CN104362200A - 一种高效晶硅太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效晶硅太阳能电池，包括：背电极、铝背场、P型硅、N型硅、氮化硅膜和正电极；所述氮化硅膜上涂覆磷源，对涂覆有磷源的氮化硅膜通过激光刻蚀形成激光掺杂槽，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽的硅里，所述激光掺杂槽图案为线型正电极栅线图案；所述正电极底部处于所述激光掺杂槽之内。本发明还公开了一种制备高效晶硅太阳能电池的方法。采用本发明，通过激光掺杂磷源的方式形成激光掺杂槽，使硅片表面的磷掺杂浓度呈选择性分布，在栅线以内区域通过激光掺杂达到较高的磷掺杂浓度，保证栅线与硅的良好欧姆接触；在栅线以外区域采用高方阻扩散，达到较低的掺杂浓度，提升电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种高效晶硅太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种有效地吸收太阳辐射能，利用光生伏特效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P-N结（P-N Junction)上，形成新的空穴-电子对（V-E pair），在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。由于是利用各种势垒的光生伏特效应将太阳光能转换成电能的固体半导体器件，故又称太阳能电池或光伏电池，是太阳能电池阵电源***的重要组件。
太阳能电池主要有晶硅（Si）电池，三五族半导体电池（GaAs，Cds/Cu2S，Cds/CdTe， Cds/InP，CdTe/Cu2Te），无机电池，有机电池等，其中晶硅太阳能电池居市场主流主导地位。晶硅太阳能电池的基本材料为纯度达0.999999、电阻率在10欧·厘米以上的P型单晶硅，包括正面绒面、正面P-N结、正面减反射膜、正背面电极等部分。
如图1所示，传统太阳能电池的P-N结都是采用一次磷掺杂的制作方式，为了提高电池的开路电压和短路电流，只能采取整体提高扩散方阻，降低磷掺杂浓度的方式，但是这种方式使得银栅线以下区域的磷掺杂浓度也同时降低，银栅线与硅不能形成良好的欧姆接触，导致电池的填充因子较低，抑制了电池光电转换效率的提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高效晶硅太阳能电池。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种制备高效晶硅太阳能电池的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效晶硅太阳能电池，包括：背电极、铝背场、P型硅、N型硅、氮化硅膜和正电极；所述氮化硅膜上涂覆磷源，对涂覆有磷源的氮化硅膜通过激光刻蚀形成激光掺杂槽，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽的硅里，所述激光掺杂槽图案为线型正电极栅线图案；在所述激光掺杂槽内通过丝网印刷方式印刷正电极浆料，形成正电极；所述激光掺杂槽宽度至少比所述正电极宽度宽10μm，所述正电极底部处于所述激光掺杂槽之内。
作为上述方案的改进，所述激光掺杂槽宽度为40~80μm，所述正电极宽度为30~70μm。
作为上述方案的改进，所述氮化硅膜的厚度为75-90nm。
作为上述方案的改进，所述磷源为磷酸溶液；所述磷酸溶液的磷酸浓度为1%~10%。
作为上述方案的改进，所述激光的功率为1~10W，波长为400~630nm，频率为30~70KW，光斑直径为40~80微米，脉冲时间为5~20ns，激光划线速度为100~1000m/s。
相应地，本发明还提供了一种制备高效晶硅太阳能电池的方法，包括：
在硅片正面形成绒面；
在硅片正面进行高方阻磷扩散，扩散方阻为100~150Ω/□；
去除扩散过程形成的正面磷硅玻璃和周边P-N结；
在硅片正面采用PECVD镀膜，形成氮化硅膜；
