一种局部背场n型太阳能电池及其组件和系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种局部背场N型太阳能电池及其组件和系统。本实用新型的一种局部背场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包括依次从内到外的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包括依次从内到外的局部n+重掺杂区域和背表面钝化膜；其特征在于：所述N型晶体硅基体还包括设置在背表面的背面电极，所述背面电极包括背面主栅和背面副栅，所述背面副栅与所述局部n+重掺杂区域连接。其有益效果是：由于背面副栅仅和局部n+重掺杂区域接触，所以接触电阻低；同时，不和背面副栅接触的区域为非掺杂区域，所以俄歇复合低。所制电池具有较高的光电转换效率。
【专利说明】
一种局部背场N型太阳能电池及其组件和系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种局部背场N型太阳能电池及其组件和系统。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。目前，业界的主流产品为P型晶硅太阳能电池。该电池工艺简单，但是具有光致衰减效应，即电池的效率会随着时间的增加而逐渐衰减，这主要是由于掺入P型硅衬底中的硼原子与衬底中的氧原子相结合产生硼氧对的结果。研究表明，硼氧对起着载流子陷阱作用，使少数载流子寿命降低，从而导致了电池光电转换效率的衰减。相对于P型晶硅电池，N型晶硅电池具有光致衰减小、耐金属杂质污染性能好、少数载流子扩散长度长等优点，并且由于N型晶体硅太阳能电池的正负电极都可以制作成常规的H型栅线电极结构，因此该电池不仅正面可以吸收光，其背表面也能吸收反射和散射光从而产生额外的电力。
[0003]常见的N型晶体硅太阳能电池为p+/n/n+结构，其中电池正表面为p+型掺杂，背表面为η+型掺杂。为了降低背面电极和η+掺杂区域之间的接触电阻，所以希望η+层为重掺杂。为了提高电池的开路电压和短路电流，需要减少重掺杂带来高俄歇复合，这时又希望η+层为轻掺杂。现有技术无法很好地解决由背表面η+型掺杂区域带来的填充因子与开路电压短路电流之间的矛盾。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种局部背场N型太阳能电池及其组件和系统。本实用新型提供的局部背场N型太阳能电池可以较好地解决由背表面η+型掺杂区域带来的填充因子与开路电压短路电流之间的矛盾。
[0005]本实用新型提供的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法，其技术方案是:
[0006]—种局部背场N型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0007](I)、对N型晶体硅基体进行掺杂处理，然后在N型晶体硅基体的正表面和背表面制备阻挡层，背面阻挡层的厚度小于正面阻挡层的厚度；
[0008](2)、在步骤(I)处理后的N型晶体硅基体的背表面印刷耐酸浆料并烘干形成副栅状图案的掩膜；
[0009](3)、将步骤(2)处理后的N型晶体硅基体浸入酸性溶液中去除未被掩膜覆盖区域的阻挡层，正面的阻挡层要求不被酸性溶液去除，但厚度会相应减薄；
[0010](4)、将步骤(3)处理后的N型晶体硅基体浸入碱性溶液中去除掩膜，同时碱性溶液去除未被掩I旲覆盖的η+重惨杂区域，被掩I旲覆盖的局部η+重惨杂区域不被破坏；
[0011 ] (5)、再次将N型晶体硅基体浸入酸性溶液中去除正表面和背表面残余的阻挡层；
[0012](6)、在步骤(5)处理后的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，然后在N型晶体硅基体的正表面和背表面使用金属浆料印刷正面电极和背面电极，背面电极的背面副栅与局部η+重掺杂区域连接，烧结后完成局部背场N型太阳能电池的制备。
[0013]其中，步骤(I)中对N型晶体硅基体进行掺杂处理的方法包括以下步骤:
[0014]S1、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；
[0015]S2、将步骤SI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表面的P+掺杂区域，硼源采用三溴化硼，扩散温度为900-1000°C，时间为60-180分钟;硼扩散后的方阻值为40-100 Ω /sqr;
[0016]S3、将硼扩散后的N型晶体硅基体放入刻蚀清洗机中，去除背表面的硼扩散层和正表面的硼硅玻璃层；
