专利名称：一种制作金属环绕型太阳电池的方法
技术领域：
本发明涉及太阳电池及其制备技术领域，特别涉及一种呈等边三角形通孔阵列排布的金属环绕型太阳电池的制作方法。
背景技术：
金属环绕型(Metal Wrap Through, MffT)太阳电池是最近几年国际流行的新型高效光伏器件。由于表面电极的遮光被大幅降低，在相同的太阳辐照条件下，电池能够产生更多的光生电流，从而提高电池的光电转换效率。MWT太阳电池的一个共同特点，是在电池上制备有贯穿电池正面和背面的通孔，在电池正面仅保留了细栅金属线，正、负两个电极都放在背面。光照时，正面发射区产生的光生载流子通过扩散，被细栅金属线收集，细栅金属线与孔洞电极相连，因此被细栅金属线收集的光生载流子通过孔洞电极传导到电池背面的发射极电极。即正面细栅金属线与通孔中的金属、背面发射极电极金属呈金属环绕式连通。这样，MWT太阳电池的正面电极遮光大大减少，而在电池背面的正、负电极，通常呈叉指式排列，以便于后期的组件封装。MWT太阳电池和另一种发射极环绕型太阳电池的通孔阵列主要采用四方点阵分布(美国专利US20050176164A1、US20060162766A1)和六方点阵分布(中国专利200480018805.3)。在四方形点阵分布中，对角线交点处产生的光生载流子距离通孔较远，不易被收集；在六方形点阵分布中，这种非均匀性则更为严重，因而成为影响太阳电池效率不可忽略的因素。
发明内容
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种呈等边三角形通孔阵列排布的金属环绕型太阳电池的制作方法。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种制作金属环绕型太阳电池的方法，包括:在基片上制作呈等边三角形阵列排布的贯穿正面和背面的通孔阵列；将制作有通孔阵列的基片在含有氢氧化钠(NaOH)和异丙醇(IPA)的碱性溶液中进行各向异性腐蚀，制作减反绒面；将制作有减反绒面的基片置于管式扩散炉内，在该管式扩散炉内进行杂质扩散，在基片正面、通孔侧壁及基片背面形成发射极，并使正面发射区、通孔侧壁发射区和背面发射区呈环绕式连通；在基片正面和背面利用氮化硅或氧化硅制作正面减反介质薄膜和背面钝化介质
薄膜；在基片背面的通孔阵列之间刻蚀掉部分介质薄膜和其下面的发射区材料形成背面基区，并通过丝网印刷在该基区内制作叉指基区电极；
在基片背面发射区内制作叉指发射区电极，发射区电极材料填满通孔，连接所有通孔阵列；在基片正面制作沿等边三角形边缘排布的细栅金属电极；烧结，使基区电极、发射区电极和细栅金属电极与基片材料之间形成欧姆接触；上述方案中，所述基片为半导体材料基片包括掺杂类型为η型或P型的单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓或磷化铟。上述方案中，所述等边三角形排布的通孔阵列，其通孔位于等边三角形的顶点，通孔贯穿材料基片的正面和背面，等边三角形边长范围为10微米至5毫米，通孔孔径范围为I微米至0.5毫米，通孔形状为圆柱形、圆台形、方形或多边形。上述方案中，所述在管式扩散炉内进行杂质扩散，是在该管式扩散炉内通入含有与基片导电类型相反的杂质气态源、液态源或固态源进行杂质扩散。上述方案中，所述在基片正面和背面制作氮化硅或氧化硅是采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或热氧化方法实现的。上述方案中，所述在基片背面的通孔阵列之间刻蚀掉部分介质薄膜和其下面的发射区材料是通过反应离子刻蚀(RIE)或化学腐蚀或激光刻槽工艺实现的。上述方案中，所述在基片背面基区内制作叉指基区电极和在发射区内制作叉指发射区电极是通过丝网印刷实现的，基极电极处于孔阵之间，发射极电极覆盖通孔阵列。