一種局部背場n型太陽能電池及其組件和系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種局部背場N型太陽能電池及其組件和系統。本實用新型的一種局部背場N型太陽能電池，包括N型晶體硅基體，所述N型晶體硅基體的正表面包括依次從內到外的p+摻雜區域和正表面鈍化減反膜；所述N型晶體硅基體的背表面包括依次從內到外的局部n+重摻雜區域和背表面鈍化膜；其特征在于：所述N型晶體硅基體還包括設置在背表面的背面電極，所述背面電極包括背面主柵和背面副柵，所述背面副柵與所述局部n+重摻雜區域連接。其有益效果是：由于背面副柵僅和局部n+重摻雜區域接觸，所以接觸電阻低；同時，不和背面副柵接觸的區域為非摻雜區域，所以俄歇復合低。所制電池具有較高的光電轉換效率。
【專利說明】
一種局部背場N型太陽能電池及其組件和系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及太陽能電池技術領域，特別涉及一種局部背場N型太陽能電池及其組件和系統。
【背景技術】
[0002]太陽能電池是一種能將太陽能轉化為電能的半導體器件。目前，業界的主流產品為P型晶硅太陽能電池。該電池工藝簡單，但是具有光致衰減效應，即電池的效率會隨著時間的增加而逐漸衰減，這主要是由于摻入P型硅襯底中的硼原子與襯底中的氧原子相結合產生硼氧對的結果。研究表明，硼氧對起著載流子陷阱作用，使少數載流子壽命降低，從而導致了電池光電轉換效率的衰減。相對于P型晶硅電池，N型晶硅電池具有光致衰減小、耐金屬雜質污染性能好、少數載流子擴散長度長等優點，并且由于N型晶體硅太陽能電池的正負電極都可以制作成常規的H型柵線電極結構，因此該電池不僅正面可以吸收光，其背表面也能吸收反射和散射光從而產生額外的電力。
[0003]常見的N型晶體硅太陽能電池為p+/n/n+結構，其中電池正表面為p+型摻雜，背表面為η+型摻雜。為了降低背面電極和η+摻雜區域之間的接觸電阻，所以希望η+層為重摻雜。為了提高電池的開路電壓和短路電流，需要減少重摻雜帶來高俄歇復合，這時又希望η+層為輕摻雜。現有技術無法很好地解決由背表面η+型摻雜區域帶來的填充因子與開路電壓短路電流之間的矛盾。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種局部背場N型太陽能電池及其組件和系統。本實用新型提供的局部背場N型太陽能電池可以較好地解決由背表面η+型摻雜區域帶來的填充因子與開路電壓短路電流之間的矛盾。
[0005]本實用新型提供的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法，其技術方案是:
[0006]—種局部背場N型太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)、對N型晶體硅基體進行摻雜處理，然后在N型晶體硅基體的正表面和背表面制備阻擋層，背面阻擋層的厚度小于正面阻擋層的厚度；
[0008](2)、在步驟(I)處理后的N型晶體硅基體的背表面印刷耐酸漿料并烘干形成副柵狀圖案的掩膜；
[0009](3)、將步驟(2)處理后的N型晶體硅基體浸入酸性溶液中去除未被掩膜覆蓋區域的阻擋層，正面的阻擋層要求不被酸性溶液去除，但厚度會相應減薄；
[0010](4)、將步驟(3)處理后的N型晶體硅基體浸入堿性溶液中去除掩膜，同時堿性溶液去除未被掩I旲覆蓋的η+重慘雜區域，被掩I旲覆蓋的局部η+重慘雜區域不被破壞；
[0011 ] (5)、再次將N型晶體硅基體浸入酸性溶液中去除正表面和背表面殘余的阻擋層；
[0012](6)、在步驟(5)處理后的N型晶體硅基體的正表面制備鈍化減反膜并在背表面制備鈍化膜，然后在N型晶體硅基體的正表面和背表面使用金屬漿料印刷正面電極和背面電極，背面電極的背面副柵與局部η+重摻雜區域連接，燒結后完成局部背場N型太陽能電池的制備。
[0013]其中，步驟(I)中對N型晶體硅基體進行摻雜處理的方法包括以下步驟:
[0014]S1、選擇N型晶體硅基體，并對N型晶體硅基體的前表面作制絨處理;N型晶體硅基體的電阻率為0.5?15Ω.cm；
[0015]S2、將步驟SI處理后的N型晶體硅基體放入工業用擴散爐中對制絨面進行硼擴散形成正表面的P+摻雜區域，硼源采用三溴化硼，擴散溫度為900-1000°C，時間為60-180分鐘;硼擴散后的方阻值為40-100 Ω /sqr;
[0016]S3、將硼擴散后的N型晶體硅基體放入刻蝕清洗機中，去除背表面的硼擴散層和正表面的硼硅玻璃層；