在硅片正面涂覆磷源；
对涂覆有磷源的氮化硅膜通过激光刻蚀形成激光掺杂槽，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽的硅里，所述激光掺杂槽图案为线型正电极栅线图案，所述激光的功率为1~10W，波长为532nm，频率为50KW，光斑直径为40~80微米，脉冲时间为5~20ns，激光划线速度为100~1000m/s；
在硅片背面印刷铝背场和背电极；
通过丝网印刷方式，在硅片正面的激光掺杂槽内印刷正电极浆料，形成正电极，所述激光掺杂槽宽度至少比所述正电极宽度宽10μm，使所述正电极底部处于所述激光掺杂槽之内；
将硅片进行烧结。
作为上述方案的改进，所述激光掺杂槽宽度为40~80μm，所述正电极宽度为30~70μm。
作为上述方案的改进，所述氮化硅膜的厚度为75-90nm。
作为上述方案的改进，所述磷源为磷酸溶液；所述磷酸溶液的磷酸浓度为1%~10%。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供了一种高效晶硅太阳能电池，采用激光掺杂磷源的方式，在涂覆有磷源的氮化硅膜上开槽，形成激光掺杂槽。相应地，通过激光掺杂后，可将磷掺杂到激光掺杂槽的硅里，使激光掺杂槽具有较高的磷掺杂浓度，保证激光掺杂槽与正电极有良好的欧姆接触。其中，激光掺杂槽的图案为线型正电极栅线图案，使硅片表面的磷掺杂浓度呈选择性分布，即在栅线以内的区域通过激光掺杂达到较高的磷掺杂浓度，保证栅线与硅的良好欧姆接触；在栅线以外的区域采用高方阻扩散，达到较低的掺杂浓度，提升电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的光电转换效率。
附图说明
图1是现有高效晶硅太阳能电池的结构示意图；
图2是本发明高效晶硅太阳能电池的结构示意图；
图3是本发明高效晶硅太阳能电池的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图2所示，本发明高效晶硅太阳能电池包括背电极1、铝背场2、P型硅3、N型硅4、氮化硅膜5和正电极6；所述背电极1、铝背场2、P型硅3、N型硅4、氮化硅膜5和正电极6依次相连。
所述氮化硅膜5上涂覆磷源，对涂覆有磷源的氮化硅膜5通过激光刻蚀形成激光掺杂槽7，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽7的硅里，所述激光掺杂槽7图案为线型正电极栅线图案；所述正电极6底部处于所述激光掺杂槽7之内。
需要说明的是，采用激光掺杂磷源的方式，在涂覆有磷源的氮化硅膜7上开槽，形成激光掺杂槽7。相应地，通过激光掺杂后，可将磷掺杂到激光掺杂槽7的硅里，使激光掺杂槽7具有较高的磷掺杂浓度，保证激光掺杂槽7与正电极6有良好的欧姆接触。其中，激光掺杂槽7的图案为线型正电极栅线图案，使硅片表面的磷掺杂浓度呈选择性分布，即在栅线以内的区域通过激光掺杂达到较高的磷掺杂浓度，保证栅线与硅的良好欧姆接触；在栅线以外的区域采用高方阻扩散，达到较低的掺杂浓度，提升电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的光电转换效率。
优选地，所述线型正电极栅线图案为直线矩形正电极栅线图案。
需要说明的是，通过丝网印刷方式，在硅片正面的激光掺杂槽内印刷正电极浆料，形成正电极。
更佳地，所述激光掺杂槽7宽度大于所述正电极6宽度，保证正电极6浆料全部印刷在激光掺杂槽7内，使所述正电极6底部处于所述激光掺杂槽7之内。避免正电极6超过激光掺杂槽7，防止因接触电阻增加，而导致电池效率下降。优选地，所述激光掺杂槽7宽度至少比所述正电极6宽度宽10μm。具体地，若激光掺杂槽7宽度为40μm，则正电极6的宽度最大为30μm。
更佳地，所述激光掺杂槽7宽度为40~80μm；所述正电极6宽度为30~70μm，保证激光掺杂槽7的宽度与正电极6的宽度精确配合，使电池具有较小的遮光面积。
更佳地，所述氮化硅膜的厚度为75-90nm，保证达到最佳的减反射效果。
更佳地，所述磷源为磷酸溶液；所述磷酸溶液的磷酸浓度为1%~10%，使磷源浓度达到最佳的掺杂效果。
