CN104851925B - 一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构，包括复数个形成于钝化层上的开口，且各个开口的大小相同；相邻开口之间的间距小于等于开口的尺寸。本发明通过将相邻开口之间的间距控制成小于等于圆形开口的直径，即可避免应是硅铝合金的区域形成空洞的现象，且取得了意想不到的技术效果。

Description

一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构

技术领域

本发明涉及一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。太阳能发电装置又称为太阳能电池或光伏电池，可以将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。

随着科技的发展，出现了局部接触背钝化（PERC）太阳能电池，这是新开发出来的一种高效太阳能电池，得到了业界的广泛关注。其核心是在硅片的背光面用氧化铝或者氧化硅薄膜(5~100纳米)覆盖，以起到钝化表面，提高长波响应的作用，从而提升电池的转换效率。现有的PERC太阳能电池结构主要包括具有PN结的硅片层，以及依次设于硅片层背面的钝化层、氮化硅薄膜层和铝金属层。其制备方法主要包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化层（如氧化铝、氧化硅薄膜或氮化硅）、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结，即可得到太阳能电池。其中，背面局部开口是在钝化层上形成多个开口(或称局部接触区)；现有技术中一般是采用激光进行开口。

因此，现有的PERC太阳能电池的结构为：包括具有PN结的硅片层，以及依次设于硅片层背面的钝化层、氮化硅薄膜层和铝金属层；所述钝化层上设有多个开口；而在太阳能电池的正面设有多个正面电极。现有技术中，上述开口一般呈线条或者点状。其中，线条由多个圆形开口并列组成，相邻圆形开口有重叠区域；点状由单个圆形开口组成，相邻圆形开口之间的间距一般都比较大（间距一般大于圆形开口的直径），现有技术中的激光光斑的直径一般为20~40微米，相邻圆形开口之间的间距一般在200微米左右。

另一方面，在PERC太阳能电池的制备工艺中，烧结步骤是一个重要的工艺环节，其主要目的是在正面和背面形成良好的金属与硅的欧姆接触，另外还要形成铝背场(BSF)以提升太阳电池的开路电压。现有的烧结工艺通常包括升温和降温2个步骤，其中，升温步骤一般分成三阶段：第一阶段，从室温升至300℃左右，其主要功能是烘干驱赶浆料中的挥发性有机物；第二阶段，从300℃左右升至670℃左右，其主要功能是形成铝背场和硅铝合金接触；第三阶段，从670℃左右升至最高温(800℃左右)，其主要功能是正面银浆烧穿正面氮化硅膜，并与硅片的发射区(pn结区)形成银硅欧姆接触。这种常规的烧结工艺对于全铝背场结构的太阳能电池是完全适用的，因此目前也被应用于PERC太阳能电池。

然而，发明人研究发现：铝浆在烧结过程中，硅和铝的化学反应过程大致分成以下五步：

第一步，初步升温超过300度时，固态硅开始小量向铝中扩散；

第二步，继续升温至660度时，固态铝开始溶解为液态，此时硅仍然为固态，固态的硅开始溶解在液态铝中；在硅铝交界面上，硅铝互相扩散开始加剧，铝逐渐渗入硅片体内；

第三步，升温至烧结最高温时，硅铝扩散到达最大程度；在液态铝中硅的浓度达到饱和，约30%左右；

第四步，从最高温开始降温过程中，由于硅在液态铝中的溶解度开始下降，不断有硅在硅铝交界面上以外延生长方式凝结固化；由于浓度梯度的驱动力，已经互相扩散进入彼此的铝和硅开始开始反方向向回扩散；在硅凝固过程中，铝在硅中被以掺杂的方式保留下来，形成高浓度掺杂的背场(BSF)；

第五步，当温度进一步降低至577度附近时，液态铝和溶解在其中的硅一起凝固，形成铝硅二元相(又称为铝硅合金)，二元相中的硅含量在12.6%左右；硅铝合金有很好的导电性，可以将扩散至背场的载流子收集并传输到金属铝层中。

发明人发现，与常规的全铝背场相比，局部背钝化太阳能电池（PERC太阳能电池）最大的不同就是，受局部开口尺寸与形状的限制，硅铝反应界面是局限的且远远小于常规全铝背场。当PERC太阳能电池采用上述常规的适合全铝背场太阳电池的烧结工艺时，出现了在应是硅铝合金的区域形成空洞的现象。

因此，开发高效率的PERC太阳能电池，以避免在应是硅铝合金的区域形成空洞的现象，显然具有积极的现实意义。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构，包括复数个形成于钝化层上的开口，且各个开口的大小相同；

相邻开口之间的间距小于等于开口的尺寸。

优选的，相邻开口之间的间距小于开口的尺寸。

上述技术方案中，所述开口的尺寸为20~40微米。

优选的，相邻开口之间的间距都是相同的。即相邻开口之间的间距可以相同或不同。

上述技术方案中，所述开口的总面积为太阳能电池背面上钝化层的面积的1~3%，优选地，所述开口的总面积为太阳能电池背面上钝化层的面积的2~3%。

上述技术方案中，所述开口的形状可以是圆形，相邻开口之间的间距小于等于圆形开口的直径。

所述开口的形状也可以是正方形，相邻开口之间的间距小于等于正方形开口的边长。

所述开口通过激光、腐蚀性浆料或腐蚀性溶液形成。

本发明的原理如下：铝硅空洞的形成原理参见背景技术，因此抑制空洞主要靠两个方向：(1) 升温时，减少Si向Al的扩散量和深度；(2) 降温时，增加Si从Al往回扩散的量。而本发明采用的是第一种方向。发明人研究发现：当圆形开口之间的间距d≤0时（即开口有部分重叠），激光脉冲重叠造成硅片损伤，而在损伤区域，Si和Al发生扩散的温度阈值降低，因而会有更多的Si扩散出去。因此，反之，当d>0时，没有重叠损伤区，Si和Al发生扩散的温度阈值升高，抑制了Si往外扩散；然而，当d>a时（a为圆形开口的直径），会有大量硅向脉冲开口间隙区扩散，反而会造成空洞。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明开发了一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构，通过将相邻开口之间的间距控制成小于等于圆形开口的直径，克服了现有技术中点状开口之间的间距较大造成的空洞现象，避免了应是硅铝合金的区域形成空洞的现象，且取得了意想不到的技术效果；

