一种钝化接触N型太阳能电池及制备方法、组件和系统与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种钝化接触n型太阳能电池及制备方法、组件和系统。

背景技术：

随着光伏技术的不断发展，高效、高稳定性、低成本的光伏电池将会成为光伏市场追求的主流产品。多种因素会影响光伏电池的光电转换效率，其中硅基体表面的钝化质量是一个极为关键的因素。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。业内常见的n型太阳电池具有转换效率高、光致衰减低、稳定性好、性价比高，同时还具有双面发电、适合建筑一体化以及垂直安装等优点，在光伏市场上受到越来越多重视。

最常见的n型太阳能电池结构是正面为p+掺杂层，基体为n型硅，而背面为n+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。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。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，而这种做法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。其金属化一般采用双面h型金属栅线结构，p+面印刷掺铝银浆，n+面印刷银浆。之所以在p+面使用掺铝银浆，是因为如下两个原因：1)为了形成良好的欧姆接触。对p+型掺杂表面而言，三价铝和p+掺杂的硅具有更小的接触电阻，如果使用纯银浆，其接触电阻会较高。2)为了满足焊接要求。电池片在封装成组件的过程中必须进行焊接，所以金属电极必须要满足可焊性这个要求，含锡焊带可以和银牢固焊接，但在铝表面却无法进行良好的焊接。因此，为了同时满足欧姆接触和焊接性能这两个要求，一般在p+面使用掺铝银浆。然而掺铝银浆中的银含量较高，其成本和纯银浆不相上下。

目前还没有一种有效的p+型掺杂表面的金属化方法，在满足低欧姆接触电阻和优异可焊性的同时，又能大幅度减少含银浆料的使用。

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型太阳能电池。

本发明提供的一种钝化接触n型太阳能电池，其技术方案为：

一种钝化接触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从内到外依次包括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从内到外依次包括遂穿氧化层、n+掺杂多晶硅层或n+掺杂非晶硅层和背表面钝化膜；其特征在于：所述n型晶体硅基体的背表面还包括与n+掺杂多晶硅层或n+掺杂非晶硅层欧姆接触的背面电极，所述n型晶体硅基体的正表面还包括设置在正表面钝化减反膜上的正面副栅和正面主栅，所述正面副栅采用铝浆印刷，且所述正面副栅与所述p+掺杂区域形成欧姆接触；所述正面主栅的长与宽的比值不大于600。

其中，所述背面电极是由背面主栅和背面副栅构成的h型栅线；背面主栅的线宽为0.5-3mm，等间距设置3-6根，背面副栅的线宽为20-60μm。

其中，正面主栅采用银或银铝合金印刷，其线宽为0.5-3mm，等间距设置3-6根；正面副栅的形状为连续的线条状结构，其线宽为20-60μm。

其中，背面遂穿氧化层的材质是sio2层，其厚度是0.5-5nm。

其中，正表面钝化减反膜是sinx介质膜，其厚度为70-110nm，背表面钝化膜是sio2和sinx介质膜组成的复合介质膜，其厚度为不低于20nm。

其中，n型晶体硅基体的厚度为50-300μm。

本发明还提供了一种钝化接触n型太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、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；

(2)、将步骤(1)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。

(3)、将硼扩散后的n型晶体硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背面的硼扩散层和正面的硼硅玻璃层。

(4)、在步骤(3)处理后的n型晶体硅基体背表面生长一层隧穿氧化层，工作时光生载流子能够穿透隧穿氧化层形成电导通。

(5)、在步骤(4)处理后的n型晶体硅基体放入lpcvd设备中，在其背表面生长本征多晶硅层或本征非晶硅层；然后使用离子注入设备，将磷离子注入该本征多晶硅层或本征非晶硅层中。

(6)、在步骤(5)处理后的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℃，注入了磷离子的多晶硅层经退火后形成n+掺杂多晶硅层或n+掺杂非晶硅层。

(7)、在步骤(6)处理后的n型晶体硅基体的正表面生长钝化减反膜，在n型晶体硅基体的背表面生长钝化膜。

(8)、在n型晶体硅基体的正表面使用铝浆印刷正面副栅，使用银或掺铝银浆印刷正面主栅电极并进行烘干。

(9)、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，其电极图案的形状为h型栅线。

(10)、将步骤(9)处理后的n型晶体硅基体传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为850-950℃，即完成钝化接触n型太阳能电池的制备。

其中，步骤(4)中，生长隧穿氧化层的方法有硝酸氧化法、高温热氧化法、干式臭氧氧化法和湿式臭氧氧化法。

本发明还提供了一种钝化接触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、钝化接触n型太阳能电池、封装材料、背层材料；所述钝化接触n型太阳能电池是上述的钝化接触n型太阳能电池。

本发明还提供了一种钝化接触n型太阳能电池系统，包括一个或多个串联的钝化接触n型太阳能电池组件；所述钝化接触n型太阳能电池组件是上述的钝化接触n型太阳能电池组件。

本发明的实施包括以下技术效果：

本发明的钝化接触n型太阳能电池的正面副栅为铝，铝可以直接烧穿sinx，且铝与硅复合率低，无需开槽、节省银浆、开路电压高；采用n+掺杂多晶硅层作为n型太阳能电池的背表面场，为硅基体表面提供优异场钝化效果，少数载流子复合率低，电池开路电压、短路电流和能量转化效率高；并且，本发明的正面栅线的银浆耗量为20-50毫克，按照目前金属浆料的市场价格来计算的话，本发明每一片电池片的正面栅线成本相比现有技术要低大概0.3-0.5元，以年产50mw的生产线为例，每年本发明可减少n型太阳能电池正面栅线成本300-500万元。

