雙面太陽能電池的構造及其製作方法

2023-07-12 23:08:46 2

專利名稱：雙面太陽能電池的構造及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙面太陽能電池的構造及其製作方法。
背景技術：
傳統太陽能電池是一個PN結的結構，電池片接收太陽光後激發電子空穴對，在內建電場的作用下，電子空穴分離並聚積在電池兩側形成電勢差。這種結構的電池片，一般PN結都在表層幾個um的範圍內，作為主要的光伏效應的場所，所吸收的太陽光中，有用的部分存在一個有限的光波範圍，長波部分激發的電子空穴對，由於少子壽命的原因，大部分不能被電池片有效利用，反而以形成熱量的方式釋放，進而影響電池片的轉換效率。因而單面太陽能電池片在達到一定轉換效率後，很難提升。

發明內容
為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種能夠突破單面太陽能電池在光波利用方面的極限，提高了太陽能轉換效率，同時由於大量地節省了矽材料，製作成本低的雙面太陽能電池的構造及其製作方法。 為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案
一種雙面太陽能電池的構造，太陽能電池的正面設有平面式PN結，背面設有螺旋型PN結組，所述平面式PN結的N區上設有正電極和負電極，所述螺旋型PN結組包括有第一螺旋型PN結、第二螺旋型PN結、第三螺旋型PN結和第四螺旋型PN結，呈田字形分布；所述第一螺旋型PN結、第二螺旋型PN結、第三螺旋型PN結和第四螺旋型PN結主要由螺旋型P區和螺旋型N區組成，且所述螺旋型P區和螺旋型N區上分別設有正電極和負電極；其中，
所述第一螺旋型PN結和第二螺旋型PN結的螺旋型P區的外圍端部重合，所述第三螺旋型PN結和第四螺旋型PN結的螺旋型P區的外圍端部重合，且所述正電極相互連接導通；所述第一螺旋型PN結和第三螺旋型PN結的螺旋型N區的外圍重合，所述第二螺旋型PN結和第四螺旋型PN結的螺旋型N區的外圍重合，且其負電極與所述正面的平面式PN結的N區上的負電極連接導通。進一步地，所述第一螺旋型PN結和第三螺旋型PN結的螺旋型N區的外圍重合部分與所述第二螺旋型PN結和第四螺旋型PN結螺旋型N區的外圍重合部分通過電池四周的η型層連接，且所述背面的螺旋型N區的負電極與所述正面的N區上的負電極相互投影的交叉處設有通孔，所述通孔內填充有導通連接所述負電極和所述正面的負電極的電極材料，將焊接的負電極引至所述背面。進一步地，所述通孔的孔徑大小與所述螺旋型N區的負電極和所述正面的N區上的負電極相當。一種雙面太陽能電池的構造的製作方法，包括有以下步驟
a.在P型矽片上製作通孔；
b.對矽片的正面和背面的表面進行制絨處理；C.對矽片依次進行網版印製光刻膠、爆光、加熱固化和真空加熱處理理，在背面形成擴散阻攔層；
d.把娃片浸入加熱的刻光膠剝離液中，將娃片表面的光刻膠剝離；
e.對矽片進行擴散處理，使其正面和背面形成η型擴散層；
f.對矽片的正面和背面生成的磷矽玻璃層去除，並進行鍍膜處理，形成氮化矽薄膜；
g.在矽片的正面和背面印製正電極和負電極，並燒結。進一步地，所述對矽片的正面和背面的表面進行制絨處理，具體為在純水中加入NaOH、異丙醇及制絨添加劑,在75°C 85°C條件腐蝕15 min 28min,由於娃片晶向中的 〈100〉面比〈111〉面的腐蝕速率快，使矽片的正面和背面的表面形成金字塔的絨面結構。進一步地，所述對矽片依次進行網版印製光刻膠、爆光、加熱固化和真空加熱處理，在背面形成擴散阻攔層，具體為在矽片制絨後，首先對矽片進行烘乾除去水氣，接著在暗室內用預製好圖案的網版將光刻膠均勻地印製在矽片的背面預設的η型區上，並對矽片進行爆光、在烘箱內加熱固化光刻膠，然後將兩片矽片的正面相對地疊合放入真空爐管中，通入氧氣進行加熱，使矽片的背面未被光刻膠覆蓋的P型區上方生成一層厚O. 5um 2um的Si02層，作為擴散阻攔層。