上述方案中，所述基片正面细栅金属电极沿等边三角形边缘排布，孔与孔之间直接连接，并与背面覆盖通孔阵列的发射极电极相连。上述方案中，所述正面细栅金属电极是通过光刻技术或丝网印刷实现的。上述方案中，所述烧结是通过链式烧结炉或管式烧结炉或快速热处理(RTP)实现的。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有的有益效果为:采用等边三角形通孔阵列制作金属环绕型太阳电池，在载流子扩散长度一定的情况下，等边三角形点阵中单位受光面积内包含的通孔个数最少，均匀性最佳。因此采用本发明制作金属环绕型太阳电池，能够以最少的通孔数，改善金属环绕型太阳电池通孔分布和电极排布的均匀性，改善光生载流子在正面的收集率，提高太阳电池的光电转换效率。同时背面电极可以做成直线叉指式，有利于丝网印刷工艺。
图1为依照本发明实施例的制作金属环绕型太阳电池的方法流程图；图2为依照本发明实施例的等边三角形通孔阵列的排布示意图。图3为依照本发明实施例的呈等边三角形通孔阵列排布的MWT太阳电池正面细栅金属电极示意图。图4为依照本发明实施例的呈等边三角形通孔阵列排布的MWT太阳电池背面基区电极和发射区电极示意图。图5为依照本发明实施例制作的呈等边三角形通孔阵列排布的MWT太阳电池工艺流程图。
附图标记:1基片，2通孔，3减反射绒面，4正面发射区，5通孔侧壁发射区，6正面介质薄膜，7背面介质薄膜，8背面基区，9背面发射区，10基区电极，11发射区电极，12正面细栅金属电极。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。图1为依照本发明实施例的制作金属环绕型太阳电池的方法流程图，该方法包括以下步骤:步骤1:在基片上制作呈等边三角形排布的贯穿正面和背面的通孔阵列；步骤2:在通孔阵列的基片表面制作减反绒面；步骤3:在基片正面、通孔侧壁及背面形成发射极，使正面发射区、通孔侧壁发射区和背面发射区呈环绕式连通；步骤4:在基片正面制作减反介质薄膜，在基片背面制作钝化介质薄膜；步骤5:在基片背面的通孔阵列之间形成背面基区，在该基区内制作叉指基区电极；步骤6:在基片背面发射区内制作叉指发射区电极，发射区电极材料填满通孔，发射区电极连接所有通孔阵列；步骤7:在基片正面制作沿等边三角形边缘排布的细栅金属电极；步骤8:烧结，使基区电极、发射区电极和细栅金属电极与基片材料之间形成欧姆接触。其中，步骤I中所述基片为半导体材料基片，包括掺杂类型为η型或P型的单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓或磷化铟等。所述等边三角形排布的通孔阵列，如图2所示，其通孔位于等边三角形的顶点，通孔贯穿材料基片的正面和背面，等边三角形边长范围为10微米至5毫米，通孔孔径范围为I微米至0.5毫米，通孔形状为圆柱形、圆台形、方形或多边形。其中，步骤2中所述在通孔阵列的基片表面制作减反绒面，是将制作有通孔阵列的基片在含有氢氧化钠(NaOH)和异丙醇(IPA)的碱性溶液中进行各向异性腐蚀实现的。其中，步骤3中所述在基片正面、通孔侧壁及基片背面形成发射极，是将制作有减反绒面的基片置于管式扩散炉内进行杂质扩散实现的，杂质扩散是在该管式扩散炉内通入含有与基片导电类型相反的杂质气态源、液态源或固态源实现的。步骤4中所述在基片正面和背面形成减反和钝化介质薄膜，是在基片正面和背面淀积氮化硅或氧化硅介质薄膜实现的，氮化硅或氧化硅介质薄膜是采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或热氧化方法实现的。