專利名稱：一種背接觸硅太陽能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種背接觸硅太陽能電池的制備方法，屬于晶體硅太陽電池制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
常規(guī)的化石燃料日益消耗殆盡，在現(xiàn)有的可持續(xù)能源中，太陽能無疑是一種最清潔、最普遍和最有潛力的替代能源。目前，在所有的太陽能電池中，硅太陽能電池是得到大范圍商業(yè)推廣的太陽能電池之一，這是由于硅材料在地殼中有著極為豐富的儲量，同時硅太陽能電池相比其他類型的太陽能電池，有著優(yōu)異的電學性能和機械性能，硅太陽能電池在光伏領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位。因此，研發(fā)高性價比的硅太陽能電池已經(jīng)成為各國光伏企業(yè)的主要研究方向之一。硅太陽能電池的發(fā)電原理是基于半導體PN結(jié)的光伏效應。目前太陽能電池有很多種類和結(jié)構(gòu)，比較普遍的做法是將太陽能電池的正負極分別置于其受光面和背光面，同類太陽能電池可通過低電阻的金屬實現(xiàn)正負互聯(lián)。然而，這類太陽能電池因其受光面上很多區(qū)面積被電極遮擋而存在較大的遮光損失，從而損失了一部分電流。為改善上述結(jié)構(gòu)帶來的光電轉(zhuǎn)化的損失，現(xiàn)有多種結(jié)構(gòu)的太陽能電池被開發(fā)，其中有一類稱為“背接觸”電池，其特點是電池的正負極均設(shè)于背光面，該結(jié)構(gòu)可減少受光面的遮光損失，增加光電轉(zhuǎn)換效率，而且有利于太陽能電池之間的相互連接?，F(xiàn)有技術(shù)中，實現(xiàn)“背接觸”太陽能電池器件有以下幾種方案
一種是PN結(jié)設(shè)置在器件的背光面，而受光面沒有PN結(jié)，可參考文獻(R. A. Sinton, Y. Kwark, J. Y. Gan, R. M. Swanson, IEEE Electron Device Letters, Vol. ED- 7. No. 10，October 1986)；該結(jié)構(gòu)的電池需要質(zhì)量極佳的硅片(主要是少數(shù)載流子壽命足夠大)，以保證受光面產(chǎn)生的電流能穿越整個基區(qū)達到背光面的電極；所以，該類太陽太陽能電池對原材料十分挑剔，在目前的制造水平下很難有大規(guī)模推廣，而且制造成本很高。第二種方案是麗T電池(Metal wrap through)，其PN結(jié)仍然做在器件的受光面， 同時制作十幾至幾十個貫穿整個器件的孔洞，孔洞內(nèi)壁設(shè)有低電阻的電極與受光面電極相連接；于是受光面產(chǎn)生的光電流可由孔洞內(nèi)電極傳導至器件的背光面相應電極處。該方案很好地解決了前述背接觸太陽能電池的弱點，可以利用現(xiàn)有水平的硅片生產(chǎn)制造更高光電轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池，同時幾乎不增加成本。目前已有多個專利公開了其相應技術(shù)，如 W02010126346, JP2010080576、JP2010080578、US20100276772、US20090188550、 US20090178707和KR1020100098993等，這些結(jié)構(gòu)的共同特征是受光面還保留少部分的電極，因而還會存在一定的遮光損失，影響了光電轉(zhuǎn)化效率的進一步提高。為了解決上述問題，又有研究者提出了受光面無電極的新結(jié)構(gòu)電池器件(Emitter wrap through，簡稱EWT)；其特點是PN結(jié)仍然做在器件的受光面，同時制作數(shù)萬個貫穿整個器件的孔洞，孔內(nèi)壁高濃度摻雜有PN結(jié)，且通過低電阻的電極與背光面的相應電極連接，于是受光面產(chǎn)生的光電流可由孔洞內(nèi)電極傳導至器件的背光面處。多個專利涉及了相應技術(shù)，如 US7851696、CA2596827、US7144751、CA2530743、US20090320922、US20110086466、 W02005006402、CA2530684、US7649141、W02005018007、W02005076959、W02005076960、 W02006029250.US7863084以及KR1020110011053。盡管該技術(shù)避免了正面電極帶來的遮光
