一種背面鈍化接觸電池電極結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種背面鈍化接觸電池電極結構，電池電極結構包括設置在晶體硅片背面的用于對電池背面提供鈍化作用的隧穿層，隧穿層上設置用于電荷垂直傳導層的N型摻雜晶硅層，N型摻雜晶硅層上設置用于電荷的橫向傳導層的透明導電膜，透明導電膜上設置用于電荷匯集及電池片之間連接作用的背面金屬電極。該電池背面結構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電極結構
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電極結構。
【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電極結構，所述N型背面鈍化接觸電池的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。
[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電極結構，包括設置在晶體硅片上用于對電池背面提供鈍化作用的隧穿層，隧穿層上設置有用于電荷垂直傳導的N型摻雜晶硅層，N型摻雜晶硅層上設置有用于電荷的橫向傳導的透明導電膜，透明導電膜上設置用于電荷匯集及電池片之間連接作用的背面金屬電極。
[0008]所述的透明導電膜由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。
[0009]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。
[0010]一維幾何圖案的線寬為20?2000um，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。
[0011]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。
[0012]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
[0013]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。
[0014]一種背面鈍化接觸電池電極結構的制備方法，包括以下步驟:
[0015]I)在晶體硅片背面制作隧穿層，制作的方法采用LPCVD、PECVD、ALD、熱氧化、臭氧氧化、濕化學、電化學或陽極氧化；
[0016]2)在隧穿層上制作N型摻雜晶硅層，制作的方法為:①采用LPCVD或氣相外延的方法直接形成N型摻雜晶硅層;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硅層；
[0017]3)在N型摻雜晶硅層上制作透明導電膜；
[0018]4)在透明導電膜上制作背面金屬電極，完成電池背面電極結構的制作。
[0019]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果:
[0020]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。
[0021]本實用新型的制備方法采用依次由內向外的制作，先后制作隧穿層、N型摻雜晶硅層、透明導電膜和金屬電極。制作方法簡單，合格率高。摻雜非晶硅層提供了兩種制備方案，保證了不同環境的制備需求。
【附圖說明】
[0022]圖1是N型晶體硅背面鈍化接觸電池的局部剖面示意圖；
[0023]圖2背面電極局部平面示意圖一；
[0024]圖3背面電極局部平面示意圖二；
[0025]圖4背面電極局部平面示意圖三；
[0026]圖5背面電極局部平面示意圖四；
[0027]圖6背面電極局部平面示意圖五。
[0028]其中，1、正面金屬電極，2、減反射膜，3、鈍化膜，4、P型層，5、N型層，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】
[0029]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0030]如圖1所示，本實用新型一種背面鈍化接觸電池背面結構，N型背面鈍化接觸電池的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。該采用該電極的電池背面結構從上而下包括:隧穿層6、N型摻雜晶硅層(Poly-Si (N+)層)7、透明導電膜8、金屬電極9。在本實用新型所述的電池電極結構中，隧穿層6對背面提供良好的鈍化，N型摻雜晶硅層7作為電荷的垂直傳導層，透明導電膜作8為電荷的橫向傳導層，透明導電膜8上的背面金屬電極9起到電荷匯集及電池片之間連接的作用。
[0031 ]上述背面鈍化接觸電池背面結構的制備方法包括下述步驟:
[0032]1)N型晶體硅片經過制絨、擴散、刻蝕、正面制作鈍化膜及減反射膜等工序處理，隨后按如下步驟制作電池的背面電極。
[0033 ] 2)在N型晶體硅片背面制作隧穿氧化硅薄膜6，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。
[0034]3)在隧穿氧化硅上制作N型摻雜晶硅層7，該層的厚度為1?I OOOnm。制作的方法:①采用LPCVD、氣相外延的方法直接形成N型摻雜晶硅層7;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硅層7。
[0035]4)在N型摻雜晶硅層上制作透明導電膜，透明導電膜可以是ITO、AZO、GZ0、FT0、IffO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。
[0036]5)在透明導電膜上制作金屬電極，背面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。
[0037]其中，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。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。
[0038]6)制作正面電極。
[0039]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)。
