CN114975647B - 一种n型背接触太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体公开一种N型背接触太阳能电池及其制备方法。所述太阳能电池包括若干个并联的电池组，每个电池组包括若干个在水平方向串联的电池单元，所述电池单元包括第一硅片和第二硅片，每个硅片背光面上设有的N型区和P型区形成平面螺旋且镶嵌的图形，且所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到。本发明利用氧化硅掩膜及去除掩膜，配合单面硼扩散、单面磷扩散工艺，能够在硅片的背光面上形成平面螺旋且镶嵌的N型区和P型区图形，并形成若干相邻的具有特定图形的独立电池单元，相邻电池单元之间可以通过组件焊接工艺进行串并联连接，从而实现不同的电池参数需求。
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N型背接触太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能是一种最清洁、最普遍和最有潜力的可持续能源，是最有可能替代常规化石燃料的能源。太阳能电池是利用太阳光直接发电的光电半导体薄片（电池片），因此，提高太阳能电池片的单位面积输出功率是太阳能电池技术进步的最终目标。而决定太阳能电池片转换效率的主要电学参数分别是短路电流、开路电压和填充因子。
在将电池片串联制造成组件后，最终能得到一块完整的太阳能电池面板。随着太阳能电池行业技术的不断进步，对组件性能有了更高的要求，也对电池的制备、切割、组件生产端的设备调整、材料调整提出了更高的要求。目前组件生产工序中，常见的电池片一般会进行二分片，三分片、四分片、五分片甚至更多。针对不同的分片数组件，需要对电池端金属化图案进行专门设计，随后采用激光切割技术，将电池片切成两片或多片的大小均一的电池片，再进行串联，这种工艺能够提升一部分组件的功率，但是对于电池端来说，分片数越多，引进的激光切割越多，从而使得激光对电池片的损伤越大，不仅降低最终分片电池的电性能，还会使电池的碎片率也随之上升，再包括同时增加的激光设备，都使得电池片的成本大幅度增加。而且根据且不同的组件端要求，要求不同的分片数会带来电池图形的不断切换，对于电池、组件的生产稳定性也是非常不利的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种N型背接触太阳能电池及其制备方法，通过设计具有特定金属化图形的电池单元，再将若干个电池单元经水平串联、并联，实现在不改变硅片结构的前提下，增大单片硅片的开路电压、降低单片硅片的短路电流，降低封装损失，获得生产稳定性好、不同串/并联结构的电池组件。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种N型背接触太阳能电池，包括若干个并联的电池组，每个电池组包括若干个在水平方向串联的电池单元，所述电池单元包括第一硅片和第二硅片，每个硅片背光面上设有的N型区和P型区形成平面螺旋且镶嵌的图形，且所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到。
相对于现有技术，本申请提供的N型背接触太阳能电池具有以下优势：
本申请通过若干电池单元不同的串联、并联的连接方式，能够实现在不更换硅片金属化图形的前提下，根据最终产品设计，获得不同串/并联结构的电池组件，从而实现方便调整电池组件的输出电压以及相匹配的输出电流的目的，达到在封装过程中增大单片硅片的开路电压、降低单片硅片的短路电流，降低封装损失的效果，提高电池、组件的生产稳定性，保证产品的均一性，还能显著降低生产成本。
上述第一硅片背光面上的图形如图1所示，上述第二硅片背光面上的图形如图2所示，从图1和图2中可以看出，将第一硅片的图形沿水平方向镜像即可得到第二硅片背光面上的图形。
可选的，所述图形为方形螺旋。
优选的图形有利于进行金属化印刷，形成完整的金属栅线图案。
可选的，所述N型区的宽度为400μm~2mm。
可选的，所述P型区的宽度为400μm~2mm。
优选的N型区和P型区的宽度有利于在硅片背光面形成螺旋且镶嵌的图案。
可选的，所述N型区的方阻为50ohm/sq~150ohm/sq。
可选的，所述P型区的方阻为50ohm/sq~150ohm/sq。
优选的N型区和P型区的方阻有利于增大单片硅片的开路电压、降低单片硅片的短路电流，进而提升电池的效率。
可选的，所述第一N型硅片和第二N型硅片之间的非掺杂本征硅区域的宽度为0.1mm~1mm。
可选的，所述N型区和P型区之间还存在非掺杂本征硅区域，所述本征硅区域的宽度为1μm~100μm。
进一步地，本发明还提供上述任一项所述的N型背接触太阳能电池的制备方法，至少包括以下步骤：
