CN103346210A - 一种太阳能电池及其制作方法 - 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：提供半导体衬底；在所述半导体衬底的背表面形成铝背场和钝化层，其中，所述铝背场包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，而所述钝化层位于所述栅状铝背场和主背场的间隙内。本发明提供的太阳能电池的制作方法形成的太阳能电池的铝背场为镂空铝背场，包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，所述镂空铝背场可以降低铝背场与半导体衬底背表面的接触面积，提高太阳能电池的能量转换效率。此外，所述栅状铝背场和主背场的间隙内形成的钝化层对太阳能电池起到一定的保护作用，改善了太阳能电池的质量。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种太阳能电池及其制作方法。
背景技术
太阳能发电技术是新能源发展的一个重要领域，随着市场需求的不断发展和技术的进步，迫切需求低成本高能量转化效率的太阳能电池。从低成本的太阳能电池的角度出发，为了降低太阳能电池成本，硅片的厚度逐渐减薄，当少数载流子的扩散长度大于硅片厚度时，电池片上下表面的复合速率对效率的影响就显得更加重要，大幅度降低表面复合速率的工艺在太阳电池生产中称为表面钝化，而由于铝背场能够有效降低电池背表面复合速率，提高转换效率，故铝背场是商品化晶体硅太阳电池普遍采用的主要背表面钝化结构。
常规的晶硅太阳能电池的背表面使用全铝背场，但是使用全铝背场的太阳能电池的能量转换效率有限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种太阳能电池及其制作方法，此种太阳能电池的能量转换效率较高。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种太阳能电池的制作方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底的背表面形成铝背场和钝化层，其中，所述铝背场包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，而所述钝化层位于所述栅状铝背场和主背场的间隙内。
优选的，所述半导体衬底为P型半导体衬底。
优选的，每条栅状铝背场的宽度为30μm～1000μm，包括端点值。
优选的，相邻的栅状铝背场之间的距离为1mm～30mm，包括端点值。
优选的，所述钝化层为氧化铝层和氮化硅层的双层结构，且所述氧化铝层位于所述氮化硅层和所述半导体衬底的背表面之间。
优选的，在所述半导体衬底的背表面形成铝背场和钝化层的过程包括：在半导体衬底的背表面丝网印刷栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场；遮挡所述铝背场，在所述栅状铝背场和主背场的间隙内形成钝化层。
优选的，在所述半导体衬底的背表面形成铝背场和钝化层的过程包括：在半导体衬底的背表面形成钝化层，且所述钝化层完全覆盖所述半导体衬底的背表面；激光刻蚀所述钝化层，在所述钝化层内形成凹槽，所述凹槽的分布与所述铝背场的位置对应，且所述凹槽的深度等于所述钝化层的厚度；在所述钝化层的凹槽内印刷铝背场。
一种根据上述制作方法形成的太阳能电池，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底的背表面的铝背场和钝化层，其中，所述铝背场包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，而所述钝化层位于所述栅状铝背场和主背场的间隙内。
优选的，所述钝化层为氧化铝层和氮化硅层的双层结构，且所述氧化铝层位于所述氮化硅层和所述半导体衬底的背表面之间。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供的太阳能电池的铝背场为镂空铝背场，包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，此种镂空铝背场会降低铝背场与半导体衬底的背表面的接触面积，减弱铝背场与半导体衬底背表面的表面复合，提高太阳能电池的能量转化效率，同时此种具有较小面积的铝背场还可以减弱铝背场对长波太阳能的吸收，改善太阳能电池背场的内反射，进一步提高太阳能电池的能量转换效率。此外，在所述铝背场之间还形成有钝化层，所述钝化层不仅对太阳能电池起到良好的钝化效果，还可以作为良好的介质材料，对太阳能电池背表面起到一定的保护作用，从而改善太阳能电池的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种太阳能电池制作方法的流程图；