需要说明的是，若磷酸浓度小于1%，会使电极处掺杂的磷浓度过低，导致电极跟硅的接触电阻过大，导致填充因子低，从而导致低的光电转换效率；若浓度大于10%，则电极跟硅的结合力变差，导致电极的拉力达不到行业质检标准。
所述磷酸溶液通过喷涂方式或旋涂方式均匀附着在硅片正面的氮化硅膜5上，涂覆磷酸溶液时只需在硅片正面的氮化硅膜5上均匀涂覆一层即可，实际使用时，可根据实际需求控制涂覆的厚度。
更佳地，所述激光的功率为1~10W，波长为400~630nm，频率为30~70KW，光斑直径为40~80微米，脉冲时间为5~20ns，激光划线速度为100~1000m/s。
需要说明的是，激光功率设置在1~10W范围内，是为了保证激光对硅片的损伤最小，消耗的电能少；若是采用波长较小的紫外光，激光头的设备成本很高。若是采用波长较长的红光，对硅片的损伤大；频率和脉冲时间过小和过大，会造成激光开槽的槽内形貌粗糙，不平整；光斑的直径决定激光掺杂槽开槽区域的大小，可以保证现有技术的电极宽度落在开槽区域之内；激光划线速度太小，会影响设备的产能和产量，速度太大，则影响开槽和掺杂的效果。因此，通过对激光的针对性设置，可有效保证激光掺杂的均匀性和最佳掺杂浓度，同时保证对硅片的损伤最小。
优选地，波长为532nm，频率为50KW。
图3是本发明高效晶硅太阳能电池的制备方法的流程图，包括：
S101，在硅片正面形成绒面。
硅片正面为绒面，可以降低表面反射率，增加光的利用率。
S102，在硅片正面进行高方阻磷扩散，扩散方阻为100~150Ω/□。
采用高方阻扩散，可达到较低的掺杂浓度，提升电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的光电转换效率。
S103，去除扩散过程形成的正面磷硅玻璃（PSG）和周边P-N结。
S104，在硅片正面采用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ，等离子体增强化学气相沉积法）镀膜，形成氮化硅膜。
需要说明的是，PECVD镀膜是采用等离子体增强化学气相沉积的方法，使用氨气和硅烷在硅片表面沉积，形成氮化硅膜。
更佳地，所述氮化硅膜的厚度为75-90nm，保证达到最佳的减反射效果。
S105，在硅片正面涂覆磷源。
优选地，通过喷涂方式或旋涂方式在硅片正面涂覆磷源。
更佳地，所述磷源为磷酸溶液，所述磷酸溶液均匀附着在硅片正面的氮化硅膜上。所述磷酸溶液的磷酸浓度为1%~10%，使磷源浓度达到最佳的掺杂效果。
需要说明的是，若磷酸浓度小于1%，会使电极处掺杂的磷浓度过低，导致电极跟硅的接触电阻过大，导致填充因子低，从而导致低的光电转换效率；若浓度大于10%，则电极跟硅的结合力变差，导致电极的拉力达不到行业质检标准。
涂覆磷酸溶液时只需在硅片正面的氮化硅膜5上均匀涂覆一层即可，实际使用时，可根据实际需求控制涂覆的厚度。
S106，对涂覆有磷源的氮化硅膜通过激光刻蚀形成激光掺杂槽，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽的硅里，所述激光掺杂槽图案为线型正电极栅线图案。
需要说明的是，采用激光掺杂磷源的方式，在涂覆有磷源的氮化硅膜上开槽，形成激光掺杂槽。相应地，通过激光掺杂后，可将磷掺杂到激光掺杂槽的硅里，使激光掺杂槽具有较高的磷掺杂浓度，保证激光掺杂槽与正电极有良好的欧姆接触。其中，激光掺杂槽的图案为线型正电极栅线图案，使硅片表面的磷掺杂浓度呈选择性分布，即在栅线以内的区域通过激光掺杂达到较高的磷掺杂浓度，保证栅线与硅的良好欧姆接触；在栅线以外的区域采用高方阻扩散，达到较低的掺杂浓度，提升电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的光电转换效率。
更佳地，所述激光的功率为1~10W，波长为400~630nm，频率为30~70KW，光斑直径为40~80微米，脉冲时间为5~20ns，激光划线速度为100~1000m/s。