[0017]S4、使用離子注入機在步驟S3處理后的N型晶體硅基體背表面注入磷并進行退火處理形成背表面的η+重摻雜區域，η+重摻雜區域的方阻值為10-40 Ω/sqr;退火的峰值溫度為700?950 °C，退火時間為30?200min，環境氣源為N2和O2。
[0018]其中，阻擋層是S12層或SiNx層，正面阻擋層的厚度為200-300nm，背面阻擋層厚度為50_100nm。
[0019]其中，步驟(2)中副柵狀圖案的掩膜的寬為60-160μπι，互相平行，間距為l-2mm。
[0020]其中，步驟(3)中的酸性溶液為5-20 %的HF溶液，N型晶體硅基體浸入5_20 % HF溶液中的時間為0.5-5分鐘，取出N型晶體硅基體后用去離子水清洗。
[0021 ] 其中，步驟(4)中的堿性溶液是1?30 %的KOH溶液、10?30 %的NaOH溶液、1?30 %的四甲基氫氧化銨溶液或者10?30 %的乙二胺溶液;堿性溶液的溫度為50-90 V，N型晶體硅基體浸入堿性溶液中的反應時間為0.5-5分鐘，取出N型晶體硅基體后用去離子水清洗。
[0022]其中，步驟(5)中的酸性溶液是5-20%的HF溶液中，N型晶體硅基體浸入5_20%HF溶液中的時間為2-5分鐘，取出N型晶體硅基體后用去離子水清洗。
[0023]其中，步驟(6)中，在N型晶體硅基體的正表面和背表面制備正面電極和背面電極的方法是:在N型晶體硅基體的背表面使用銀漿印刷H型柵線的背面電極并進行烘干，其中背面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，背面副柵寬40-100μπι;在N型晶體硅基體的正表面使用摻鋁銀漿印刷正面主柵和正面副柵并進行烘干，其中正面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，正面副柵寬40-100μπι;燒結的峰值溫度不高于900°C。
[0024]本實用新型提供的一種局部背場N型太陽能電池，包括N型晶體硅基體，N型晶體硅基體的正表面包括依次從內到外的P+摻雜區域和正表面鈍化減反膜;N型晶體硅基體的背表面包括依次從內到外的局部η+重摻雜區域和背表面鈍化膜;N型晶體硅基體還包括設置在背表面的背面電極，背面電極包括背面主柵和背面副柵，背面副柵與局部η+重摻雜區域連接;背面主柵的長與寬的比值小于或者等于600。
[0025]其中，背面主柵和背面副柵構成H型柵線，其中背面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，背面副柵寬40-100μπι。
[0026]其中，N型晶體硅基體還包括設置在正表面的正面電極，正面電極包括正面主柵和正面副柵，其中正面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3_6根，正面副柵寬40-100μπι。
[0027]其中，鈍化減反膜是Si02、SiNx或Al2O3介質膜中一種或多種，鈍化膜是S12和SiNx介質膜組成的復合介質膜;鈍化減反膜的厚度為70?11 Onm;鈍化膜的厚度為不低于20nm ο
[0028]其中，背面主柵是銀背面主柵，背面副柵是銀背面副柵;正面主柵是銀鋁合金正面主柵，正面副柵是銀鋁合金正面副柵。
[0029]本實用新型還提供了一種局部背場N型太陽能電池組件，包括由上至下依次設置的前層材料、封裝材料、局部背場N型太陽能電池、封裝材料、背層材料，局部背場N型太陽能電池是上述的一種局部背場N型太陽能電池。
[0030]本實用新型還提供了一種局部背場N型太陽能電池系統，包括一個以上串聯的局部背場N型太陽能電池組件，局部背場N型太陽能電池組件是上述的一種局部背場N型太陽能電池組件。
[0031]本實用新型的實施包括以下技術效果:
[0032]本實用新型的技術效果主要體現在:本實用新型通過設置介質膜、耐酸漿料掩膜、酸液腐蝕和堿液腐蝕等一系列操作處理后，可以在N型晶體硅的背面形成局部η+重摻雜區域，后續金屬化時，副柵金屬漿料僅接觸局部η+重摻雜區域。由于背面副柵僅和局部η+重摻雜區域接觸，所以接觸電阻低；同時，不和副柵接觸的區域為不摻雜區域，所以俄歇復合低。所以本實用新型的η型太陽能電池同時具有較高的填充因子、開路電壓和短路電流，故而具有較高的光電轉換效率。
【附圖說明】
[0033]圖1為本實用新型實施例的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法步驟一后的電池結構截面示意圖。
