技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种钝化接触N型晶体硅电池
及制备方法和组件、系统。
背景技术：
太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件，其关键指标为光
电转换效率。多种因素会影响光电转换效率，其中硅基体表面的钝化质量是一
个较为关键的因素。钝化质量好，硅基体的表面复合速率低，就能获得较高的
开路电压和短路电流，所以太阳能电池的表面钝化一直是设计和优化的重中之
重。业内常见的钝化方法是在硅基体表面生长钝化膜，常见的钝化膜有SiO2、
SiNx、SiOxNy、Al2O3等。另一方面，为了收集电池产生的电流，必须在硅基体
上制作金属电极。这些金属电极需要穿过钝化膜和硅基体形成欧姆接触，从而
不可避免地破坏了金属电极下方的钝化膜。处于金属电极下方的硅基体不仅无
法被钝化，还因为和金属的直接接触存在非常高的复合。采用点接触电极或类
似方法只能在一定程度上缓解但无法根除这一问题。
以N型太阳能电池为例，常见的N型太阳能电池的结构为p+/N/n+结构，
其中背表面为n+型掺杂层，其上一般采用SiNx或SiO2/SiNx作为钝化层，然后
使用烧穿型银浆穿透钝化层与硅形成欧姆接触。其中背面金属电极约占背面面
积的5％-8％，这就意味着超过5％面积的硅表面没有被钝化层覆盖，而且这些
区域都存在严重的金属复合。一种既能让金属电极和硅基体形成良好的接触，
又能保持钝化膜的完整性的新型电池，是太阳能电池领域的发展趋向。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。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钝化接触N型晶体硅电
池及制备方法和组件、系统。所述的钝化接触N型晶体硅电池的制备方法，可
以在保持钝化膜完整性的同时让金属电极和硅基体形成良好的接触，从而显著
提高N型电池的开路电压、短路电流及最终的转换效率；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。
本发明提供的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法，其技术方案为：
一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)、对N型晶体硅基体的正表面进行掺杂处理，形成p+掺杂区域；
(2)、在N型晶体硅基体的背表面制备隧穿氧化层，在隧穿氧化层上制备
含磷多晶硅层或者含磷非晶硅层，然后进行退火处理；
(3)、在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，
在N型晶体硅基体的背表面印刷金属浆料形成背面电极；在N型晶体硅基体的
正表面使用金属丝制备与所述p+掺杂区域欧姆接触的正面电极，烧结后完成钝
化接触N型晶体硅电池的制备。
其中，步骤(3)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。
其中，步骤(3)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。
其中，步骤(3)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、p+掺杂区域和分段副栅四者之
间形成欧姆接触。
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。
其中，步骤(1)中，对N型晶体硅基体的正表面进行掺杂处理的方法是：
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；然后将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℃，时间为60-180分钟，硼扩散后的方阻值为40-100Ω/sqr。
其中，步骤(2)中，制备遂穿氧化层的方法是硝酸氧化法、高温热氧化法、
干式臭氧氧化法或者湿式臭氧氧化法；所述硝酸氧化法采用质量浓度为40～68％
的硝酸溶液，时间为5-20min；所述湿式臭氧氧化法为在去离子水中通入臭氧，
使得臭氧浓度达到20-50ppm，反应温度为30-50℃，时间为5-20min。
其中，步骤(2)中，在隧穿氧化层上制备含磷多晶硅层的方法是将N型
晶体硅基体放入LPCVD设备中，采用磷烷作为掺杂源，在隧穿氧化层上生长
含磷多晶硅层；或者将N型晶体硅基体放入LPCVD设备中，首先在其背表面
生长本征多晶硅层，然后使用离子注入设备，将磷离子注入该多晶硅层中得到
含磷多晶硅层。
其中，步骤(2)中，进行退火处理的方法是将N型晶体硅基体放入退火
炉中进行高温退火，退火温度为800-950℃，含磷多晶硅层或者含磷非晶硅层经
退火后形成n+掺杂多晶硅层。
其中，步骤(3)中，背面电极的制备方法是：在N型晶体硅基体的背表
面使用银浆印刷背面电极并进行烘干，烧结的峰值温度为850-950℃。
本发明还提供了一种钝化接触N型晶体硅电池，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、正表面钝化减反
膜和正面电极，所述正面电极包括与所述p+掺杂区域欧姆接触的金属丝；所述
N型晶体硅基体的背表面包括依次从内到外的隧穿氧化层、n+掺杂多晶硅层、
背表面钝化膜和背面电极。
其中，所述n+掺杂多晶硅层的厚度大于100nm。
其中，所述隧穿氧化层的厚度为0.5-5nm；所述遂穿氧化层是SiO2层。