損失，但是為了保證受光面電流無損失地傳輸至背面，需要設(shè)置上萬個孔洞，且孔洞內(nèi)需要形成高濃度摻雜，這些條件既導致了其制備工藝十分復雜，成本高；同時，過多的孔洞也影響了器件的機械強度，生產(chǎn)時會出現(xiàn)大量硅片破碎的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種背接觸硅太陽能電池的制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種背接觸硅太陽能電池的制備方法，包括如下步驟
(1)在硅片的受光面進行制絨，然后開設(shè)孔洞；
(2)在上述硅片的受光面進行涂源擴散制結(jié)，在受光面和孔洞內(nèi)形成PN結(jié)；
(3)去除磷硅或硼硅玻璃后，在上述受光面和孔洞內(nèi)的PN結(jié)上設(shè)置透明導電膜；
(4)周邊刻蝕，去除硅片周邊的透明導電膜；然后在硅片受光面的透明導電膜上鍍設(shè)減反射膜；
(5)在上述硅片的非鍍膜面上制備貫孔電極、背金屬電極、背鈍化場，即可得到所述背接觸硅太陽能電池；所述貫孔電極與透明導電膜電連通。上文中，所述硅片可以是P型或η型。所述背鈍化場是與所述硅片導電類型相同的摻雜物質(zhì)或者介質(zhì)鈍化膜，或者是兩種均有。背鈍化場和背金屬電極電連通，且兩者與貫孔電極僅靠空氣絕緣隔離且電極極性相反。所述步驟(5)中的硅片的非鍍膜面是指硅片未鍍設(shè)減反膜的面，即硅片非鍍減反射膜面。所述涂源擴散制結(jié)是現(xiàn)有技術(shù)，是指采用絲網(wǎng)印刷或旋涂或噴墨打印的方式將含有摻雜元素成分的漿料或溶液或墨水覆蓋在需要制結(jié)的硅片表面，再經(jīng)過高溫處理即得到 PN結(jié)。所述摻雜元素成分，是指含磷或者硼元素，比如P型硅片應覆蓋含摻磷元素的漿料或溶液或墨水，而η型硅片應覆蓋含摻硼元素的漿料或溶液或墨水。上述技術(shù)方案中，所述步驟(1)中孔洞的數(shù)量為2飛00個。優(yōu)選的，所述步驟(1) 中孔洞的數(shù)量為fioo個。上述技術(shù)方案中，所述步驟(3)中的透明導電膜為ITO薄膜、SnO2薄膜、^i2O3薄膜、ZnO薄膜、Cd2SnO4薄膜或FTO薄膜。這些都是現(xiàn)有技術(shù)，其中，ITO薄膜是指錫摻雜的氧化銦透明導電膜，F(xiàn)TO薄膜是指SnA摻雜F的透明導電膜。當然，上述透明導電膜還可以選自 0^^02、0^1102、51~01202，或&10摻8、六1、63、h 等。上述技術(shù)方案中，所述步驟(3)中的透明導電膜的厚度為8(T1000 nm。優(yōu)選的，所述透明導電膜的厚度為100 500 nm。與之相應的另一種技術(shù)方案，一種背接觸硅太陽能電池的制備方法，包括如下步驟
(1)在硅片表面開設(shè)孔洞，然后在其受光面進行制絨；
(2)在上述硅片的受光面進行涂源擴散制結(jié)，在受光面和孔洞內(nèi)形成PN結(jié)；(3)去除磷硅或硼硅玻璃后，在上述受光面和孔洞內(nèi)的PN結(jié)上設(shè)置透明導電膜；
(4)周邊刻蝕，去除硅片周邊的透明導電膜；然后在硅片受光面的透明導電膜上鍍設(shè)減反射膜；
(5)在上述硅片的非鍍膜面上制備貫孔電極、背金屬電極、背鈍化場，即可得到所述背接觸硅太陽能電池；所述貫孔電極與透明導電膜電連通。上述技術(shù)方案中，所述步驟(1)中孔洞的數(shù)量為2飛00個。上述技術(shù)方案中，所述步驟(3)中的透明導電膜為ITO薄膜、SnO2薄膜、In2O3薄膜、ZnO薄膜、Cd2SnO4薄膜或FTO薄膜。上述技術(shù)方案中，所述步驟(3)中的透明導電膜的厚度為8(T1000 nm。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點
