CN107507875B - 一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构及制备方法，包括：电池片、正电极线、负电极线；所述电池片背面设置N+极和P+极；所述正电极线和负电极线分别环绕在所述电池片背面，且正电极线与负电极线相互交错；所述正电极线丝印于P+极(11)上；所述负电极线丝印于N+极(13)上；所述电池片背面刻蚀沟槽，P+极(11)或N+极(13)的一种位于沟槽内。本发明互相环绕且交错不接触的排布方式，达到了电池背面金属化的目的，提高了电流收集的效率，在一定程度上提高了光电转化率。同时沟槽排布的方式减小了工艺风险，利于生产推广。
Description
技术领域
本发明涉及光电池制备领域，具体涉及一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构及制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种将光能转化为电能的半导体器件，较低的生产成本和较高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。对于目前常规太阳能电池， 其正电极接触电极和负电极接触电极分别位于电池片的正反两面。背接触太阳能电池是一种将正电极和负电极接触电极均放置在电池背面 （非受光面）的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。
背接触( Interdigitated Back-contact )太阳能电池简称IBC电池。Sunpower公司首先实现了产业化，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在电池背后，它消除了正面遮光损失，实现了电池正面“零遮挡”，相当于增加了有效半导体面积；且组件装配成本降低，外观好；背面利用扩散法做成P+和N+交错间隔的交叉式接面，并通过氧化硅上开金属接触孔，实现电极与发射区或基区的接触。交叉排布的发射区与基区电极几乎覆盖了背表面的大部分，十分有利于电流的引出，但是该方法工艺复杂，排放的废弃物严重污染环境，且与目前工业化生产的主流金属化方法不相兼容，工艺风险高，因此对于低成本的产业化推广难度较大。
申请号为201310093132.9的中国专利公开了一种交错背接触IBC太阳能电池片电极结构，其电池片的背面设有指叉交错的正负栅线电极；正负栅线电极之间通过激光刻蚀或绝缘胶方式进行绝缘；背面所有正负栅线电极分别汇聚在条状或者块状正负接触电极上；正负接触电极通过导电焊带联接，使用绝缘胶膜对导电焊带和块状正负栅线电极之间进行隔离绝缘。其提高了大尺寸电池片的光电转换效率，实现交错背接触IBC电池片向6英寸或更大尺寸电池片的发展，但实际这种方式为Sunpower公司交叉式接面的应用，在电流收集和工艺风险上并没有得到很好的改进，且正负栅线电极之间绝缘效果不好。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构及其制备方法。本发明在电池片正面设置减反射膜和制绒面，提高了光吸收效率，且对背接触太阳能电池背面金属化图形进行了设计，互相环绕且交错不接触的排布方式，达到了电池背面金属化的目的，提高了电流收集的效率，在一定程度上提高了光电转化率。同时沟槽排布的方式减小了工艺风险，利于生产推广。
为实现所述技术目的，本发明的技术方案是：一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构，包括：电池片、正电极线、负电极线；所述电池片背面包括N+极和P+极；
所述正电极线和负电极线分别环绕在所述电池片背面，且正电极线与负电极线相互交错，这种互相环绕交错的排布方式代替了普通的指叉交错排布，更加方便了电流的收集；