[0034]圖2為本實用新型實施例的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法步驟四后的電池結構截面示意圖。
[0035]圖3為本實用新型實施例的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法步驟五后的電池結構截面示意圖。
[0036]圖4為本實用新型實施例的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法步驟六后的電池結構截面示意圖。
[0037]圖5為本實用新型實施例的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法步驟七后的電池結構截面示意圖。
[0038]圖6為本實用新型實施例的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法步驟八后的電池結構截面示意圖。
[0039]圖7為本實用新型實施例的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法步驟九后的電池結構截面示意圖。
[0040]圖8為本實用新型實施例的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法步驟十后的電池結構截面示意圖。
[0041]圖9為本實用新型實施例的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法步驟十一后的電池結構截面示意圖。
【具體實施方式】
[0042]下面將結合實施例以及附圖對本實用新型加以詳細說明，需要指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本實用新型的理解，而對其不起任何限定作用。
[0043]參見圖9所示，本實施例提供的一種局部背場N型太陽能電池，包括N型晶體硅基體10，N型晶體硅基體10的正表面包括依次從內到外的p+摻雜區域12和正表面鈍化減反膜14;N型晶體硅基體10的背表面包括依次從內到外的局部η+重摻雜區域161和背表面鈍化膜18;N型晶體硅基體10還包括設置在背表面的背面電極，背面電極包括背面主柵22和背面副柵26，背面副柵與局部η+重摻雜區域161連接，背面主柵的長與寬的比值小于或者等于600，優選156，還可以選擇100、200、312、400或600。由于背面副柵26僅和局部η+重摻雜區域161接觸，所以接觸電阻低；同時，不和背面副柵接觸的區域為非摻雜區域，所以俄歇復合低。本實施例的局部背場N型太陽能電池同時具有較高的填充因子、開路電壓和短路電流，故而具有較高的光電轉換效率。
[0044]優選地，背面主柵和背面副柵構成H型柵線，其中背面主柵22寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，背面副柵26寬^-ΙΟΟμπιΑ型晶體硅基體10還包括設置在正表面的正面電極，正面電極包括正面主柵20和正面副柵24，其中正面主柵20寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，正面副柵24寬40-100μπι。鈍化減反膜14是Si02、SiNx或Al2O3介質膜中一種或多種，鈍化膜18是S12和SiNx介質膜組成的復合介質膜;鈍化減反膜的厚度為70?I 1nm;鈍化膜的厚度為不低于20nmo
[0045]本實施例中，背面電極通過印刷銀漿燒結而成，正面電極通過印刷摻鋁銀漿燒結而成，故局部背場N型太陽能電池的背面主柵22是銀背面主柵，背面副柵26是銀背面副柵；正面主柵20是銀鋁合金正面主柵，正面副柵24是銀鋁合金正面副柵。
[0046]本實用新型通過設在N型晶體硅的背面形成局部η+重摻雜區域，后續金屬化時，副柵金屬漿料僅接觸局部η+重摻雜區域。由于背面副柵僅和局部η+重摻雜區域接觸，所以接觸電阻低；同時，不和副柵接觸的區域為不摻雜區域，所以俄歇復合低。
[0047]參見圖1至圖9所示，本實施例提供的一種局部背場N型太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0048](I)、選擇156mm X 156mm的N型晶體硅基體1，并對N型晶體硅基體1的前表面作制絨處理;N型晶體硅基體10的電阻率為0.5?15Ω ?。111，優選1?50.cm;N型晶體硅基體10的厚度為50?300μπι，優選80?200μπι;完成本步驟后的電池結構如圖1所示。