[0017]S4、使用离子注入机在步骤S3处理后的N型晶体硅基体背表面注入磷并进行退火处理形成背表面的η+重掺杂区域，η+重掺杂区域的方阻值为10-40 Ω/sqr;退火的峰值温度为700?950 °C，退火时间为30?200min，环境气源为N2和O2。
[0018]其中，阻挡层是S12层或SiNx层，正面阻挡层的厚度为200-300nm，背面阻挡层厚度为50_100nm。
[0019]其中，步骤(2)中副栅状图案的掩膜的宽为60-160μπι，互相平行，间距为l-2mm。
[0020]其中，步骤(3)中的酸性溶液为5-20 %的HF溶液，N型晶体硅基体浸入5_20 % HF溶液中的时间为0.5-5分钟，取出N型晶体硅基体后用去离子水清洗。
[0021 ] 其中，步骤(4)中的碱性溶液是1?30 %的KOH溶液、10?30 %的NaOH溶液、1?30 %的四甲基氢氧化铵溶液或者10?30 %的乙二胺溶液;碱性溶液的温度为50-90 V，N型晶体硅基体浸入碱性溶液中的反应时间为0.5-5分钟，取出N型晶体硅基体后用去离子水清洗。
[0022]其中，步骤(5)中的酸性溶液是5-20%的HF溶液中，N型晶体硅基体浸入5_20%HF溶液中的时间为2-5分钟，取出N型晶体硅基体后用去离子水清洗。
[0023]其中，步骤(6)中，在N型晶体硅基体的正表面和背表面制备正面电极和背面电极的方法是:在N型晶体硅基体的背表面使用银浆印刷H型栅线的背面电极并进行烘干，其中背面主栅宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，背面副栅宽40-100μπι;在N型晶体硅基体的正表面使用掺铝银浆印刷正面主栅和正面副栅并进行烘干，其中正面主栅宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，正面副栅宽40-100μπι;烧结的峰值温度不高于900°C。
[0024]本实用新型提供的一种局部背场N型太阳能电池，包括N型晶体硅基体，N型晶体硅基体的正表面包括依次从内到外的P+掺杂区域和正表面钝化减反膜;N型晶体硅基体的背表面包括依次从内到外的局部η+重掺杂区域和背表面钝化膜;N型晶体硅基体还包括设置在背表面的背面电极，背面电极包括背面主栅和背面副栅，背面副栅与局部η+重掺杂区域连接;背面主栅的长与宽的比值小于或者等于600。
[0025]其中，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40-100μπι。
[0026]其中，N型晶体硅基体还包括设置在正表面的正面电极，正面电极包括正面主栅和正面副栅，其中正面主栅宽0.5-3mm，等间距设置3_6根，正面副栅宽40-100μπι。
[0027]其中，钝化减反膜是Si02、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种，钝化膜是S12和SiNx介质膜组成的复合介质膜;钝化减反膜的厚度为70?11 Onm;钝化膜的厚度为不低于20nm ο
[0028]其中，背面主栅是银背面主栅，背面副栅是银背面副栅;正面主栅是银铝合金正面主栅，正面副栅是银铝合金正面副栅。
[0029]本实用新型还提供了一种局部背场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、局部背场N型太阳能电池、封装材料、背层材料，局部背场N型太阳能电池是上述的一种局部背场N型太阳能电池。
[0030]本实用新型还提供了一种局部背场N型太阳能电池系统，包括一个以上串联的局部背场N型太阳能电池组件，局部背场N型太阳能电池组件是上述的一种局部背场N型太阳能电池组件。
[0031]本实用新型的实施包括以下技术效果:
[0032]本实用新型的技术效果主要体现在:本实用新型通过设置介质膜、耐酸浆料掩膜、酸液腐蚀和碱液腐蚀等一系列操作处理后，可以在N型晶体硅的背面形成局部η+重掺杂区域，后续金属化时，副栅金属浆料仅接触局部η+重掺杂区域。由于背面副栅仅和局部η+重掺杂区域接触，所以接触电阻低；同时，不和副栅接触的区域为不掺杂区域，所以俄歇复合低。所以本实用新型的η型太阳能电池同时具有较高的填充因子、开路电压和短路电流，故而具有较高的光电转换效率。
【附图说明】
[0033]图1为本实用新型实施例的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法步骤一后的电池结构截面示意图。
[0034]图2为本实用新型实施例的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法步骤四后的电池结构截面示意图。
