專利名稱：一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池及其制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池及其制作工藝，屬于太陽(yáng)能電池新型電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)陽(yáng)光照射到太陽(yáng)電池時(shí)，可以在沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)或沒(méi)有污染性副產(chǎn)物的情況下將入射能直接轉(zhuǎn)換成電能。太陽(yáng)電池早已不是實(shí)驗(yàn)室僅有的珍品，對(duì)它的使用已經(jīng)有50多年的歷史。開(kāi)始時(shí)是提供空間電源，現(xiàn)在已經(jīng)在地面發(fā)電上占據(jù)越來(lái)越大的份額。近幾年，這類電池的制造技術(shù)得到進(jìn)一步改進(jìn)。太陽(yáng)電池的生產(chǎn)成本將逼近火力發(fā)電的水平，為世界能源需求做出巨大貢獻(xiàn)。在多種形態(tài)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池中，背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池由于其受光面相比常規(guī)電池，大幅度減少甚至完全摒除了遮光柵線的設(shè)計(jì)，將電池正負(fù)電極全部設(shè)計(jì)于背表面， 充分利用。這樣能夠大幅度提高受光面光照面積，提高短路電流密度從而大幅度改善晶硅電池效率。在背接觸電池設(shè)計(jì)中，尤以EWT (emitter warp through)與 MWT (metal warp through)為主要設(shè)計(jì)原形，其中正面完全無(wú)柵線設(shè)計(jì)能夠最大幅度利用受光面，同時(shí)正負(fù)電極全部移至背面，但是背面同時(shí)具有PN型區(qū)域特性，并且由于寄生電容效應(yīng)的存在，因此常規(guī)鋁背場(chǎng)鈍化或者高密度正電荷鈍化介質(zhì)都無(wú)法同時(shí)鈍化兩型，如果采用熱硅氧化層鈍化設(shè)計(jì)，又由于氧化層的絕緣特性，嚴(yán)重影響載流子的輸運(yùn)，極大增加串聯(lián)電阻從而影響電池效率，如果采用激光打點(diǎn)法引出電極，無(wú)疑在成本上增加了極大負(fù)擔(dān)尚且又無(wú)法保證成功率，故正面完全無(wú)柵設(shè)計(jì)的采用率相對(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池及其制作工藝，利用基本的正面無(wú)柵背接觸電池設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)做到接觸面重?fù)诫s，并且使用熱氧化層鈍化工藝，同時(shí)對(duì)隧道電流所需的重?fù)降妥鑄CO材料進(jìn)行選擇，最后采用低溫漿料燒結(jié)法，在保證電池效率的前提下降低了制作成本。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池，包括N型單晶硅片，所述N型單晶硅片的正面設(shè)有第一 N型重?fù)诫s層；背面設(shè)有相互間隔設(shè)置的第二 N型重?fù)诫s層和P型重?fù)诫s層，所述第一 N型重?fù)诫s層外依次設(shè)有第一 SiO2鈍化層和減反射膜層，所述第二 N型重?fù)诫s層和P型重?fù)诫s層外設(shè)有第二二氧化硅鈍化層，所述第二 N型重?fù)诫s層處的第二 SiO2鈍化層外依次設(shè)有重?fù)诫sAZO薄膜層和銀漿；所述P型重?fù)诫s層處的第二 SiO2鈍化層外依次設(shè)有重?fù)诫sCuAlO2 薄膜層覆和銀鋁漿。前述的背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池，其特征在于所述N型單晶硅片的正面呈多個(gè)金字塔連續(xù)均勻分布狀。
前述的背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池，其特征在于所述第二 SiO2鈍化層的厚度為 15nm_25nm0一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池的制作工藝，其特征在于包括如下步驟
