中分段副栅27的图案形状可以为非连续的圆点(如图18)、非连续的线条(如图17)或者错位排列的非连续的圆点(如图19)。
[0080](b)、如图13所示,在分段副栅27上一一对应地铺设金属丝26形成连续的副栅线。金属丝26的截面可以为圆形,其直径为40-80um;金属丝26的截面形状亦可以方形或三角形。金属丝26可以是铜丝、银包铜丝或者其他合金丝,长度为154mm,直径为40-80微米。铺设时务必使金属丝26接触分段副栅27上的掺铝银浆层。
[0081](c)、将步骤(b)后的N型晶体硅基体10置于烧结炉中烧结,烧结的温度不高于900°C。至此,完成局部η+的N型电池的制备。
[0082]实施例3
[0083]参见图1至图9、图14至图16及图17至图19所不,本实施例中的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
[0084]步骤(I)?(11)与实施例1相同,此处不再赘述。
[0085](12)、完成N型晶体硅基体10正表面的金属化,其过程包括如下几个步骤:
[0086](a)如图14所示,使用可以与ρ+掺杂区域12形成欧姆接触的掺铝银浆在N型晶体硅基体10的正表面印刷分段副栅27并进行烧结。分段副栅27的长度小于或等于电池片的边长,本实施例为154mm,优选分段副栅互相平行。分段副栅27可以由非连续的线条组成,每段线条长30-300微米,宽30-300微米。分段副栅27还也可以由非连续的圆点组成,圆点直径30-300微米。烧结的温度不高于900°C。本实施例中分段副栅27的图案形状可以为非连续的圆点(如图18)、非连续的线条(如图17)或者错位排列的非连续的圆点(如图19)。
[0087](b)、如图15所示,将步骤(a)处理后的N型晶体硅基体10置于印刷机,使用锡膏印刷锡膏导电层29。锡膏导电层29的过墨图案可以为非连续的线条,每段线条长40-300微米,宽40-300微米。锡膏导电层29的过墨图案还也可以为非连续的圆点,圆点直径40-300微米。印刷时务必使过墨后的锡膏导电层29位于分段副栅27上。
[0088](C)、如图16所示,在锡膏导电层29上一一对应地铺设金属丝26形成连续的副栅线。金属丝26的截面可以为圆形,其直径为40-80um;金属丝26的截面形状亦可以方形或三角形。金属丝26可以是铜丝、银包铜丝或者其他合金丝,长度为154mm,直径为40-80微米。铺设时务必使金属丝26接触锡膏导电层29。
[0089](d)、对步骤(C)后的N型晶体硅基体10进行加热,使得金属丝26、锡膏导电层29和分段副栅27三者形成欧姆接触。加热方式采用红外加热,回流峰值温度为183-250度。至此,完成局部η+的N型电池的制备。
[0090]本实施例通过设置阻挡层、耐酸浆料掩膜、酸液腐蚀和碱液腐蚀等一系列操作处理后,可以在N型晶体硅的背面形成局部η+重掺杂区域,后续金属化时,副栅金属浆料仅接触局部η+重掺杂区域。由于副栅仅和局部η+重掺杂区域接触,所以接触电阻低、填充因子高;同时,不和副栅接触的区域为非掺杂区域,所以俄歇复合低、开路电压高。而采用现有技术,如果背面的局部η+掺杂区域为重掺杂,虽然接触电阻低但是开路电压也低;如果背面的η+掺杂区域为轻掺杂,虽然开路电压高但是接触电阻高填充因子差。由此可见,按照上述方法制备的η型太阳能电池可以克服现有技术存在的开路电压和填充因子的矛盾,故而具有较高的光电转换效率。2、正表面P+掺杂区域的金属化舍弃常规的印刷掺铝银浆制作主栅和副栅的方法,通过设置金属丝来形成副栅,在保证金属丝副栅线电阻不增加的情况下,极大的减少电池的银浆消耗,从而降低电池片的制作成本。