需要说明的是，激光功率设置在1~10W范围内，是为了保证激光对硅片的损伤最小，消耗的电能少；若是采用波长较小的紫外光，激光头的设备成本很高。若是采用波长较长的红光，对硅片的损伤大；频率和脉冲时间过小和过大，会造成激光开槽的槽内形貌粗糙，不平整；光斑的直径决定激光掺杂槽开槽区域的大小，可以保证现有技术的电极宽度落在开槽区域之内；激光划线速度太小，会影响设备的产能和产量，速度太大，则影响开槽和掺杂的效果。因此，通过对激光的针对性设置，可有效保证激光掺杂的均匀性和最佳掺杂浓度，同时保证对硅片的损伤最小。
优选地，波长为532nm，频率为50KW。
S107，在硅片背面印刷铝背场和背电极。
完成激光掺杂处理，清洗掉残余的磷源后，在硅片背面印刷铝背场和背电极。
S108，通过丝网印刷方式，在硅片正面的激光掺杂槽内印刷正电极浆料，形成正电极。
需要说明的是，一般的激光掺杂是配合电镀工艺，在激光开槽里电镀镍和银作为正电极，但是电镀工艺未成熟，生产成本高，碎片率高，电极的拉力太小，不能满足行业质检标准。而步骤S108中，将激光掺杂与丝网印刷工艺相配合，在硅片正面的激光掺杂槽内印刷正电极浆料，形成正电极，更易于量产，电极拉力达到行业质检标准。
更佳地，所述激光掺杂槽宽度大于所述正电极宽度，保证正电极浆料全部印刷在激光掺杂槽内，使所述正电极底部处于所述激光掺杂槽之内。避免正电极6超过激光掺杂槽7，防止因接触电阻增加，而导致电池效率下降。
更佳地，所述激光掺杂槽宽度至少比所述正电极宽度宽10μm。具体地，若激光掺杂槽宽度为40μm，则正电极的宽度最大为30μm。
更佳地，所述激光掺杂槽宽度为40~80μm；所述正电极宽度为30~70μm，保证激光掺杂槽的宽度与正电极的宽度精确配合，减少电池的遮光面积。
优选地，所述正电极为银电极。
S109，将硅片进行烧结，得到高效晶硅太阳能电池。
与现有技术相比，本发明在现有晶硅太阳能电池生产工序PECVD镀膜工艺之后，采用激光掺杂磷源的方式，在涂覆有磷源的氮化硅膜上开槽，形成激光掺杂槽，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽的硅里，保证激光掺杂槽与正电极有良好的欧姆接触。同时，将激光掺杂与丝网印刷工艺相配合，在硅片正面的激光掺杂槽内印刷正电极浆料，形成正电极，更易于量产，电极拉力达到行业质检标准。
下面以具体实施例进一步阐述本发明
实施例1
在硅片正面形成绒面；
在硅片正面进行高方阻磷扩散，扩散方阻为150Ω/□；
去除扩散过程形成的正面磷硅玻璃和周边P-N结；
在硅片正面采用PECVD镀膜，形成厚度为90nm的氮化硅膜；
通过旋涂方式在硅片正面涂覆磷源，磷源为磷酸浓度为10%的磷酸溶液；
对涂覆有磷源的氮化硅膜通过激光刻蚀形成激光掺杂槽，激光掺杂槽宽度为80μm，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽的硅里，所述激光掺杂槽图案为线型正电极栅线图案；
在硅片背面印刷铝背场和背电极；
通过丝网印刷方式，在硅片正面的激光掺杂槽内印刷正电极浆料，形成正电极，使正电极的宽度为70μm；
将硅片进行烧结，得到高效晶硅太阳能电池。
实施例2
在硅片正面形成绒面；
在硅片正面进行高方阻磷扩散，扩散方阻为100Ω/□；
去除扩散过程形成的正面磷硅玻璃和周边P-N结；
在硅片正面采用PECVD镀膜，形成厚度为75nm的氮化硅膜；
通过旋涂方式在硅片正面涂覆磷源，磷源为磷酸浓度为1%的磷酸溶液；
对涂覆有磷源的氮化硅膜通过激光刻蚀形成激光掺杂槽，激光掺杂槽宽度为40μm，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽的硅里，所述激光掺杂槽图案为线型正电极栅线图案；
在硅片背面印刷铝背场和背电极；
通过丝网印刷方式，在硅片正面的激光掺杂槽内印刷正电极浆料，形成正电极，使正电极的宽度为30μm；
将硅片进行烧结，得到高效晶硅太阳能电池。
实施例3
在硅片正面形成绒面；
在硅片正面进行高方阻磷扩散，扩散方阻为120Ω/□；
去除扩散过程形成的正面磷硅玻璃和周边P-N结；
在硅片正面采用PECVD镀膜，形成厚度为80nm的氮化硅膜；
通过喷涂方式在硅片正面涂覆磷源，磷源为磷酸浓度为5%的磷酸溶液；