2、本发明的结构简单，易于制备，适于推广应用。

附图说明

图1是本发明实施例一中太阳能电池硅铝合金区域的局部SEM图。

图2是本发明实施例一中太阳能电池背面开口结构的局部示意图。

图3是本发明实施例一中太阳能电池背面开口结构的间距示意图。

图4是本发明对比例一中太阳能电池硅铝合金区域的局部SEM图。

图5是本发明对比例一中太阳能电池背面开口结构的间距示意图。

图6是本发明对比例二中太阳能电池硅铝合金区域的局部SEM图。

图7是本发明对比例二中太阳能电池背面开口结构的间距示意图。

其中：1、开口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

实施例一：

参见图1~3所示，一种PERC太阳能电池的背面开口结构，包括复数个形成于钝化层上的圆形开口1，且各个开口的大小相同；

相邻开口之间的间距小于圆形开口的直径。

所述圆形开口的直径a为40微米。相邻开口之间的间距d为10微米。参见图3所示。

相邻开口之间的间距都是相同的。

所述开口的总面积为太阳能电池背面上钝化层的面积的3%。

上述PERC太阳能电池的背面开口结构的制备方法，提供一系列激光脉冲至PERC太阳能电池背面的钝化层和氮化硅薄膜层90~200奈秒，以在所述钝化层和氮化硅薄膜层形成复数个开口；

所述开口呈圆形，且各个开口的大小相同；相邻开口之间的间距小于圆形开口的直径。具体的，所述圆形开口的直径a为40微米。相邻开口之间的间距d为10微米。

所述激光脉冲的能量为8微焦耳每平方厘米。

所述激光脉冲的波长为532纳米。

图1是本实施例中太阳能电池硅铝合金区域的局部SEM图，由图可见，采用本发明的方法后，铝和硅局部接触区域应是硅铝合金的区域没有形成空洞。

对比例一

参见图4~5所示，一种PERC太阳能电池的背面点状开口结构，包括复数个形成于钝化层上的圆形开口，且各个开口的大小相同；

相邻开口之间的间距大于圆形开口的直径。

所述圆形开口的直径a为40微米。相邻开口之间的间距d为200微米。参见图5所示。

相邻开口之间的间距都是相同的。

所述开口的总面积为太阳能电池背面上钝化层的面积的4%。

上述PERC太阳能电池的背面开口结构的制备方法与实施例相同。

图4是本实施例中太阳能电池硅铝合金区域的局部SEM图，由图可见，铝和硅局部接触区域应是硅铝合金的区域形成了很大的空洞。

对比例二

参见图6~7所示，一种PERC太阳能电池的背面点状线条结构，包括复数个形成于钝化层和氮化硅薄膜层上的圆形开口，且各个开口的大小相同；

相邻圆形开口有重叠区域。

所述圆形开口的直径a为40微米，重叠区域为5微米，参见图7所示。

所述开口的总面积为太阳能电池背面上钝化层的面积的5%。

上述PERC太阳能电池的背面开口结构的制备方法与实施例相同。

图4是本实施例中太阳能电池硅铝合金区域的局部SEM图，由图可见，铝和硅局部接触区域应是硅铝合金的中心区域形成了很大的空洞。

然后，对实施例和对比例得到的太阳能电池进行电性能测试，结果如下：

	实施例一	对比例一	对比例二
				Voc/V	0.657	0.653	0.655
Isc/A	9.27	9.19	9.25
				FF	78.894%	78.50%	78.78%
EFF	20.10%	19.69%	19.98%

由上表可见，与对比例相比，采用本发明的方法制得的太阳能电池在开路电压和电池效率等方面都有明显提高，开路电压提高了2~4 mV，短路电流提升0.02~0.08A，电池效率提高了0.12~0.41%，取得了意想不到的效果。

Claims (4)

1.一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构，包括复数个形成于钝化层上的开口，且各个开口的大小相同；其特征在于：

所述开口的形状为圆形，且在横向方向上，相邻开口之间的间距小于等于圆形开口的直径，所述开口的尺寸为20~40微米；

所述开口通过激光形成；所述激光脉冲不重叠；

所述局部背接触太阳能电池的结构为：包括具有PN结的硅片层，以及依次设于硅片层背面的钝化层、氮化硅薄膜层和铝金属层。

2.根据权利要求1所述的局部背接触太阳能电池的背面开口结构，其特征在于：相邻开口之间的间距小于开口的尺寸。

3.根据权利要求1所述的局部背接触太阳能电池的背面开口结构，其特征在于：相邻开口之间的间距都是相同的。

4.根据权利要求1所述的局部背接触太阳能电池的背面开口结构，其特征在于：所述开口的总面积为太阳能电池背面上钝化层的面积的2~3%。