一种新型的背接触异质结电池及其制作方法与流程

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种新型的背接触异质结电池及其制作方法。

背景技术：

提高电池片工业化生产的转换效率是太阳能行业发展并逐步取代传统能源的未来趋势。电池片转换效率的提升，主要提升开路电压、填充因子和短路电流密度等电性参数；在异质结太阳能电池中，通过在非晶硅层与单晶硅基底之间插入一层本征非晶硅层，极大地改善了基体硅的表面钝化效果，可获得较高的少数载流子寿命和开路电压，从而提高了转换效率。而背接触电池中，电极全部分布在背面即P极和N极交叉排列于电池的背面，分别收集晶体硅光伏效应产生的光生载流子，电池正面没有任何电极分布，因而没有金属电极栅线遮挡产生的光学损失，可有效增加电池片的短路电流，极大提高了转换效率。背接触异质结单晶硅太阳能电池结合了上述两种太阳能技术的优点，可获得极高的光电转换效率。据报道，目前该技术的太阳能电池已获得26％的实验室转换效率。

然而背接触异质结太阳能电池在制造的过程中存在着诸多难点：1)工艺流程复杂冗长，需多次进行湿化学刻蚀和清洗，非晶硅膜层容易因浸泡在酸或碱溶液中而失去原本的活性与质量；2)在背面形成交叉排列的N型区和P型区，两区之间需要完全隔离绝缘，避免接触短路严重影响电池性能的发挥，因此要么在镀膜的过程中通过掩膜的方式避免两种极性的膜层相互交叠，造成载流子复合；要么镀膜过后，通过局部刻蚀的方式去除另一极性的膜层，而这两种方式都需要多次进行掩膜操作和严苛的对位要求，因此单位时间产能低且制作成本高昂，不适用于规模化量产。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种新型的背接触异质结电池及其制作方法，以克服了冗长的工艺步骤和多次掩膜操作带来工艺的不稳定性，适合大规模的工艺生产。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种新型的背接触异质结电池，包括硅基体片，所述硅基体片的受光面依次设置半导体钝化层、第一半导体层和减反射层，所述硅基体片的背光面设置半导体钝化层，所述半导体钝化层上交错排列着第一半导体层和第二半导体与第一半导体的叠层，所述第一半导体层和叠层上分别设置有透明导电薄膜层，透明导电薄膜层上设置有电极，所述第一半导体层与叠层之间设置有绝缘隔离层，所述第二半导体层与第一半导体层之间形成带间隧穿接触。

进一步的，所述硅基体片为为P型单晶硅或N型单晶硅。

进一步的，所述半导体钝化层为氢化非晶硅层，厚度控制在3～15nm。

进一步的，所述第一半导体层和第二半导体层为N型非晶硅掺杂层或P型非掺杂层，若硅基体片为N型单晶硅基体，则第一半导体层为N型非晶硅掺杂层，第二半导体层为P型非晶硅掺杂层。

进一步的，所述减反射层为氧化硅、氮化硅、ITO或氧化铝，厚度控制在50～150nm之间。

进一步的，所述电池片的第一和二半导体层都进行高浓度掺杂，形成良好接触，掺杂浓度为10¹⁹-10²⁰cm^-3，接触电阻小于10mΩ.cm²。

一种新型的背接触异质结太阳能电池的制作方法，所述方法包括如下步骤：

硅基体片进行清洗；

在硅基体片的受光面依次沉积半导体钝化层、第一半导体层和减反射层；

在硅基体片的背光面依次镀上半导体钝化层和绝缘层；

去除部分绝缘层，形成第二半导体区的开口区域；

在硅基体片的背光面沉积第二半导体层；

在第二半导体层和绝缘层交叠的区域，去除部分的第二半导体层和绝缘层，形成第一半导体层的开口区域；

在硅基体片的背光面沉积第一半导体层，使其交错形成第一半导体层和第二半导体与第一半导体的叠层；

在硅基体片的背光面沉积透明导电层；

将硅基体片背光面的第一半导体层和叠层区域绝缘隔开；

在第一半导体层和叠层上形成电极。

进一步的，所述硅基体片清洗为两面抛光再制绒形成金字塔绒面。

进一步的，所述第一半导体层和叠层区域绝缘隔开采用激光刻线方式或丝网印刷掩膜刻蚀方式。

进一步的，所述在第一半导体层和叠层上形成电极采用丝网印刷银浆方式或电镀方式进行。

由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明操作步骤简单，硅基体片经过制绒清洗后，在正背光面沉积非晶硅钝化层，后续无需再进行二次清洗，极大地缩短了制作流程。

