一种P型HBC电池结构及其制备方法与流程

一种p型hbc电池结构及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及光伏高效电池技术领域，尤其涉及一种p型hbc电池结构及其制备方法。


背景技术：

2.叉指型背接触异质结单晶硅太阳电池(interdigitated back contact silicon heterojunctionsolarcell，简称hbc太阳电池)兼具叉指型背接触太阳电池 (interdigitated back contact solar cell，简称ibc太阳电池)和带有薄本征层的异质结太阳电池(heterojunction with intrinsic thin-layer solar cell，简称hit太阳电池) 的优点，既移除了前表面金属电极，减少了遮光损失，获得了较大的短路电流，又通过在重掺的非晶硅与晶体硅之间插入了一层高质量的本征非晶硅钝化层大幅降低了界面态，减少了表面复合，提高了开路电压，是目前世界上光电转换效率最高的单晶硅太阳电池。hbc电池结合ibc电池和hjt电池的优点，具备以下优势：电池前表面零栅线遮挡，没有来自栅线遮挡导致的电流损失，具备高短路电流；金属电极位于电池背表面，电池金属电极的优化可以不受光学遮挡的限制，极大的减少金属化带来的串联电阻增加。
3.采用ibc与hj技术结合的hbc技术可以使电池效率进一步提升，其结构如图1所示，工艺步骤如下所示。hbc的电池结构正面是减反射层arc和前表面场fsf，n-c-si材料背面为了改善表面钝化性能，增加了一层缓冲层i-a-si:h材料，缓冲层之下则是掺杂非晶硅层，呈叉指型分布，其中p-a-si:h作为发射极，n-a-si:h作为背面场bsf，其宽度分别为wemit和w
bsf
。最后，在发射极和bsf上覆盖有金属接触层，发射极和背面场之间用介质层隔离。hbc利用非晶硅优越的表面钝化性能，并结合ibc结构正面没有金属遮挡的结构优点，采用相同的器件结构。
4.hbc电池代表晶硅电池最高效率水平，hbc却一直受限于较高的量产成本，发展较为曲折。hbc电池在继承了两者优点的同时也保留了ibc和hjt电池各自生产工艺的难点。ibc电池工艺的关键问题，是如何在电池背面制备出呈叉指状间隔排列的p区和n区以及在其上面分别形成金属化接触和栅线。普通太阳电池的扩散只需在p型衬底上形成n型的扩散区，而ibc电池既有形成背面n区（bsf）的磷扩散，还有形成pn结的硼扩散，即在n型衬底上进行p型掺杂，同时由于ibc电池正负电极都处于背表面，电池制作时需要严格的电极隔离工艺。hjt电池工艺的关键问题，一是对硅片本身要求比较高，hjt电池工艺都是低温工序，无高温热处理及吸杂工艺，硅片本身的氧施主和新施主等缺陷无法消除，硅片本身杂质含量高，从而影响了电池效率；另外，由于本身硼元素在硅中的固溶度低，高浓度的p型非晶硅薄膜制作也非常困难。
5.常规hbc电池的结构参见图1，其呈叉指状pn区的制备都绕不开“掩模-开槽-沉积-刻蚀”等工艺，然而电池在制作本征和掺杂非晶硅时的镀膜工艺，工艺窗口窄，而且对工艺清洁度要求极高，以上等等原因造成hbc电池投资设备昂贵，工序长，投资成本高。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种p型hbc电池结构及其制备方法，使tco导电膜获得较优的透过率及电导率，提升异质结太阳能电池性能。
7.本发明的目的是这样实现的：一种p型hbc电池结构，它包括p型硅衬底，所述p型硅衬底的背面中部设有一块p型重掺杂区，所述p型硅衬底的正面和背面均设有非晶硅本征层，所述p型硅衬底的背面的非晶硅本征层的外侧设有n型非晶硅掺杂层，所述p型硅衬底的正面的非晶硅本征层的外侧设有sin
x
