利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池及其製備方法與流程

2023-09-22 09:22:10 5

本發明涉及太陽能電池技術領域，具體是指一種利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池及其製備方法。

背景技術：

晶矽太陽能電池是一種有效吸收太陽輻射能，利用光生伏打效應把光能轉換成電能的器件，當太陽光照在半導體P-N結上，形成新的空穴-電子對，在P-N結電場的作用下，空穴由N區流向P區，電子由P區流向N區，接通電路後就形成電流。

傳統晶矽太陽能電池基本上只採用正面鈍化技術，在矽片正面用PECVD的方式沉積一層氮化矽，降低少子在前表面的複合速率，可以大幅度提升晶矽電池的開路電壓和短路電流，從而提升晶矽太陽電池的光電轉換效率。

隨著對晶矽電池的光電轉換效率的要求越來越高，人們開始研究PERC背鈍化太陽電池技術。目前業界主流廠家的焦點集中在單面PERC太陽能電池的量產，而對於雙面PERC太陽能電池也僅僅是一些研究機構在實驗室做的研究。雙面PERC太陽能電池，由於光電轉換效率高，同時雙面吸收太陽光，發電量更高，在實際應用中具有更大的使用價值。

在太陽光直射太陽能電池的情況下，太陽能電池吸收的能量是最大的。在固定支架光伏系統中，由於太陽能電池的朝向固定，隨著一天當中太陽的移動，太陽能電池接受到的太陽光的角度是不同的，吸收到的太陽光能量也很不穩定。對於單軸跟蹤光伏系統，也不能很好地跟蹤太陽光的角度，仍然沒有最大程度地吸收太陽光能量。

為了克服這個問題，就需要對雙面PERC太陽能電池做相應的優化，要求能夠提高固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統中雙面PERC太陽能電池對太陽光的吸收率，從而增加雙面PERC太陽能電池固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統的發電量。

技術實現要素：

本發明的目的之一是提供一種利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池，該太陽能電池通過在電池矽片正面刻蝕若干凹槽，捕獲更多的太陽光，提高對太陽光的吸收率，從而能夠提高雙面電池固定支架光伏系統和雙面電池單軸跟蹤光伏系統的發電量。

本發明的這一目的通過如下的技術方案來實現的：一種利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池，包括自下而上依次設置的背電極、背面氮化矽膜、背面氧化鋁膜、P型矽、N型矽、正面氮化矽膜和正銀電極，所述P型矽為電池的矽片，N型矽為在矽片正面擴散形成的N型發射極，所述的正銀電極由材料為銀的正銀主柵電極和材料為銀的正銀副柵電極組成，正銀副柵電極與正銀主柵電極相垂直，所述的背電極由材料為銀的背銀主柵電極和材料為鋁的背鋁副柵電極組成，背鋁副柵電極和背銀主柵電極相垂直，所述太陽能電池在背面還開設有開通所述背面氮化矽膜、背面氧化鋁膜後直至P型矽的雷射開槽區，雷射開槽區內印刷灌注鋁漿料，形成背鋁條，背鋁副柵電極與雷射開槽區內的背鋁條一體印刷成型，背鋁副柵電極通過背鋁條與P型矽相連，其特徵在於：所述P型矽的正面開設有相互平行的若干凹槽，凹槽外露於正面氮化矽膜，所述凹槽的長度方向與正銀主柵電極相平行，凹槽的內槽面為絨面，所述絨面能夠接受不同方向入射的太陽光，並通過凹槽內部的多次反射和入射，將太陽光捕獲。

本發明的太陽能電池在電池正面刻蝕互相平行的若干凹槽。在雙面電池固定支架光伏系統中，儘管電池的正面朝向固定，但由於正面刻有凹槽，凹槽內的絨面結構可以接受不同方向入射的太陽光，並通過凹槽內部的多次反射和入射，將太陽光捕獲，從而能夠增加固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統對太陽光的吸收，提高雙面電池固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統的發電量。

本發明中，凹槽可以採用如下結構：

所述凹槽為連續的直線槽或斷開的線段槽，每一段線段槽的長度為10～60微米。

所述凹槽的截面為長方形或正方形或V形或五邊形或六邊形，凹槽的槽深為5～20微米。相互平行的若干凹槽中，相鄰的凹槽之間的間距為1～20毫米

所述背面氮化矽膜的厚度為20～500nm。

所述背面氧化鋁膜的厚度為2～50nm。

所述背鋁副柵電極的根數為30～500條，最優的根數為80～220條。

所述背銀主柵電極為連續直柵線或分段柵線。

本發明中，所述雷射開槽區為多個，雷射開槽區的圖案為線段式或直線式或點線式或圓點式，雷射開槽區的寬度為10～500微米，相鄰雷射開槽區之間的間距為0.5～10mm。

