CN103208556A - 太阳能电池的制作方法及太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池的制作方法包括：获得一PN结构，该PN结构基底的背面中具有交替排列且均为长条状的P+掺杂区域和N+掺杂区域；在PN结构的表面上形成一第一钝化层和一减反射层，在PN结构的背面上形成一第二钝化层；形成多个第一类接触孔和多个第二类接触孔，其中多个第一类接触孔沿着该P+掺杂区域的长度方向排列，多个第二类接触孔沿着该N+掺杂区域的长度方向排列；形成一电极层，该多个第一类接触孔和该多个第二类接触孔中被该金属材料填充；将电极层分割为第一类电极和第二类电极。本发明还公开了一种太阳能电池。本发明减小了作为电极的金属材料和IBC电池的接触面积，从而缓解了较大的接触面积对少子的复合的影响。

Description

太阳能电池的制作方法及太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制作方法及太阳能电池，特别是涉及一种背接触太阳能电池的制作方法及背接触太阳能电池。
背景技术
新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新世纪中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点。
近几年，国际光伏发电迅猛发展，太阳能晶片供不应求，于是提高太阳能晶片的光电转化效率和太阳能晶片的生产能力成为重要的课题。太阳能电池受光照后，电池吸收一个能量大于带隙宽度的入射光子后产生电子-空穴对，电子和空穴分别激发到导带与价带的高能态。在激发后的瞬间，电子和空穴在激发态的能量位置取决于入射光子的能量。处于高能态的光生载流子很快与晶格相互作用，将能量交给声子而回落到导带底与价带顶，这过程也称作热化过程，热化过程使高能光子的能量损失了一部分。热化过程后，光生载流子的输运过程(势垒区或扩散区)中将有复合损失。最后的电压输出又有一次压降，压降来源于与电极材料的功函数的差异。由上述分析，太阳能电池效率受材料、器件结构及制备工艺的影响，包括电池的光损失、材料的有限迁移率、复合损失、串联电阻和旁路电阻损失等。对于一定的材料，电池结构与制备工艺的改进对提高光电转换效率是重要的。一种可行的实现低成本高效率太阳电池方案是聚光太阳电池。聚光太阳电池可以大大节约材料成本，明显提高太阳电池效率。采用正面结结构的太阳电池，为了满足聚光电池电流密度更大的特点，必须大大增加正面栅线密度，这会反过来影响栅线遮光率，减小短路电流。一种可行的解决遮光损失的方案就是背接触结构太阳电池，也叫背结电池。背接触结构太阳能电池的掺杂区域和金半接触区域全部集成在太阳电池背面，背面电极占据背表面很大部分，减小了接触电阻损失。另外，电流流动方向垂直于结区，这就进一步消除了正面结构横向电流流动造成的电阻损失，这样就会同时满足高强度聚焦正面受光和高光电转换效率的要求。背接触太阳能电池也有利于电池封装，进一步降低成本。
但是由于背结电池的PN结靠近电池背面，而少数载流子必须扩散通过整个硅片厚度才能达到背面结区，所以这种电池设计就需要格外高的少子寿命的硅片作为基底材料，否则少子还未扩散到背面结区就被复合掉了，这样电池的效率就会大大下降。IBC(interdigitated back contact)太阳能电池是最早研究的背结电池，最初主要用于聚光***中，任丙彦等的背接触硅太阳能电池研究进展(材料导报2008年9月第22卷第9期)中介绍了各种背接触硅太阳能电池的结构和制作工艺，以IBC太阳能电池为例，SUNPOWER公司制作的IBC太阳能电池的最高转换效率可达24％，然后由于其采用了光刻工艺，由于光刻所带来的复杂操作使得其成本难以下降，给民用或者普通场合的商业化应用造成困难。为了降低成本，也有利用掩模板来形成交叉排列的P+区和N+区，但是在制作过程中必须用到多张掩模板，不仅增加了制作成本，由于光刻技术需要精确校准因此还产生了采用不同掩模板需要校准的问题，为制作过程带来了不少难度。