[0040]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:
[0041 ] 實施例1:
[0042](I)N型晶體硅片經過制絨、擴散、刻蝕、正面制作鈍化膜及減反射膜等工序處理，隨后按如下步驟制作背面電極。
[0043](2)在背面采用LPCVD的方法制作厚度為2nm的隧穿氧化硅層。
[0044](3)在隧穿氧化硅層上采用LPCVD的方法制作厚度為30nm的N型摻雜微晶硅層。
[0045](4)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。
[0046](5)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。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40根，截面寬度為30um。主柵為4根，截面寬度為1mm。
[0047](6)制作正面電極。
[0048]實施例2:
[0049](I)N型晶體硅片經過制絨、擴散、刻蝕、正面制作鈍化膜及減反射膜等工序處理，隨后按如下步驟制作背面電極。
[0050](2)在背面采用PECVD的方法制作厚度為Inm的隧穿氧化硅薄膜。
[0051 ] (3)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。
[0052](4)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；
[0053](5)在N型摻雜微晶硅層上采用濺射的方法制作厚度為150nm的AZO透明導電膜。
[0054](6)在透明導電膜上采用絲網印刷的方法制作銀電極，隨后進行熱處理。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。
[0055](7)制作正面電極。
[0056]實施例3:
[0057](I)N型晶體硅片經過制絨、擴散、刻蝕等工序處理，隨后按如下步驟制作背面電極。
[0058](2)在正面與背面采用光誘導臭氧氧化的方法制作厚度為2nm的氧化硅薄膜。
[0059](3)在背面的氧化硅薄膜上采用ALD的方法制作厚度為10nm的N型摻雜微晶硅層。
[0060](4)在N型摻雜微晶硅層上采用濺射的方法制作厚度為10nm的GZO透明導電膜。
[0061](5)在透明導電膜上采用絲網印刷的方法制作銀電極，隨后進行熱處理。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。
[0062](6)制作正面電極。
[0063]實施例4:
[0064](I)N型晶體硅片經過制絨、擴散、刻蝕、正面制作鈍化膜及減反射膜等工序處理，隨后按如下步驟制作背面電極。
[0065](2)在背面采用濕化學的方法制作厚度為2nm的隧穿氧化硅薄膜。
[0066](3)在隧穿氧化硅薄膜上采用氣相外延的方法制作厚度為200nm的N型摻雜多晶硅層。
[0067](4)在N型摻雜多晶硅層上采用化學氣相沉積的方法制作厚度為80nm的石墨烯透明導電膜。
[0068](5)在透明導電膜上采用3D打印的方法制作銀電極，隨后進行熱處理。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20根，截面寬度為40um;主柵為5根，截面寬度為1mm。
[0069](6)制作正面電極。
[0070]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電極結構，其特征在于，包括設置在晶體硅片上用于對電池背面提供鈍化作用的隧穿層(6)，隧穿層(6)上設置有用于電荷垂直傳導的N型摻雜晶硅層(7)，N型摻雜晶硅層(7)上設置有用于電荷的橫向傳導的透明導電膜(8)，透明導電膜(8)上設置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電極結構，其特征在于，所述的透明導電膜(8)由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。3.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池電極結構，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。4.根據權利要求3所述的一種背面鈍化接觸電池電極結構，其特征在于，所述的一維幾何圖形選自:線段、虛線段或弧線。5.根據權利要求3所述的一種背面鈍化接觸電池電極結構，其特征在于，所述的二維幾何圖形選自:圓形、橢圓形、紡錘形、環形、多邊形、多角形或扇形。6.根據權利要求3所述的一種背面鈍化接觸電池電極結構，其特征在于，一維幾何圖案的線寬為20?2000um，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。7.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池電極結構，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。8.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池電極結構，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(6)的厚度為I?1nm09.根據權利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池電極結構，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。
【文檔編號】H01L31/0224GK205657066SQ201620380916
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年4月28日 公開號201620380916.9, CN 201620380916, CN 205657066 U, CN 205657066U, CN-U-205657066, CN201620380916, CN201620380916.9, CN205657066 U, CN205657066U
【發明人】李華, 趙科雄
【申請人】樂葉光伏科技有限公司