减反膜；所述n型非晶硅掺杂层的外侧设有tco导电膜；所述tco导电膜的外侧设有若干n型ag电极，所述tco导电膜上设有一个槽口，槽口的深度贯穿tco导电膜和n型非晶硅掺杂层，使得p型重掺杂区的底部裸露，所述p型重掺杂区的底部连接p型ag电极，使用p型低温银浆料和p型重掺杂区的铝浆料实现欧姆接触。
8.进一步地，所述p型重掺杂区的宽度为20~60微米，高度为1~20微米。
9.进一步地，所述n型ag电极使用n型低温银浆与tco导电膜形成连接。
10.进一步地，所述槽口宽度大于p型重掺杂区的宽度。
11.一种上述p型hbc电池结构的制备方法，包括以下内容：步骤一、硅片清洗：选取p型硅片，对其进行制绒、清洗处理；硅片经高效清洗后制绒，硅片的正面形成绒面层；步骤二、印刷铝浆：在硅片的背面单面印刷，浆料为铝浆，印刷的位置为电池的p型重掺杂区；步骤三、高温烧结：将上述印刷后的硅片放入炉体中，在炉体中进行烧结，铝浆与硅片基体形成欧姆接触，形成p型重掺杂区域；步骤四、硅片清洗：将上述烧结后的硅片高效清洗，烧结后的铝浆依然裸漏于硅片表面，铝浆的厚度确保能和低温银浆形成接触；步骤五、双面本征层及n型非晶硅掺杂层镀膜：通过pecvd技术在电池片的正背面上均分别镀上本征非晶硅薄膜，形成非晶硅本征层；通过pecvd技术在电池片的背面镀上n型非晶硅掺杂层；步骤六、减反膜制备：通过pecvd方法在电池片的正面镀上sin
x
减反膜；步骤七、tco导电膜沉积：通过采用pvd设备技术在电池片上镀透明的tco导电膜；步骤八、激光开槽 ：在电池片背面的p型重掺杂区的底部激光开槽，激光消融tco导电膜、n型非晶硅掺杂层及非晶硅本征层，将铝浆料裸露在硅片表面；步骤九、电极印刷及烧结：通过丝网印刷工艺分别在电池背面印刷p型银浆和n型银浆，p型和n型的浆料均为低温银浆料；通过低温烧结后，n型低温银浆与tco膜层形成连接；通过低温烧结后，p型低温
银浆料和铝浆料实现欧姆接触；步骤十、分选测试：通过分选测试挑选需电池片。
12.进一步地，步骤二中铝浆印刷浆料的宽度为20~60微米，高度为1~20微米。
13.进一步地，步骤三中在炉体中的烧结温度为300～900℃。
14.进一步地，步骤五中非晶硅本征层的膜层厚度为5~10nm，n型非晶硅掺杂层的厚度为5~15nm。
15.进一步地，步骤八中激光开槽的宽度为100微米。
16.进一步地，步骤八中将铝浆料裸露在硅片表面高度为5微米。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明用铝浆料预烧结方式实现了局部的p++层，实现了对硅片热处理及吸杂处理，解决了硅片内在品质的问题；解决了hbc中重掺p型非晶硅制作难题。
18.本发明利用激光开槽技术，电池背面制备出呈叉指状间隔排列的p区和n区，避免了“掩模-开槽-沉积-刻蚀”等复杂工艺流程，解决了hbc最复杂的pn制作工艺，大大优化了hbc电池的工艺步骤，降低电池制作成本。
附图说明
19.图1为现有的hbc电池的结构示意图。
20.图2为本发明的p型hbc电池的结构示意图。
21.其中：p型硅衬底1、p型重掺杂区2、非晶硅本征层3、n型非晶硅掺杂层4、sin
x
减反膜5、tco导电膜6、n型ag电极7、p型ag电极8。
具体实施方式
22.实施例1：参见图2，本发明涉及的一种p型hbc电池结构，它包括p型硅衬底1，所述p型硅衬底1的背面中部设有一块p型重掺杂区2，所述p型重掺杂区2的宽度为20~60微米，高度为1~20微米。
23.所述p型硅衬底1的正面和背面均设有非晶硅本征层3，所述p型硅衬底1的背面的非晶硅本征层3的外侧设有n型非晶硅掺杂层4，所述p型硅衬底1的正面的非晶硅本征层3的外侧设有sin
x
减反膜5；所述n型非晶硅掺杂层4的外侧设有tco导电膜6。
24.所述tco导电膜6的外侧设有若干n型ag电极7，使用n型低温银浆与tco导电膜6形成连接。