1.本發(fā)明制備得到了一種新的背接觸硅太陽能電池，與現(xiàn)有的MWT電池相比，本發(fā)明的電池受光面沒有電極遮擋，避免了遮光損失，顯著提高了光電轉(zhuǎn)化效率；與現(xiàn)有的EWT電池相比，本發(fā)明的電池需要開設(shè)的孔洞大大減少，因而大大降低了碎片率，而且簡化了制備工序。2.本發(fā)明的制備方法簡單，且不需要高質(zhì)量的硅片，因而成本低廉、適于規(guī)?；a(chǎn)。3.本發(fā)明利用透明導電膜代替受光面上的電極，兼顧了透光與電流收集，因而沒有受光面電極的遮擋，顯著提高了光電轉(zhuǎn)化效率，且外觀統(tǒng)一美觀。


附圖廣8是本發(fā)明實施例一的制備過程示意附圖9是本發(fā)明實施例一中背接觸硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。其中:1、硅片；2、PN結(jié)；3、透明導電ITO薄膜；4、孔洞；5、減反射膜；6、貫孔電極； 7、背金屬電極；8、背鈍化場。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述 實施例一
參見圖廣9所示，一種背接觸硅太陽能電池的制備方法，硅片為ρ型，包括如下步驟 第一步，制絨，其目的是通過化學反應使原本光亮的硅片表面形成凸凹不平的結(jié)構(gòu)以延長光在其表面的傳播路徑，從而提高硅片1對光的吸收；制絨后硅片的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示；
第二步，在硅片上開設(shè)孔洞4，數(shù)目為100個，其作用是在孔洞4內(nèi)可以設(shè)置電極將電池片受光面的電流引到電池片的背光面，這樣就可以使得電池片的正極和負極都位于電池片的背面；可以采用激光、機械鉆孔或化學腐蝕的方式進行開孔；開孔后硅片的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示；
第三步，在硅片受光面絲網(wǎng)印刷含磷漿料，經(jīng)過800°C熱處理后在受光面形成PN結(jié)2， 同時孔洞4內(nèi)壁也形成PN結(jié)2，再用氫氟酸去除磷硅玻璃；形成PN結(jié)后的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3所示；
5第四步，將500nm厚的透明導電ITO薄膜3鍍在PN結(jié)上，包括孔洞4內(nèi)壁和硅片周邊， 如圖4所示；這里透明導電ITO薄膜的目的是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬電極，有效地收集傳導受光面產(chǎn)生的光電流，而不遮擋入射光；鍍ITO薄膜的方法有很多種，比如磁控濺射、有機金屬氣相沉積、真空蒸發(fā)法、化學氣相沉積法、噴涂法、溶膠一凝膠法、靜電噴霧輔助氣相沉積等方法；在本實施例中，ITO薄膜采用磁控濺射的方式鍍膜；
第五步，周邊刻蝕，目的是去除孔硅片周邊的透明導電ITO薄膜，避免短路；在本發(fā)明實施例中，采用等離子氣體對硅片1的側(cè)面刻蝕15min，其中等離子氣體中SF6的流量為 200scm, O2的流量為30scm，N2的流量為300scm，壓力選擇為lOOPa，輝光功率選擇為700W ； 硅片周邊刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示；
第六步，在透明導電ITO薄膜3上鍍氮化硅減反射膜5，該膜的作用是減小陽光的反射， 最大限度地利用太陽能；在本實施例中，采用PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等離子體增強化學氣相沉積法)在硅片上形成減反射膜；鍍減反射膜5后硅片的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示；
第七步，在硅片非鍍減反射膜面上絲網(wǎng)印刷貫孔電極6作為負極；在本實施例中，還可以通過真空蒸發(fā)、濺射等方法將貫孔電極6沉積在硅片1上；制備貫孔電極6與透明導電 ITO薄膜3電連通，其的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示；
