一種背面鈍化接觸電池結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種背面鈍化接觸電池結構，自上而下依次包括正面電極、減反射膜、鈍化膜、P型摻雜層、N型硅基體、隧穿層、N型摻雜晶硅層和背面電極；所述的背面電極包括設置在N型摻雜晶硅層上用于電荷的橫向傳導層的透明導電膜及設置在透明導電膜上用于電荷匯集及電池片之間連接作用的背面金屬電極。該電池背面電極采用透明導電膜/金屬復合電極，以替代傳統的柵線電極或全金屬背場電極，使電池背面也可以作為受光面，在保證電極良好導電性的前提下顯著減少了遮光面積與導電金屬的使用量，同時提高了電池的轉換效率。
【專利說明】
一種背面鈍化接觸電池結構
技術領域
[0001]本實用新型屬于太陽能電池技術領域，特別涉及一種背面鈍化接觸電池結構。
【背景技術】
[0002]自1954年第一塊太陽能電池在貝爾實驗室誕生以來，晶體硅太陽能電池得到了廣泛的應用，轉換效率不斷提升，生產成本持續下降。目前，晶體硅太陽能電池占太陽能電池全球市場總額的80%以上，晶體硅電池片的產線轉換效率目前已突破20%，全球年新增裝機容量約50GW且增速明顯，與火力發電的度電成本不斷縮小，在未來幾年有望與之持平。晶體硅太陽能電池作為一種清潔能源在改變能源結構、緩解環境壓力等方面的重要作用日益凸顯。
[0003]按基材的摻雜類型，晶體硅太陽能電池分為P型晶體硅太陽能電池和N型晶體硅太陽能電池。與P型晶體硅太陽能電池相比，N型晶體硅太陽能電池具有更高的轉換效率和雜質容忍度，且基本上無光致衰減。此外，由于N型晶體硅比P型晶體硅具有更長的少子壽命，所以N型晶硅電池通常可以做成雙面受光型電池以增加電池的輸出功率，增加值一般在20%以上。
[0004]近年提出的背面鈍化接觸電池(采用Topcon技術)是N型電池的一種，這種電池由于采用了隧穿層和N型摻雜多/微晶硅背面結構，電荷傳輸方向由傳統的三維變為一維，減少了電荷的傳輸路徑，降低了少子復合的幾率，電池的轉換效率、收集率、內阻得到了改善。但背面鈍化接觸電池的背面電極由于采用全覆蓋金屬電極，無法發揮N型電池可雙面發電的潛在優勢，且金屬電極的價格昂貴，不利于電池成本的降低。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供了一種背面鈍化接觸電池結構，所述N型背面鈍化接觸電池結構充分發揮了N型電池效率優勢，使金屬電極的遮光面積減小至4%以下，同時大幅提升了電池的轉換效率。
[0006]為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0007]—種背面鈍化接觸電池結構，自上而下依次包括正面電極、減反射膜、鈍化膜、P型摻雜層、N型硅基體、隧穿層、N型摻雜晶硅層和背面電極;所述的背面電極包括設置在N型摻雜晶硅層上用于電荷的橫向傳導層的透明導電膜及設置在透明導電膜上用于電荷匯集及電池片之間連接作用的背面金屬電極。
[0008]所述的正面電極為正面金屬電極、透明導電膜或金屬復合電極。
[0009]所述的透明導電膜為ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一種或多種疊層構成，透明導電膜的厚度為50?500nm。
[0010]所述的背面金屬電極陣列圖案排布在透明導電膜上，其圖案為一維、二維幾何圖形或一維與二維幾何圖形的組合;一維幾何圖形選自:線段、虛線段或弧線；二維幾何圖形選自:圓形、橢圓形、紡錘形、環形、多邊形、多角形或扇形。
[0011]一維幾何圖案的線寬為20?2000um，數量為5?100根，線長為2?156mm，相鄰線段之間的距離為0.5?50mm; 二維幾何圖案的尺寸為20?2000um，相鄰兩個圖形中心距為0.5?1mm0
[0012]背面金屬電極由一組或多組等間距平行的銀、鋁、鎳、銅、金屬合金、復合金屬的柵線構成；柵線的線寬為20?2000um、線長為2?156mm，同組相鄰柵線之間的距離為0.5?50mm，每組柵線的數量為5?100根。
[0013]所述的隧穿層為氧化硅、二氧化鉿、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅的一種或多種薄膜的疊層，隧穿層的厚度為I?1nm0