步骤5中所述在基片背面的通孔阵列之间刻蚀掉部分介质薄膜和其下面的发射区材料是通过反应离子刻蚀(RIE)或化学腐蚀或激光刻槽工艺实现的。步骤5和6中所述在基片背面基区内制作叉指基区电极和在发射区内制作叉指发射区电极是通过丝网印刷实现的。步骤7中所述在基片正面制作沿等边三角形边缘排布的细栅金属电极是通过光刻技术或丝网印刷实现的。步骤8中所述烧结是通过链式烧结炉或管式烧结炉或快速热处理(RTP)实现的。利用该方法制作的金属环绕型太阳电池，其背面电极按叉指式排布，发射极电极覆盖通孔阵列，基极电极处于孔阵之间；正面细栅金属电极沿等边三角形边缘排布，孔与孔之间直接连接，并与背面覆盖通孔阵列的发射极电极相连。图3示出了依照本发明实施例的呈等边三角形通孔阵列排布的MWT太阳电池正面细栅金属电极示意图，图4示出了依照本发明实施例的呈等边三角形通孔阵列排布的MWT太阳电池背面基区电极和发射区电极示意图。实施例:呈等边三角形通孔阵列排布的MWT太阳电池的制作工艺图5为依照本发明实施例制作的呈等边三角形通孔阵列排布的MWT太阳电池工艺流程图，该方法包括以下步骤:步骤1:在基片I上制作如图2所示的等边三角形通孔2的阵列，通孔2贯穿基片I的正面和背面。步骤2:将作有三角形通孔阵列的基片I在含有氢氧化钠(NaOH)和异丙醇(IPA)的碱性溶液中进行各向异性腐蚀，制作减反绒面3。步骤3:在管式扩散炉内通含有与衬底导电类型相反杂质的气态源或液态源或固态源进行杂质扩散，在基片的正面、通孔侧壁及背面形成发射极，并使正面发射区4、通孔侧壁发射区5和背面发射区9呈环绕式连通。步骤4:通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或热氧化制作氮化硅或氧化硅，在正面和背面分别形成正面减反介质薄膜6和背面钝化介质薄膜7。步骤5:在背面的通孔阵列之间，通过反应离子刻蚀(RIE)或化学腐蚀或激光刻槽，刻蚀掉部分介质薄膜和其下面的发射区材料，形成背面基区8，并通过丝网印刷在基区8内制作基区电极10。步骤6:通过丝网印刷在背面发射区内制作发射区电极11，发射区电极材料填满通孔，连接所有通孔2阵列。步骤7:通过光刻技术或丝网印刷在基片正面制作如图3所示的沿等边三角形边缘排布的细栅金属电极12 ;近邻孔与孔之间通过细栅金属电极12互连，正面细栅金属线、通孔中填充的金属与背面覆盖通孔阵列的发射极电极11呈金属环绕式连通。步骤8:最后通过链式烧结炉或管式烧结炉或快速热处理(RTP)烧结，完成基区电极10和发射区电极11、正面细栅金属电极12与基片材料之间的欧姆接触。在上述实施例中，等边三角形通孔2阵列如图2所示。通孔位于等边三角形的顶点，通孔贯穿材料基片I的正面和背面，等边三角形边长范围为10微米至5毫米，通孔孔径范围为I微米至0.5毫米，通孔形状为圆柱形、圆台形、方形或多边形。在上述实施例中，太阳电池的背面电极按图4所示的叉指式排布，发射极电极11覆盖通孔2阵列，基极电极10处于孔阵之间。本发明提供的这种制作金属环绕型太阳电池的方法，采用等边三角形通孔阵列，改善金属环绕型太阳电池通孔分布和电极排布的均匀性，提高光生载流子的收集率，进而提高太阳电池的光电转换效率。在载流子扩散长度一定的情况下，等边三角形点阵中单位受光面积内包含的通孔个数最少，均匀性最佳，因此采用本发明制作金属环绕型太阳电池，能够以最少的通孔数，改善光生载流子在正面的收集率，同时背面电极可以做成直线叉指式，有利于丝网印刷工艺。