第八步，在硅片非鍍減反射膜面上絲網(wǎng)印刷背金屬電極7作為正極；在本實施例中，還可以通過真空蒸發(fā)、濺射等方法將背金屬電極7沉積在硅片上；制備背電極7的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示；
第九步，在硅片非鍍減反射膜面上絲網(wǎng)印刷鋁背鈍化場8;在本實施例中，還可以通過真空蒸發(fā)、濺射等方法將鋁背鈍化場沉積在硅片上；制備鋁背鈍化場8的結(jié)構(gòu)示意圖如圖9 所示；其中，背鈍化場8與背金屬電極7電連通，這兩者與貫孔電極6僅靠空氣絕緣隔離。圖9是根據(jù)本發(fā)明方法制備得到的背接觸硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。實施例二
一種背接觸硅太陽能電池的制備方法，硅片為η型，包括如下步驟 第一步，制絨；其目的是通過化學反應使原本光亮的硅片表面形成凸凹不平的結(jié)構(gòu)以延長光在其表面的傳播路徑，從而提高硅片對光的吸收；
第二步，在硅片上開設(shè)孔洞，數(shù)目為60個，其作用是在通孔內(nèi)可以設(shè)置電極將電池片受光面的電流引到電池片的背光面，這樣就可以使得電池片的正極和負極都位于電池片的背面；在本實施例中，可以采用激光、機械鉆孔或化學腐蝕的方式進行開孔；
第三步，在硅片的表面絲網(wǎng)印刷含硼漿料，經(jīng)過800°C熱處理后在受光面形成PN結(jié)，同時孔洞內(nèi)壁也形成PN結(jié)，并用氫氟酸去除硼硅玻璃；
第四步，將300 nm厚的透明導電SnO2:F薄膜(FTO)鍍在PN結(jié)上，包括孔洞內(nèi)壁和硅片周邊；這里透明導電SnO2 = F薄膜的目的是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬電極，有效地收集傳導受光面產(chǎn)生的光電流，而不遮擋入射光；鍍SnO2 = F薄膜的方法有很多種，比如磁控濺射、有機金屬氣相沉積、真空蒸發(fā)法、化學氣相沉積法、噴涂法、溶膠一凝膠法、靜電噴霧輔助氣相沉積等方法；在實施例中，SnO2 = F薄膜采用磁控濺射方法鍍膜；
第五步，周邊刻蝕；目的是去除周邊的透明導電SnO2 = F薄膜和PN結(jié)，避免短路；在實施例中，采用等離子氣體對硅片的側(cè)面刻蝕15min，其中等離子氣體中SF6的流量為200scm，&的流量為30scm，N2的流量為300scm，壓力選擇為lOOPa，輝光功率選擇為700W ；
第六步，采用 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor D印osition，等離子體增強化學氣相沉積法)在SnO2 = F薄膜上鍍二氧化硅減反射膜，該膜的作用是減小陽光的反射，最大限度地利用太陽能；在本實施例中，在硅片上形成減反射膜；
第七步，在硅片非鍍減反射膜面上絲網(wǎng)印刷貫孔銀電極作為正極；在本實施例中，還可以通過真空蒸發(fā)、濺射等方法將貫孔電極沉積在硅片上；制備貫孔電極與透明導電SnO2 = F 薄膜電學連通；
第八步，在硅片非鍍減反射膜面上絲網(wǎng)印刷背銀電極作為負極；在本實施例中，還可以通過真空蒸發(fā)、濺射等方法將背電極沉積在硅片上；
第九步，在硅片非鍍減反射膜面進行絲網(wǎng)印刷磷漿摻雜并用PECVD法生長氮化硅，作為復合的背鈍化場；其中，復合背鈍化層與背銀電極電學連通，這兩者與貫孔銀電極僅靠空氣絕緣隔離；即可得到背接觸硅太陽能電池。 以上所述僅是本申請的優(yōu)選實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本申請。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本申請將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種背接觸硅太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在硅片的受光面進行制絨，然后開設(shè)孔洞；(2)在上述硅片的受光面進行涂源擴散制結(jié)，在受光面和孔洞內(nèi)形成PN結(jié)；(3)去除磷硅或硼硅玻璃后，在上述受光面和孔洞內(nèi)的PN結(jié)上設(shè)置透明導電膜；(4)周邊刻蝕，去除硅片周邊的透明導電膜；然后在硅片受光面的透明導電膜上鍍設(shè)減反射膜；(5)在上述硅片的非鍍膜面上制備貫孔電極、背金屬電極、背鈍化場，即可得到所述背接觸硅太陽能電池；所述貫孔電極與透明導電膜電連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背接觸硅太陽能電池的制備方法，其特征在于所述步驟(1) 中孔洞的數(shù)量為2飛00個。