本發明可以做如下改進：所述背電極的外圍還印刷一圈材質為鋁的鋁柵外框，所述鋁柵外框分別與對應的背銀主柵電極和背鋁副柵電極相連接，所述的鋁柵外框用於給電子多提供一條傳輸路徑。

在太陽能電池印刷過程中，由於鋁漿的粘度較大，網版的線寬又比較窄，會偶爾出現鋁柵斷柵的情況。鋁柵斷柵會導致EL測試的圖像出現黑色斷柵，又會影響電池的光電轉換效率。本發明在背電極的外圍增設一圈鋁柵外框，給電子多提供了一條傳輸路徑，防止鋁柵斷柵造成的EL測試斷柵和光電轉換效率低的問題。鋁柵外框分別與對應的背銀主柵電極和背鋁副柵電極相連接，鋁柵外框下可以有雷射開槽區，通過雷射開槽區與P型矽相連，鋁柵外框也可以沒有雷射開槽區。

與現有技術相比，試驗證明，本發明太陽能電池通過在矽片正面刻蝕互相平行的若干凹槽，能夠增加固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統對太陽光的吸收，對太陽光的吸收率能夠增加3％～8％，提高雙面電池固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統的發電量能夠提升2％～6％。

本發明的目的之二是提供上述利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池的製備方法。

本發明的這一目的通過如下的技術方案來實現的：上述利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池的製備方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟：

(1)在矽片正面進行雷射開槽，開設相互平行的若干凹槽，所述矽片為P型矽；

(2)在矽片正面和背面溼法制絨，形成絨面，凹槽的內槽面也為絨面；

(3)在所述矽片正面進行擴散，形成N型矽，即N型發射極；

(4)去除擴散過程形成的磷矽玻璃和周邊PN結；

(5)對矽片背面進行拋光；

(6)在矽片背面沉積背面氧化鋁膜；

(7)在氧化鋁膜的背面沉積背面氮化矽膜；

(8)在N型矽的正面沉積正面氮化矽膜，凹槽外露於正面氮化矽膜；

(9)對矽片背面進行雷射開槽，開通背面氮化矽膜、背面氧化鋁膜後直至矽片，形成雷射開槽區；

(10)在所述矽片背面採用絲網印刷來印刷背電極的背銀主柵電極；

(11)在所述矽片背面採用絲網印刷來印刷背鋁副柵電極，在印刷背鋁副柵電極的同時在雷射開槽區內印刷鋁漿料，形成背鋁條，背鋁條與背鋁副柵電極一體印刷成型；

(12)在所述正面氮化矽膜的正面採用絲網印刷或噴墨方式印刷正電極漿料，形成正銀主柵電極和正銀副柵電極，凹槽的長度方向與正銀主柵電極相平行；

(13)對矽片進行高溫燒結，形成背電極和正銀電極；

(14)對矽片進行抗LID退火處理，形成太陽能電池。

其中，步驟(8)在N型矽的正面沉積正面氮化矽膜也可以發生在步驟(6)在矽片背面沉積氧化鋁膜之前，步驟(5)也可以省去。

該製備方法通過在制絨前增加一道雷射刻槽工藝，在電池正面刻蝕互相平行的若干凹槽，來增加固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統對太陽光的吸收，提高雙面電池固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統的發電量。

同時該製備方法操作方便，並且設備投入成本低，工藝簡單，與目前生產線兼容性好。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池的整體結構截面圖；

圖2是本發明利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池的正面平面圖；

圖3是本發明利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池的背面平面圖；

圖4是本發明利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池中另一結構的背面平面圖；

圖5是本發明利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池中另一結構的背面平面圖；

圖6是本發明利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池中另一結構的背面平面圖。

附圖標記說明

1、背電極，11、背銀主柵電極；12、背鋁副柵電極；2、雷射開槽區，3、背面氮化矽膜，4、背面氧化鋁膜，5、P型矽，6、N型矽，7、正面氮化矽膜，8、正銀電極，81、正銀主柵電極；82、正銀副柵電極；9、背鋁條；10、凹槽；20、鋁柵外框。