進一步地，所述對矽片進行擴散處理，使其正面和背面形成η型擴散層，具體為將矽片放置於石英舟中，推入擴散爐管，在真空的環境下加熱至830°C 900°C，先通入氮氣和氧氣在娃片表面生成一層薄的氧化層，接著通入氧氣和攜帶P0C13的氮氣加熱30min 50min,在娃片正背兩面生成方阻為45 Ω 70Ω的η型擴散層。進一步地，所述對矽片的正面和背面生成的磷矽玻璃層，並進行鍍膜處理，形成氮化矽薄膜，具體為首先把擴散後的矽片浸入濃度為O. IHF O. 3%HF的溶液中進行漂洗4min 8 min，去除擴散過程中在矽片表面生成的磷矽玻璃層，並用甩幹機烘乾矽片表面的水分；然後採用PECVD的方法，在真空加熱至450°C 530°C的環境中，在矽片的正面和背面分別鍍上膜厚為75nm 85nm，折射率為2. O 2. 2的氮化矽薄膜。所述在矽片的正面和背面印製正電極和負電極，並燒結，具體為首先通過矽片上的通孔進行定位，並用預製好的網版在矽片的正面印製正電極和負電極，並進行烘乾；接著翻轉矽片後再通過其上的通孔進行定位，用預製好的網版在矽片的背面印製正電極和負電極；最後將印製好電極的電池片用網帶送入燒結爐中，在850°C 950°C的環境中快速加熱3sec IOsec,蒸發正電極和負電極眾料中的有機溶劑,並使正電極和負電極與η型擴散層形成良好的歐姆接觸。在執行「在P型矽片上製作通孔」後和「對矽片的正面和背面的表面進行制絨處理」前，對所述矽片進行預清潔，用低濃度的鹼和雙氧水的溶液在55°C 75°C條件腐蝕3min 5 min以達到去除損傷層的效果，同時利用雙氧水的強腐蝕性，去除矽片表面的油汙和金屬雜質。本發明的有益效果是
本發明通過上述技術方案，太陽光短波激發的電子空穴對被正面的平面式pn結利用，長波靠近背面激發的電子空穴對被背面的螺旋型PN結組利用，同時電池片的背面也能吸收較弱的太陽光，作為光電轉換的次區域，也能提供一部分的光電能量，總體光電轉換效率較傳統電池片有較大的提高，可大量地節省所需矽材料，製作成本低，而且將正面的平面式PN結的負電極引至背面，可相應地縮小線寬，減少遮光面積，進一步提高了轉換率，加上通孔填充的電極材料有利於將正面收集的電流通過較短的路徑傳導至背面的焊接線中，降低串連電阻。另外，通過本製作方法製作雙面太陽電池的構造時，擴散後的電池片，不必經過刻蝕這個傳統的電池片刻蝕環節，生產流程工序得以簡化，生產周期大大縮短，同時生產難度也可降低。


圖I是本發明所述的雙面太陽能電池的構造實施例的正面結構示意 圖2是本發明所述的雙面太陽能電池的構造實施例的背面結構示意 圖3是本發明所述的雙面太陽能電池的構造實施例的背面的局部放大結構示意 圖4是本發明所述的雙面太陽能電池的構造實施例的局部結構示意 圖5是本發明所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法的流程 圖6是本發明所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法中矽片製作通孔後的結構示意 圖7是本發明所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法中矽片制絨處理後的結構示意圖； 圖8是本發明所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法中矽片的背面印製光刻膠後的結構不意 圖9是本發明所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法中矽片擴散處理過程中在背面光刻膠區域外形成氣化層的結構示意 圖10是本發明所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法中矽片經擴散處理和去除磷矽下班後的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。如圖I至圖4中所示