另外，目前太阳能电池的制作中电极大多是条状的电极，而条状电极与掺杂区域的接触面积较大，而较大的接触面积会影响少子的复合，电池总电流反而会低，因此会对电池的性能造成一定影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中制作IBC太阳能电池需要采用光刻工艺、制作成本较高、热扩散的掺杂工艺无法精确控制掺杂离子的浓度和掺杂均匀性以及条状电极与掺杂区域接触面大、影响少子的复合、降低电池的总电流的缺陷，提供一种制程步骤少、无需光刻机、成本较低、能够精确控制掺杂均匀性和掺杂剂量、减小电极与掺杂区域的接触面积且光电转换效率较高的太阳能电池的制作方法及太阳能电池。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种太阳能电池的制作方法，其特点在于，其包括以下步骤：
获得一PN结构，其中，该PN结构的基底材料的背面中具有交替排列且均为长条状的P+掺杂区域和N+掺杂区域，且该P+掺杂区域和该N+掺杂区域互不接触，该PN结构的基底材料的表面中具有一表面N+掺杂层或一表面P+掺杂层；
获得该PN结构之后，在该PN结构的基底材料的表面上形成一第一钝化层以及在该第一钝化层上形成一减反射层，在该PN结构的背面上形成一第二钝化层；
在该第二钝化层中与该P+掺杂区域对应的区域形成多个第一类接触孔，以及在该第二钝化层中与该N+掺杂区域对应的区域形成多个第二类接触孔，其中该多个第一类接触孔沿着该P+掺杂区域的长度方向排列，该多个第二类接触孔沿着该N+掺杂区域的长度方向排列；
采用一金属材料在该PN结构的基底材料的背面上形成一电极层，其中该多个第一类接触孔和该多个第二类接触孔中被该金属材料填充；
将该电极层分割为第一类电极和第二类电极，其中该第一类电极通过该多个第一类接触孔中的该金属材料连接至该P+掺杂区域，该第二类电极通过该多个第二类接触孔中的该金属材料连接至该N+掺杂区域。也就是说，该第一类电极和该多个第一类接触孔中的该金属材料即作为阳电极，而该第二类电极和该多个第二类接触孔中的该金属材料则作为阴电极。这样，与现有的制作工艺中使用条状电极不同的是，本发明中的电极与该P+掺杂区域和该N+掺杂区域之间为通过多个接触孔相连的点接触，从而避免了较大接触面对少子复合的影响，由此提高电池的总电流。
优选地，其中通过将P型离子加速至500eV-50keV以形成方块电阻为40-200Ω/□的P+掺杂区域，和/或，通过将N型离子加速至500eV-50keV以形成方块电阻为20-200Ω-/□的N+掺杂区域。
优选地，通过热扩散的方法形成该表面N+掺杂层或该表面P+掺杂层。
优选地，通过PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)形成该第一钝化层和该减反射层，该第一钝化层为氧化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅和非晶硅薄膜中的一种或多种的叠层，该减反射层为氮化硅薄膜，和/或，
通过PECVD形成该第二钝化层，该第二钝化层为氧化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅和非晶硅薄膜中的一种或多种的叠层。
优选地，通过丝网印刷的方法形成该电极层。
优选地，通过激光切割的方法形成该多个第一类接触孔和该多个第二类接触孔。
优选地，通过激光切割的方法分割该电极层以形成该第一类电极和该第二类电极。
优选地，该金属材料为银铝的混合物或银铝合金，其中，铝的含量大于3％，所述百分比为铝占该银铝的混合物或银铝合金总量的质量百分比。
本发明还提供一种太阳能电池，其特点在于，其包括：
一PN结构，其中，该PN结构的基底材料的背面中具有交替排列且均为长条状的P+掺杂区域和N+掺杂区域，且该P+掺杂区域和该N+掺杂区域互不接触，该PN结构的基底材料的表面中具有一表面N+掺杂层或一表面P+掺杂层；
形成于该PN结构的基底材料的表面上的一第一钝化层以及形成于该第一钝化层上一减反射层；
形成于该PN结构的背面上的一第二钝化层；
多个第一类接触孔与多个第二类接触孔，其中，该多个第一类接触孔形成于该第二钝化层中与该P+掺杂区域对应的区域，该多个第二类接触孔形成于该第二钝化层中与该N+掺杂区域对应的区域，其中该多个第一类接触孔沿着该P+掺杂区域的长度方向排列，该多个第二类接触孔沿着该N+掺杂区域的长度方向排列；