[0035]图3为本实用新型实施例的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法步骤五后的电池结构截面示意图。
[0036]图4为本实用新型实施例的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法步骤六后的电池结构截面示意图。
[0037]图5为本实用新型实施例的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法步骤七后的电池结构截面示意图。
[0038]图6为本实用新型实施例的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法步骤八后的电池结构截面示意图。
[0039]图7为本实用新型实施例的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法步骤九后的电池结构截面示意图。
[0040]图8为本实用新型实施例的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法步骤十后的电池结构截面示意图。
[0041]图9为本实用新型实施例的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法步骤十一后的电池结构截面示意图。
【具体实施方式】
[0042]下面将结合实施例以及附图对本实用新型加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。
[0043]参见图9所示，本实施例提供的一种局部背场N型太阳能电池，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和正表面钝化减反膜14;N型晶体硅基体10的背表面包括依次从内到外的局部η+重掺杂区域161和背表面钝化膜18;N型晶体硅基体10还包括设置在背表面的背面电极，背面电极包括背面主栅22和背面副栅26，背面副栅与局部η+重掺杂区域161连接，背面主栅的长与宽的比值小于或者等于600，优选156，还可以选择100、200、312、400或600。由于背面副栅26仅和局部η+重掺杂区域161接触，所以接触电阻低；同时，不和背面副栅接触的区域为非掺杂区域，所以俄歇复合低。本实施例的局部背场N型太阳能电池同时具有较高的填充因子、开路电压和短路电流，故而具有较高的光电转换效率。
[0044]优选地，背面主栅和背面副栅构成H型栅线，其中背面主栅22宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，背面副栅26宽^-ΙΟΟμπιΑ型晶体硅基体10还包括设置在正表面的正面电极，正面电极包括正面主栅20和正面副栅24，其中正面主栅20宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，正面副栅24宽40-100μπι。钝化减反膜14是Si02、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种，钝化膜18是S12和SiNx介质膜组成的复合介质膜;钝化减反膜的厚度为70?I 1nm;钝化膜的厚度为不低于20nmo
[0045]本实施例中，背面电极通过印刷银浆烧结而成，正面电极通过印刷掺铝银浆烧结而成，故局部背场N型太阳能电池的背面主栅22是银背面主栅，背面副栅26是银背面副栅；正面主栅20是银铝合金正面主栅，正面副栅24是银铝合金正面副栅。
[0046]本实用新型通过设在N型晶体硅的背面形成局部η+重掺杂区域，后续金属化时，副栅金属浆料仅接触局部η+重掺杂区域。由于背面副栅仅和局部η+重掺杂区域接触，所以接触电阻低；同时，不和副栅接触的区域为不掺杂区域，所以俄歇复合低。
[0047]参见图1至图9所示，本实施例提供的一种局部背场N型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0048](I)、选择156mm X 156mm的N型晶体硅基体1，并对N型晶体硅基体1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 ?。111，优选1?50.cm;N型晶体硅基体10的厚度为50?300μπι，优选80?200μπι;完成本步骤后的电池结构如图1所示。
[0049](2)、将步骤(I)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表面的P+掺杂区域12，硼源采用三溴化硼，扩散温度为900-100(TC，时间为60-180分钟。硼扩散后的方阻值为40-100 Ω/sqr，优选50-70 Ω/sqr。
