专利名称：一种单面电极晶体硅太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及晶体硅太阳能电池领域，尤其是一种单面电极晶体硅太阳能电池及其制备制法。
背景技术：
太阳能作为一种清洁的、没有任何污染的能源，以及太阳能发电作为动力供应主 要来源之一的可能性，已日益引起人们关注。而解决这个技术的关键在于太阳能电池生产 成本的降低和转化效率的提高。对于占主流地位的晶体硅太阳能电池，由于其正表面电极 占了表面积的20%，减少了太阳能电池的受光面积，从而减少了其转化效率。光伏行业的相关技术人员为了提高太阳能电池的转化效率，在传统结构的基础上 做了大量的技术创新及改进。如专利号为200620152276. 2的《单面电极太阳能电池》。其 结构包括太阳能电池表层、缓冲层、含至少一个P-N结的光吸收区、过渡层、P或N型区的集 电栅和电极。这是一种受光面可以得到充分利用的结构，同时，由于底部PN结的集栅型排 布，增加了 PN结的有效长度，从而提高了薄膜太阳能电池的转化效率。
发明内容
发明目的本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种单面电 极晶体硅太阳能电池及其制备制法。技术方案本发明公开了一种单面电极晶体硅太阳能电池，包括基片，所述基片的 一面为受光面，所述受光面包括表面织构化的钝化层和减反层，所述基片的另一面为设有 引出电极的背光面，所述背光面上设有PN结掺杂，在PN结掺杂处设有第一金属导电极，所 述背光面上PN结掺杂外的部分设有第二金属导电极；所述PN结掺杂为梳状或者栅状，位于 PN结掺杂区内的第一金属导电极形状与所述PN结掺杂区形状适配。本发明一个优选方案是晶体硅为N型结晶硅，因为N型晶体硅容易获得寿命较长 的少数载流子，更有利于形成高转化效率的太阳能电池。所述基片为N型基片，所述背光面 与第二金属导电极之间设置N+掺杂层；或者，所述基片为P型基片，所述背光面与第二金属 导电极之间设置P+掺杂层。本发明中，所述基片厚度为40μπι 200μπι。基片选取常规用太阳能电池晶硅N 型或者P型，由于基片越薄，从太阳能电池受光面达到PN结位置的光损失越小，所以在工艺 允许条件下，选用较薄的基片为较优的方案。本发明中，所述PN结掺杂宽度为0.01mm 5mm，深度为0. Iym Ιμπι。其中基 片掺杂宽度主要受印刷电极精度限制，可在0. Olmm 5mm之间选择，掺杂深度主要受工艺 及时间限制，在0. Iym Iym之间选择。本发明中，所述第一金属导电极和第二金属导电极为银电极、铝电极、银铝电极中 的一种。本发明还公开了一种制备所述的背光面引出电极的晶体硅太阳能电池的方法，包括以下步骤将基片一面织构化，并镀钝化层、反射层作为受光面，另一面作为背光面；在基片背光面进行PN结掺杂，掺杂深度为0. 1 μ m 1 μ m ；在PN结掺杂区内丝印第一金属导电极，在PN结掺杂区以外丝印第二金属导电极， 作为引出电极，其中PN结掺杂区内的第一金属导电极面积小于PN结掺杂区面积；对基片进行烧结形成铝背电场。本发明上述方法中，所述第一金属导电极和第二金属导电极为银电极、铝电极、银 铝电极中的一种，或者其它符合要求的材料。本发明还公开了一种制备所述的背光面引出电极的晶体硅太阳能电池的方法，包 括以下步骤准备N型基片或者P型基片，将基片一面织构化，并镀钝化层、反射层作为受光 面；在N型基片背光面整体掺杂N+掺杂层，或者，在P型基片背光面整体掺杂P+掺杂 层；在基片上丝印穿透所述N+掺杂层或者P+掺杂层的PN结掺杂区；在基片为N型 时，先在背光面进行N+掺杂层，然后再进行P型栅状掺杂，P型掺杂穿透N+层。在基片为P 型时，先在背光面进行P+掺杂，然后进行N型栅状掺杂，N型掺杂穿透P+层。在PN结掺杂区内丝印第一金属导电极，在PN结掺杂区以外的N+掺杂层或者P+ 掺杂层上丝印第二金属导电极，作为引出电极，其中PN结掺杂区内的第一金属导电极面积 小于PN结掺杂区面积； 对基片进行烧结形成铝背电场。掺杂时，可以对基片采用下述优选方案对基片可以采用激光选择性照射的加热 方式，也可以采用整体炉式加热。由于激光照射方式不容易引入额外杂质，为最优方案。第 二个优选方案为先对基片有选择地进行离子注入掺杂，然后通过退火修复基片晶格。第 三个优选方案为将基片置于真空室内，采用向真空室内通入相应掺杂气体，N型硅片通入 B2H6、H2的混合气体，P型硅片通入PH3、H2的混合气体。第四个优选方案为采用混合掺杂工 艺气体，用APCVD方式在基片相应位置沉积杂质源，然后对基片进行高温扩散。