采用一金属材料在该PN结构的背面上形成的一电极层，其中该多个第一类接触孔和该多个第二类接触孔中被该金属材料填充；
由该电极层分割所形成的第一类电极和第二类电极，其中该第一类电极通过该多个第一类接触孔中的该金属材料连接至该P+掺杂区域，该第二类电极通过该多个第二类接触孔中的该金属材料连接至该N+掺杂区域。也就是说，该第一类电极和该多个第一类接触孔中的该金属材料即作为阳电极，而该第二类电极和该多个第二类接触孔中的该金属材料则作为阴电极。这样，与现有的条状电极不同的是，本发明中的电极与该P+掺杂区域和该N+掺杂区域之间为通过多个接触孔相连的点接触，从而避免了较大接触面对少子复合的影响，由此提高电池的总电流。
优选地，该N+掺杂区域与该P+掺杂区域的最小距离至少为2μm。
优选地，该N+掺杂区域的方块电阻为20-200Ω/□，和/或，该P+掺杂区域的方块电阻为40-200Ω/□。
优选地，该第一钝化层为氧化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅和非晶硅薄膜中的一种或多种的叠层，该减反射层为氮化硅薄膜，和/或，
该第二钝化层为氧化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅和非晶硅薄膜中的一种或多种的叠层。
优选地，该金属材料为银铝的混合物或银铝合金，其中，铝的含量大于3％，所述百分比为铝占该银铝的混合物或银铝合金总量的质量百分比。
优选地，该太阳能电池通过如上所述的太阳能电池的制作方法制得。
本发明的积极进步效果在于：
1、在制作电极时，只需要较小面积的蚀刻，形成多个沿着掺杂区域的长度方向排列的接触孔，而不是整个条状的蚀刻开孔。由此减小了作为电极的金属材料和IBC电池的接触面积，从而缓解了较大的接触面积对少子的复合的影响。
2、本发明中P+掺杂区域与N+掺杂区域之间具有N型基底材料作为缓冲层，使得PN结之间不会因为耗尽层太薄而导致被击穿，由此提高了该太阳能电池的使用寿命。
3、采用离子注入进行掺杂形成P+掺杂区域和/或N+掺杂区域，掺杂离子的浓度得到了精确的控制，比起热扩散工艺的掺杂而言对提高光电转换的效率更有利。
附图说明
图1为本发明的实施例1-3中完成步骤1后得到的PN结构的仰视图。
图2为沿图1中A-A剖切线剖切后的该PN结构下半部分的剖视图。
图3为本发明的实施例1-3中完成步骤2后包括钝化层和减反射层的该PN结构的截面图。
图4为本发明的实施例1-3中完成步骤3后包括钝化层和减反射层的该PN结构的仰视图。
图5为沿图4中B-B剖切线剖切后的该PN结构下半部分的剖面图。
图6为本发明的实施例1-3中完成步骤4后包括钝化层、减反射层和电极层的太阳能电池的截面图。
图7为本发明的实施例1-3中完成步骤5后得到的太阳能电池的截面图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
实施例1
参考图1和图2，步骤1，获得一PN结构，该PN结构的主体为一N型基底1，其中，从图1所示的PN结构的仰视图可以清楚地看出，该PN结构的背面中具有交替排列且均为长条状的P+掺杂区域31和N+掺杂区域32，且该P+掺杂区域31和该N+掺杂区域32互不接触，结合图2所示，该PN结构的表面中具有一表面N+掺杂层2。本实施例中，将硼离子加速至500eV并通过离子注入的方式形成方块电阻为40Ω/□的P+掺杂区域31，以及，通过将磷离子加速至500eV并通过离子注入的方式形成方块电阻为20Ω/□的N+掺杂区域32，该表面N+掺杂层2是通过热扩散的方法形成的，当然，该热扩散的步骤也就作为离子注入之后的退火步骤，以激活掺杂离子。
获得该PN结构之后，参考图3，步骤2，在该PN结构的表面上形成一第一钝化层41以及在该第一钝化层41上形成一减反射层5，在该PN结构的背面上形成一第二钝化层42。具体来说，通过PECVD形成该第一钝化层41和该减反射层5，该第一钝化层为二氧化硅薄膜，该减反射层5为氮化硅薄膜，另外，也是通过PECVD形成该第二钝化层42，该第二钝化层42为非晶硅薄膜。