图2至图6为本发明提供的一种太阳能电池制作方法的各步骤的示意图；
图7至图9为本发明提供的另一种太阳能电池制作方法的各步骤的示意图；
图10为本发明提供的一种太阳能电池的剖面图；
图11为本发明提供的一种太阳能电池的铝背场沿平行于所述太阳能电池的背表面方面的截面图。
具体实施方式
正如背景技术中所言，现有的晶硅太阳能电池的能力转换效率有限。
发明人研究发现，现有的太阳能电池的背场为全铝背场，全铝背场通过烧结在太阳能电池的背表面形成铝硅合金，实现铝背场与太阳能电池的电接触。但是由于铝硅合金在太阳能电池的背表面减少复合和背反射效果方面有很大的局限性，故全铝背场会限制太阳能电池效率的进一步提高。此外，由于铝硅合金区本身即高复合区，故在太阳能电池背面使用全铝接触，极大的增加了太阳能电池背表面的表面复合，影响电池的开路电压，降低了太阳能电池的能量转换效率。
发明人进一步研究发现了选择性发射极技术和选择性背场技术，其中，选择性发射极技术通过在发射极形成局部重掺杂实现减小表面复合和改善与电极的金半接触电阻来提高电池的开路电压和填充因子，进而提升转化效率，而选择性背场技术则是将选择性发射极技术应用于太阳能电池的背表面，以形成选择性背场。基于上述的分析，发明人结合上述制作工艺，发现将选择性背场技术与背钝化技术结合使用，可以使太阳能电池具有性能良好的背场，并提高太阳能电池的能量转换效率的。
基于上述原因，本发明公开了一种太阳能电池及其制作方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底的背表面形成铝背场和钝化层，其中，所述铝背场包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，而所述钝化层位于所述栅状铝背场和主背场的间隙内。对应的，本发明还公开了一种根据上述制作方法形成的太阳能电池，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底的背表面的铝背场和钝化层，其中，所述铝背场包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，而所述钝化层位于所述栅状铝背场和主背场的间隙内。
本发明提供的太阳能电池的镂空铝背场包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，此种铝背场会降低铝背场与半导体衬底的背表面的接触面积，减弱铝背场与半导体衬底背表面的表面复合，提高太阳能电池的能量转化效率，同时此种具有较小面积的铝背场还可以减弱铝背场对长波太阳能的吸收，改善太阳能电池背场的内反射，进一步提高太阳能电池的能量转换效率。此外，在所述铝背场的栅状铝背场和主背场之间还形成有钝化层，所述钝化层不仅对太阳能电池起到良好的钝化效果，还可以作为良好的介质材料，对太阳能电池背表面起到一定的保护作用，从而改善太阳能电池的质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件形状的平面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
下面结合具体实施例和附图对本发明提供的太阳能电池及其制作方法进行具体描述。
实施例一
本实施例提供了一种太阳能电池的制作方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤101：提供半导体衬底，所述半导体衬底为P型半导体衬底，所述P型半导体衬底的种类包括P型单晶硅衬底、P型多晶硅衬底等。
步骤102：如图2所示，在所述半导体衬底201的一个表面形成PN结202，并将形成有PN结202的表面的作为半导体衬底201的正表面。由于所述半导体衬底201为P型半导体衬底，故在所述半导体衬底201的表面形成PN结需要进行磷扩散。采用磷扩散在半导体衬底201内形成PN结的原理为：POCl3在高温下（大于600℃）分解成五氯化二磷和五氧化二磷，生成的五氧化二磷在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅和磷原子，在P型半导体衬底的表面扩散形成一层N型磷源，形成PN结
需要说明的是，在所述半导体陈201的一个表面形成PN结的过程中，还包括：去除所述形成有PN结的半导体衬底201表面的磷硅玻璃，并对所述形成有PN结的半导体衬底201进行边缘刻蚀。