步骤一、在对第一硅片制绒后，在所述第一硅片的双面生长氧化硅掩膜；
步骤二、去除进行硼扩散区域内的氧化硅掩膜；
步骤三、在所述第一硅片的背光面单面进行硼扩散，制备P型区，形成P-N结，然后在所述第一硅片的背光面继续生长氧化硅掩膜；
步骤四、去除进行磷扩散区域内的氧化硅掩膜；
步骤五、在所述第一硅片的背光面单面进行磷扩散，制备N型区，使得N型区和P型区形成平面螺旋且镶嵌的图形；
步骤六、对所述第一硅片进行清洗，再对所述第一硅片双面沉积氧化硅；
步骤七、根据所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到的要求，重复步骤一~步骤六，对第二硅片进行处理，再将所述第一硅片和第二硅片焊接得到所述电池单元；
步骤八、重复步骤一~步骤七若干次，将若干电池单元经串联、并联，再经过单步金属化印刷、烧结，得到所述N型背接触太阳能电池。
相对于现有技术，本申请提供的N型背接触太阳能电池的制备方法，具有以下优势：
本申请利用氧化硅掩膜及去除掩膜，配合单面硼扩散、单面磷扩散工艺，使得硅片的背光面上的N型区和P型区形成平面螺旋且镶嵌的图形，形成若干相邻的具有特定图形的独立电池单元，相邻电池单元之间可以通过组件焊接工艺进行串并联连接，从而实现不同的电池参数需求。
可选的，步骤一和步骤三中，所述氧化硅掩膜的厚度为10nm~80nm。
优选的掩膜的厚度有利于阻止步骤三中对硅片中非扩散区域的硼掺杂；并有利于阻止步骤五中对硅片非扩散面及要保留的硼扩散区域的磷的掺杂。
可选的，步骤二和步骤四中，去除掩膜的方法为腐蚀浆料或者激光消融。
IBC电池的正负电池均在背面，通过腐蚀浆料或者激光消融的方法去除定制区域内氧化硅掩膜，实现在后续工艺中的在特定的区域内进行硼扩散或磷扩散，使得N型区和P型区形成平面螺旋且镶嵌的特定图形。
可选的，上述步骤六中，对所述第一硅片进行清洗，去除氧化硅掩膜，再利用沉积的氧化硅对硅片进行钝化和光学曾透。
可选的，步骤八中，金属化印刷浆料形成的金属栅线的宽度为10μm~50μm，且所述金属栅线的中线与所述N型区、P型区的中线重合。
采用通用的金属化浆料，能够在一步印刷中形成完整的金属栅线图案，随后通过约峰值温度800℃、时间约1分钟的条件下快速烧结，形成硅片与金属浆料的良好欧姆接触，金属栅线宽度在10μm~50μm范围内，且金属栅线的中线与N型、P型区域的中线重合，以实现良好的电流收集目的。
可选的，所述第一硅片和所述第二硅片均为N型硅片。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例1提供的第一硅片背光面的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的电池单元的结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的电池组的结构示意图；
图4是本发明实施例1提供的并联电池组的结构示意图；
图5是本发明实施例1提供的N型背接触太阳能电池的结构示意图；
图6是本发明实施例1提供的N型背接触太阳能电池的焊带连接方式的示意图；
图7是本发明实施例2提供的N型背接触太阳能电池的焊带连接方式的示意图；
图8是本发明实施例3提供的第一硅片背光面的结构示意图；
图9是本发明实施例3提供的N型背接触太阳能电池的结构示意图；
其中，1、N型区，2、P型区，3、非掺杂本征硅区域，4、焊带。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供一种N型背接触太阳能电池，包括4个并联的电池组，每个电池组包括2个在水平方向串联的电池单元，所述电池单元包括第一硅片和第二硅片，每个硅片背光面上设有的N型区和P型区形成平面螺旋且镶嵌的图形，且所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到。
上述N型背接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在对第一硅片制绒后，在所述第一硅片的双面生长厚度为10nm的氧化硅掩膜；
步骤二、采用激光开槽的方式去除进行硼扩散的区域内的氧化硅掩膜，去除的区域宽度为1.6mm，保留区域的宽度为1.7mm；
步骤三、在所述第一硅片的背光面单面进行硼扩散，制备P型区，形成P-N结，P-N结方阻100ohm/sq；然后在所述第一硅片的背光面继续生长厚度为10nm的氧化硅掩膜；
步骤四、采用激光消融的方法去除进行磷扩散的区域内的氧化硅掩膜，同时保留硅片非掺杂面及P型掺杂区域上的氧化硅掩膜，去除的区域宽度为1.6mm，与步骤二中保留区域中心重合，硅片两侧各保留0.5mm的本征硅区域，作为两个硅片的绝缘区域；