第五个优选 方案为采用混合掺杂工艺气体，用APCVD方式在基片相应位置沉积杂质源，然后对基片进 行高温扩散。本发明中，所述第一金属导电极和第二金属导电极为银电极、铝电极、银铝电极中 的一种，或者其它符合要求的材料。有益效果本发明提供了一种单面电极晶体硅太阳能电池及其制备方法，可以最 大限度利用电池的表面积接收阳光，使接受阳光的面积增大了 10%左右。同时，由于PN结 在背表面呈栅状排列，形成连续的”η”型耗尽层，可以有效增加PN结的有效长度，有利于提 高太阳能电池的转化效率。另外，背面的铝背场有良好的陷光作用，可以将未被完全吸收的 太阳光线折射回基片进行再次吸收利用。在进行栅状掺杂之前，在基片表面进行同质高浓度掺杂，有利于与金属电极形成 欧姆接触，并且由于体电阻较小，有利于提高填充因子。栅状电极穿透N+结层，与基片形成 加深加长的竖向Ν/Ρ结和Ν+/Ρ结，竖向Ν/Ρ结和Ν+/Ρ结及形成横向的Ν+/Ν高低结可以提高光生载流子的收集率，从而提高电池的短路电流Isc。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为单面电极太阳能电池的新型结构示意图。图2为单面电极太阳能电池的梳状电极结构示意图。图3为单面电极太阳能电池的改进结构一示意图。图4为单面电极太阳能电池的栅状结构示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种单面电极晶体硅太阳能电池，电池结构为单晶硅太阳能电池基片，基片受光面具有绒面织构化结构、钝化层、反射层。基片背光面设有栅状或者梳状PN 结，同时，也可以先在背光面设置N+ (相对N型晶硅)层或者P+层(相对P型晶硅)，然后 设置穿透N+或者P+的栅状或者梳状PN结。最后在背光面设置与PN结形状相同的正负电 极。实施例1如附图1、图2所示，选择晶面为100(晶硅晶面按类型分为100、110、111三种，每 种晶面具有不同的物理化学特性)，尺寸为156 X 156 X 180 μ m的N型基片1，在基片受光面 设织构化结构，并设钝化层、减反层。在背光面设梳状PN结2，所设PN结深度为0. 5 μ m，在 梳状掺杂位置及未掺杂位置分别设梳状铝电极4、5作为第一金属导电极和第二金属导电 极，作为太阳能电池的引出电极，第一金属导电极和第二金属导电极之间留有一定的间隙 9。实施例2选择晶面为100，尺寸为156 X 156 X 180 μ m的P型基片，在基片受光面设织构化结 构，并设钝化层、减反层。在基片背光面设栅状PN结，PN结深度为1 μ m，在栅状掺杂位置及 未掺杂位置分别设栅状银铝电极，作为太阳能电池的引出电极。实施例3如附图3、附图4所示，选择晶面为100，尺寸为156Χ156Χ100μπι的N型基片1， 在基片受光面设织构化结构，并设钝化层、减反层。在基片背光面设置N+层6，N+深度为 0. 05 μ m。然后再设栅状PN结2，栅状PN结穿透N+层，深度为0. 3 μ m，在栅状掺杂位置及 未掺杂位置分别设栅状铝电极7、8，作为太阳能电池的引出电极，第一金属导电极和第二金 属导电极之间留有一定的间隙9。实施例41)选择晶面为100，尺寸为156Χ156Χ100μπι的P型基片，送入制绒设备进行常
规清洗织构化，制出折射率为2. 2的绒面。2)在受光面的绒面上镀钝化层、减反层。3)采 用离子注入方式对基片进行栅状磷掺杂，掺杂深度为0. 5 μ m左右，然后采用高温退火方式 修复晶格；4)在PN结掺杂区内丝印铝电极作为第一金属导电极，在PN结掺杂区以外丝印 银铝电极作为第二金属导电极(或者银电极)，作为引出电极，其中PN结掺杂区内的第一金属导电极面积小于PN结掺杂区面积；6)对基片进行烧结形成铝背电场，完成太阳能电池制备。实施例5选择晶面为100，尺寸为156Χ156Χ100μπι的N型基片，送入制绒设备进行常规
清洗织构化，制出折射率为2.0的绒面。2)将基片置于充满PH3、Hjg合工艺气体的真空容 器中，其中B2H6的体积百分含量为10%，用准分子激光器对基片背光面进行整体加热，使基 片瞬间升温至1300°C，激光器频宽为20纳秒，照射100次，形成N+掺杂层。3)将基片置于 SiH4、B2H6、02的混合气体中，用APOVD法在基片上需要的位置沉积杂质源层，然后高温扩 散对基片进行梳状掺杂，掺杂深度透过N+层，厚度为0.2 μ m。4)在基片背光面丝印梳状铝 浆作为第一、第二金属导电极，第一、第二金属导电极位置相交错，栅宽为0. 3mm。6)烧结铝 背场，形成太阳能电池本发明提供了一种单面电极晶体硅太阳能电池及其制备制法的思路及方法，具体 实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和 润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可 用现有技术加以实现。