[0049](2)、將步驟(I)處理后的N型晶體硅基體10放入工業用擴散爐中對制絨面進行硼擴散形成正表面的P+摻雜區域12，硼源采用三溴化硼，擴散溫度為900-100(TC，時間為60-180分鐘。硼擴散后的方阻值為40-100 Ω/sqr，優選50-70 Ω/sqr。
[0050](3)、將硼擴散后的N型晶體硅基體10放入刻蝕清洗機中，去除背表面的硼擴散層和正表面的硼硅玻璃層。
[0051](4)、使用離子注入機在步驟(3)處理后的N型晶體硅基體10背表面注入磷并進行退火處理形成背表面的η+重摻雜區域16，n+重摻雜區域16的方阻為10-40 Ω/sqr。退火的峰值溫度為700?950°C，優選為850?900°C，退火時間為30?200min，優選為60?200min，環境氣源優選為他和02。完成本步驟后的電池結構如圖2所示。
[0052](5)、在步驟(4)處理后的N型晶體硅基體10正表面和背表面上生長阻擋層。阻擋層可以為S12層或SiNx層，本實施例采用S12層作為具體的示例。具體方法為，將N型晶體硅基體10放入PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)設備中，在正表面生長厚度為200-300nm的正面S12層13，在背表面生長厚度為50-100nm的背面S12層17。完成本步驟后的電池結構如圖3所示。
[0053](6)、在步驟(5)處理后的N型晶體硅基體10的背表面印刷耐酸漿料40并烘干形成掩膜。其過墨后的圖案為副柵線結構，副柵線線寬60-160μπι，長154mm，互相平行，間距為1-2mm，優選1.55mm，共設置100根。完成本步驟后的電池結構如圖4所示。
[0054](7)、將步驟(6)處理后的N型晶體硅基體1浸入5-20 % HF溶液中，0.5_5分鐘后取出用去離子水清洗干凈。此時背表面未被掩膜覆蓋區域的S12被HF去除干凈，而正表面仍有大部分S12沒有被去除。完成本步驟后的電池結構如圖5所示。
[0055 ] (8)、將步驟(7)處理后的N型晶體硅基體1浸入1?30 %重量百分比的堿液中，工作溫度為50-90°C，反應0.5-5分鐘取出用去離子水清洗干凈。此時背表面未被掩膜覆蓋區域因為沒有S12的保護將和堿液發生反應，這些區域的η+重摻雜區域被去除。同時殘余的掩膜也將被堿液去除干凈。而被掩膜覆蓋的區域則為局部η+重摻雜區域161;注意在本步驟中，正表面的P+摻雜區域12和背表面的局部η+重摻雜區域161由于表面覆蓋有S12膜，并不會和堿液發生反應。堿液可以為K0H、Na0H、四甲基氫氧化銨或乙二胺溶液。完成本步驟后的電池結構如圖6所示。
[0056](9)、將步驟(8)處理后的N型晶體硅基體10浸入5-20%HF溶液中，2-5分鐘后取出用去離子水清洗干凈。此時正表面和背表面殘余的S12層均被去除干凈。完成本步驟后的電池結構如圖7所示。
[0057](10)、在步驟(9)處理后的N型晶體硅基體10的正表面設置鈍化減反膜14并在背表面設置鈍化膜18，其中正表面的鈍化減反膜14是Si02、SiNx和Al2O3介質膜中一種或多種，背表面的鈍化膜18是S12和SiNx介質膜組成的復合介質膜。正表面鈍化減反膜14的厚度為70?IlOnm;背表面鈍化膜18的厚度為不低于20nm。完成本步驟后的電池結構如圖8所示。
[0058](11)、在N型晶體硅基體10的背表面使用銀漿印刷電極并進行烘干，其電極圖案為H型柵線，其中背面主柵22線寬0.5-3mm，長154mm，等間距設置3-6根，背面副柵26線寬40-1 OOym，長154mm，互相平行，間距為I.55mm，共設置100根。務必使印刷后的背面副柵26落在局部η+重摻雜區域161內。在N型晶體硅基體10的正表面使用摻鋁銀漿印刷正面主柵20和正面副柵24并進行烘干。其中正面主柵20線寬0.5-3mm，長154mm，等間距設置3-6根。正面副柵24線寬40-100μπι，長154mm，互相平行，間距為1.95mm，共設置80根。完成本步驟后的電池結構如圖9所示。
[0059](12)、將步驟(11)處理后的N型晶體硅基體10傳送入帶式燒結爐進行燒結，燒結峰值溫度為不高于900°C，即完成局部背場N型太陽能電池的制作。
[0060]本實施例提供的局部背場N型太陽能電池通過設置介質膜、耐酸漿料掩膜、酸液腐蝕和堿液腐蝕等一系列操作處理后，可以在N型晶體硅的背面形成選擇性的局部η+重摻雜區域，后續金屬化時，副柵金屬漿料僅接觸局部η+重摻雜區域。由于副柵僅和局部η+重摻雜區域接觸，所以接觸電阻低、填充因子高；同時，不和副柵接觸的區域為非摻雜區域，所以俄歇復合低、開路電壓高。而采用現有技術，如果背面的η+摻雜區域為重摻雜，雖然接觸電阻低，但是開路電壓也低;如果背面的η+摻雜區域為輕摻雜，雖然開路電壓高，但是接觸電阻高、填充因子差。由此可見，按照上述方法制備的η型太陽能電池可以克服現有技術存在的開路電壓和填充因子的矛盾，故而具有較高的光電轉換效率。