[0050](3)、将硼扩散后的N型晶体硅基体10放入刻蚀清洗机中，去除背表面的硼扩散层和正表面的硼硅玻璃层。
[0051](4)、使用离子注入机在步骤(3)处理后的N型晶体硅基体10背表面注入磷并进行退火处理形成背表面的η+重掺杂区域16，n+重掺杂区域16的方阻为10-40 Ω/sqr。退火的峰值温度为700?950°C，优选为850?900°C，退火时间为30?200min，优选为60?200min，环境气源优选为他和02。完成本步骤后的电池结构如图2所示。
[0052](5)、在步骤(4)处理后的N型晶体硅基体10正表面和背表面上生长阻挡层。阻挡层可以为S12层或SiNx层，本实施例采用S12层作为具体的示例。具体方法为，将N型晶体硅基体10放入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)设备中，在正表面生长厚度为200-300nm的正面S12层13，在背表面生长厚度为50-100nm的背面S12层17。完成本步骤后的电池结构如图3所示。
[0053](6)、在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体10的背表面印刷耐酸浆料40并烘干形成掩膜。其过墨后的图案为副栅线结构，副栅线线宽60-160μπι，长154mm，互相平行，间距为1-2mm，优选1.55mm，共设置100根。完成本步骤后的电池结构如图4所示。
[0054](7)、将步骤(6)处理后的N型晶体硅基体1浸入5-20 % HF溶液中，0.5_5分钟后取出用去离子水清洗干净。此时背表面未被掩膜覆盖区域的S12被HF去除干净，而正表面仍有大部分S12没有被去除。完成本步骤后的电池结构如图5所示。
[0055 ] (8)、将步骤(7)处理后的N型晶体硅基体1浸入1?30 %重量百分比的碱液中，工作温度为50-90°C，反应0.5-5分钟取出用去离子水清洗干净。此时背表面未被掩膜覆盖区域因为没有S12的保护将和碱液发生反应，这些区域的η+重掺杂区域被去除。同时残余的掩膜也将被碱液去除干净。而被掩膜覆盖的区域则为局部η+重掺杂区域161;注意在本步骤中，正表面的P+掺杂区域12和背表面的局部η+重掺杂区域161由于表面覆盖有S12膜，并不会和碱液发生反应。碱液可以为K0H、Na0H、四甲基氢氧化铵或乙二胺溶液。完成本步骤后的电池结构如图6所示。
[0056](9)、将步骤(8)处理后的N型晶体硅基体10浸入5-20%HF溶液中，2-5分钟后取出用去离子水清洗干净。此时正表面和背表面残余的S12层均被去除干净。完成本步骤后的电池结构如图7所示。
[0057](10)、在步骤(9)处理后的N型晶体硅基体10的正表面设置钝化减反膜14并在背表面设置钝化膜18，其中正表面的钝化减反膜14是Si02、SiNx和Al2O3介质膜中一种或多种，背表面的钝化膜18是S12和SiNx介质膜组成的复合介质膜。正表面钝化减反膜14的厚度为70?IlOnm;背表面钝化膜18的厚度为不低于20nm。完成本步骤后的电池结构如图8所示。
[0058](11)、在N型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷电极并进行烘干，其电极图案为H型栅线，其中背面主栅22线宽0.5-3mm，长154mm，等间距设置3-6根，背面副栅26线宽40-1 OOym，长154mm，互相平行，间距为I.55mm，共设置100根。务必使印刷后的背面副栅26落在局部η+重掺杂区域161内。在N型晶体硅基体10的正表面使用掺铝银浆印刷正面主栅20和正面副栅24并进行烘干。其中正面主栅20线宽0.5-3mm，长154mm，等间距设置3-6根。正面副栅24线宽40-100μπι，长154mm，互相平行，间距为1.95mm，共设置80根。完成本步骤后的电池结构如图9所示。
[0059](12)、将步骤(11)处理后的N型晶体硅基体10传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为不高于900°C，即完成局部背场N型太阳能电池的制作。
[0060]本实施例提供的局部背场N型太阳能电池通过设置介质膜、耐酸浆料掩膜、酸液腐蚀和碱液腐蚀等一系列操作处理后，可以在N型晶体硅的背面形成选择性的局部η+重掺杂区域，后续金属化时，副栅金属浆料仅接触局部η+重掺杂区域。由于副栅仅和局部η+重掺杂区域接触，所以接触电阻低、填充因子高；同时，不和副栅接触的区域为非掺杂区域，所以俄歇复合低、开路电压高。而采用现有技术，如果背面的η+掺杂区域为重掺杂，虽然接触电阻低，但是开路电压也低;如果背面的η+掺杂区域为轻掺杂，虽然开路电压高，但是接触电阻高、填充因子差。由此可见，按照上述方法制备的η型太阳能电池可以克服现有技术存在的开路电压和填充因子的矛盾，故而具有较高的光电转换效率。