在步骤102的扩散过程中，POCl3分解产生的P2O5沉积在半导体衬底表面，并与硅原子生成二氧化硅和磷原子，这层含有磷原子的二氧化硅层称为硅磷玻璃，磷硅玻璃层的存在会在电极印刷过程中，影响到金属电极和半导体的接触，降低电池的转换效率，同时玻璃层还有多层金属离子杂质，会降低少子寿命，故需要引入HF清洗工艺去除磷硅玻璃。去除磷硅玻璃的原理为：
SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O
在步骤102的实施过程中，由于在所述半导体衬底201表面形成PN结是采用磷扩散的方式形成的，而在扩散的过程中，会在半导体衬底201的所有表面都扩散上磷原子，在半导体衬底201的所有表面形成PN结，即使采用背对背扩散的方式，也难免会在半导体衬底的侧表面扩散上磷。若不将半导体衬底除正表面的PN结去掉，在太阳能电池工作的过程中，位于半导体衬底正表面的PN结收集到的光电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成太阳能电池短路。故在此步骤中，需要去除多余的PN结，保证太阳能电池的质量。
步骤103：如图3所示，在所述形成有PN结的半导体衬底201的正表面形成减反射层203，以增加入射光在半导体衬底正表面的透射。在本发明的一个具体实施例中，所述减反射层为氮化硅层，所述氮化硅层可采用PECVD设备在所述半导体衬底201的正表面形成。
步骤104：在所述半导体衬底的背表面形成铝背场204和钝化层205，其中，所述铝背场204包括栅状铝背场206和至少一个与所述栅状铝背场206垂直的主背场207，而所述钝化层205位于所述栅状铝背场206和主背场207的间隙内。
需要说明的是，本发明对于所述主背场的个数不作限定，但是为了便于描述，本发明实施例以包括三个主背场的铝背场为例进行说明。
在本发明的优选实施例，所述钝化层可选用单层氧化铝，叠层氧化铝，叠层氮化硅，非晶硅，氧化硅，非晶氧化硅，TiO2等材料及其叠层。在本发明的一个优选实施例中，如图6和图8所示，钝化层205为氧化铝层2051和氮化硅层2052的双层结构，且所述氧化铝层2051位于所述氮化硅层2052和所述半导体衬底201的背表面之间。为了便于描述，本发明实施例以钝化层205为氧化铝层2051和氮化硅层2052的双层结构为例对本发明提供的太阳能电池及其制作方法进行说明。
在本发明的一个具体实施例中，在所述半导体衬底的背表面形成铝背场204和钝化层205的方法包括：
如图4所示，在半导体衬底的背表面形成钝化层205，且钝化层205完全覆盖所述半导体衬底的背表面；如图5所示，激光刻蚀所述钝化层205，在钝化层205内形成凹槽208，所述凹槽208的分布与所述铝背场内的栅状铝背场206和主背场207的位置对应，且所述凹槽208的深度等于所述钝化层205的厚度；如图6所示，在所述钝化层205的凹槽208内印刷包括栅状铝背场和主背场铝背场204。
此种方法可以实现在半导体衬底的背表面形成缕空铝背场，但是考虑到激光开槽可能对半导体衬底造成的损伤，在本发明的另一个具体实施例中提出了另一种采用丝网印刷铝背场的制作方法，具体包括：
步骤1：如图7所示，在半导体衬底的背表面丝网印刷铝背场204，所述铝背场204包括栅状铝背场206和至少一个与所述栅状铝背场206垂直的主背场207，所述栅状铝背场206和与所述栅状铝背场206垂直的主背场207的图形如图8所示，也即所述栅状铝背场206和主背场207位于同一个平面，采用一次丝网印刷工艺即可以实现包括所述栅状铝背场206和主背场207的铝背场的制作。
步骤2：如图9所示，遮挡所述铝背场204，在构成所述铝背场204的栅状铝背场和主背场的间隙内形成钝化层205。
此种采用丝网印刷工艺形成铝背场的制作方法不仅可以消除激光开槽对半导体衬底的伤害，保证半导体衬底的质量，而且此种制作方法在形成铝背场和钝化层的过程中，形成所述栅状铝背场和主背场只需一步丝网印刷工艺，制作工艺简单，简化了太阳能电池的制作方法，降低了太阳能电池的制作成本，同时，所述钝化层填充了栅状铝背场和主背场之间的间隙，在半导体衬底的背表面起到了很好的钝化作用。
在本发明的优选实施例，如图5和图7所示，每条栅状铝背场的宽度D1为30μm～1000μm，包括端点值；而相邻的栅状铝背场之间的距离D2为1mm～30mm，包括端点值。