对涂覆有磷源的氮化硅膜通过激光刻蚀形成激光掺杂槽，激光掺杂槽宽度为50μm，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽的硅里，所述激光掺杂槽图案为线型正电极栅线图案；
在硅片背面印刷铝背场和背电极；
通过丝网印刷方式，在硅片正面的激光掺杂槽内印刷正电极浆料，形成正电极，使正电极的宽度为35μm；
将硅片进行烧结，得到高效晶硅太阳能电池。
由上可知，本发明提供了一种高效晶硅太阳能电池，采用激光掺杂磷源的方式，在涂覆有磷源的氮化硅膜上开槽，形成激光掺杂槽。相应地，通过激光掺杂后，可将磷掺杂到激光掺杂槽的硅里，使激光掺杂槽具有较高的磷掺杂浓度，保证激光掺杂槽与正电极有良好的欧姆接触。其中，激光掺杂槽的图案为线型正电极栅线图案，使硅片表面的磷掺杂浓度呈选择性分布，即在栅线以内的区域通过激光掺杂达到较高的磷掺杂浓度，保证栅线与硅的良好欧姆接触；在栅线以外的区域采用高方阻扩散，达到较低的掺杂浓度，提升电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的光电转换效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高效晶硅太阳能电池，其特征在于，包括背电极、铝背场、P型硅、N型硅、氮化硅膜和正电极；
所述氮化硅膜上涂覆磷源，对涂覆有磷源的氮化硅膜通过激光刻蚀形成激光掺杂槽，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽的硅里，所述激光掺杂槽图案为线型正电极栅线图案；
在所述激光掺杂槽内通过丝网印刷方式印刷正电极浆料，形成正电极；
所述激光掺杂槽宽度至少比所述正电极宽度宽10μm，所述正电极底部处于所述激光掺杂槽之内。
2.如权利要求1所述的高效晶硅太阳能电池，其特征在于，所述激光掺杂槽宽度为40~80μm，所述正电极宽度为30~70μm。
3.如权利要求1所述的高效晶硅太阳能电池，其特征在于，所述氮化硅膜的厚度为75-90nm。
4.如权利要求1所述的高效晶硅太阳能电池，其特征在于，所述磷源为磷酸溶液；
所述磷酸溶液的磷酸浓度为1%~10%。
5.如权利要求1所述的高效晶硅太阳能电池，其特征在于，所述激光的功率为1~10W，波长为400~630nm，频率为30~70KW，光斑直径为40~80微米，脉冲时间为5~20ns，激光划线速度为100~1000m/s。
6.一种制备如权利要求1~5任一项所述的高效晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，包括：
在硅片正面形成绒面；
在硅片正面进行高方阻磷扩散，扩散方阻为100~150Ω/□；
去除扩散过程形成的正面磷硅玻璃和周边P-N结；
在硅片正面采用PECVD镀膜，形成氮化硅膜；
在硅片正面涂覆磷源；
对涂覆有磷源的氮化硅膜通过激光刻蚀形成激光掺杂槽，使磷元素掺杂进所述激光掺杂槽的硅里，所述激光掺杂槽图案为线型正电极栅线图案，所述激光的功率为1~10W，波长为400~630nm，频率为30~70KW，光斑直径为40~80微米，脉冲时间为5~20ns，激光划线速度为100~1000m/s；
在硅片背面印刷铝背场和背电极；
通过丝网印刷方式，在硅片正面的激光掺杂槽内印刷正电极浆料，形成正电极，所述激光掺杂槽宽度至少比所述正电极宽度宽10μm，使所述正电极底部处于所述激光掺杂槽之内；
将硅片进行烧结。
7.如权利要求6所述的高效晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述激光掺杂槽宽度为40~80μm，所述正电极宽度为30~70μm。
8.如权利要求6所述的高效晶硅太阳能电池，其特征在于，所述氮化硅膜的厚度为75-90nm。
9.如权利要求6所述的高效晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述磷源为磷酸溶液；
所述磷酸溶液的磷酸浓度为1%~10%。
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