[0091]参见图9?图19所示,本实施例还提供了一种局部背表面场N型太阳能电池,包括N型晶体硅基体10,Ν型晶体硅基体10的正表面包括依次从内到外的ρ+掺杂区域12和正表面钝化减反膜14;Ν型晶体硅基体10的背表面包括依次从内到外的局部η+重掺杂区域161和背表面钝化膜18;Ν型晶体硅基体10还包括设置在背表面的背面电极,背面电极包括背面主栅22和背面副栅28,背面副栅28与局部η+重掺杂区域161连接,正面电极包括与ρ+掺杂区域12欧姆接触的金属丝26。上述的局部背表面场N型太阳能电池,由于背面副栅仅和局部η+重掺杂区域161接触,所以接触电阻低、填充因子高;同时,不和背面副栅接触的区域为非掺杂区域,所以俄歇复合低、开路电压高。而采用现有技术,如果背面的局部η+掺杂区域为重掺杂,虽然接触电阻低但是开路电压也低;如果背面的η+掺杂区域为轻掺杂,虽然开路电压高但是接触电阻高填充因子差。由此可见,本实施例的N型太阳能电池可以克服现有技术存在的开路电压和填充因子的矛盾,故而具有较高的光电转换效率。正表面P+掺杂区域的金属化舍弃常规的印刷掺铝银浆制作主栅和副栅的方法,通过设置金属丝来形成副栅,在保证金属丝副栅线电阻不增加的情况下,极大的减少电池的银浆消耗,从而降低电池片的制作成本。
[0092]本实施例中,金属丝与P+掺杂区域的连接方式为金属丝通过银招合金材料与P+掺杂区域12电连接;或者正面电极包括分段副栅27,金属丝通过分段副栅27与ρ+掺杂区域12电连接;或者正面电极包括分段副栅27和设置在分段副栅27上热敏导电层,分段副栅与ρ+掺杂区域12电连接;金属丝26与热敏导电层电连接。分段副栅27是银铝合金分段副栅;热敏导电层是锡膏导电层29,金属丝是镀有热敏导电材料的金属丝。分段副栅27可以由非连续的线条组成,每段线条长30-300微米,宽30-300微米。分段副栅可以是由非连续的圆点组成,圆点直径为30-300微米。分段副栅的图案形状可以为非连续的圆点(如图18)、非连续的线条(如图17)或者错位排列的非连续的圆点(如图19)。金属丝为铜丝、锡包铜丝、银包铜丝、锡包铝丝或锡包钢丝中的一种。钝化减反膜14是Si02、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种,钝化膜18是S12和SiNx介质膜组成的复合介质膜;钝化减反膜14的厚度为70?IlOnm;钝化膜18的厚度为不低于20nm。背面主栅22是银背面主栅,背面副栅28是银背面副栅。
[0093]本实施例还提供了一种局部背表面场N型太阳能电池组件,包括由上至下连接的前层材料、封装材料、局部背表面场N型太阳能电池、封装材料、背层材料,局部背表面场N型太阳能电池是上述的一种局部背表面场N型太阳能电池。本实施例的局部背表面场N型太阳能电池组件的结构及工作原理使用本领域公知的技术,且本发明提供的局部背表面场N型太阳能电池组件的改进仅涉及上述的局部背表面场N型太阳能电池,不对其他部分进行改动。故本说明书仅对局部背表面场N型太阳能电池及其制备方法进行详述,对局部背表面场N型太阳能电池组件的其他部件及工作原理这里不再赘述。本领域技术人员在本说明书描述的内容基础上,即可实现本发明的局部背表面场N型太阳能电池组件。
[0094]本实施例还提供了一种局部背表面场N型太阳能电池系统,包括一个或多于一个串联的局部背表面场N型太阳能电池组件,局部背表面场N型太阳能电池组件是上述的一种局部背表面场N型太阳能电池组件。本实施例的局部背表面场N型太阳能电池系统的结构及工作原理使用本领域公知的技术,且本发明提供的局部背表面场N型太阳能电池系统的改进仅涉及上述的局部背表面场N型太阳能电池,不对其他部分进行改动。故本说明书仅对局部背表面场N型太阳能电池及其制备方法进行详述,对局部背表面场N型太阳能电池系统的其他部件及工作原理这里不再赘述。本领域技术人员在本说明书描述的内容基础上,即可实现本发明的局部背表面场N型太阳能电池系统。
[0095]最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【主权项】