步骤3，参考图4和图5，在该第二钝化层42中与该P+掺杂区域31对应的区域形成多个第一类接触孔61，以及在该第二钝化层42中与该N+掺杂区域32对应的区域形成多个第二类接触孔62，其中如图4所示，该多个第一类接触孔61沿着该P+掺杂区域31的长度方向排列，该多个第二类接触孔62沿着该N+掺杂区域32的长度方向排列。本实施例中，通过激光切割的方式形成上述第一类接触孔61和第二类接触孔62。
步骤4，参考图6，采用银铝浆和丝网印刷的方式在该PN结构的背面上形成一电极层7，其中该多个第一类接触孔61和该多个第二类接触孔62中被银铝浆填充，之后烘干该银铝浆。其中，铝的含量大于3％，所述百分比为铝占该银铝浆总量的质量百分比。
步骤5，参考图7，将该电极层7分割为第一类电极71和第二类电极72，其中该第一类电极71通过该多个第一类接触孔61中的银铝金属连接至该P+掺杂区域31，该第二类电极72通过该多个第二类接触孔62中的银铝金属连接至该N+掺杂区域32。
由此可见，该第一类电极71与该多个第一类接触孔61中的银铝金属形成阳电极，该第二类电极72与该多个第二类接触孔62中的银铝金属形成阴电极，而该阳电极、该阴电极与掺杂区域的连接均为点接触，缓解了较大的接触面积对少子的复合的影响，由此提高了太阳能电池的性能。
实施例2
实施例2的原理与实施例1相同，其主要的工艺步骤也相同，不同之处仅在于：
在制作该PN结构时，硼离子被加速至50keV以形成方块电阻为200Ω/□的P+掺杂区域31，以及，磷离子被加速至50keV以形成方块电阻为200Ω/□的N+掺杂区域32。
该第一钝化层41和该第二钝化层42均为氮化硅薄膜。
其余未提及之处均与实施例1相同。
实施例3
实施例3的原理与实施例1相同，其主要的工艺步骤也相同，不同之处仅在于：
在制作该PN结构时，通过热扩散的方法在该N型基底1的表面形成一表面N+掺杂层，并且，硼离子被加速至30keV以形成方块电阻为100Ω/□的P+掺杂区域31，以及，磷离子被加速至30keV以形成方块电阻为120Ω/□的N+掺杂区域32。
其余未提及之处均与实施例1相同。
与现有的制作工艺中使用条状电极不同，本发明中的电极与该P+掺杂区域和该N+掺杂区域之间为通过多个接触孔相连的点接触，从而避免了较大接触面对少子复合的影响，由此提高电池的总电流。另外，本发明通过离子注入的方式形成掺杂区域，使得掺杂剂量和掺杂均匀性得到精确控制，提高了太阳能电池的性能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，其包括以下步骤：
获得一PN结构，其中，该PN结构的基底材料的背面中具有交替排列且均为长条状的P+掺杂区域和N+掺杂区域，且该P+掺杂区域和该N+掺杂区域互不接触，该PN结构的基底材料的表面中具有一表面N+掺杂层或一表面P+掺杂层；
获得该PN结构之后，在该PN结构的基底材料的表面上形成一第一钝化层以及在该第一钝化层上形成一减反射层，在该PN结构的背面上形成一第二钝化层；
在该第二钝化层中与该P+掺杂区域对应的区域形成多个第一类接触孔，以及在该第二钝化层中与该N+掺杂区域对应的区域形成多个第二类接触孔，其中该多个第一类接触孔沿着该P+掺杂区域的长度方向排列，该多个第二类接触孔沿着该N+掺杂区域的长度方向排列；
采用一金属材料在该PN结构的基底材料的背面上形成一电极层，其中该多个第一类接触孔和该多个第二类接触孔中被该金属材料填充；
将该电极层分割为第一类电极和第二类电极，其中该第一类电极通过该多个第一类接触孔中的该金属材料连接至该P+掺杂区域，该第二类电极通过该多个第二类接触孔中的该金属材料连接至该N+掺杂区域。
2.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，其中通过将P型离子加速至500eV-50keV以形成方块电阻为40-200Ω/□的P+掺杂区域，和/或，通过将N型离子加速至500eV-50keV以形成方块电阻为20-200Ω/□的N+掺杂区域。
3.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，通过热扩散的方法形成该表面N+掺杂层或该表面P+掺杂层。