所述正电极线丝印于P+极上；所述负电极线丝印于 N+极上；所述电池片背面刻蚀沟槽，P+极或N+极的一种位于沟槽内。沟槽的设计使得P+极或N+极以及正负电极线都彼此绝缘。
进一步，所述电池片从正面到背面依次包括：制绒面、前表面场、衬底、背表面场；所述背表面场包括由B掺杂形成的P+极，P扩散形成的N+极。
进一步，所述制绒面上覆盖减反射镀膜，增加光的吸收。
进一步，所述衬底为P型硼衬底或N型硅衬底的一种。
进一步，所述正电极线包括：正触点电极、正条状接触电极，正环线接触电极；所述正触点电极位于所述电池片外边缘一侧，且正触点电极引出正条状接触电极至电池片背部中心位置，所述正环线接触电极从正触点电极和正条状接触电极两侧引出。
所述负电极线包括：负触点电极，负条状接触电极，负环线接触电极；所述负触点电极位于所述电池片外边缘一侧，且负触点电极引出负条状接触电极至电池片背部中心位置，所述负环线接触电极从负触点电极和负条状接触电极两侧引出。
进一步，所述正环线接触电极设置至少四条；最外条正环线接触电极沿电池片外边环绕至所述负触点电极或负条状接触电极的一种，且每条正环线接触电极互相平行且向电池片背部中心位置缩进；
所述负环线接触电极设置至少四条；最外条负环线接触电极沿电池片外边环绕至所述正触点电极或正条状接触电极的一种，且每条负环线接触电极互相平行且向电池片背部中心位置缩进；
进一步，所述正环线接触电极和负环线接触电极交错设置，且负环线接触电极环绕正环线接触电极至所述正触点电极或正条状接触电极的一种。
进一步，所述正触点电极和负触点电极关于所述电池片中心轴对称。
进一步，所述沟槽深度确保正电极丝和N+极不接触，负电极线丝和P+极不接触。
一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构制备方法，包括以下步骤：
S1：选择衬底，并用HF酸和HCl溶液浸泡清洗；
S2：在衬底正面用低浓度碱溶液腐蚀，制成具有椎体的制绒面；并在制绒面上进行P扩散，形成前表面场；
S3：采用PECVD工艺，在所述制绒面上覆盖减反射镀膜；
S4：在衬底背面B掺杂区掺杂B，形成P+极；并采用PECVD工艺在衬底背面沉积Si3N4层；并采用湿法刻蚀或干法刻蚀的一种在P+极上丝印刻蚀光阻；
S5：在衬底背面采用HF酸和HNO3刻蚀出P扩散区沟槽，并通入含P蒸汽，进行扩散形成N+极；并利用BHF去除步骤S2中的Si3N4层，再次采用PECVD工艺沉积Si3N4层；并采用湿法刻蚀或干法刻蚀的一种在N+极上丝印刻蚀光阻；
S6：在P+极上丝印正电极线并烧结，在所述N+极上丝印负电极线并烧结。
本发明的有益效果在于：
本发明在电池片正面设置减反射膜和制绒面，提高了光吸收效率，且对背接触太阳能电池背面金属化图形进行了设计，互相环绕且交错不接触的排布方式，达到了电池背面金属化的目的，提高了电流收集的效率，在一定程度上提高了光电转化率。同时沟槽排布的方式减小了工艺风险，利于生产推广。
附图说明
图1是本发明电池片背面正负电极线的排布图；
图2是本发明电池片从正面到背面各层结构示意图；
图3是本发明电池片背面刻蚀沟槽后的结构示意图。
图中：1、正触点电极，2、正条状接触电极，3、正环线接触电极，4、负触点电极，5、负条状接触电极，6、负环线接触电极，7、减反膜制绒面，8、前表面场，9、衬底，10、背表面场，11、P+极，12、Si3N4层，13、N+极。
具体实施方式
下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构，包括：电池片、正电极线、负电极线；所述电池片背面包括N+极和P+极；
所述正电极线和负电极线分别环绕在所述电池片背面，且正电极线与负电极线相互交错；这种互相环绕交错的排布方式代替了普通的指叉交错排布，更加方便了电流的收集；
如图3所示，所述正电极线丝印于P+极11上；所述负电极线丝印于 N+极13上；所述电池片背面刻蚀沟槽，P+极11或N+极13的一种位于沟槽内。沟槽的设计使得P+极11或N+极13以及正负电极线都彼此绝缘。