本發明實施例所述的一種雙面太陽能電池的構造，太陽能電池的正面I設有平面式PN結，背面2設有螺旋型PN結組；所述平面式PN結的N區11上設有負電極12，具體結構與現有的PN結相同，在此不再詳細贅述；所述螺旋型PN結組包括有第一螺旋型PN結21、第二螺旋型PN結22、第三螺旋型PN結23和第四螺旋型PN結24，呈田字形分布；所述第一螺旋型PN結21、第二螺旋型PN結22、第三螺旋型PN結23和第四螺旋型PN結24主要由螺旋型P區25和螺旋型N區26組成，且螺旋型P區25和螺旋型N區26上分別設有正電極27和負電極28 ;其中，所述第一螺旋型PN結21和第二螺旋型PN結22的螺旋型P區25的外圍端部重合，所述第三螺旋型PN結23和第四螺旋型PN結24的螺旋型P區25的外圍端部重合，且正電極27相互連接導通；所述第一螺旋型PN結21和第三螺旋型PN結23的螺旋型N區26的外圍重合，所述第二螺旋型PN結22和第四螺旋型PN結24的螺旋型N區26的外圍重合，且其負電極28與正面I的平面式PN結的N區上11的負電極12連接導通，具體可以為所述第一螺旋型PN結21和第三螺旋型PN結23的螺旋型N區26的外圍重合部分與第二螺旋型PN結22和第四螺旋型PN結24的螺旋型N區26的外圍重合部分通過電池四周的η型層連接，且背面2的螺旋型N區26的負電極28與正面I的N區上的負電極相互投影的交叉處設有通孔29，所述通孔29的孔徑大小與螺旋型N區26的負電極28和正面I的N區11上的負電極12相當(40 um 70um),所述通孔29內填充有導通連接負電極28和正面I的負電極的電極材料；同時將正面I的平面式PN結上焊接的負電極12引至背面2。這樣，本發明所述的雙面太陽能電池的構造工作 時，其正面I的平面式pn結作為主要的電光轉換區域，接收較強的太陽光，太陽光短波激發的電子空穴對被正面I的平面式Pn結利用，長波靠近背面2激發的電子空穴對被背面2的螺旋型PN結組利用，相對於統傳的電池片，對能量的轉換率將有所提高；同時電池片的背面2也能吸收較弱的太陽光，作為光電轉換的次區域，也能提供一部分的光電能量，兩者綜合，將使得其單片的總體光電轉換效率較傳統電池片有較大的提高，可大量地節省所需矽材料，製作成本低，而且將正面I的平面式PN結的負電極12引至背面2，可相應地縮小線寬，減少遮光面積，進一步提高了轉換率，加上通孔29填充的電極材料有利於將正面I收集的電流通過較短的路徑傳導至背面2的焊接線中，降低串連電阻。如圖4至圖10所示
本發明所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法，包括有以下步驟
步驟Al.在P型矽片上製作通孔29 (如圖6);
步驟A2.對矽片的正面和背面的表面進行制絨處理，具體可以為在純水中加入NaOH、異丙醇及制絨添加劑，在75°C 85°C條件腐蝕15 min 28min,由於娃片晶向中的〈100〉面比〈111〉面的腐蝕速率快，使矽片的正面和背面的表面形成金字塔的絨面結構(如圖7)；步驟A3.對矽片依次進行網版印製光刻膠、爆光、加熱固化和真空加熱處理，在背面形成擴散阻攔層，具體可以為在矽片制絨後，首先對矽片進行烘乾除去水氣，接著在暗室內用預製好圖案的網版將光刻膠3均勻地印製在矽片的背面預設的η型區上(如圖8)，並對矽片進行爆光、在烘箱內加熱固化光刻膠3，然後將兩片矽片的正面相對地疊合放入真空爐管中，通入氧氣進行加熱，使矽片的背面未被光刻膠覆蓋的P型區上方生成一層厚O. 5um 2um的Si02層，作為擴散阻攔層；
步驟A4.把矽片浸入加熱的刻光膠剝離液中，將矽片表面的光刻膠剝離；
步驟A5.對矽片進行擴散處理，使其正面和背面形成η型擴散層，具體可以為將矽片放置於石英舟中，推入擴散爐管，在真空的環境下加熱至830°C 900°C，先通入氮氣和氧氣在娃片表面生成一層薄的氧化層4 (如圖9),接著通入氧氣和攜帶P0C13的氮氣加熱30min 50min,在娃片正背兩面生成方阻為45 Ω 70 Ω的η型擴散層；
步驟Α6.對矽片的正面和背面生成的磷矽玻璃層去除，並進行鍍膜處理，形成氮化矽薄膜，具體可以為首先把擴散後的矽片浸入濃度為O. IHF O. 3%HF的溶液中進行漂洗4min 8 min,去除擴散過程中在矽片表面生成的磷矽玻璃層，在背面形成螺旋型P區25和螺旋型N區26 (如圖10)，並用甩幹機烘乾矽片表面的水分；然後採用PECVD的方法，在真空加熱至450°C 530°C的環境中，在矽片的正面和背面分別鍍上膜厚為75nm 85nm，折射率為2. O 2. 2的氮化矽薄膜；