其中，所述金属丝通过银铝合金材料与所述p+掺杂区域电连接，所述背面
电极是银背面电极。
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p+掺
杂区域电连接。
其中，所述正面电极包括分段副栅和设置在分段副栅上的热敏导电层，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。
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。
其中，所述钝化减反膜是SiO2、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种，所述
钝化膜是SiO2和SiNx介质膜组成的复合介质膜；所述钝化减反膜的厚度为
70～110nm；所述钝化膜的厚度为不低于20nm。
本发明还提供了一种钝化接触N型晶体硅电池组件，包括由上至下依次设
置的前层材料、封装材料、钝化接触N型晶体硅电池、封装材料、背层材料，
所述钝化接触N型晶体硅电池是上述的一种钝化接触N型晶体硅电池。
本发明还提供了一种钝化接触N型晶体硅电池系统，包括一个以上串联的
钝化接触N型晶体硅电池组件，所述钝化接触N型晶体硅电池组件是上述的一
种钝化接触N型晶体硅电池组件。
本发明的实施包括以下技术效果：
本实施例的技术优点主要体现在：(1)N型晶体硅基体背表面覆盖有一层
SiO2作为隧穿氧化层，该隧穿氧化层可以给硅基体提供优良的表面钝化效果，
并且该隧穿氧化层还可以选择性的让电子隧穿过去，阻挡空穴通过，减少载流
子复合，同时隧穿氧化层上方的n+掺杂多晶硅层可以与背表面电极形成良好的
欧姆接触，基于此本发明的钝化接触N型晶体硅电池具有较高的开路电压和短
路电流；(2)背面金属电极与基体硅的没有直接接触，相比现有技术，既没有
破坏硅基体表面的钝化效果，还减少了金属和硅界面的复合；(3)金属电极与
n+掺杂多晶硅层之间为欧姆接触，而n+掺杂多晶硅层和硅基体之间通过隧穿氧
化层进行载流子的传输，所以电池的填充因子并不会降低；(4)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。综合来说，本发明可以显著提高N型
电池的开路电压、短路电流及最终的转换效率，同时可以降低电池片的制作成
本。
附图说明
图1为本发明实施例的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法中步骤一后的
电池结构截面示意图。
图2为本发明实施例的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法中步骤三后的
电池结构截面示意图。
图3为本发明实施例的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法中步骤四后的
电池结构截面示意图。
图4为本发明实施例的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法中步骤六后的
电池结构截面示意图。
图5为本发明实施例的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法中步骤七后的
电池结构截面示意图。
图6为本发明实施例的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法中步骤八后的
电池结构截面示意图。
图7为本发明实施例1的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法步骤九(a)
后的粘附有银浆的金属丝示意图。
图8为本发明实施例1的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法步骤九(b)
后的电池结构截面示意图。
图9为本发明实施例2的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法步骤九(a)
后的电池结构截面示意图。
图10为本发明实施例2的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法步骤九(b)
后的电池结构截面示意图。
图11为本发明实施例3的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法步骤九(a)
后的电池结构截面示意图。
图12为本发明实施例3的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法步骤九(b)
后的电池结构截面示意图。
图13为本发明实施例3的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法步骤九(c)
后的电池结构截面示意图。
图14为本发明实施例2和实施例3的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方
法步骤九中非连续的线条状分段副栅示意图。
图15为本发明实施例2和实施例3的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方
法步骤九中非连续的圆点状分段副栅示意图。
图16为本发明实施例2和实施例3的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方
法步骤九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