1.一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:包括以下步骤: (1)、对N型晶体硅基体进行掺杂处理,然后在N型晶体硅基体的正表面和背表面制备阻挡层,背面阻挡层的厚度小于正面阻挡层的厚度; (2)、在步骤(I)处理后的N型晶体硅基体的背表面印刷耐酸浆料并烘干形成副栅状图案的掩膜; (3)、将步骤(2)处理后的N型晶体硅基体浸入酸性溶液中去除未被掩膜覆盖区域的背面阻挡层,但正面的阻挡层要求不被酸性溶液去除,但厚度会相应减薄; (4)、将步骤(3)处理后的N型晶体硅基体浸入碱性溶液中去除掩膜,碱性溶液同时去除未被掩膜覆盖的η+重掺杂区域,保留被掩膜覆盖的η+重掺杂区域,从而形成局部η+重掺杂的背表面; (5)、再次将N型晶体硅基体浸入酸性溶液中去除正表面和背表面残余的阻挡层; (6)、在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体的正表面制备钝化减反膜并在背表面制备钝化膜,然后在N型晶体硅基体的背表面使用金属浆料印刷背面电极,背面电极的背面副栅与局部η+重掺杂区域连接;在N型晶体硅基体的正表面使用金属丝制备与所述ρ+掺杂区域欧姆接触的正面电极,烧结后完成局部背面场N型太阳能电池的制备。2.根据权利要求1所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:步骤(6)中,制备正面电极的方法是:将沾附有掺铝银浆的金属丝贴附在N型晶体硅基体的正表面,经烘干、烧结后,金属丝与P+掺杂区域形成欧姆接触。3.根据权利要求1所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:步骤(6)中,制备正面电极的方法是:在N型晶体硅基体的正表面使用掺铝银浆印刷分段副栅;然后在分段副栅上铺设金属丝,烧结后的分段副栅、金属丝和P+掺杂区域三者之间形成欧姆接触。4.根据权利要求1所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:步骤(6)中,制备正面电极的方法是:在N型晶体硅基体的正表面使用掺铝银浆印刷分段副栅,然后进行烧结处理;在烧结后的N型晶体硅基体的分段副栅上印刷热敏导电层;然后在热敏导电层上铺设镀有热敏导电材料的金属丝,将铺设好镀有热敏导电材料的金属丝的N型晶体硅基体进行加热,使得镀有热敏导电材料的金属丝、热敏导电层、ρ+掺杂区域和分段副栅四者之间形成欧姆接触。5.根据权利要求4所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述热敏导电层是锡膏导电层,所述镀有热敏导电材料的金属丝为锡包铜丝、银包铜丝、锡包铝丝或锡包钢丝中的任一种;锡膏含有锡、锡铅合金、锡铋合金或锡铅银合金中的任一种。6.根据权利要求4所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:对N型晶体硅基体进行加热的方式是采用红外加热的方式,加热的回流峰值温度为183-250摄氏度。7.根据权利要求1所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:步骤(I)中对N型晶体硅基体进行掺杂处理的方法包括以下步骤: S1、选择N型晶体娃基体,并对N型晶体娃基体的如表面作制域处理;N型晶体娃基体的电阻率为0.5?15Ω.cm; 52、将步骤SI处理后的N型晶体硅基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散形成正表面的P+掺杂区域,硼源采用三溴化硼,扩散温度为900-1000°C,时间为60-180分钟;硼扩散后的方阻值为40-100 Ω /sqr; 53、将硼扩散后的N型晶体硅基体放入刻蚀清洗机中,去除背表面的硼扩散层和正表面的硼硅玻璃层; 54、使用离子注入机在步骤S3处理后的N型晶体硅基体背表面注入磷并进行退火处理形成背表面的η+重掺杂区域,η+重掺杂区域的方阻值为10-40 Ω/sqr;退火的峰值温度为700?950 °C,退火时间为30?200min,环境气源为N2和O2。8.根据权利要求1-7任一所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述阻挡层是S12层或SiNx层,正面阻挡层的厚度为200-300nm,背面阻挡层厚度为50-100nm。