步驟A7.在矽片的正面和背面印製正電極和負電極，並燒結，具體可以為首先通過矽片上的通孔29進行定位，並用預製好的網版在矽片的正面印製N電極(負電極12)，並進行烘乾；接著翻轉矽片後再通過其上的通孔29進行定位，用預製好的網版在矽片的背面印製P電極(正電極27和負電極28)，如圖4 ;最後將印製好電極的電池片用網帶送入燒結爐中，在850°C 950°C的環境中快速加熱3sec IOsec,蒸發正電極和負電極眾料中的有機溶齊U，並使正電極和負電極與η型擴散層形成良好的歐姆接觸。其中，在執行「在P型矽片上製作通孔29」後和「對矽片的正面和背面的表面進行 制絨處理」前，對所述矽片進行預清潔，用低濃度的鹼和雙氧水的溶液在55°C 75°C條件腐蝕31^11 51^11以達到去除損傷層的效果，同時利用雙氧水的強腐蝕性，去除矽片表面的油汙和金屬雜質。這樣，通過本製作方法製作所述的雙面太陽電池的構造時，擴散後的電池片，不必經過刻蝕這個傳統的電池片刻蝕環節，生產流程工序得以簡化，生產周期大大縮短，同時生產難度也可降低。以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種雙面太陽能電池的構造，其特徵在於太陽能電池的正面(I)設有平面式PN結，背面(2)設有螺旋型PN結組，所述平面式PN結的N區(11)上設有負電極(12)，所述螺旋型PN結組包括有第一螺旋型PN結(21)、第二螺旋型PN結(22)、第三螺旋型PN結(23)和第四螺旋型PN結(24)，呈田字形分布；所述第一螺旋型PN結(21)、第二螺旋型PN結(22)、第三螺旋型PN結(23 )和第四螺旋型PN結(24 )主要由螺旋型P區(25 )和螺旋型N區(26 )組成，且所述螺旋型P區(25)和螺旋型N區(26)上分別設有正電極(27)和負電極(28)；其中， 所述第一螺旋型PN結(21)和第二螺旋型PN結(22)的螺旋型P區(25)的外圍端部重合，所述第三螺旋型PN結(23)和第四螺旋型PN結(24)的螺旋型P區(25)的外圍端部重合，且所述正電極(27 )相互連接導通； 所述第一螺旋型PN結(21)和第三螺旋型PN結(23)的螺旋型N區(26)的外圍重合，所述第二螺旋型PN結(22)和第四螺旋型PN結(24)的螺旋型N區(26)的外圍重合，且其負電極(28)與所述正面(I)的平面式PN結的N區(11)上的負電極(12)連接導通。
2.根據權利要求I所述的雙面太陽能電池的構造，其特徵在於所述第一螺旋型PN結(21)和第三螺旋型PN結(23)的螺旋型N區(26)的外圍重合部分與所述第二螺旋型PN結(22)和第四螺旋型PN結(24)螺旋型N區(26)的外圍重合部分通過電池四周的η型層連接，且所述背面(2 )的螺旋型N區(26 )的負電極(28 )與所述正面(I)的N區(11)上的負電極(12)相互投影的交叉處設有通孔(29)，所述通孔(29)內填充有導通連接所述負電極(28)和所述正面(I)的負電極(12)的電極材料，將焊接的負電極引至所述背面(2)。
3.根據權利要求2所述的雙面太陽能電池的構造，其特徵在於所述通孔(29)的孔徑大小與所述螺旋型N區(26)的負電極(28)和所述正面(I)的N區(11)上的負電極(12)相當。
4.一種雙面太陽能電池的構造的製作方法，其特徵在於包括有以下步驟 a.在P型娃片上製作通孔(29); b.對矽片的正面和背面的表面進行制絨處理； c.對矽片依次進行網版印製光刻膠、爆光、加熱固化和真空加熱處理，在背面形成擴散阻攔層； d.把娃片浸入加熱的刻光膠剝離液中，將娃片表面的光刻膠剝離； e.對矽片進行擴散處理，使其正面和背面形成η型擴散層； f.對矽片的正面和背面生成的磷矽玻璃層去除，並進行鍍膜處理，形成氮化矽薄膜； g.在矽片的正面和背面印製正電極和負電極，並燒結。