(1)選擇N型單晶硅片，采用腐蝕工藝將N型單晶硅片的正面腐蝕成金子塔表面；
(2)采用絲網(wǎng)印膠的方法，在N型單晶硅片的正面覆蓋絲印掩膜膠，背面局部覆蓋絲印掩膜膠，在未覆蓋絲印掩膜膠處形成P型區(qū)域，并對(duì)絲印掩膜膠烘干；
(3)將步驟(2)中的N型單晶硅片放置到管式擴(kuò)散爐中，采用BBr3S擴(kuò)散源，使用氮?dú)鈹y帶鼓泡的方法，在未覆蓋絲印掩膜膠處的P型區(qū)域完成重硼擴(kuò)散，并去除絲印掩膜膠；
(4)再次采用絲網(wǎng)印膠的方法，在步驟(3)中的P型重?fù)诫s層覆蓋絲印掩膜膠；
(5)將步驟(4)中的N型單晶硅片放置于N型雜質(zhì)擴(kuò)散爐中，采用POCL3S擴(kuò)散源，在未覆蓋絲印掩膜膠處進(jìn)行N型重?fù)诫s；
(6)去除絲印掩膜膠，并對(duì)N型單晶硅片進(jìn)行酸洗去除電池工藝中可能產(chǎn)生的表面雜
質(zhì)；
(7)將N型單晶硅片置于熱氧化爐內(nèi)，在硅片的正面和背面形成SiO2鈍化層，然后將硅片置于PECVD內(nèi)，使用氮化硅在硅片的正面形成減反射膜層；
(8)利用金屬掩膜板覆蓋P型區(qū)域，采用重?fù)诫sAZO為靶材，禁帶寬度3.4eV,制造N型單晶硅片背面未覆蓋金屬掩膜板N型區(qū)域制作AZO薄膜層；
(9)將金屬掩膜板覆蓋N型區(qū)域，采用重?fù)诫sCuAlO2為靶材，禁帶寬度3.5eV,制造N型單晶硅片背面未覆蓋金屬掩膜板P型區(qū)域制作CuAlO2薄膜層；
(10)在250°C_350°C溫度條件下，對(duì)N型單晶硅片進(jìn)行15-25分鐘的熱退火處理；
(11)去除金屬掩膜板后，進(jìn)行兩道絲網(wǎng)印刷，分別用低溫銀鋁漿印刷覆蓋于CuAlO2薄膜上，并烘干，再用低溫銀漿覆蓋于AZO薄膜上，烘干。前述的一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池的制作工藝，其特征在于步驟(8)中制作 AZO薄膜層的工藝條件為靶基距為7cm，壓強(qiáng)為O. 48Pa，氧氬氣氛下，濺射功率160W，襯底溫度280°C，磁控電壓600V，形成25nm/min -35nm/min的沉積速率，持續(xù)16-20分鐘。前述的一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池的制作工藝，其特征在于步驟(9)中制作 CuAlO2薄膜層的工藝條件為靶基距為7cm，壓強(qiáng)為O. 5Pa，濺射功率220W，襯底溫度280°C， 形成20nm/min-30nm/min的沉積速率，持續(xù)18-22分鐘。本發(fā)明的有益效果是采用N型基底硅片，采用熱氧化層背面鈍化設(shè)計(jì)，同時(shí)加入存在于IC工藝中的TCO-Oxide-Semiconductor設(shè)計(jì)，后道使用磁控濺射工藝，預(yù)先改良工藝制備重?fù)絇N型區(qū)域，滿足隧道電流產(chǎn)生條件，與高帶寬重?fù)絋CO之間可產(chǎn)生隧道電流進(jìn)行載流子輸運(yùn)，完全摒棄了激光打孔，降低了成本，同時(shí)對(duì)背表面仍具有極好的鈍化效果， 從而較大幅度提聞了短路電流密度，基本維持串聯(lián)電阻的現(xiàn)有水平，最終提聞電池效率。并且由于低電阻TCO薄膜的存在，電極制備可使用低溫漿料，只需與TCO形成歐姆接觸，漿料無(wú)需接觸硅本體，因此無(wú)需重復(fù)的高溫工藝，大幅度減少電池受污染或者結(jié)構(gòu)受高溫影響產(chǎn)生無(wú)法預(yù)料破壞的可能。