9.根据权利要求1所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:步骤(2)中副栅状图案的掩膜的宽为20-100um,互相平行,间距为l-2mm。10.根据权利要求1所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:步骤(3)中的酸性溶液为5-20 %的HF溶液中,N型晶体硅基体浸入5-20 % HF溶液中的时间为0.5-5分钟,取出N型晶体硅基体后用去离子水清洗。11.根据权利要求1所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:步骤(4)中的所述碱性溶液是1?30 %的KOH溶液、1?30 %的NaOH溶液、10?30%的四甲基氢氧化铵溶液或者10?30%的乙二胺溶液;碱性溶液的温度为50-90°C,N型晶体硅基体浸入碱性溶液中的反应时间为0.5-5分钟,取出N型晶体硅基体后用去离子水清洗。12.根据权利要求1所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:步骤(5)中的酸性溶液是5-20%的HF溶液中,N型晶体硅基体浸入5-20%HF溶液中的时间为2-5分钟,取出N型晶体硅基体后用去离子水清洗。13.根据权利要求1所述的一种局部背表面场N型太阳能电池的制备方法,其特征在于:步骤(6)中,在N型晶体硅基体的背表面制备背面电极的方法是:在N型晶体硅基体的背表面使用银浆印刷H型栅线的背面电极并进行烘干,其中背面主栅宽0.5-3mm,等间距设置3-6根,背面副栅宽20-1 OOum ο14.一种局部背表面场N型太阳能电池,包括N型晶体硅基体,所述N型晶体硅基体的正表面包括依次从内到外的P+掺杂区域和正表面钝化减反膜;所述N型晶体硅基体的背表面包括依次从内到外的局部η+重掺杂区域和背表面钝化膜;其特征在于:所述N型晶体硅基体还包括设置在背表面的背面电极,所述背面电极包括背面主栅和背面副栅,所述背面副栅与所述局部η+重掺杂区域连接,所述正面电极包括与所述ρ+掺杂区域欧姆接触的金属丝。15.根据权利要求14所述的一种局部背表面场N型太阳能电池,其特征在于:所述金属丝通过银铝合金材料与所述P+掺杂区域电连接。16.根据权利要求14所述的一种局部背表面场N型太阳能电池,其特征在于:所述正面电极包括分段副栅,所述金属丝通过分段副栅与所述P+掺杂区域电连接。17.根据权利要求14所述的一种局部背表面场N型太阳能电池,其特征在于:所述正面电极包括分段副栅和设置在分段副栅上热敏导电层,所述分段副栅与所述P+掺杂区域电连接;所述金属丝与所述热敏导电层电连接。18.根据权利要求17所述的一种局部背表面场N型太阳能电池,其特征在于:所述分段副栅是银铝合金分段副栅;所述热敏导电层是锡膏导电层,所述金属丝是镀有热敏导电材料的金属丝。19.一种局部背表面场N型太阳能电池组件,包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、局部背表面场N型太阳能电池、封装材料、背层材料,其特征在于:所述局部背表面场N型太阳能电池是权利要求14-18任一所述的一种局部背表面场N型太阳能电池。20.—种局部背表面场N型太阳能电池系统,包括一个以上串联的局部背表面场N型太阳能电池组件,其特征在于:所述局部背表面场N型太阳能电池组件是权利要求19所述的一种局部背表面场N型太阳能电池组件。
【文档编号】H01L31/0224GK105826408SQ201610263462
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】林建伟, 刘志锋, 孙玉海, 季根华, 张育政
【申请人】泰州中来光电科技有限公司
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