CN101692467A - 基于丝网印刷工艺的制作高效双面p型晶体硅太阳电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于丝网印刷工艺的制作高效双面P型晶体硅太阳电池的方法，其制备步骤是：在P型硅片的正面磷扩散，生长钝化层和减反层，制作正面电极，在P型硅片的背面硼扩散或局部硼扩散，生长钝化层和减反层，制作背面电极。本发明方法，制作工艺简单，成本低廉，大部分的工艺制作都能在普通的P型传统电池生产线上进行，设备投资低，生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池的制造方法，特别涉及双面晶体硅太阳能电池的制造方法。
背景技术
目前，传统的太阳电池是利用P型晶体硅材料，在基体正面磷扩散形成pn结，并沉积减反膜，背面印刷铝浆做背场，只有正面受光的“单面”太阳电池。考虑到太阳电池是平面结构，如果光线也能从电池背面进入电池体内被吸收转化为电能，则太阳光的利用率即光电转化率将显著提高。
太阳电池表面接收的太阳光除了直接由太阳辐射来的分量之外，还包括由空气、尘埃等散射引起的相当可观的间接辐射或散射辐射分量，甚至在晴朗无云的天气，白天里散射辐射分量也能占水平面所接收的总辐射量的10～20％，在阳光不足的天气，这个比例还要增加。目前常规的晶体硅电池的厚度使得正面入射的光只有很少的长波长光能到达背表面附近，而投射在电池背面的散射光含有更丰富的短波长光，短波长光在被电池吸收时的光谱响应更高，主要在接近背表面的体内被吸收。若配合相应的工艺改进，在不降低正面转化效率的前提下将背面电极改造成遮光面积小的电极图形，使得大部分背面入射光能够进入电池体内，被吸收转化为电能，则电池的输出功率将得到显著提高。
如果仅仅是在传统的P型电池结构基础上沉积背面减反膜并改变背面电极的形状来满足双面受光，这样的“双面电池”由于背表面钝化太差以及背电极与硅基体的接触问题，导致其转换效率非常低。为了寻求各种途径解决这一难题，国外从七十年代就开始了双面晶体硅电池的研究。目前已经成功量产的双面电池有Sunpower的背接触双面电池(图1)、SANYO的HIT电池(图2)和Hitachi的P型双面电池(图3)。
Sunpower的背接触双面电池由于其正负电极都在背面，而正负电极下的区域要进行不同掺杂类型的扩散，需要多次生长扩散阻挡层并掩膜开槽。为了保证不同类型扩散区域之间留有间隔，并且要使后道的金属电极制作落在相应的扩散区域内，该结构对掩膜设备的精度要求非常高，并且需要电镀设备，工艺非常复杂。
而SANYO的HIT电池是先在晶体硅衬底两个表面进行PECVD沉积本征非晶硅薄膜，再在非晶硅薄膜上分别PECVD沉积P型和N型氢化非晶硅薄膜，然后磁控溅射沉积减反膜和导电膜，并通过丝网印刷方法制作正负电极。从HIT电池的工艺流程可以看出，其成本既包含晶体硅电池产业中的主材--硅料，又需要投资一系列非常昂贵的薄膜设备，成本较高。而且Sunpower和SANYO的双面电池对基体材料的要求很高，他们的结构只适合在少子寿命较高的N型硅片上实现。
Hitachi已批量生产的两面受光太阳电池片是被称为B3电池片的硼扩散背面电场两面电池片(Biafacial Cell with Boron Diffused Back Surface Field)。单晶硅基板(p型)，其正反两面双面制绒，用SiO2做钝化和减反射膜。正面是磷扩散，在正面附近形成n+p结；背面为硼扩散p+层，形成BSF。正反面的电极都是丝网印刷。这种结构背面较浓的硼扩散保证了背电极与硅基体可以形成良好的欧姆接触，但是用SiO2做正面钝化层并不适合，而且作为背面的钝化层其也不是最优的，这使得其正面的测试电流电压相比于传统P型电池还略有降低，因此这种结构是以降低正面的转换效率的代价(16％)来获得背面的光电转化率，其输出功率与传统的P型电池相比并无太大优势。
发明内容
本发明是在Hitachi双面电池结构的基础上，对双面电池的上下表面即磷扩面和硼扩面，分别研究更加有效的钝化结构来代替Hitachi的双面氧化层钝化结构，使得电池的转换效率得到显著提升。研究结果表明，用SiNx薄膜作为电池正面的钝化层，SiO2(或Al2O3)和SiNx双层膜作为电池背面的钝化层，能够使得磷扩面和硼扩面分别得到最佳的钝化效果，同时可以得到非常不错的减反效果，转换效率显著提升。实验表明，无论是P型还是N型硅片衬底，这种结构都是适合的。对于P型材料的此结构电池，在AM1.5模拟光下测试正面和背面分别达到了18％和15％的转换效率，而对于N型材料则达到了18.5％和15.5％。
本发明提出一种基于丝网印刷工艺的制作高效双面P型晶体硅太阳电池的方法，对于目前普遍的传统P型硅太阳电池生产线，只需稍加改造就能升级为这种高效双面电池生产线。该方法用到的工艺包括制绒、扩散、刻蚀、镀膜、丝网印刷、烧结等。