具體實施方式

實施例一

如圖1至圖3所示的一種利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池，包括自下而上依次設置的背電極1、背面氮化矽膜3、背面氧化鋁膜4、P型矽5、N型矽6、正面氮化矽膜7和正銀電極8，P型矽5為電池的矽片，N型矽6為在矽片正面擴散形成的N型發射極，正銀電極8由材料為銀的正銀主柵電極81和材料為銀的正銀副柵電極82組成，正銀副柵電極82與正銀主柵電極81相垂直，背電極1由材料為銀的背銀主柵電極11和材料為鋁的背鋁副柵電極12組成，背鋁副柵電極12和背銀主柵電極11相垂直。

太陽能電池在背面還開設有開通背面氮化矽膜3、背面氧化鋁膜4後直至P型矽5的雷射開槽區2，雷射開槽區2與背鋁副柵電極12平行設置，雷射開槽區2內印刷灌注鋁漿料，形成背鋁條9，背電極1由材料為銀的背銀主柵電極11和材料為鋁的背鋁副柵電極12組成，背鋁副柵電極12與雷射開槽區2內的背鋁條9一體印刷成型，背鋁副柵電極12通過背鋁條9與P型矽5相連。

P型矽5的正面開設有相互平行的若干凹槽10，凹槽10外露於正面氮化矽膜7，凹槽10的長度方向與正銀主柵電極81相平行，凹槽10的內槽面為絨面，絨面能夠接受不同方向入射的太陽光，並通過凹槽內部的多次反射和入射，將太陽光捕獲。

該太陽能電池在電池正面刻蝕互相平行的若干凹槽10。在雙面電池固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統中，儘管電池的正面朝向固定，但由於正面刻有凹槽10，凹槽10內的絨面結構可以接受不同方向入射的太陽光，並通過凹槽10內部的多次反射和入射，將太陽光捕獲，提高對太陽光的吸收率，從而能夠增加固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統對太陽光的吸收，提高雙面電池固定支架光伏系統和單軸跟蹤光伏系統的發電量。

本實施例中的凹槽10為斷開的線段槽，每一段線段槽的長度為50微米，凹槽10的截面為V形，凹槽10的槽深為15微米，相互平行的若干凹槽10中，相鄰的凹槽10之間的間距為10毫米。

作為本實施例的變換，凹槽可以為連續的直線槽或斷開的線段槽，當其為斷開的線段槽時，每一段線段槽的長度為10～60微米。凹槽的截面也可以為長方形或正方形或五邊形或六邊形，凹槽的槽深為5～20微米。相互平行的若干凹槽中，相鄰的凹槽之間的間距為1～20毫米。

本實施例中的背鋁條9與背鋁副柵電極12一體印刷成型，其實為背鋁副柵電極12的一部分，印刷背鋁副柵電極12時，鋁漿會流入到雷射開槽區2內形成背鋁條9。

本實施例的背面氧化鋁膜4的材質為三氧化二鋁(Al2O3)，背面氮化矽膜3和正面氮化矽膜7的材質相同，均為氮化矽(Si3N4)。雷射開槽區2的圖案為直線型，也可以選用線段式或點線式或圓點式。雷射開槽區2的寬度為30微米，寬度也可以在10～500微米之間取值，優選為30～60微米。

本實施例中，背銀主柵電極11為連續直柵線，背鋁副柵電極12的根數為150條，背面氮化矽膜3的厚度為20nm，背面氧化鋁膜4的厚度為2nm。背面氮化矽膜3的厚度為也可以在20～500nm內取值，比如200nm、300nm、400nm等，背面氧化鋁膜4的厚度也可以在2～50nm內取值、比如20nm、30nm、40nm等。

作為圖3所示背電極的改進，背電極也可以採用圖4的結構，此時，背電極的外圍還印刷一圈材質為鋁的鋁柵外框20，鋁柵外框20分別與對應的背銀主柵電極11和背鋁副柵電極12相連接，鋁柵外框20用於給電子多提供一條傳輸路徑，防止鋁柵斷柵造成的EL測試斷柵和光電轉換效率低的問題。圖4中鋁柵外框20下還平行開設有雷射開槽區2，通過雷射開槽區2與P型矽相連。鋁柵外框20也可以沒有雷射開槽區2。圖4所示的鋁柵外框20為矩形框，分別與對應的多根背銀主柵電極11和背鋁副柵電極12相連接，鋁柵外框20也可以根據背電極形狀選擇與之適配的結構，如長方形框或正方形框或圓形框或橢圓形框等。