2、本发明电池片的背光面沉积第二半导体层，其膜层具有高浓度掺杂，高导电性能的特点，同时第二半导体层与第一半导体层之间形成带间隧穿接触，使其对少子载流子有一定选择性，避免两接触电极之间短路，因而第一半导体层直接覆盖在第二半导体层上，无需再次掩膜刻蚀，从而减少了制作过程中多次掩膜及刻蚀带来的性能损伤与对位的复杂性，适合未来大规模的量产需求。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种新型的背接触异质结太阳能电池结构示意图；

图2为本发明一种新型的背接触异质结太阳能电池制作方法流程图；

图3～图15是本发明实施例中的太阳能电池的制造工序的示意性截面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1所示，一种新型的背接触异质结电池，包括硅基体片1，所述硅基体片1的受光面依次设置半导体钝化层2i、第一半导体层2n和减反射层3，所述硅基体片1的背光面设置半导体钝化层4i，所述半导体钝化层4i上交错排列着第一半导体层4n和第二半导体4p与第一半导体4n的叠层4np，所述第一半导体层4n和叠层4np上分别设置有透明导电薄膜层6，透明导电薄膜层6上设置有电极7，所述第一半导体层4n与叠层4np之间设置有绝缘隔离层，所述第二半导体层4p与第一半导体层4n之间形成带间隧穿接触。

所述硅基体片1为为P型单晶硅或N型单晶硅。

所述半导体钝化层为氢化非晶硅层，厚度控制在3～15nm。

所述第一半导体层和第二半导体层为N型非晶硅掺杂层或P型非掺杂层，若硅基体片1为N型单晶硅基体，则第一半导体层为N型非晶硅掺杂层，第二半导体层为P型非晶硅掺杂层。

所述减反射层3为氧化硅、氮化硅、ITO或氧化铝，厚度控制在50～150nm之间。

所述电池片的第一和二半导体层都进行高浓度掺杂，形成良好接触，掺杂浓度为10¹⁹-10²⁰cm^-3，接触电阻小于10mΩ.cm²。

本实施例的新型背接触异质结太阳能电池，硅基体片以N型单晶硅基体为例，其结构如图1所示包括：N型单晶硅基体1，受光面半导体钝化层2i，受光面N型非晶硅层2n，受光面减反射层3，背光面半导体钝化层4i，背光面N型非晶硅层4n，背光面P型非晶硅层4p，背光面NP型非晶硅层叠层区域4np，背光面绝缘层5，背光面透明导电层6，背光面电极7。

在本实施例中的太阳能电池结构中，正背光面半导体钝化层2i和4i，为含H的非晶硅本征层i，背光面的半导体钝化层i只需达到钝化效果即可，对于其厚度无特定要求，其厚度可以在之间；受光面的半导体钝化层i要求钝化效果的同时，还需避免对入射光的阻挡作用，首选地其厚度控制在之间；

N型非晶硅层为添加了n型掺杂剂的非晶半导体层；P型非晶硅层添加了P型掺杂剂的非晶半导体层，N型和P型非晶硅层的厚度并无特别限定，优选地，n型非晶半导体层的厚度可以可为左右，P型非晶半导体层的厚度可以可为左右。

背光面P和N型的非晶硅层分别添加了P型和N型掺杂剂的非晶半导体层，其掺杂浓度为10¹⁹-10²⁰cm^-3，接触电阻小于10mΩ.cm²，其膜层具有高浓度掺杂，，高导电性能的特点；

背光面NP型非晶硅层叠层区域4np，因为背光面P、N型非晶硅层都进行高浓度掺杂，具有高导电性能，且P型半导体层对空穴有一定的选择性，使第二半导体层和第一半导体层形成有效的隧穿接触，减少了制作过程中多次掩膜及刻蚀带来的性能损伤与对位的复杂性，适合未来大规模的量产需求。

受光面N型非晶层上设有兼具作为反射防止膜的功能与作为保护膜的功能的减反射层3可由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等形成。背光面绝缘层5可由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等形成的多层膜的层叠体构成。背光面绝缘层5的厚度可根据要赋予的反射防止特性等而适当地设定。绝缘层5的厚度可为80nm～1.5um左右；