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的背接觸硅太陽能電池的制備方法，其特征在于所述步驟(1) 中孔洞的數(shù)量為fioo個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背接觸硅太陽能電池的制備方法，其特征在于所述步驟(3) 中的透明導電膜為ITO薄膜、SnO2薄膜、In2O3薄膜、ZnO薄膜、Cd2SnO4薄膜或FTO薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背接觸硅太陽能電池的制備方法，其特征在于所述步驟(3) 中的透明導電膜的厚度為8(T1000 nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的背接觸硅太陽能電池的制備方法，其特征在于所述透明導電膜的厚度為100 500 nm。
7.一種背接觸硅太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在硅片表面開設(shè)孔洞，然后在其受光面進行制絨；(2)在上述硅片的受光面進行涂源擴散制結(jié)，在受光面和孔洞內(nèi)形成PN結(jié)；(3)去除磷硅或硼硅玻璃后，在上述受光面和孔洞內(nèi)的PN結(jié)上設(shè)置透明導電膜；(4)周邊刻蝕，去除硅片周邊的透明導電膜；然后在硅片受光面的透明導電膜上鍍設(shè)減反射膜；(5)在上述硅片的非鍍膜面上制備貫孔電極、背金屬電極、背鈍化場，即可得到所述背接觸硅太陽能電池；所述貫孔電極與透明導電膜電連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的背接觸硅太陽能電池的制備方法，其特征在于所述步驟(1) 中孔洞的數(shù)量為2飛00個。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的背接觸硅太陽能電池的制備方法，其特征在于所述步驟(3) 中的透明導電膜為ITO薄膜、SnO2薄膜、In2O3薄膜、ZnO薄膜、Cd2SnO4薄膜或FTO薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的背接觸硅太陽能電池的制備方法，其特征在于所述步驟 (3)中的透明導電膜的厚度為80 1000 nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種背接觸硅太陽能電池的制備方法，包括如下步驟(1)在硅片的受光面進行制絨，然后開設(shè)孔洞；(2)在上述硅片的受光面進行涂源擴散制結(jié)，在受光面和孔洞內(nèi)形成PN結(jié)；(3)在上述受光面和孔洞內(nèi)的PN結(jié)上設(shè)置透明導電膜；(4)周邊刻蝕，然后在硅片受光面的透明導電膜上鍍設(shè)減反射膜；(5)在上述硅片的非鍍膜面上制備貫孔電極、背金屬電極、背鈍化場，即可得到所述背接觸硅太陽能電池；所述貫孔電極與透明導電膜電連通。本發(fā)明制備得到的背接觸硅太陽能電池的受光面沒有電極遮擋，避免了遮光損失，顯著提高了光電轉(zhuǎn)化效率；需要開設(shè)的孔洞也大大減少，從而大大降低了碎片率，而且簡化了制備工序。
文檔編號H01L31/18GK102403406SQ20111037403
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者吳堅, 王栩生, 章靈軍 申請人:蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司, 阿特斯(中國)投資有限公司