CN112687754A - 一种边缘掺杂的晶体硅太阳电池结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种边缘掺杂的晶体硅太阳电池结构及制备方法，在太阳电池的每一个激光切割边缘界面上设置有重掺杂区，以降低到达边缘界面的少数载流子浓度，从而抑制边缘的复合。在边缘重掺杂区的表面可进一步设置钝化膜以增强表面钝化，形成边缘界面的场钝化及化学钝化，降低边缘的复合电流密度，提高电池开路电压。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，更具体地，涉及一种边缘掺杂的晶体硅太阳电池结构及制备方法。
背景技术
目前，由于切半电池组件、叠瓦技术、并片和拼片技术的普及，采用激光对整片电池切割逐渐成为行业的主流趋势。特别是大硅片的推广应用，将整片电池切成1/2,1/3,…1/n以降低组件的串联电阻，是提高组件的输出功率的必经之路。然而，目前行业在实践中发现，当激光对电池片进行切割时，通过激光烧蚀界面，并采用热应力或者机械应力将电池分离而产生的断面，由于表面存在大量的悬挂键及缺陷态，成为了载流子有效的复合中心。大量的载流子通过界面缺陷进行复合，严重的损失了太阳电池的转换效率。目前，对于常规PERC电池(Passivated Emitter and Rear Cell，即钝化发射极和背面电池)，激光划片及裂片损失达到0.15％-0.2％，对于效率达到24％及以上的高效电池，该损失达到0.4％。
目前对于激光划片及裂片导致的边缘损失，目前行业并无很好的解决方案。因此，为了提高电池的效率，必须尽量地抑制边缘缺陷态对太阳电池转换效率的影响。
发明内容
提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
为解决上述问题，本发明提供了一种边缘掺杂的晶体硅太阳电池结构及制备方法。更具体地，在激光切割及裂片后，在边缘形成重掺杂的发射极。通过重掺杂，可降低到达边缘界面的少数载流子浓度，从而抑制边缘的复合。可选地，可在边缘重掺杂区的表面设置钝化膜，进一步增强表面钝化，形成边缘界面的场钝化及化学钝化，降低边缘的复合电流密度，提高电池开路电压。
根据本发明的一个方面，提供了一种太阳电池，所述太阳电池具有至少一个激光切割边缘界面，其中在每一个激光切割边缘界面上设置有重掺杂区，并且所述重掺杂区与所述太阳电池的背面结隔离。
根据本发明的进一步实施例，所述重掺杂区与所述太阳电池的正面电极同型。
根据本发明的进一步实施例，所述重掺杂区包含磷、硼、镓中的一种或多种。
根据本发明的进一步实施例，所述重掺杂区的浓度为1×1018cm-3到3×1021cm-3。
根据本发明的进一步实施例，所述重掺杂区表面设置有表面钝化膜。
根据本发明的进一步实施例，所述重掺杂区表面的表面钝化膜包含氧化硅、氮化硅、氧化铝、非晶硅、多晶硅中的一种或多种。
根据本发明的进一步实施例，所述表面钝化膜的厚度为1－500mm。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳电池的制备方法，所述制备方法包括：
在待切割的太阳电池的正面的待切割区域上印刷固体重掺杂源；以及
用激光照射所述重掺杂源以完成电池切割并在切割表面中形成重掺杂区。
根据本发明的又一方面，提供了一种太阳电池的制备方法，所述制备方法包括：
将待切割的太阳电池整体放置在液态重掺杂源中；以及
用激光照射所述太阳电池的正面的待切割区域以完成电池切割并在切割表面中形成重掺杂区。
根据本发明的又一方面，提供了一种太阳电池的制备方法，所述制备方法包括：
在经激光切割的太阳电池的切割表面上印刷固体重掺杂源；以及
通过激光照射或热扩散将所述重掺杂源掺杂进所述切割表面以形成重掺杂区。
根据本发明的进一步实施例，上述制备方法还包括：
在所述切割表面上设置表面钝化膜。
与现有技术的晶体硅太阳电池相比，本发明的经边缘掺杂的晶体硅太阳电池结构至少具有以下优点：
(1)边缘采用重掺杂形成的边缘发射极，降低了少数载流子的浓度，抑制了边缘复合；
(2)有选择型的在边缘发射极表面进行薄膜生长或沉积，进一步降低边缘界面的复合速率；
(3)本发明工艺简单，仅需要在激光切割中进行掺杂，适合应用于规模化生产。
通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。