基于丝网印刷工艺的制作高效双面P型晶体硅太阳电池的方法，其工艺步骤是：在P型硅片的正面磷扩散，生长钝化层和减反层，制作正面电极，在P型硅片的背面硼扩散或局部硼扩散，生长钝化层和减反层，制作背面电极。
电池的两个表面可以是平面的，也可以是绒面结构的。
本发明的优点是，它的两个表面都能将光能转化为电能，可以使太阳电池阵列的整体输出功率提高10~30％。所以与单面发电的太阳电池相比，双面晶体硅太阳电池有着更高的面积比功率、重量比功率，这对降低发电成本尤其重要。而且它可以垂直放置，无须一定要朝南放置，所以可放置于各种场合，例如做成围栏，高速公路的隔音墙，太阳能幕墙等，应用更加广泛。本发明方法，制作工艺简单，成本低廉，大部分的工艺制作都能在普通的P型传统电池生产线上进行，设备投资低，生产效率高，基本上是在不增添设备的条件下通过工艺优化、技术创新完成的。
附图说明
图1是Sunpower背接触双面电池结构示意图，其中11是n区电极。12是p区电极，13是SiO2开孔。
图2是SANYO的HIT电池结构示意图。其中14是电极，15是透明导电膜。
图3是Hitachi的P型双面电池。
图4是本发明方法制备的P型双面晶体硅电池结构示意图(本专利中所述电池正面均指N型面，电池背面均指P型面)。其中：1是正面银电极；2是正面钝化减反层(75nmSiNx)；3是磷扩散区域(n+区)；4是基体材料(P型硅)；5是硼扩散区域(p+区)；6是背面减反层(50nmSiO2(或Al2O3)和40nmSiNx)；7是背面银电极。特别说明：图4(A)中3、5，图4(B)中3可以是均匀扩散浓度的发射极，也可以是选择性发射极(参见专利CN 101101936A)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
对于附图4所示的双面电池结构，关键是如何形成两个面不同型层的扩散区。
对于如图4(A)所示的P型双面晶体硅电池结构，有几种不同的具体实施方式：
实施例1：
1)去硅片损伤层，制绒、
2)硼扩散，去除正面及边缘硼扩散层，生长背面扩散阻挡层，
3)磷扩散，去除阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减反层，
4)印刷正背电极烧结。
实施例2：
1)去硅片损伤层，制绒、生长正面扩散阻挡层，
2)硼扩散，去除阻挡层，生长背面扩散阻挡层，
3)磷扩散，去除阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减反层，
4)印刷正背电极烧结。
实施例3：
1)去硅片损伤层，制绒、
2)磷扩散，去除背面及边缘磷扩散层，生长正面扩散阻挡层，
3)硼扩散，去除阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减反层，
4)印刷正背电极烧结。
实施例4：
1)去硅片损伤层，制绒、生长背面扩散阻挡层，
2)磷扩散，去除阻挡层，生长正面扩散阻挡层，
3)硼扩散，去除阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减反层，
4)印刷正背电极烧结。
对于如图4(B)所示的P型双面晶体硅电池结构，有几种不同的具体实施方式：
实施例5：
1)去硅片损伤层，制绒、
2)硼扩散，去除正面、背面非电极窗口区及边缘硼扩散层，生长背面扩散阻挡层，
3)磷扩散，去除阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减反层，
4)印刷正背电极烧结。
实施例6：
1)去硅片损伤层，制绒、双面生长扩散阻挡层，去除背面电极窗口区扩散阻挡层，
2)硼扩散，去除阻挡层，生长背面扩散阻挡层，
3)磷扩散，去除阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减反层，
4)印刷正背电极烧结。
实施例7：
1)去硅片损伤层，制绒、
2)磷扩散，去除背面及边缘磷扩散层，双面生长扩散阻挡层，去除背面电极窗口区扩散阻挡层，
3)硼扩散，去除背面和正面阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减反层，
4)印刷正背电极烧结。
实施例8：
1)去硅片损伤层，制绒、生长背面扩散阻挡层，
2)磷扩散，去除阻挡层，双面生长扩散阻挡层，去除背面电极窗口区扩散阻挡层，
3)硼扩散，去除背面和正面阻挡层，生长背面氧化硅或氧化铝钝化层，双面沉积氮化硅减反层，
4)印刷正背电极烧结。
Claims (1)
1.一种基于丝网印刷工艺的制作高效双面P型晶体硅太阳电池的方法，其制备步骤是：在P型硅片的正面磷扩散，生长钝化层和减反层，制作正面电极，在P型硅片的背面硼扩散或局部硼扩散，生长钝化层和减反层，制作背面电极。
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