圖I是本發(fā)明背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池剖視圖；圖2是本發(fā)明N型單晶硅片制絨后的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明N型單晶硅片覆蓋絲印掩膜膠后的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明N型單晶硅片完成重硼擴(kuò)散后的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明N型單晶硅片去除絲印掩膜膠后的結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明N型單晶硅片的重硼擴(kuò)散除覆蓋了絲印掩膜膠后的結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明N型單晶硅片未覆蓋絲印掩膜膠處N型重?fù)诫s后的結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明N型單晶硅片完成鈍化和減反射層后的結(jié)構(gòu)示意圖9是本發(fā)明N型單晶硅片N型區(qū)域完成AZO薄膜層后的結(jié)構(gòu)示意圖10是本發(fā)明N型單晶硅片P型區(qū)域完成CuAlO2薄膜層后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中N型單晶硅片1，第一 N型重?fù)诫s層2，第一 SiO2鈍化層3，減反射膜層4，P 型重?fù)诫s層5，第二 N型重?fù)诫s層6，第二二氧化硅鈍化層7，重?fù)诫sAZO薄膜層8，重?fù)诫s CuA102薄膜層9，銀漿10，銀鋁漿11，絲印掩膜膠12，金屬掩膜板13。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖I所示，一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池，包括N型單晶硅片1，所述N型單晶硅片I的正面設(shè)有第一 N型重?fù)诫s層2 ;背面設(shè)有相互間隔設(shè)置的第二 N型重?fù)诫s層6和P 型重?fù)诫s層5，所述第一 N型重?fù)诫s層2外依次設(shè)有第一 SiO2鈍化層3和減反射膜層4，所述第二 N型重?fù)诫s層6和P型重?fù)诫s層5外設(shè)有第二二氧化硅鈍化層7，所述第二 N型重?fù)诫s層6處的第二 SiO2鈍化層7外依次設(shè)有重?fù)诫sAZO薄膜層8和銀漿10 ;所述P型重?fù)诫s層5處的第二 SiO2鈍化層7外依次設(shè)有重?fù)诫sCuA102薄膜層9和銀鋁漿11。電極制備使用低溫漿料，與TCO形成歐姆接觸，漿料無(wú)需接觸硅本體，因此無(wú)需重復(fù)的高溫工藝，大幅度減少電池受污染或者結(jié)構(gòu)受高溫影響產(chǎn)生無(wú)法預(yù)料破壞的可能。所述N型單晶硅片I的正面呈多個(gè)金字塔連續(xù)均勻分布狀(圖中未示出)，金字塔結(jié)構(gòu)的大小為I. 5um-2. Oum，作為電池的受光表面，提高電池的受光率。所述第二 Si02鈍化層7的厚度為15nm-25nm，結(jié)合重?fù)诫s靶材AZO與CuAlO2分別對(duì)應(yīng)重?fù)絅與P型區(qū)域，形成基本的電子隧穿條件，引起隧道電流完成載流子輸運(yùn)，并且由于氧化層橫向絕緣特性本質(zhì)上遏制了漏電效應(yīng)。一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池的制作工藝，包括如下步驟
(1)選擇N型單晶硅片1，采用腐蝕工藝將N型單晶硅片I的正面腐蝕成金子塔表面， 作為電池受光表面，如圖2所示；
(2)采用絲網(wǎng)印膠的方法，在N型單晶硅片I的正面覆蓋絲印掩膜膠12，背面局部覆蓋絲印掩膜膠12，在未覆蓋絲印掩膜膠處形成P型區(qū)域，并在150°C下對(duì)絲印掩膜膠12進(jìn)行烘干，時(shí)長(zhǎng)約為16分鐘，如圖3所不；
(3)將步驟(2)中的N型單晶硅片I放置到管式擴(kuò)散爐中，在985°C的擴(kuò)散溫度下，采用BBr3為擴(kuò)散源，進(jìn)行80分鐘擴(kuò)散，使用氮?dú)鈹y帶鼓泡的方法，其中包含進(jìn)片，回溫與出舟等工序，總工藝時(shí)間為116分鐘，在未覆蓋絲印掩膜膠12處的P型區(qū)域完成重硼擴(kuò)散，擴(kuò)散完成后測(cè)量其局部擴(kuò)散區(qū)域方塊電阻約為12 Ω，并使用丁酮去除絲印掩膜膠12，如圖4和圖5所示；(4)再次采用絲網(wǎng)印膠的方法，在步驟(3)中的P型重?fù)诫s層5處覆蓋絲印掩膜膠12， 如圖6所示；