步骤五、在所述第一硅片的背光面单面进行磷扩散，形成平面螺旋且镶嵌的N型区和P型区图形，磷扩散区域的方阻为100ohm/sq，其中图形如图1所示；
步骤六、对所述第一硅片进行清洗，再对所述第一硅片进行双面沉积氧化硅；
步骤七、根据所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到的要求，重复步骤一~步骤六，对第二硅片进行处理，其中第二硅片的图形如图2所示，再通过焊接得到所述电池单元；
步骤八、重复步骤一~步骤七若干次，将2个电池单元串联成电池组如图3所示；将4个电池组并联，如图4所示；再将并联的电池组经过单步金属化印刷、烧结，得到所述N型背接触太阳能电池，如图5所示；其中单步金属化印刷采用通用的金属化浆料，能够在一步印刷中形成完整的金属栅线图案，随后通过约峰值温度800℃、时间约1分钟的条件下快速烧结，形成硅片与金属浆料的良好欧姆接触，金属栅线宽度在30μm范围内，且金属栅线的中线与N型、P型区域的中线重合。
上述N型背接触太阳能电池的焊接方式如图6所示。
采用上述方法制备的N型背接触太阳能电池，能实现4倍开路电压的输出，由此可知，本申请提供的N型背接触太阳能电池提升了单片电池的开压、降低了单片电池的短路电流。
实施例2
本发明实施例提供一种N型背接触太阳能电池，包括4个并联的电池组，每个电池组为1个在水平方向串联的电池单元，所述电池单元包括第一硅片和第二硅片，每个硅片背光面上设有的N型区和P型区形成平面螺旋且镶嵌的图形，且所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到。
上述N型背接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在对第一硅片制绒后，在所述第一硅片的双面生长厚度为30nm的氧化硅掩膜；
步骤二、采用激光开槽的方式去除进行硼扩散的区域内的氧化硅掩膜，去除的区域宽度为1.6mm，保留区域的宽度为1.7mm；
步骤三、在所述第一硅片的背光面单面进行硼扩散，制备P型区，形成P-N结，P-N结方阻100ohm/sq；然后在所述第一硅片的背光面继续生长厚度为30nm的氧化硅掩膜；
步骤四、采用激光消融的方法去除进行磷扩散的区域内的氧化硅掩膜，同时保留硅片非掺杂面及P型掺杂区域上的氧化硅掩膜，去除的区域宽度为1.6mm，与步骤二中保留区域中心重合，硅片两侧各保留0.5mm的本征硅区域，作为两个硅片的绝缘区域；
步骤五、在所述第一硅片的背光面单面进行磷扩散，形成平面螺旋且镶嵌的N型区和P型区图形，磷扩散区域的方阻为100ohm/sq；
步骤六、对所述第一硅片进行清洗，再对所述第一硅片进行双面沉积氧化硅；
步骤七、根据所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到的要求，重复步骤一~步骤六，对第二硅片进行处理，再通过焊接得到所述电池单元；
步骤八、重复步骤一~步骤七若干次，将2个电池组并联；再将并联的电池组经过单步金属化印刷、烧结，得到所述N型背接触太阳能电池；其中单步金属化印刷采用通用的金属化浆料，能够在一步印刷中形成完整的金属栅线图案，随后通过约峰值温度800℃、时间约1分钟的条件下快速烧结，形成硅片与金属浆料的良好欧姆接触，金属栅线宽度在30μm范围内，且金属栅线的中线与N型、P型区域的中线重合。
上述N型背接触太阳能电池的焊接方式如图7所示。
采用上述方法制备的N型背接触太阳能电池，能实现2倍开路电压的输出，由此可知，本申请提供的N型背接触太阳能电池提升了单片电池的开压、降低了单片电池的短路电流。
实施例3
本发明实施例提供一种本发明包括2个在水平方向串联的电池单元，所述电池单元包括第一硅片和第二硅片，每个硅片背光面上设有的N型区和P型区形成平面螺旋且镶嵌的图形，且所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到。
上述N型背接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在对第一硅片制绒后，在所述第一硅片的双面生长厚度为30nm的氧化硅掩膜；
步骤二、采用激光开槽的方式去除进行硼扩散的区域内的氧化硅掩膜，去除的区域宽度为1.5mm，保留区域的宽度为1.6mm；
步骤三、在所述第一硅片的背光面单面进行硼扩散，制备P型区，形成P-N结，P-N结方阻150ohm/sq；然后在所述第一硅片的背光面继续生长厚度为10nm的氧化硅掩膜；
步骤四、采用激光消融的方法去除进行磷扩散的区域内的氧化硅掩膜，同时保留硅片非掺杂面及P型掺杂区域上的氧化硅掩膜，去除的区域宽度为1.4mm，与步骤二中保留区域中心重合，在去除区域两侧各保留0.05mm的本征硅区域，作为N型区和P型区之间的绝缘区域；硅片两侧各保留0.3mm的本征硅区域，作为两个硅片的绝缘区域；