权利要求
一种单面电极晶体硅太阳能电池，包括基片，所述基片的一面为受光面，所述受光面包括表面织构化的钝化层和减反层，其特征在于，所述基片的另一面为设有引出电极的背光面，所述背光面上设有PN结掺杂，在PN结掺杂处设有第一金属导电极，所述背光面上PN结掺杂外的部分设有第二金属导电极；所述PN结掺杂为梳状或者栅状，位于PN结掺杂区内的第一金属导电极形状与所述PN结掺杂区形状适配。
2.根据权利要求1所述的一种单面电极晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述基片为N 型基片，所述背光面与第二金属导电极之间设置N+掺杂层；或者，所述基片为P型基片，所述背光面与第二金属导电极之间设置P+掺杂层。
3.根据权利要求1所述的一种单面电极晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述基片厚 度为 40ym~ 200 μ m。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种单面电极晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述 PN结掺杂宽度为0. Olmm 5_，深度为0. 1 μ m 1 μ m。
5.根据权利要求4所述的一种单面电极晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述第一金 属导电极和第二金属导电极为银电极、铝电极、银铝电极中的一种。
6.一种制备权利要求1所述的背光面引出电极的晶体硅太阳能电池的方法，其特征在 于，包括以下步骤将基片一面织构化，并设钝化层作为受光面，另一面作为背光面； 在基片背光面进行栅状或梳状PN结掺杂，掺杂深度为0. 1 μ m 1 μ m 在PN结掺杂区内丝印第一金属导电极，在PN结掺杂区以外丝印第二金属导电极，作为 引出电极，其中PN结掺杂区内的第一金属导电极面积小于PN结掺杂区面积； 对基片进行烧结形成铝背电场。
7.根据权利要求6所述的一种单面电极晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述第一金 属导电极和第二金属导电极为银电极、铝电极、银铝电极中的一种。
8.一种制备权利要求2所述的背光面引出电极的晶体硅太阳能电池的方法，其特征在 于，包括以下步骤准备N型基片或者P型基片，将基片一面织构化，并在基片上镀钝化层、反射层作为受 光面，另一面作为背光面；在N型基片背光面整体掺杂N+掺杂层，或者，在P型基片背光面整体掺杂P+掺杂层； 在基片上进行穿透所述N+掺杂层或者P+掺杂层的PN结的栅状或者梳状掺杂； 在PN结掺杂区内丝印第一金属导电极，在PN结掺杂区以外的N+掺杂层或者P+掺杂 层上丝印第二金属导电极，作为引出电极，其中PN结掺杂区内的第一金属导电极面积小于 PN结掺杂区面积；对基片进行烧结形成铝背电场。
9.根据权利要求8所述的一种单面电极晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述第一金 属导电极和第二金属导电极为银电极、铝电极、银铝电极中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种单面电极晶体硅太阳能电池，所述基片的一面为设有引出电极的背光面，所述背光面上设有PN结掺杂，在PN结掺杂处设有第一金属导电极，所述背光面上PN结掺杂外的部分设有第二金属导电极；所述PN结掺杂为梳状或者栅状，第一金属导电极形状与PN结形状相同。本发明还公开了一种制备方法，包括将基片一面织构化，并设钝化层作为受光面，另一面作为背光面；在基片背光面设置PN结掺杂区，掺杂深度为0.1μm～1μm；在PN结掺杂区内设置第一金属导电极，在PN结掺杂区以外设置第二金属导电极，作为引出电极，其中PN结掺杂区内的第一金属导电极面积小于PN结掺杂区面积；对基片进行烧结形成铝背电场。
文档编号H01L31/0352GK101814544SQ20101014160
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月7日 优先权日2010年4月7日
发明者刘莹, 张宏勇 申请人:江苏华创光电科技有限公司