5.根據權利要求4所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法，其特徵在於所述對矽片的正面和背面的表面進行制絨處理，具體為在純水中加入NaOH、異丙醇及制絨添加齊U，在75°C 85°C條件腐蝕15 min 28min，由於矽片晶向中的〈100〉面比〈111〉面的腐蝕速率快，使矽片的正面和背面的表面形成金字塔的絨面結構。
6.根據權利要求5所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法，其特徵在於所述對矽片依次進行網版印製光刻膠、爆光、加熱固化和真空加熱處理，在背面形成擴散阻攔層，具體為在矽片制絨後，首先對矽片進行烘乾除去水氣，接著在暗室內用預製好圖案的網版將光刻膠均勻地印製在矽片的背面預設的η型區上，並對矽片進行爆光、在烘箱內加熱固化光刻膠，然後將兩片矽片的正面相對地疊合放入真空爐管中，通入氧氣進行加熱，使矽片的背面未被光刻膠覆蓋的P型區上方生成一層厚O. 5um 2um的Si02層，作為擴散阻攔層。
7.根據權利要求6所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法，其特徵在於所述對矽片進行擴散處理，使其正面和背面形成η型擴散層，具體為將矽片放置於石英舟中，推入擴散爐管，在真空的環境下加熱至830°C 900°C,先通入氮氣和氧氣在娃片表面生成一層薄的氧化層，接著通入氧氣和攜帶P0C13的氮氣加熱30min 50min,在娃片正背兩面生成方阻為45 Ω 70 Ω的η型擴散層。
8.根據權利要求7所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法，其特徵在於所述對矽片的正面和背面生成的磷矽玻璃層，並進行鍍膜處理，形成氮化矽薄膜，具體為首先把擴散後的矽片浸入濃度為O. IHF O. 3%HF的溶液中進行漂洗4 min 8 min，去除擴散過程中 在娃片表面生成的磷娃玻璃層，並用甩幹機烘乾娃片表面的水分；然後米用PECVD的方法，在真空加熱至450°C 530°C的環境中，在矽片的正面和背面分別鍍上膜厚為75nm 85nm，折射率為2. O 2. 2的氮化矽薄膜。
9.根據權利要求8所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法，其特徵在於所述在矽片的正面和背面印製正電極和負電極，並燒結，具體為首先通過矽片上的通孔(29)進行定位，並用預製好的網版在矽片的正面印製正電極和負電極，並進行烘乾；接著翻轉矽片後再通過其上的通孔(29)進行定位，用預製好的網版在矽片的背面印製正電極和負電極；最後將印製好電極的電池片用網帶送入燒結爐中，在850°C 950°C的環境中快速加熱3sec IOsec,蒸發正電極和負電極眾料中的有機溶劑,並使正電極和負電極與η型擴散層形成良好的歐姆接觸。
10.根據權利要求4至9中任何一項所述的雙面太陽能電池的構造的製作方法，其特徵在於在執行「在P型矽片上製作通孔(29)」後和「對矽片的正面和背面的表面進行制絨處理」前，對所述矽片進行預清潔，用低濃度的鹼和雙氧水的溶液在55°C 75°C條件腐蝕3min 5 min以達到去除損傷層的效果，同時利用雙氧水的強腐蝕性，去除矽片表面的油汙和金屬雜質。
全文摘要
本發明涉及一種雙面太陽能電池的構造及其製作方法，該構造是在電池的正面設有平面式PN結，背面設有螺旋型PN結組，通過電池片四周的n型層及通孔內填充的電極材料互連，形成雙面電池，總體光電轉換效率較傳統電池片有較大的提高，可大量地節省所需矽材料，製作成本低，而且將正面的平面式PN結的負電極引至背面，可相應地縮小線寬，減少遮光面積，進一步提高轉換率，加上通孔填充的電極材料有利於將正面收集的電流通過較短的路徑傳導至背面的焊接線中，降低串連電阻；另外，通過本製作方法製作雙面太陽電池的構造時，擴散後的電池片，不必經過刻蝕傳統的電池片刻蝕環節，生產流程工序得以簡化，生產周期大大縮短，同時生產難度也可降低。
文檔編號H01L31/0352GK102969371SQ20121055691
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者謝曉鋒, 陳俊雄, 張良 申請人:揭陽中誠集團有限公司