进一步，如图2所示，所述电池片从正面到背面依次包括：制绒面7、前表面场8、衬底9、背表面场10；所述背表面场包括由B掺杂形成的P+极11，P扩散形成的N+极13。这种在电池片背面设置PN结，去掉正面金属栅极的电池结构，消除了正面遮光损失，实现了电池正面“零遮挡”，相当于增加了有效半导体面积。
进一步，所述制绒面7上覆盖减反射镀膜，增加光的吸收，提高光转换效率。低浓度碱溶液腐蚀的制绒面7，光在制绒面7上形成漫反射，有利于光的二次吸收。
进一步，所述衬底9为P型硼衬底或N型硅衬底的一种。
进一步，所述正电极线包括：正触点电极1、正条状接触电极2，正环线接触电极3；所述正触点电极1位于所述电池片外边缘一侧，且正触点电极1引出正条状接触电极2至电池片背部中心位置，所述正环线接触电极3从正触点电极1和正条状接触电极2两侧引出。正环线接触电极3收集电流， 且在正触点电极1和正条状接触电极2上汇集。因正触点电极1处引出的正环线接触电极3较长，汇集到的电流也较多，故正触点电极1的宽度大于正条状接触电极2；同时正触点电极1的设计方便了电流引出到下一电池片或负载上。
所述负电极线包括：负触点电极4，负条状接触电极5，负环线接触电极6；所述负触点电极4位于所述电池片外边缘一侧，且负触点电极4引出负条状接触电极5至电池片背部中心位置，所述负环线接触电极6从负触点电极4和负条状接触电极5两侧引出。负环线接触电极6收集电流， 且在负触点电极4和负条状接触电极5上汇集。因负触点电极4处引出的负环线接触电极6较长，汇集到的电流也较多，故负触点电极4的宽度大于负条状接触电极5；同时负触点电极4的设计方便了电流引出到下一电池片或负载上。
进一步，所述正环线接触电极3设置至少四条；最外条正环线接触电极3沿电池片外边环绕至所述负触点电极4或负条状接触电极5的一种，且每条正环线接触电极3互相平行且向电池片背部中心位置缩进；
所述负环线接触电极6设置至少四条；最外条负环线接触电极6沿电池片外边环绕至所述正触点电极1或正条状接触电极2的一种，且每条负环线接触电极6互相平行且向电池片背部中心位置缩进；
进一步，所述正环线接触电极3和负环线接触电极6交错设置，且负环线接触电极6环绕正环线接触电极3至所述正触点电极1或正条状接触电极的一种。这种互相环绕且交错不接触的排布方式，达到了电池背面金属化的目的，提高了电流收集的效率，在一定程度上提高了光电转化率。
进一步，所述正触点电极1和负触点电极4关于所述电池片中心轴对称。
进一步，所述沟槽深度确保正电极丝和N+极13不接触，负电极线丝和P+极11不接触。
一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构制备方法，包括以下步骤：
S1：选择衬底9，并用HF酸和HCl溶液浸泡清洗；
S2：在衬底9正面用低浓度碱溶液腐蚀，制成具有椎体的制绒面7；并在制绒面7上进行P扩散，形成前表面场8；
S3：采用PECVD工艺，在所述制绒面7上覆盖减反射镀膜；
S4：在衬底9背面B掺杂区掺杂B，形成P+极11；并采用PECVD工艺在衬底9背面沉积Si3N4层12；并采用湿法刻蚀或干法刻蚀的一种在P+极11上丝印刻蚀光阻；
S5：在衬底9背面采用HF酸和HNO3刻蚀出P扩散区沟槽，并通入含P蒸汽，进行扩散形成N+极13，且沟槽形状和负电极线形状一致；并利用BHF去除步骤S2中的Si3N4层12（旧Si3N4层被P污染），再次采用PECVD工艺沉积Si3N4层12；并采用湿法刻蚀或干法刻蚀的一种在N+极13上丝印刻蚀光阻；
步骤S4和S5的工艺，较现有工艺具有更小的加工风险。
S6：在P+极11上丝印正电极线并烧结，在所述N+极13上丝印负电极线并烧结。
注：本发明中所述的正负极、N+极和P+极并不局限于图例中的排布方式，正负极、N+极和P+极可交替排布。
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构，其特征在于，包括：电池片、正电极线、负电极线；所述电池片背面设置N+极（13）和P+极（11）；