[0014]所述的N型摻雜晶硅層為單晶、多晶或微晶硅層，厚度為1?IOOOnm。
[0015]減反射膜為氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、碳化硅薄膜和氧化鈦薄膜中的一種或多種疊層構成，厚度為50?10nm;鈍化膜為氮化娃薄膜、氧化娃薄膜、氮氧化娃薄膜、氧化鋁薄膜和非晶硅薄膜中的一種或多種疊層構成，厚度為5?50nm。
[0016]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果:
[0017]本實用新型的背面電池結構在保證電荷一維傳輸的情況下將透明導電膜/金屬復合電極作為N型晶硅背面鈍化接觸電池的背面電極，以替代傳統的柵線電極或全金屬背場電極，使電池背面也可以作為受光面，實現了雙面發電，在保證電極良好導電性的前提下顯著減少了遮光面積與導電金屬的使用量。充分發揮了 N型電池效率優勢，使金屬電極的遮光面積減小至4%以下，同時大幅提升了電池的轉換效率。
【附圖說明】
[0018]圖1是N型晶體硅背面鈍化接觸電池的局部剖面示意圖；
[0019]圖2背面電極局部平面示意圖一；
[0020]圖3背面電極局部平面示意圖二；
[0021]圖4背面電極局部平面示意圖三；
[0022]圖5背面電極局部平面示意圖四；
[0023]圖6背面電極局部平面示意圖五。
[0024]其中，1、正面金屬電極，2、減反射膜，3、鈍化膜，4、P型摻雜層，5、N型硅基體，6、隧穿層，7、N型摻雜晶硅層，8為透明導電膜，9為背面金屬電極。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0026]本實用新型的目的是提供了一種背面鈍化接觸電池及其制備方法，所述N型背面鈍化接觸電池結構從上而下包括:正面電極、減反射膜2、鈍化膜3、P型摻雜層4、N型硅基體
5、隧穿層6、N型摻雜多/微晶硅層(Poly-SKN+)層)7、透明導電膜8和背面金屬電極9。其中正面電極為透明導電膜/金屬復合電極、正面金屬電極I;背面電極為透明導電膜8與背面金屬電極9的復合電極。在本實用新型所述的電池電極結構中，隧穿層對背面提供良好的鈍化，N型摻雜多/微晶硅層作為電荷的垂直傳導層，透明導電膜作為電荷的橫向傳導層，透明導電膜上的金屬電極起到電荷匯集及電池片之間連接的作用。
[0027]上述背面鈍化接觸電池的制備方法包括下述步驟:
[0028]I)將N型晶體娃片進彳丁表面織構化處理，娃片可以是N型單晶娃片、N型多晶娃片，織構處理可以采用化學藥液腐蝕、等離子刻蝕、金屬催化、激光刻蝕等方法，表面織構的形貌為金字塔、倒金字塔或多孔結構。
[0029]2)在N型硅片的正面進行硼摻雜，雜質源可以是BBr3、BF3、B2H6、含硼漿料等，摻雜的方法可以采用低壓擴散、常壓擴散、離子注入、雜質漿料涂敷加熱處理等方式。
[0030]3)刻蝕去掉正面的硼硅玻璃及背結，刻蝕的方法可采用濕法刻蝕、干法刻蝕。
[0031]4)在正面先后沉積或生長5?50nm左右的鈍化膜和50?10nm左右的減反射膜，鈍化膜可以是氧化硅、氧化鋁、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅等，減反射膜可以是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氧化鈦等薄膜的一種或者兩種以上的疊層。
[0032]5)在背面制作隧穿氧化硅薄膜，膜厚為I?2nm，制作的方法可以采用LPCVD、PECVD、ALD、熱氧化、臭氧氧化、濕化學、電化學、陽極氧化等。此步驟可以與制作正面鈍化膜的工序同時進tx。
[0033]6)在隧穿氧化硅薄膜上制作N型摻雜非晶硅層，該層的厚度為10?lOOOnm。制作的方法:①采用LPCVD、氣相外延的方法直接形成N型摻雜多/微晶硅層;或②采用PECVD的方法先形成N型摻雜非晶硅層，隨后在200?500°C下進行熱處理，使非晶硅層轉化為多晶或微晶娃層。
[0034]7)在N型摻雜多/微晶硅層上制作透明導電膜，透明導電膜可以是IT0、AZ0、GZ0、FTO、IWO或石墨稀的一種薄膜或兩種及以上薄膜的疊層構成，厚度為50?500nm，制作的方法可以采用濺射、氣相沉積、噴涂、印刷等。