(5)將步驟(4)中的N型單晶硅片I放置于N型雜質(zhì)擴(kuò)散爐中，在890°C的擴(kuò)散溫度下， 采用POCL3為擴(kuò)散源，在未覆蓋絲印掩膜膠12處進(jìn)行N型重?fù)诫s，在背面形成第二 N型重?fù)诫s層6，在正面形成第一 N型重?fù)诫s層2的目的是形成二級(jí)勢(shì)壘，提高勢(shì)壘寬度，從而阻止少數(shù)載流子被俘獲于表面高復(fù)合區(qū)，從而增大開(kāi)路電壓；
(6)去除絲印掩膜膠12，并對(duì)N型單晶硅片I進(jìn)行酸洗去除電池工藝中可能產(chǎn)生的表面雜質(zhì)，如圖7所示；
(7)將N型單晶硅片I置于熱氧化爐內(nèi)，在300°C的溫度下，在硅片I的正面形成第一 SiO2鈍化層3和背面形成第二 SiO2鈍化層7，解決了 P型區(qū)域的鈍化難題，然后將硅片置于 PECVD內(nèi)，同晶硅電池常規(guī)工藝，使用氮化硅在硅片的正面形成減反射膜層4，利用干涉加強(qiáng)反射相消原理從而進(jìn)一步提高對(duì)于入射光的捕獲概率，如圖8所示；
(8)利用金屬掩膜板13覆蓋P型區(qū)域，采用重?fù)诫sAZO為靶材，禁帶寬度3.4eV,制造 N型單晶硅片背面未覆蓋金屬掩膜板處制作AZO薄膜層；制作AZO薄膜層的工藝條件為靶基距為7cm，壓強(qiáng)為O. 48Pa，氧氬氣氛下，濺射功率160W，襯底溫度280°C，磁控電壓600V，形成25nm/min -35nm/min的沉積速率，持續(xù)18分鐘，將大約540nm厚度的重?fù)诫sAZO薄膜層覆8蓋于第二 N型重?fù)诫s層6上,如圖9所示；
(9)將金屬掩膜板覆蓋N型區(qū)域，采用重?fù)诫sCuAlO2為靶材，禁帶寬度3.5eV,制造N型單晶硅片背面未覆蓋金屬掩膜板處制作CuAlO2薄膜層，制作CuAlO2薄膜層的工藝條件為 靶基距為7cm，壓強(qiáng)為O. 5Pa，濺射功率220W，襯底溫度280°C，形成20nm/min-30nm/min的沉積速率，持續(xù)20分鐘，將大約500nm厚度的重?fù)诫sCuAlO2薄膜層9覆蓋于P型重?fù)诫s層 5上；
(10)在250°C_350°C溫度條件下，對(duì)N型單晶硅片進(jìn)行15-25分鐘的熱退火處理；
(11)去除金屬掩膜板后，進(jìn)行兩道絲網(wǎng)印刷，分別用低溫銀鋁漿印刷覆蓋于CuAlO2薄膜上，并烘干，再用低溫銀漿覆蓋于AZO薄膜上，烘干，至此，整個(gè)背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池制備完成。綜上所述，本發(fā)明提供了一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池極其制作工藝，利用基本的正面無(wú)柵背接觸電池設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)做到接觸面重?fù)诫s，并且使用熱氧化層鈍化工藝，同時(shí)對(duì)隧道電流所需的重?fù)降妥鑄CO材料進(jìn)行選擇，最后采用低溫漿料燒結(jié)法，在保證電池效率的前提下降低了制作成本。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界。
權(quán)利要求
1.一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池，包括N型單晶硅片(I)，其特征在于所述N型單晶硅片(I)的正面設(shè)有第一 N型重?fù)诫s層(2);背面設(shè)有相互間隔設(shè)置的第二 N型重?fù)诫s層(6)和P型重?fù)诫s層(5)，所述第一N型重?fù)诫s層(2)外依次設(shè)有第一 SiO2鈍化層(3)和減反射膜層(4 )，所述第二 N型重?fù)诫s層(6 )和P型重?fù)诫s層(5 )外設(shè)有第二二氧化硅鈍化層(7)，所述第二N型重?fù)诫s層(6)處的第二 SiO2鈍化層(7)外依次設(shè)有重?fù)诫sAZO薄膜層(8) 和銀漿(10);所述P型重?fù)诫s層(5)處的第二 SiO2鈍化層(7)外依次設(shè)有重?fù)诫sCuAlO2薄膜層覆(9)和銀鋁漿(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池，其特征在于所述N型單晶硅片(I) 的正面呈多個(gè)金字塔連續(xù)均勻分布狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池，其特征在于所述第二SiO2 鈍化層(7)的厚度為15nm-25nm。