[0061]本实施例还提供了一种局部背场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、局部背场N型太阳能电池、封装材料、背层材料，局部背场N型太阳能电池是上述的一种局部背场N型太阳能电池。本实施例的局部背场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，且本实用新型提供的局部背场N型太阳能电池组件的改进仅涉及上述的局部背场N型太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对局部背场N型太阳能电池及其制备方法进行详述，对局部背场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，即可实现本实用新型的局部背场N型太阳能电池组件。
[0062]本实施例还提供了一种局部背场N型太阳能电池系统，包括一个以上串联的局部背场N型太阳能电池组件，局部背场N型太阳能电池组件是上述的一种局部背场N型太阳能电池组件。本实施例的局部背场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，且本实用新型提供的局部背场N型太阳能电池系统的改进仅涉及上述的局部背场N型太阳能电池，不对其他部分进行改动。故本说明书仅对局部背场N型太阳能电池及其制备方法进行详述，对局部背场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，即可实现本实用新型的局部背场N型太阳能电池系统。
[0063]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
【主权项】
1.一种局部背场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包括依次从内到外的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包括依次从内到外的局部η+重掺杂区域和背表面钝化膜;其特征在于:所述N型晶体硅基体还包括设置在背表面的背面电极，所述背面电极包括背面主栅和背面副栅，所述背面副栅与所述局部η+重掺杂区域连接;所述背面主栅的长与宽的比值小于或者等于600。2.根据权利要求1所述的一种局部背场N型太阳能电池，其特征在于:所述背面主栅和所述背面副栅构成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40-1OOum03.根据权利要求1所述的一种局部背场N型太阳能电池，其特征在于:所述N型晶体硅基体还包括设置在正表面的正面电极，所述正面电极包括正面主栅和正面副栅，其中正面主栅宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，正面副栅宽40-100μπι。4.根据权利要求1所述的一种局部背场N型太阳能电池，其特征在于:所述钝化减反膜是Si02、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种，所述钝化减反膜的厚度为70?llOnm。5.根据权利要求1所述的一种局部背场N型太阳能电池，其特征在于:所述钝化膜是S12和SiNx介质膜组成的复合介质膜，所述钝化膜的厚度为不低于20nm。6.根据权利要求1所述的一种局部背场N型太阳能电池，其特征在于:所述背面主栅是银背面主栅。7.根据权利要求1所述的一种局部背场N型太阳能电池，其特征在于:所述背面副栅是银背面副栅。8.根据权利要求3所述的一种局部背场N型太阳能电池，其特征在于:所述正面主栅是银铝合金正面主栅，所述正面副栅是银铝合金正面副栅。9.一种局部背场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、局部背场N型太阳能电池、封装材料、背层材料，其特征在于:所述局部背场N型太阳能电池是权利要求1-8任一所述的一种局部背场N型太阳能电池。10.—种局部背场N型太阳能电池系统，包括一个以上串联的局部背场N型太阳能电池组件，其特征在于:所述局部背场N型太阳能电池组件是权利要求9所述的一种局部背场N型太阳能电池组件。
【文档编号】H01L31/0216GK205564799SQ201620362210
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】林建伟, 刘志锋, 孙玉海, 季根华, 张育政
【申请人】泰州中来光电科技有限公司