[0035]8)在透明導電膜上制作金屬電極，金屬電極采取陣列分布的實心或鏤空圖案，圖案為一維、二維幾何圖形或一維與二維幾何圖形的組合，一維幾何圖形選自:線段、虛線段或弧線;二維幾何圖形選自:圓形、橢圓形、紡錘形、環形、多邊形、多角形或扇形。
[0036]其中，一維金屬圖案的線寬為20?2000um，數量為5?100根，線長為2?156mm，相鄰線段之間的距離為0.5?50mm; 二維金屬圖案的尺寸為20?2000um，相鄰兩個圖形中心距為0.5?10mm。本實用新型優先考慮一維柵線狀金屬電極圖案。金屬電極可以是銀電極、鋁電極、鎳電極、銅電極、合金電極和金屬復合電極，制作方法可以采用印刷、激光轉印、噴墨、3D打印、蒸鍍等。
[0037]9)制作正面電極，正面電極可以是金屬電極、透明導電膜/金屬復合電極，制備的方法可以采用絲網印刷、噴墨、3D打印、蒸鍍等，正面電極的制作可以在背面金屬電極的制作之前、或同時進行。
[0038]如圖2至6所示，背面金屬電極采用柵線電極，可以為主柵和細柵形成的網格結構(如圖2)、單主柵結構(如圖3)、不連續主柵和細柵形成的網格結構(如圖4)、不連續細柵結構(如圖5)或主柵和不連續細柵形成的網格結構(如圖4)。
[0039]下面結合具體實施例，對本實用新型的制備方法進行詳細說明:
[0040]實施例1:
[0041 ] (I)將N型單晶硅片于80 °C左右的KOH溶液中異向腐蝕，獲得表面金字塔結構。
[0042](2)在硅片的正面采用離子注入的方法進行硼摻雜，硼源采用BF3，之后進行退火處理。
[0043](3)采用濕法刻蝕的方法去掉正面的硼硅玻璃及背結。
[0044](4)在正面先后沉積20nm左右的氧化鋁鈍化膜和80nm左右的氧化硅減反射膜。
[0045](5)在背面采用LPCVD的方法制作厚度為2nm的隧穿氧化硅薄膜。
[0046](6)在隧穿氧化硅薄膜上采用LPCVD的方法制作厚度為30nm的N型摻雜微晶硅層。
[0047](7)在N型摻雜微晶硅層上采用濺射的方法制作厚度為10nm的ITO透明導電膜。
[0048](8)在透明導電膜上采用噴墨的方法制作銀電極，隨后進行熱處理。
[0049]銀電極由一組等間距平行的細柵線與一組等間距平行的主柵線構成，細柵線與主柵線垂直相交。細柵線為80根，截面寬度為30um。主柵為4根，截面寬度為1mm。
[0050](9)采用絲網印刷及燒結的方法制作正面銀電極。
[0051 ]實施例2:
[0052](I)采用納米金屬顆粒催化化學刻蝕在N型單晶硅片的表面上形成倒金字塔結構。
[0053](2)在硅片的正面采用低壓擴散的方法進行硼摻雜，硼源采用BBr3。
[0054](3)采用濕法刻蝕的方法去掉正面的硼硅玻璃及背結。
[0055](4)在正面沉積10nm左右的氧化硅。
[0056](5)在背面采用電化學的方法制作厚度為Inm的隧穿氧化硅薄膜。
[0057](6)在隧穿氧化硅薄膜上采用氣相外延的方法制作厚度為150nm的N型摻雜多晶硅層。
[0058](7)在N型摻雜多晶硅層上采用濺射的方法制作厚度為150nm的AZO透明導電膜。
[0059](8)在透明導電膜上采用絲印的方法制作銀電極，隨后進行熱處理。
[0060]銀電極由相互平行的10組等間距平行的柵線構成，每組柵線為20根，截面寬度為20um，相鄰兩組平行柵線之間的間距為0.5mm。
[0061](9)采用絲網印刷及燒結的方法制作正面銀電極，隨后進行熱處理，此過程也可與背面金屬電極的制作同步進行。
[0062]實施例3:
[0063](I)將N型單晶硅片于80 °C左右的KOH溶液中異向腐蝕，獲得表面金字塔結構。
[0064](2)在硅片的正面采用常壓擴散的方法進行硼摻雜，硼源采用BF3，之后進行退火處理。
[0065](3)采用濕法刻蝕的方法去掉正面的硼硅玻璃及背結。
[0066](4)在正面先后沉積30nm左右的氧化鋁鈍化膜和80nm左右的氮化硅減反射膜。[0067 ](5)在背面采用電化學的方法制作厚度為2nm的隧穿氧化硅薄膜。
[0068](6)在隧穿氧化硅薄膜上采用PECVD的方法制作厚度為50nm的N型摻雜非晶硅層。
[0069](7)在保護性氣氛下進行200?500°C退火，使摻雜非晶硅轉化為微晶硅；
[0070](8)在N型摻雜微晶硅層上采用濺射的方法制作厚度為SOnm的石墨烯透明導電膜。