作為本實施例的變換，背電極也可以採用圖5的結構，此時雷射開槽區2與背鋁副柵電極12垂直設置，雷射開槽區2為多個，雷射開槽區的圖案為直線型，相鄰的雷射開槽區之間的間距為0.9mm，該間距也可以在0.5～10mm內取值，優選為0.8～1mm。

作為圖5所示背電極的改進，背電極也可以採用圖6的結構，此時，背電極的外圍還印刷一圈材質為鋁的鋁柵外框20，鋁柵外框20分別與對應的背銀主柵電極11和背鋁副柵電極12相連接。圖6中鋁柵外框20下還開設有與鋁柵外框20相垂直的雷射開槽區2，通過雷射開槽區2與P型矽相連。鋁柵外框20也可以沒有雷射開槽區2。

上述利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池的製備方法，包括如下步驟：

(1)在矽片正面進行雷射開槽，開設相互平行的若干凹槽10，矽片為P型矽5；

(2)在矽片正面和背面溼法制絨，形成絨面，凹槽10的內槽面也為絨面；

(3)在矽片正面進行擴散，形成N型矽6，即N型發射極；

(4)去除擴散過程形成的磷矽玻璃和周邊PN結；

(5)對矽片背面進行拋光；

(6)在矽片背面沉積背面氧化鋁膜4；

(7)在氧化鋁膜的背面沉積背面氮化矽膜3；

(8)在N型矽6的正面沉積正面氮化矽膜7，凹槽10外露於正面氮化矽膜7；

(9)對矽片背面進行雷射開槽，開通背面氮化矽膜3、背面氧化鋁膜4後直至矽片，形成雷射開槽區2；

(10)在矽片背面採用絲網印刷來印刷背電極1的背銀主柵電極11；

(11)在矽片背面採用絲網印刷來印刷背鋁副柵電極12，在印刷背鋁副柵電極12的同時在雷射開槽區2內印刷鋁漿料，形成背鋁條9，背鋁條9與背鋁副柵電極12一體印刷成型，背鋁條9其實為背鋁副柵電極12的一部分，印刷背鋁副柵電極12時，鋁漿會流入到雷射開槽區2內形成背鋁條9；

(12)在正面氮化矽膜7的正面採用絲網印刷來印刷正電極漿料，也可以採用噴墨方式印刷，形成正銀主柵電極81和正銀副柵電極82，凹槽10的長度方向與正銀主柵電極81相平行；

(13)對矽片進行高溫燒結，形成背電極1和正銀電極8；

(14)對矽片進行抗LID退火處理，形成太陽能電池。

其中，步驟(8)在N型矽6的正面沉積正面氮化矽膜7也可以發生在步驟(6)在矽片背面沉積背面氧化鋁膜4之前，步驟(5)也可以省去。

實施例二

本發明利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池的實施例二和實施例一不同之處在於，實施例二中，背銀主柵電極11為分段柵線，背鋁副柵電極12的根數為100條，背面氮化矽膜3的厚度為150nm，背面氧化鋁膜4的厚度為6nm。

實施例三

本發明利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池的實施例三和實施例一不同之處在於，實施例三中，背銀主柵電極11為連續直柵線，背鋁副柵電極12的根數為180條，背面氮化矽膜3的厚度為140nm，背面氧化鋁膜4的厚度為15nm。

實施例四

本發明利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池的實施例四和實施例一不同之處在於，實施例四中，背銀主柵電極11為分段柵線，背鋁副柵電極12的根數為250條，背面氮化矽膜3的厚度為180nm，背面氧化鋁膜4的厚度為25nm。

實施例五

本發明利於吸收太陽光的P型PERC雙面太陽能電池的實施例五和實施例一不同之處在於，實施例五中，背銀主柵電極11為連續直柵線，背鋁副柵電極12的根數為500條，背面氮化矽膜3的厚度為500nm，背面氧化鋁膜4的厚度為50nm。

本發明的上述實施例並不是對本發明保護範圍的限定，本發明的實施方式不限於此，凡此種種根據本發明的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，對本發明上述結構做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均應落在本發明的保護範圍之內。