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。
实施例1
参见图1～图8所示，本实施例的一种钝化接触N型晶体硅电池的制备方法，
主要包括以下步骤：
(1)、选择156mm×156mm的N型晶体硅基体10，并对N型晶体硅基体
10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.cm，优选
1～5Ω.cm；N型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选80～200μm；完成本步
骤后的电池结构如图1所示。
(2)、将步骤(1)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面的p+掺杂区域12，硼源采用三溴化硼，扩散温度为
900-1000℃，时间为60-180分钟。硼扩散后的方阻值为40-100Ω/sqr，优选50-70Ω-/
sqr。
(3)、将硼扩散后的N型晶体硅基体10放入刻蚀清洗机中，去除背面的
硼扩散层和正面的硼硅玻璃层。完成本步骤后的电池结构如图2所示。
(4)、在步骤(3)处理后的N型晶体硅基体10背表面生长一层隧穿氧化
层15，工作时光生载流子能够穿透隧穿氧化层15形成电导通，本实施例中隧
穿氧化层15是SiO2层。生长隧穿氧化层15的方法有硝酸氧化法、高温热氧化
法、干式臭氧氧化法或湿式臭氧氧化法。本实施例采用硝酸氧化法，将N型晶
体硅基体10放入质量浓度为68％的硝酸溶液中，时间为5-20min，隧穿氧化层
15的厚度为0.5-5nm。还可以采用湿式臭氧氧化法，氧化条件为在去离子水中
通入臭氧，使得臭氧浓度达到20-50ppm，反应温度为30-50℃，时间为5-20min。
完成本步骤后的电池结构如图3所示。
(5)、在步骤(4)处理后的N型晶体硅基体10放入LPCVD设备(低压
化学气相沉积)中，采用磷烷作为掺杂源，在其背表面的隧穿氧化层15上生长
含磷多晶硅层，含磷多晶硅层的厚度为大于100nm。本实施例还可以使用
APCVD或PECVD设备在隧穿氧化层上制备含磷非晶硅层。
(6)、在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体10放入退火炉中进行高温退
火。退火温度为800-950℃。含磷多晶硅层或者含磷非晶硅层经退火后形成n+
掺杂多晶硅层16。完成本步骤后的电池结构如图4所示。
(7)、在步骤(6)处理后的N型晶体硅基体10的正表面生长钝化减反膜
14，并在N型晶体硅基体10的背表面生长钝化膜18。钝化减反膜14是SiO2、
SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种，其厚度为70～110nm。背表面的钝化膜18
是SiO2和SiNx介质膜组成的复合介质膜，其厚度为不低于20nm。完成本步骤
后的电池结构如图5所示。
(8)、在N型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷背面电极22并进行烘
干。完成本步骤后的电池结构如图6所示。
(9)、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：
(a)如图7所示，将可以与p+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。
(b)、如图8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10的正表面并烘干，金属丝26之间的间距为1-3mm；
(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℃。至此，完成钝化接触N型晶体硅电池的制备。
实施例2
参见图1至图6、图9、图10、图14至图16所示，本实施例中的一种钝
化接触N型晶体硅电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)～(8)与实施例1相同，此处不再赘述。
(9)、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：
(a)如图9所示，使用可以与p+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15)、非连续的线条(如图14)
或者错位排列的非连续的圆点(如图16)。
(b)、如图10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。
(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℃。至此，完成钝化接触N型晶体硅电池的制备。
实施例3
参见图1至图6、图11至图16所示，本实施例中的一种钝化接触N型晶
体硅电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)～(8)与实施例1相同，此处不再赘述。
(9)、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：
(a)如图11所示，使用可以与p+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℃。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15)、非连续的线条(如图14)或者错位排列的非连续的圆点(如图16)。