附图说明
为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。
图1是晶体硅太阳电池的结构剖面图。
图2是经激光切割后的晶体硅太阳电池的结构剖面图。
图3为示出图2的晶体硅太阳电池的激光切割边缘界面的局部放大图。
图4是图3的界面的示意能带图。
图5至图8是根据本发明的实施例的晶体硅太阳电池的制备工艺的示意流程图。
图9至图10是根据本发明的实施例的晶体硅太阳电池的结构剖面图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。
图1是晶体硅太阳电池的结构剖面图。作为一个示例，图1中所示的晶体硅太阳电池可以是P型PERC电池，其典型的电池结构的剖面图如图1所示，包含硅片1、发射极2、正面钝化膜3、正面电极4、背面结5、第一背面钝化膜6、第二背面钝化膜7、以及背面电极8。
假设对该电池进行激光切割，将其切为半片电池，则其剖面图如图2所示。如背景技术部分中提到的，由于传统的激光切割导致的损伤，将在图2中硅片1和发射极2的边缘界面形成含有大量缺陷的激光切割边缘界面1-2，如图3所示。本领域技术人员可以理解，如果将一块太阳电池激光切割成比半片更小的单位，则切割后的电池可能具有不止一个激光切割边缘界面。为方便解说，以下将以仅具有一个激光切割边缘界面的电池(例如切半)为例来详细描述，如果电池具有不止一个激光切割边缘界面，则以下描述的制备方法可被同样地应用于每一个激光切割边缘界面。
根据半导体物理，图3的激光切割边缘界面1-2的能带图如图4所示。在图4中，1为硅片衬底，2为发射极，1-2为含缺陷的边缘界面，1-2-0为费米能级，1-2-1为导带，而1-2-2为价带。需要注意，本例中为p型电池，因此，在硅片衬底1中存在多数载流子1-0空穴，在发射极2中存在多数载流子2-0电子。从图中可以看到，含有大量缺陷的激光切割边缘界面1-2刚好处于在p-n结界面，电子2-0和空穴1-0通过缺陷态1-2形成大量的复合，严重降低了电池的转换效率。
实施例1
为了解决上述问题，本发明提供了一种能够降低激光切割边缘损失的晶体硅太阳电池结构及其制备方法。为了解说清楚，本发明仍以图1中的p型PERC电池为例，但本领域技术人员可以理解，本发明也同样适合n型PERC电池。根据本发明的第一实施例，如图5所示，在激光待切割的区域(在切半的示例中为中线附近)，通过丝网印刷，在电池正面印刷固体掺杂源9。在一个示例中，掺杂源9可以是磷。替代地，掺杂源也可以是其他适合对边缘进行重掺杂的材料，例如硼、镓或多种此类材料的组合。
随后，对固体掺杂源9进行激光照射。在一个示例中，可采用绿激光10(例如波长为532nm的纳秒(ns)级绿激光)在固体掺杂源9上进行照射。绿激光产生热，从而将掺杂源9中的原子(例如磷原子)掺杂进硅片1，形成边缘重掺杂区13(如图9所示)。在一个示例中，重掺杂区13的浓度为1×1018cm-3到3×1021cm-3。在一个优选示例中，重掺杂区13的峰值浓度可以是5×1020cm-3。边缘重掺杂区13的厚度可以是约1微米。如图9中所示，重掺杂区13与背面结5隔离。背面结5是PERC电池过程制造过程中在电池背面自然形成的，通过诸如激光开槽等工艺步骤，可控制其生成在背面电极8附近与背面电极8接触，因而可以确保重掺杂区13与其在水平方向上隔离开。当PERC电池是p型时，硅片1为p型，背面结5为p+型，构成pp+高低结，形成背电场，该背电场的作用是使产生在基区背面的电子-空穴对加速向p-n结方向扩散，提高了光生载流子的收集效率，从而提高了电池的效率。类似地，当PERC电池是n型时，硅片1为n型，背面结5为n+型。此外，如图9中所示，在厚度方向上，重掺杂区13与背面钝化膜(例如第一背面钝化膜6)也隔开一定距离，例如可以间隔0.01－10mm。
边缘重掺杂与正面p-n结同型。例如，在p型PERC电池的示例中，硅片1为p型，正面p-n结为n型，背面结为p+型，而边缘重掺杂为区n型。在n型PERC电池的示例中，硅片1为n型，正面p-n结为p型，背面结为n+型，而边缘重掺杂区则为p型。