所述正电极线和负电极线分别环绕在所述电池片背面，且正电极线与负电极线相互交错；
所述正电极线丝印于P+极（11）上；所述负电极线丝印于 N+极（13）上；所述电池片背面刻蚀沟槽，P+极（11）或N+极（13）的一种位于沟槽内；其中，
所述正电极线包括：正触点电极（1）、正条状接触电极（2），正环线接触电极（3）；所述正触点电极（1）位于所述电池片外边缘一侧，且正触点电极（1）引出正条状接触电极（2）至电池片背部中心位置，所述正环线接触电极（3）从正触点电极（1）和正条状接触电极（2）两侧引出；
所述负电极线包括：负触点电极（4），负条状接触电极（5），负环线接触电极（6）；所述负触点电极（4）位于所述电池片外边缘一侧，且负触点电极（4）引出负条状接触电极（5）至电池片背部中心位置，所述负环线接触电极（6）从负触点电极（4）和负条状接触电极（5）两侧引出；
所述正环线接触电极（3）设置至少四条；最外条正环线接触电极（3）沿电池片外边环绕至所述负触点电极（4）或负条状接触电极（5）的一种，且每条正环线接触电极（3）互相平行且向电池片背部中心位置缩进；
所述负环线接触电极（6）设置至少四条；最外条负环线接触电极（6）沿电池片外边环绕至所述正触点电极（1）或正条状接触电极（2）的一种，且每条负环线接触电极（6）互相平行且向电池片背部中心位置缩进；
所述正环线接触电极（3）和负环线接触电极（6）交错设置，且负环线接触电极（6）环绕正环线接触电极（3）至所述正触点电极（1）或正条状接触电极的一种；
所述沟槽深度确保正电极线和N+极（13）不接触，负电极线和P+极（11）不接触。
2.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构，其特征在于，所述电池片从正面到背面依次包括：制绒面（7）、前表面场（8）、衬底（9）、背表面场（10）；所述背表面场包括由B掺杂形成的P+极（11）、由P扩散形成的N+极（13）。
3.根据权利要求2所述的一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构，其特征在于，所述制绒面（7）上覆盖减反射镀膜。
4.根据权利要求2所述的一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构，其特征在于，所述衬底（9）为P型硼衬底或N型硅衬底的一种。
5.根据权利要求1所述的一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构，其特征在于，所述正触点电极（1）和负触点电极（4）关于所述电池片中心轴对称。
6.一种背接触太阳能电池片电极环绕交错结构制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-5中任一项所述的背接触太阳能电池片电极环绕交错结构，包括以下步骤：
S1：选择衬底（9），并用HF酸和HCl溶液浸泡清洗；
S2：在衬底（9）正面用低浓度碱溶液腐蚀，制成具有椎体的制绒面（7）；并在制绒面（7）上进行P扩散，形成前表面场（8）；
S3：采用PECVD工艺，在所述制绒面（7）上覆盖减反射镀膜；
S4：在衬底（9）背面B掺杂区掺杂B，形成P+极（11）；并采用PECVD工艺在衬底（9）背面沉积Si3N4层（12）；并采用湿法刻蚀或干法刻蚀的一种在P+极（11）上丝印刻蚀光阻；
S5：在衬底（9）背面采用HF酸和HNO3刻蚀出P扩散区沟槽，并通入含P蒸汽，进行扩散形成N+极（13）；并利用BHF去除步骤S2中的Si3N4层（12），再次采用PECVD工艺沉积Si3N4层（12）；并采用湿法刻蚀或干法刻蚀的一种在N+极（13）上丝印刻蚀光阻；
S6：在P+极（11）上丝印正电极线并烧结，在所述N+极（13）上丝印负电极线并烧结。
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