(b)、如图12所示，将步骤(a)处理后的N型晶体硅基体10置于印刷机，
印刷热敏导电层29，印刷热敏导电层29优选锡膏导电层。热敏导电层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。热敏
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
时务必使过墨后的热敏导电层29位于分段副栅27上。
(c)、如图13所示，在热敏导电层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。
(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、热敏
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，完成钝化接触N型晶体硅电池的制备。
本实施例的技术优点主要体现在：(1)N型晶体硅基体背表面覆盖有一层
SiO2作为隧穿氧化层，该隧穿氧化层可以给硅基体提供优良的表面钝化效果，
同时隧穿氧化层上方的n+掺杂多晶硅层可以为硅基体提供较好的场钝化效果，
基于此本发明的钝化接触N型晶体硅电池具有较高的开路电压和短路电流；(2)
背面金属电极与基体硅的没有直接接触，相比现有技术，既没有破坏硅基体表
面的钝化效果，还减少了金属和硅界面的复合；(3)金属电极与n+掺杂多晶硅
层之间为欧姆接触，而n+掺杂多晶硅层和硅基体之间通过隧穿氧化层进行载流
子的传输，所以电池的填充因子并不会降低；(4)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。综合来说，本发明可以显著提高N型电池的开路电压、
短路电流及最终的转换效率，同时可以降低电池片的制作成本。
本实施例还提供了一种钝化接触N型晶体硅电池，包括N型晶体硅基体
10，N型晶体硅基体10的正表面包括依次从内到外的p+掺杂区域12、正表面
钝化减反膜14和正面电极，正面电极包括与p+掺杂区域12欧姆接触的金属丝
26；N型晶体硅基体的背表面包括依次从内到外的隧穿氧化层15、n+掺杂多晶
硅层16、背表面钝化膜18和背面电极22。n+掺杂多晶硅层16的厚度大于
100nm。隧穿氧化层15的厚度为0.5-5nm；遂穿氧化层15是SiO2层。本实施
例的隧穿氧化层及n+掺杂多晶硅层可以给硅基体提供优良的表面钝化及场钝
化，背面银电极没有破坏硅基体表面的钝化层，载流子可穿过隧穿氧化层无障
碍传输，因此本发明的钝化接触N型晶体硅电池具有较高的开路电压、短路电
流和转换效率，设置金属丝形成正面电极，可减少电池的银浆消耗，从而降低
电池片的制作成本。
本实施例中，金属丝26与p+掺杂区域12的连接方式为金属丝26通过银
铝合金材料与p+掺杂区域12电连接，背面电极22是使用银浆印刷烧结后得到
的银背面电极；或者正面电极包括分段副栅27，金属丝通过分段副栅27与p+
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上的
热敏导电层29，分段副栅27与p+掺杂区域电连接；金属丝与热敏导电层29
电连接。分段副栅27是印刷掺铝银浆烧结后得到的银铝合金分段副栅27；热
敏导电层29优选锡膏导电层，金属丝26优选镀有热敏导电材料的金属丝。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15)、非连续的线
条(如图14)或者错位排列的非连续的圆点(如图16)。
钝化减反膜14是SiO2、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种，钝化膜18是
SiO2和SiNx介质膜组成的复合介质膜；钝化减反膜14的厚度为70～110nm；钝
化膜18的厚度为不低于20nm。背面电极22包括背面主栅和背面副栅(图中未
示出)，背面主栅和背面副栅构成H型栅线，其中背面主栅宽0.5-3mm，等间
距设置3-6根，背面副栅宽20-60um。
本实施例还提供了一种钝化接触N型晶体硅电池组件，包括由上至下连接
的前层材料、封装材料、钝化接触N型晶体硅电池、封装材料、背层材料，钝
化接触N型晶体硅电池是上述的一种钝化接触N型晶体硅电池。本实施例的钝
化接触N型晶体硅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
明提供的钝化接触N型晶体硅电池组件的改进仅涉及上述的钝化接触N型晶体
硅电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对钝化接触N型晶体硅电池及
其制备方法进行详述，对钝化接触N型晶体硅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
明的钝化接触N型晶体硅电池组件。
本实施例还提供了一种钝化接触N型晶体硅电池系统，包括一个以上串联
的钝化接触N型晶体硅电池组件，钝化接触N型晶体硅电池组件是上述的一种
钝化接触N型晶体硅电池组件。本实施例的钝化接触N型晶体硅电池系统的结
构及工作原理使用本领域公知的技术，且本发明提供的钝化接触N型晶体硅电
池系统的改进仅涉及上述的钝化接触N型晶体硅电池，不对其他部分进行改动。
故本说明书仅对钝化接触N型晶体硅电池及其制备方法进行详述，对钝化接触
N型晶体硅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，即可实现本发明的钝化接触N型晶体硅电池系统。
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。