4.如权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，
通过PECVD形成该第一钝化层和该减反射层，该第一钝化层为氧化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅和非晶硅薄膜中的一种或多种的叠层，该减反射层为氮化硅薄膜，和/或，
通过PECVD形成该第二钝化层，该第二钝化层为氧化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅和非晶硅薄膜中的一种或多种的叠层。
5.如权利要求1-4中任意-项所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，通过丝网印刷的方法形成该电极层。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，通过激光切割的方法形成该多个第一类接触孔和该多个第二类接触孔。
7.如权利要求1-4中任意一项所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，通过激光切割的方法分割该电极层以形成该第一类电极和该第二类电极。
8.如权利要求1-4中任意一项所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该金属材料为银铝的混合物或银铝合金，其中，铝的含量大于3％，所述百分比为铝占该银铝的混合物或银铝合金总量的质量百分比。
9.一种太阳能电池，其特征在于，其包括：
一PN结构，其中，该PN结构的基底材料的背面中具有交替排列且均为长条状的P+掺杂区域和N+掺杂区域，且该P+掺杂区域和该N+掺杂区域互不接触，该PN结构的基底材料的表面中具有一表面N+掺杂层或一表面P+掺杂层；
形成于该PN结构的基底材料的表面上的一第一钝化层以及形成于该第一钝化层上一减反射层；
形成于该PN结构的基底材料的背面上的一第二钝化层；
多个第一类接触孔与多个第二类接触孔，其中，该多个第一类接触孔形成于该第二钝化层中与该P+掺杂区域对应的区域，该多个第二类接触孔形成于该第二钝化层中与该N+掺杂区域对应的区域，其中该多个第一类接触孔沿着该P+掺杂区域的长度方向排列，该多个第二类接触孔沿着该N+掺杂区域的长度方向排列；
采用一金属材料在该PN结构的背面上形成的一电极层，其中该多个第一类接触孔和该多个第二类接触孔中被该金属材料填充；
由该电极层分割所形成的第一类电极和第二类电极，其中该第一类电极通过该多个第一类接触孔中的该金属材料连接至该P+掺杂区域，该第二类电极通过该多个第二类接触孔中的该金属材料连接至该N+掺杂区域。
10.如权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，该N+掺杂区域与该P+掺杂区域的最小距离至少为2μm。
11.如权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，该N+掺杂区域的方块电阻为20-200Ω/□，和/或，该P+掺杂区域的方块电阻为40-200Ω/□。
12.如权利要求9-11中任意一项所述的太阳能电池，其特征在于，
该第一钝化层为氧化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅和非晶硅薄膜中的一种或多种的叠层，该减反射层为氮化硅薄膜，和/或，
该第二钝化层为氧化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅和非晶硅薄膜中的一种或多种的叠层。
13.如权利要求9-11中任意一项所述的太阳能电池，其特征在于，该金属材料为银铝的混合物或银铝合金，其中，铝的含量大于3％，所述百分比为铝占该银铝的混合物或银铝合金总量的质量百分比。
14.如权利要求9-11中任意一项所述的太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池通过如权利要求1-8中任意一项所述的太阳能电池的制作方法制得。
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