4.一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池的制作工藝，其特征在于包括如下步驟(1)選擇N型單晶硅片，采用腐蝕工藝將N型單晶硅片的正面腐蝕成金子塔表面；(2)采用絲網(wǎng)印膠的方法，在N型單晶硅片的正面覆蓋絲印掩膜膠，背面局部覆蓋絲印掩膜膠，在未覆蓋絲印掩膜膠處形成P型區(qū)域，并對(duì)絲印掩膜膠烘干；(3)將步驟(2)中的N型單晶硅片放置到管式擴(kuò)散爐中，采用BBr3S擴(kuò)散源，使用氮?dú)鈹y帶鼓泡的方法，在未覆蓋絲印掩膜膠處的P型區(qū)域完成重硼擴(kuò)散，并去除絲印掩膜膠；(4)再次采用絲網(wǎng)印膠的方法，在步驟(3)中的P型重?fù)诫s層覆蓋絲印掩膜膠；(5)將步驟(4)中的N型單晶硅片放置于N型雜質(zhì)擴(kuò)散爐中，采用POCL3S擴(kuò)散源，在未覆蓋絲印掩膜膠處進(jìn)行N型重?fù)诫s；(6)去除絲印掩膜膠，并對(duì)N型單晶硅片進(jìn)行酸洗去除電池工藝中可能產(chǎn)生的表面雜質(zhì)；(7)將N型單晶硅片置于熱氧化爐內(nèi)，在硅片的正面和背面形成SiO2鈍化層，然后將硅片置于PECVD內(nèi)，使用氮化硅在硅片的正面形成減反射膜層；(8)利用金屬掩膜板覆蓋P型區(qū)域，采用重?fù)诫sAZO為靶材，禁帶寬度3.4eV，在單晶硅片背面未覆蓋金屬掩膜板處N型區(qū)域制作AZO薄膜層；(9)將金屬掩膜板覆蓋N型區(qū)域，采用重?fù)诫sCuAlO2為靶材，禁帶寬度3.5eV，在單晶硅片背面未覆蓋金屬掩膜板處P型區(qū)域制作CuAlO2薄膜層；(10)在250°C_350°C溫度條件下，對(duì)N型單晶硅片進(jìn)行15-25分鐘的熱退火處理；(11)去除金屬掩膜板后，進(jìn)行兩道絲網(wǎng)印刷，分別用低溫銀鋁漿印刷覆蓋于CuAlO2薄膜上，并烘干，再用低溫銀漿覆蓋于AZO薄膜上，烘干。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池的制作工藝，其特征在于步驟(8)中制作AZO薄膜層的工藝條件為靶基距為7cm，壓強(qiáng)為O. 48Pa，氧氬氣氛下，濺射功率160W，襯底溫度280°C，磁控電壓600V，形成25nm/min -35nm/min的沉積速率，持續(xù)16-20 分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種背接觸晶體硅太陽(yáng)能電池的制作工藝，其特征在于步驟(9)中制作CuAlO2薄膜層的工藝條件為靶基距為7cm，壓強(qiáng)為O. 5Pa，濺射功率220W，襯底溫度280°C，形成20nm/min-30nm/min的沉積速率，持續(xù)18-22分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種背接觸硅太陽(yáng)能電池，包括經(jīng)過(guò)表面織構(gòu)化的N型單晶硅片，正面設(shè)有第一N型重?fù)诫s層，外面依次設(shè)有第一SiO2鈍化層和減反射膜層；背面設(shè)有相互間隔設(shè)置的第二N型重?fù)诫s層和P型重?fù)诫s層，外設(shè)有第二二氧化硅鈍化層，第二N型重?fù)诫s層處的第二SiO2鈍化層外依次設(shè)有重?fù)诫sAZO薄膜層和銀漿；所述P型重?fù)诫s層處的第二SiO2鈍化層外依次設(shè)有重?fù)诫sCuAlO2薄膜層覆和銀鋁漿。本發(fā)明還公開(kāi)了一種背接觸硅太陽(yáng)能電池的制作工藝。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率低下，而背接觸電池由于普遍采用激光打孔制作成本高昂的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)做到接觸面重?fù)诫s，附著重?fù)降妥鑄CO材料形成隧道電流，并且選擇采用低溫漿料燒結(jié)法，在保證電池效率的前提下降低了制作成本。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102610686SQ20121008579
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者殷晏庭, 王艷 申請(qǐng)人:星尚光伏科技(蘇州)有限公司