[0061]本實施例還提供了一種局部背場N型太陽能電池組件，包括由上至下連接的前層材料、封裝材料、局部背場N型太陽能電池、封裝材料、背層材料，局部背場N型太陽能電池是上述的一種局部背場N型太陽能電池。本實施例的局部背場N型太陽能電池組件的結構及工作原理使用本領域公知的技術，且本實用新型提供的局部背場N型太陽能電池組件的改進僅涉及上述的局部背場N型太陽能電池，不對其他部分進行改動。故本說明書僅對局部背場N型太陽能電池及其制備方法進行詳述，對局部背場N型太陽能電池組件的其他部件及工作原理這里不再贅述。本領域技術人員在本說明書描述的內容基礎上，即可實現本實用新型的局部背場N型太陽能電池組件。
[0062]本實施例還提供了一種局部背場N型太陽能電池系統，包括一個以上串聯的局部背場N型太陽能電池組件，局部背場N型太陽能電池組件是上述的一種局部背場N型太陽能電池組件。本實施例的局部背場N型太陽能電池系統的結構及工作原理使用本領域公知的技術，且本實用新型提供的局部背場N型太陽能電池系統的改進僅涉及上述的局部背場N型太陽能電池，不對其他部分進行改動。故本說明書僅對局部背場N型太陽能電池及其制備方法進行詳述，對局部背場N型太陽能電池系統的其他部件及工作原理這里不再贅述。本領域技術人員在本說明書描述的內容基礎上，即可實現本實用新型的局部背場N型太陽能電池系統。
[0063]最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對本實用新型保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的實質和范圍。
【主權項】
1.一種局部背場N型太陽能電池，包括N型晶體硅基體，所述N型晶體硅基體的正表面包括依次從內到外的P+摻雜區域和正表面鈍化減反膜;所述N型晶體硅基體的背表面包括依次從內到外的局部η+重摻雜區域和背表面鈍化膜;其特征在于:所述N型晶體硅基體還包括設置在背表面的背面電極，所述背面電極包括背面主柵和背面副柵，所述背面副柵與所述局部η+重摻雜區域連接;所述背面主柵的長與寬的比值小于或者等于600。2.根據權利要求1所述的一種局部背場N型太陽能電池，其特征在于:所述背面主柵和所述背面副柵構成H型柵線，其中背面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3_6根，背面副柵寬40-1OOum03.根據權利要求1所述的一種局部背場N型太陽能電池，其特征在于:所述N型晶體硅基體還包括設置在正表面的正面電極，所述正面電極包括正面主柵和正面副柵，其中正面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，正面副柵寬40-100μπι。4.根據權利要求1所述的一種局部背場N型太陽能電池，其特征在于:所述鈍化減反膜是Si02、SiNx或Al2O3介質膜中一種或多種，所述鈍化減反膜的厚度為70?llOnm。5.根據權利要求1所述的一種局部背場N型太陽能電池，其特征在于:所述鈍化膜是S12和SiNx介質膜組成的復合介質膜，所述鈍化膜的厚度為不低于20nm。6.根據權利要求1所述的一種局部背場N型太陽能電池，其特征在于:所述背面主柵是銀背面主柵。7.根據權利要求1所述的一種局部背場N型太陽能電池，其特征在于:所述背面副柵是銀背面副柵。8.根據權利要求3所述的一種局部背場N型太陽能電池，其特征在于:所述正面主柵是銀鋁合金正面主柵，所述正面副柵是銀鋁合金正面副柵。9.一種局部背場N型太陽能電池組件，包括由上至下依次設置的前層材料、封裝材料、局部背場N型太陽能電池、封裝材料、背層材料，其特征在于:所述局部背場N型太陽能電池是權利要求1-8任一所述的一種局部背場N型太陽能電池。10.—種局部背場N型太陽能電池系統，包括一個以上串聯的局部背場N型太陽能電池組件，其特征在于:所述局部背場N型太陽能電池組件是權利要求9所述的一種局部背場N型太陽能電池組件。
【文檔編號】H01L31/0216GK205564799SQ201620362210
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月26日
【發明人】林建偉, 劉志鋒, 孫玉海, 季根華, 張育政
【申請人】泰州中來光電科技有限公司