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种制作金属环绕型太阳电池的方法，其特征在于，包括: 在基片上制作呈等边三角形阵列排布的贯穿正面和背面的通孔阵列； 将制作有通孔阵列的基片在含有氢氧化钠(NaOH)和异丙醇(IPA)的碱性溶液中进行各向异性腐蚀，制作减反绒面； 将制作有减反绒面的基片置于管式扩散炉内进行杂质扩散，在基片正面、通孔侧壁及基片背面形成发射极； 在基片正面和背面分别制作正面减反介质薄膜和背面钝化介质薄膜； 在基片背面的通孔阵列之间刻蚀掉部分介质薄膜和其下面的发射区材料形成背面基区，并通过丝网印刷在该基区内制作叉指基区电极； 在基片背面发射区内制作叉指发射区电极，发射区电极材料填满通孔，连接所有通孔阵列； 在基片正面制作沿等边三角形边缘排布的细栅金属电极； 烧结，使基区电极、发射区电极和细栅金属电极与基片材料之间形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的制作金属环绕型太阳电池的方法，其特征在于，所述基片为半导体材料基片，包括掺杂类型为η型或P型的单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓或磷化铟。
3.根据权利要求1所述的制作金属环绕型太阳电池的方法，其特征在于，所述等边三角形排布的通孔阵列，其通孔位于等边三角形的顶点，通孔贯穿材料基片的正面和背面，等边三角形边长范围为10微米至5毫米，通孔孔径范围为I微米至0.5毫米，通孔形状为圆柱形、圆台形、方形或多边形。
4.根据权利要求1所述的制作金属环绕型太阳电池的方法，其特征在于，所述在管式扩散炉内进行杂质扩散，是在该管式扩散炉内通入含有与基片导电类型相反的杂质气态源、液态源或固态源进行杂质扩散。
5.根据权利要求1所述的制作金属环绕型太阳电池的方法，其特征在于，所述在基片正面和背面制作氮化硅或氧化硅是采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或热氧化方法实现的。
6.根据权利要求1所述的制作金属环绕型太阳电池的方法，其特征在于，所述在基片背面的通孔阵列之间刻蚀掉部分介质薄膜和其下面的发射区材料是通过反应离子刻蚀(RIE)或化学腐蚀或激光刻槽工艺实现的。
7.根据权利要求1所述的制作金属环绕型太阳电池的方法，其特征在于，所述在基片背面基区内制作叉指基区电极和在发射区内制作叉指发射区电极是通过丝网印刷实现的，基极电极处于孔阵之间，发射极电极覆盖通孔阵列。
8.根据权利要求1所述的制作金属环绕型太阳电池的方法，其特征在于，该方法制作的金属环绕型太阳电池的正面细栅金属电极沿等边三角形边缘排布，孔与孔之间直接连接，并与背面覆盖通孔阵列的发射极电极相连。
9.根据权利要求1或8所述的制作金属环绕型太阳电池的方法，其特征在于，所述正面细栅金属电极是通过光刻技术或丝网印刷实现的。
10.根据权利要求1所述的制作金属环绕型太阳电池的方法，其特征在于，所述烧结是通过链式烧结炉或管式烧结炉或快速热处理(RTP)实现的。
全文摘要
本发明公开一种制作金属环绕型太阳电池的方法，包括在基片上制作呈等边三角形阵列排布的通孔阵列；将基片在碱性溶液中进行各向异性腐蚀制作减反绒面；将基片在管式扩散炉内进行杂质扩散形成发射极；在基片的正面和背面形成正面减反介质薄膜和背面钝化介质薄膜；在基片背面的通孔阵列之间形成基区，并制作叉指基区电极；在基片背面发射区内制作叉指发射区电极，发射区电极材料填满通孔，连接所有通孔阵列；在基片正面制作沿等边三角形边缘排布的细栅金属电极；烧结形成欧姆接触。本发明采用等边三角形通孔阵列，改善了太阳电池的通孔分布和电极排布的均匀性，提高了光生载流子的收集率，提高了太阳电池的光电转换效率。
文档编号H01L31/18GK103165755SQ20131010004
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者朱洪亮, 黄永光, 朱小宁 申请人:中国科学院半导体研究所