[0071](9)在透明導電膜上采用印刷的方法制作銀電極，隨后進行熱處理。
[0072]銀電極圖案由I組等間距平行的柵線構成，柵線數量為20根，柵線寬度為40um。
[0073](10)用絲網印刷及燒結的方法制作正面銀電極。
[0074]以上所述僅為本實用新型的幾種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領域普通技術人員通過閱讀本實用新型說明書而對本實用新型技術方案采取的任何等效的變換，均為本實用新型的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種背面鈍化接觸電池結構，其特征在于，自上而下依次包括正面電極、減反射膜(2)、鈍化膜(3)、P型摻雜層(4)、N型硅基體(5)、隧穿層(6)、N型摻雜晶硅層(7)和背面電極；所述的背面電極包括設置在N型摻雜晶硅層(7)上用于電荷的橫向傳導層的透明導電膜(8)及設置在透明導電膜(8)上用于電荷匯集及電池片之間連接作用的背面金屬電極(9)。2.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池結構，其特征在于，所述的正面電極為正面金屬電極(I)、透明導電膜或金屬復合電極。3.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池結構，其特征在于，所述的透明導電膜(8)為ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一種或多種疊層構成，透明導電膜的厚度為50?500nmo4.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池結構，其特征在于，所述的背面金屬電極(9)陣列圖案排布在透明導電膜(8)上，其圖案為一維、二維幾何圖形或一維與二維幾何圖形的組合;一維幾何圖形選自:線段、虛線段或弧線;二維幾何圖形選自:圓形、橢圓形、紡錘形、環形、多邊形、多角形或扇形。5.根據權利要求4所述的一種背面鈍化接觸電池結構，其特征在于，一維幾何圖案的線寬為20?2000um，數量為5?100根，線長為2?156mm，相鄰線段之間的距離為0.5?50mm; 二維幾何圖案的尺寸為20?2000um，相鄰兩個圖形中心距為0.5?10mm。6.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池結構，其特征在于，背面金屬電極(9)由一組或多組等間距平行的銀、鋁、鎳、銅、金屬合金、復合金屬的柵線構成;柵線的線寬為20?2000um、線長為2?156mm，同組相鄰柵線之間的距離為0.5?50mm，每組柵線的數量為5?100根。7.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池結構，其特征在于，所述的隧穿層(6)為氧化硅、二氧化鉿、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅的一種或多種薄膜的疊層，隧穿層的厚度為I?1nm08.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池結構，其特征在于，所述的N型摻雜晶硅層(7)為單晶、多晶或微晶硅層，厚度為10?lOOOnm。9.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池結構，其特征在于，減反射膜(2)為氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、碳化硅薄膜和氧化鈦薄膜中的一種或多種疊層構成，厚度為50?I OOnm;鈍化膜(3)為氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化鋁薄膜和非晶硅薄膜中的一種或多種疊層構成，厚度為5?50nm。
【文檔編號】H01L31/0224GK205564764SQ201620383438
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】李華, 趙科雄
【申請人】樂葉光伏科技有限公司