25.所述tco导电膜6上设有一个槽口，槽口宽度为100微米，槽口的深度贯穿tco导电膜6和n型非晶硅掺杂层4，使得p型重掺杂区2的底部裸露，所述p型重掺杂区2的底部连接p型ag电极8，使用p型低温银浆料和p型重掺杂区2的铝浆料实现欧姆接触。
26.本发明涉及的一种p型hbc电池结构的制备方法，包括以下几个步骤：s1、硅片的清洗选取p型硅片，硅片厚度为130微米，对其进行制绒、清洗处理；硅片经过清洗工艺，
去除了硅片表面的有机物脏污、金属杂质及表面损伤层；硅片经高效清洗后制绒，硅片的正面形成绒面层；s2、印刷铝浆在硅片的背面单面印刷，浆料为铝浆，印刷的位置为电池的p型重掺杂区，铝浆印刷浆料的宽度为30微米，高度为5微米；s3、高温烧结将上述印刷后的硅片放入炉体中，在炉体中进行300～900℃下烧结，铝浆与硅片基体形成欧姆接触，形成p型重掺杂区域；p型重掺杂区的宽度为20-60微米，高度为1-20微米；s4、硅片清洗将上述烧结后的硅片高效清洗，去除硅片表面的有机物脏污及其他杂质，硅片两面形成洁净面；烧结后的铝浆依然裸漏于硅片表面，铝浆的厚度确保能和低温银浆形成接触；s5、双面本征层及n型非晶硅掺杂层镀膜通过pecvd技术在电池片的正背面上均分别镀上本征非晶硅薄膜，形成非晶硅本征层，其膜层厚度为5nm；通过pecvd技术在电池片的背面镀上n型非晶硅掺杂层，n型非晶硅掺杂层的厚度为10nm；s6、减反膜制备通过pecvd方法在电池片的正面镀上sin
x
减反膜；s7、tco导电膜沉积通过采用pvd设备技术在电池片上镀透明的tco导电膜；s8、激光开槽在电池片背面激光开槽，开槽的宽度为100微米；采用激光在硅片的铝浆扩撒区域（p型重掺杂区的底部）进行开槽，激光消融tco导电膜、n型非晶硅掺杂层及非晶硅本征层，将铝浆料裸露在硅片表面高度为5微米；在电池片背面激光开槽，实现了p区和n区的隔离；s9、电极印刷通过丝网印刷工艺分别在电池背面印刷p型银浆和n型银浆，p型和n型的浆料均为低温银浆料，形成p型ag电极和n型ag电极；s10、烧结通过低温烧结后，n型低温银浆与tco膜层形成连接；通过低温烧结后，p型低温银浆料和铝浆料实现欧姆接触；s11、分选测试通过分选测试挑选需电池片，经测试电池片效率，voc达到了745mv，电池转换效率高达25.15%。
27.对比例1：对比例1采用现有技术中常规的hbc电池的制备方法s1、硅片的清洗
选取p型硅片，硅片厚度为130微米，对其进行制绒、清洗处理；硅片经过清洗工艺，去除了硅片表面的有机物脏污、金属杂质及表面损伤层；硅片经高效清洗后制绒，硅片的正面形成绒面层；s2、双面本征层及n型非晶硅掺杂层镀膜通过pecvd技术在电池片的正背面上均分别镀上本征非晶硅薄膜，形成非晶硅本征层，其膜层厚度为5nm；通过pecvd技术在电池片的背面镀上n型非晶硅掺杂层，n型非晶硅掺杂层的厚度为10nm；s3、背面pn区的制备通过
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掩模-开槽-沉积-刻蚀”等工艺进行背面pn区制备；s4、减反膜制备通过pecvd方法在电池片的正面镀上sinx减反膜；s5、tco导电膜沉积通过采用pvd设备技术在电池片上镀透明的tco导电膜；s6、电极印刷极烧结通过丝网印刷工艺分别在电池背面印刷银浆后通过低温烧结后，与tco膜层形成连接，实现欧姆接触；s7、分选测试经测试电池片效率，voc达到了743mv，isc 为40.49ma/cm2，ff 84.64%，电池转换效率高达25.46%。
28.实施例1和对比例1的的电性能对比参见下表，主要从开路电压voc、短路电流isc和填充因子ff体现，可以得到本发明的太阳能电池电性能参数的提升。
29.以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。