在激光10的照射过程中，由于局部的高温又同时形成了刻蚀效果，对电池形成切割。换言之，在激光10的激光照射过程中，以一个步骤实现了激光切割和边缘重掺杂两者的效果，形成了切割后的边缘重掺杂区13。此时，原先图3中的1-2边缘部分被重掺杂，使得该区域此时不处于p-n结的结区，从而降低了该区域对整体复合的影响。
此外，作为丝网印刷的替代，在本示例中，也可以将电池整体放置在液态掺杂源9中(如图6所示)，随后进行同样的激光照射，可以获得类似的效果。
可选地，在经过激光边缘掺杂之后，还可在重掺杂区表面设置一层表面钝化膜14(如图10所示)，该表面钝化膜14覆盖在边缘发射极13和边缘硅片1的表面，可对表面的缺陷进行钝化和修复，从而进一步提高太阳电池切割后的效率。表面钝化膜14的材料可包含氧化硅、氮化硅、氧化铝、非晶硅、多晶硅中的一种或多种，其厚度可以为1－500nm。在一个示例中，表面钝化膜14可通过PECVD(等离子体增强化学汽相沉积)方法在重掺杂区表面沉积一层约80nm的SiNx:H来形成。
实施例2
为了解说清楚，仍以图1中的p型PERC电池为例，根据本发明的第二实施例，首先对电池结构进行激光切割，在激光切割完成后，形成了半片电池(图2)。随后，通过丝网印刷，在电池的侧面(即激光切割面)印刷固体掺杂源9(如图7所示)，再用激光对固体掺杂源9上进行照射，激光产生热，将掺杂原子掺杂进硅片1，形成了边缘重掺杂区13(如图9所示)。此时，原来图3中的1-2边缘部分被重掺杂，对于这个侧面p-n结，结区的中心在重掺杂后被从原来的1-2被移到图9中硅片1和边缘发射极13的界面，远离了激光切割的界面1-2，因此降低了该区域1-2对整体复合的影响。
替代地或附加地，根据本发明的另一示例，在本实施例中，可以用热扩散产生的热场12(如图8所示)来取代图7中的激光10，将边缘掺杂源中的原子掺杂进入边缘的界面，可以获得类似的效果。
以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或方法的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。
Claims (10)
1.一种太阳电池，所述太阳电池具有至少一个激光切割边缘界面，其特征在于，在每一个激光切割边缘界面上设置有重掺杂区，并且所述重掺杂区与所述太阳电池的背面结隔离。
2.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述重掺杂区与所述太阳电池的正面电极同型。
3.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述重掺杂区包含磷、硼、镓中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的太阳电池，其特征在于，所述重掺杂区的浓度为1×1018cm-3到3×1021cm-3。
5.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述重掺杂区表面设置有表面钝化膜。
6.如权利要求5所述的太阳电池，其特征在于，所述重掺杂区表面的表面钝化膜包含氧化硅、氮化硅、氧化铝、非晶硅、多晶硅中的一种或多种，并且所述表面钝化膜的厚度为1－500mm。
7.一种太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在待切割的太阳电池的正面的待切割区域上印刷固体重掺杂源；以及
用激光照射所述重掺杂源以完成电池切割并在切割表面中形成重掺杂区。
8.一种太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将待切割的太阳电池整体放置在液态重掺杂源中；以及
用激光照射所述太阳电池的正面的待切割区域以完成电池切割并在切割表面中形成重掺杂区。
9.一种太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在经激光切割的太阳电池的切割表面上印刷固体重掺杂源；以及
通过激光照射或热扩散将所述重掺杂源掺杂进所述切割表面以形成重掺杂区。
10.如权利要求7－9中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在所述切割表面上设置表面钝化膜。
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