本发明提供的太阳能电池的镂空铝背场包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，此种镂空铝背场会降低铝背场与半导体衬底的背表面的接触面积，减弱铝背场与半导体衬底背表面的表面复合，提高太阳能电池的能量转化效率，同时此种具有较小面积的栅状铝背场还可以减弱铝背场对长波太阳能的吸收，改善太阳能电池背场的内反射，进一步提高太阳能电池的能量转换效率。此外，在所述铝背场之间还形成有钝化层，所述钝化层不仅能在太阳能电池的背表面起到良好的钝化效果，还可以作为良好的介质材料，对太阳能电池背表面起到一定的保护作用，从而改善太阳能电池的质量。
实施例二
本实施例提供了一种太阳能电池，此种太阳能电池是根据实施例一所述的制作方法形成的，如图10所示，所述太阳能电池包括：形成有PN结1002的半导体衬底1001；位于所述半导体衬底的正表面的减反射层1003；位于所述半导体衬底1001背表面的铝背场1004和钝化层1005，其中，所述铝背场1004，如图11所示，包括栅状铝背场1006和至少一个与所述栅状铝背场1006垂直的主背场1007，而所述钝化层1005位于所述栅状铝背场1006和主背场1007的间隙内。
在本发明的一个优选实施例中，所述钝化层1005为氧化铝层1051和氮化硅层1052的双层结构，且所述氧化铝层1051位于所述氮化硅层1052和所述半导体衬底1001的背表面之间。
本实施例提供的太阳能电池的铝背场为镂空铝背场，包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场的镂空铝背场，所述镂空铝背场降低了铝背场与半导体衬底背表面的接触面积，而且此种镂空形状的铝背场具有的较小面积，可以在降低背场与半导体衬底背表面复合的同时，减弱背场对长波太阳能的吸收，从而从两方面提供太阳能电池的能量转换效率。此外，在所述铝背场内的栅状铝背场和主背场之间的间隙内还形成有钝化层，所述钝化层在起到表面钝化作用的同时，还作为良好的介质材料保护太阳能电池的被表面，从而改善了太阳能电池的质量。
以上所述实施例，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底；
在所述半导体衬底的背表面形成铝背场和钝化层，其中，所述铝背场包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，而所述钝化层位于所述栅状铝背场和主背场的间隙内。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述半导体衬底为P型半导体衬底。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，每条栅状铝背场的宽度为30μm～1000μm，包括端点值。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，相邻的栅状铝背场之间的距离为1mm～30mm，包括端点值。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述钝化层为氧化铝层和氮化硅层的双层结构，且所述氧化铝层位于所述氮化硅层和所述半导体衬底的背表面之间。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述半导体衬底的背表面形成铝背场和钝化层的过程包括：
在半导体衬底的背表面丝网印刷栅状铝背场和和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场；
遮挡所述铝背场，在所述栅状铝背场和主背场的间隙内形成钝化层。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述半导体衬底的背表面形成铝背场和钝化层的过程包括：
在半导体衬底的背表面形成钝化层，且所述钝化层完全覆盖所述半导体衬底的背表面；
激光刻蚀所述钝化层，在所述钝化层内形成凹槽，所述凹槽的分布与所述铝背场的位置对应，且所述凹槽的深度等于所述钝化层的厚度；
在所述钝化层的凹槽内印刷铝背场。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制作方法形成的太阳能电池，其特征在于，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底的背表面的铝背场和钝化层，其中，所述铝背场包括栅状铝背场和至少一个与所述栅状铝背场垂直的主背场，而所述钝化层位于所述栅状铝背场和主背场的间隙内。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述钝化层为氧化铝层和氮化硅层的双层结构，且所述氧化铝层位于所述氮化硅层和所述半导体衬底的背表面之间。
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