附图说明

图1为本发明实施例的一种钝化接触n型太阳能电池的制备方法步骤(1)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型太阳能电池的制备方法步骤(3)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型太阳能电池的制备方法步骤(4)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型太阳能电池的制备方法步骤(6)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型太阳能电池的制备方法步骤(7)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型太阳能电池的制备方法步骤(9)后的电池结构截面示意图。

图7为本发明实施例的一种钝化接触n型太阳能电池的制备方法中正面副栅的连续线条状结构示意图。

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。

参见图1至图7所示，本实施例中的一种n型太阳能电池的制备方法包括如下步骤：

(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，p+掺杂区域12的掺杂深度为0.5-2.0μm；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，其厚度为0.5-5nm。生长隧穿氧化层15的方法有硝酸氧化法、高温热氧化法、干式臭氧氧化法及湿式臭氧氧化法。本实施例采用湿式臭氧氧化法，将n型晶体硅基体10放入去离子水中，然后在去离子水中通入臭氧，使得臭氧浓度达到20-50ppm，反应温度30-50℃，时间为5-20min，生长的隧穿氧化层15的厚度为0.5-5nm。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，在其背表面生长本征多晶硅层或本征非晶硅层，多晶硅层或非晶硅层的厚度为大于100nm。然后使用离子注入设备，将磷离子注入该多晶硅层或非晶硅层中。

(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℃。注入了磷离子的多晶硅层或非晶硅层经退火后形成n+掺杂多晶硅层或n+掺杂非晶硅层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，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sinx或介质膜，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的正表面使用铝浆印刷正面副栅19，使用银或掺铝银浆印刷正面主栅20并进行烘干。银浆及掺铝银浆均采用现有n型电池工艺中常用的型号，正面主栅20的线宽为0.5-3mm，正面主栅20等间距设置3-6根。正面副栅19的形状为连续的线条状结构(如图7所示)，与正面主栅20正交设置。正面副栅19的宽度为20-60um，长度为154mm。这些连续线条互相平行，间距1.95mm，共设置80根。

(9)、在n型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷背面电极并进行烘干，其电极图案的形状为h型栅线，其中背面主栅22线宽为0.5-3mm，长154mm，等间距设置3-6根，背面副栅线宽为20-60um，长154mm，互相平行，间距为1.55mm，共设置100根。完成本步骤后的电池结构如图6所示。

(10)、将步骤(9)处理后的n型晶体硅基体10传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为850-950℃，即完成钝化接触n型太阳能电池的制备。

采用现有的n型太阳能电池制备方法，其正面栅线的银浆耗量约为100-150毫克，而采用实施例的制备方法，其正面栅线的银浆耗量为20-50毫克。按照目前金属浆料的市场价格来计算的话，实施例中每一片电池片的正面栅线成本相比现有技术要低大概0.3-0.5元，以年产50mw的生产线为例，每年本发明可减少n型太阳能电池正面栅线成本300-500万元。

如图6-7所示，本实施例还提供了一种钝化接触n型太阳能电池，包括n型晶体硅基体10，所述n型晶体硅基10体的正表面从内到外依次包括p+掺杂区域12和正表面钝化减反膜14；所述n型晶体硅基体10的背表面从内到外依次包括遂穿氧化层15、n+掺杂多晶硅层或n+掺杂非晶硅层16和背表面钝化膜18；所述n型晶体硅基体10的背表面还包括与n+掺杂多晶硅层或n+掺杂非晶硅层16欧姆接触的背面电极，所述n型晶体硅基体10的正表面还包括设置在正表面钝化减反膜14上的正面副栅19和正面主栅20，所述正面副栅19采用铝浆印刷，且所述正面副栅19与所述p+掺杂区域12形成欧姆接触；所述正面主栅20的长与宽的比值不大于600，优选154，还可以选择100、200、300、400和600。

本实施例还提供了一种钝化接触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、钝化接触n型太阳能电池、封装材料、背层材料，钝化接触n型太阳能电池是上述的一种钝化接触n型太阳能电池。本实施例的钝化接触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n型太阳能电池组件的改进仅涉及上述的钝化接触n型太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对钝化接触n型太阳能电池及其制备方法进行详述，对钝化接触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，即可实现本发明的钝化接触n型太阳能电池组件。

本实施例还提供了一种钝化接触n型太阳能电池系统，包括一个或多于一个串联的钝化接触n型太阳能电池组件，钝化接触n型太阳能电池组件是上述的一种钝化接触n型太阳能电池组件。本实施例的钝化接触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，且本发明提供的钝化接触n型太阳能电池系统的改进仅涉及上述的钝化接触n型太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对钝化接触n型太阳能电池及其制备方法进行详述，对钝化接触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，即可实现本发明的钝化接触n型太阳能电池系统。

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。