步骤五、在所述第一硅片的背光面单面进行磷扩散，形成平面螺旋且镶嵌的N型区和P型区图形，磷扩散区域的方阻为150ohm/sq，其中图形如图8所示；
步骤六、对所述第一硅片进行清洗，再对所述第一硅片进行双面沉积氧化硅；
步骤七、根据所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到的要求，重复步骤一~步骤六，对第二硅片进行处理，再通过焊接得到所述电池单元；
步骤八、重复步骤一~步骤七若干次，将2个电池单元串联成电池组；将2个电池组并联，如图9所示；再将并联的电池组经过单步金属化印刷、烧结，得到所述N型背接触太阳能电池；其中单步金属化印刷采用通用的金属化浆料，能够在一步印刷中形成完整的金属栅线图案，随后通过约峰值温度800℃、时间约1分钟的条件下快速烧结，形成硅片与金属浆料的良好欧姆接触，金属栅线宽度在40μm范围内，且金属栅线的中线与N型、P型区域的中线重合。
采用上述方法制备的N型背接触太阳能电池，能实现4倍开路电压的输出，由此可知，本申请提供的N型背接触太阳能电池提升了单片电池的开压、降低了单片电池的短路电流。
只要N型区的宽度、P型区的宽度、N型区的方阻范围、P型区的方阻范围均在本申请范围内，并且N型区和P型区在硅片背光面上形成平面螺旋且镶嵌的图形，以及所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到，以第一硅片和第二硅片为基础组成的电池单元经过若干次的串联、并联均能达到与实施例1~3基本相同的技术效果，其中若干次的次数为≥1的自然数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种N型背接触太阳能电池，其特征在于：包括若干个并联的电池组，每个电池组包括若干个在水平方向串联的电池单元，所述电池单元由第一硅片、第二硅片和第一非掺杂本征硅区域组成，所述第一非掺杂本征硅区域位于所述第一硅片和第二硅片之间；所述N型背接触太阳能电池的所述第一硅片和所述第二硅片均为N型硅片；每个硅片背光面上设有的N型区和P型区形成平面螺旋且镶嵌的图形，且所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到。
2.如权利要求1所述的N型背接触太阳能电池，其特征在于：所述图形为方形螺旋。
3.如权利要求1所述的N型背接触太阳能电池，其特征在于：所述N型区的宽度为400μm~2mm。
4.如权利要求1所述的N型背接触太阳能电池，其特征在于：所述P型区的宽度为400μm~2mm。
5.如权利要求1所述的N型背接触太阳能电池，其特征在于：所述N型区的方阻为50ohm/sq~150ohm/sq。
6.如权利要求1所述的N型背接触太阳能电池，其特征在于：所述P型区的方阻为50ohm/sq~150ohm/sq。
7.如权利要求1所述的N型背接触太阳能电池，其特征在于：所述第一非掺杂本征硅区域的宽度为0.1mm~1mm；和/或
所述N型区和P型区之间还存在第二非掺杂本征硅区域，所述第二非掺杂本征硅区域的宽度为1μm~100μm。
8.如权利要求1~7任一项所述的N型背接触太阳能电池的制备方法，其特征在于：至少包括以下步骤：
步骤一、在对第一硅片制绒后，在所述第一硅片的双面生长氧化硅掩膜；
步骤二、去除进行硼扩散区域内的氧化硅掩膜；
步骤三、在所述第一硅片的背光面进行硼扩散，制备P型区，然后在所述第一硅片的背光面继续生长氧化硅掩膜；
步骤四、去除将进行磷扩散区域内的氧化硅掩膜；
步骤五、在所述第一硅片的背光面进行磷扩散，制备N型区，使得N型区和P型区形成平面螺旋且镶嵌的图形；
步骤六、对所述第一硅片进行清洗，再对所述第一硅片双面沉积氧化硅；
步骤七、根据所述第二硅片的图形是第一硅片的图形沿水平方向镜像得到的要求，重复步骤一~步骤六，对第二硅片进行处理，再将所述第一硅片和第二硅片焊接得到所述电池单元；
步骤八、重复步骤一~步骤七若干次，将若干电池单元经串联、并联，再经过单步金属化印刷、烧结，得到所述N型背接触太阳能电池。
9.如权利要求8所述的N型背接触太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤一和步骤三中，所述氧化硅掩膜的厚度为10nm~80nm。
10.如权利要求8所述的N型背接触太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤八中，金属化印刷形成的金属栅线的宽度为10μm~50μm，且所述金属栅线的中线与所述N型区、P型区的中线重合。
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