参考图2～图15针对本实施方式的背接触异质太阳能电池的制造方法：

S1、首先准备N型单晶硅基体1。接着，对硅基体的受光面1a和背光面1b进行清洗。对硅基体两面进行抛光，去除机械损失层，然后再制绒，形成金字塔绒面，降低反射率；

S2、在硅基体的受光面1a上沉积本征非晶硅钝化层2i、N型非晶层2n和减反射层3，减反射层3可由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等单一材料形成或多层复合材料形成，本实施例中采用氮化硅为减反射层，以上非晶硅层和氮化硅减反射层可以利用溅射法或CVD法等薄膜形成方法来形成，本实施例中采用PECVD方法沉积形成；

S3、在硅基体片的背光面沉积非晶硅钝化层4i和绝缘层5，以上非晶硅层和氮化硅减反射层可以利用溅射法或CVD法等薄膜形成方法来形成，本实施例中采用PECVD方法沉积形成；

S4、通过蚀刻绝缘层5，除去绝缘层5的一部分，形成第二半导体区的开口区域，具体地，除去绝缘层5中的位于后续工序中P型非晶硅层与本征非晶硅层区域之上的部分。去除绝缘层5可以用丝网印刷蚀刻油墨的方式去除，也可在保护油墨保护的条件下，用湿法刻蚀的方式去除，本实施例中，采用丝网印刷酸性蚀刻膏的方式去除，形成第二半导体区的开口区域；

S5、在上述硅基体片的背光面沉积P型非晶硅层4p，在沉积过程中，其膜层具有高浓度掺杂，高导电性能的特点；且在薄膜沉积的过程中，硅烷浓度较低，与第一半导体层之间能形成带间隧穿接触，使其对空穴少子载流子有一定选择性，避免两接触电极之间短路；以上非晶硅层可以利用溅射法或CVD法等薄膜形成方法来形成，本实施例中采用PECVD方法沉积形成；

S6、利用丝网印刷方式将保护油墨均匀地覆盖至P型非晶层4p与i型非晶层4i直接接触的部分，进行掩膜保护，然后去除P型非晶层4p、绝缘层5与i型非晶层4i的叠层部分，形成第一半导体区的开口区域；具体地，去除叠层部分的方式，可以用丝网印刷酸性蚀刻油墨的方式去除，也可在保护油墨保护的条件下，用湿法刻蚀的方式去除，本实施例中，采用丝网印刷蚀刻油墨的方式去除，形成第一半导体区的开口区域；

S7、在上述硅基体片的背光面继续沉积N型非晶硅层4n，此N型非晶硅层4n覆盖在整个背光面，使其交错形成第一半导体区4in区域和第二半导体与第一半导体的叠层区域4ipn区域，如图12，在沉积过程中，N型非晶硅膜层也需进行高浓度掺杂，使其具有高导电性能的特点，与P型非晶硅层之间能形成带间隧穿接触；

S8、在上述硅基体片的背光面沉积透明导电层6，透明导电层可以ITO、AZO等透光性导电氧化物等形成，透明导电层可以用蒸镀、溅射等方式形成，本实施例用PVD溅射方式形成；

S9、将上述硅基体背光面的第一半导体层4in区域和第二半导体与第一半导体的交叠层4ipn区域绝缘隔开，具体地，两区之间进行绝缘隔离可以通过激光刻线、丝网印刷利用蚀刻油墨腐蚀刻槽的方式进行，本实施例通过蚀刻油墨腐蚀刻槽的方式进行；

S10、在上述硅基体背光面的第一半导体层4n和叠层4pn上形成电极7，形成电极7可以通过丝网印刷工艺，经低温烧结(＜250℃)，形成银栅电极，也可以通过电镀方式形成电极，本实施例通过电镀方式进行栅线电极；

本发明操作步骤简单，硅基体片经过制绒清洗后，在正背光面沉积非晶硅钝化层，后续无需再进行二次清洗，极大地缩短了制作流程；电池片的背光面沉积第二半导体层，其膜层具有高浓度掺杂，高导电性能的特点，同时第二半导体层与第一半导体层之间形成带间隧穿接触，使其对少子载流子有一定选择性，避免两接触电极之间短路，因而第一半导体层直接覆盖在第二半导体层上，无需再次掩膜刻蚀，从而减少了制作过程中多次掩膜及刻蚀带来的性能损伤与对位的复杂性，适合未来大规模的量产需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。