一種雙面透光的局部鋁背場太陽能電池及其製備方法

2023-11-30 22:37:41

一種雙面透光的局部鋁背場太陽能電池及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池，包括矽基體，設於矽基體正面的發射極、正面減反射鈍化膜和正面電極，以及設於矽基體背面的背面鈍化膜、背電場和背電極，所述背電場為局部鋁背場，其通過在背面鈍化膜上開孔或者開槽，在開孔或者開槽區域採用線型鋁漿覆蓋所述開孔或者開槽區域，並保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，燒結後在開孔或者開槽區域形成局部鋁背場，所述局部鋁背場與所述背電極相連通。該太陽能電池背面鈍化層（膜）沒有完全被鋁漿覆蓋，電池可以吸收部分背面入射或者散射的光線，增加了電池和組件的電流，從而提高了電池和組件的光電轉換效率。還公開了上述雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池的製備方法。
【專利說明】一種雙面透光的局部鋁背場太陽能電池及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於光伏【技術領域】，具體涉及一種雙面透光的局部鋁背場太陽能電池及其製備方法。
【背景技術】
[0002]光伏技術是一門利用大面積的p-n結二極體將太陽能轉化為電能的技術。這個p-n結二極體叫做太陽能電池。製作太陽能電池的半導體材料都具有一定的禁帶寬度，當太陽能電池受到太陽輻射時，能量超過禁帶寬度的光子在太陽電池中產生電子空穴對，P-n結將電子空穴對分離，P-n結的非對稱性決定了不同類型的光生載流子的流動方向，通過外部電路連接可以向外輸出功率。這跟普通的電化學電池原理類似。
[0003]工業化生產P型晶矽太陽能電池通常採用全鋁背場結構，即背面整面印刷鋁漿，燒結後形成鋁背場。這種結構的缺點是沒有背面鈍化和背面反射率低，從而影響了電池的電壓和電流性能。局部鋁背場電池克服了以上缺點，這種電池採用具有鈍化效果的薄膜鈍化電池背表面同時增加背表面反射率。鈍化膜有效鈍化矽材料表面存在的大量懸垂鍵和缺陷(如位錯，晶界以及點缺陷等)，從而降低光生載流子矽表面複合速率，提高少數載流子的有效壽命，從而促進太陽能電池光電轉化效率的提升。鈍化膜同時具有增加背面反射的效果，從而增加矽體材料對太陽光的吸收，提高光生載流子的濃度從而增加光電流密度。
[0004]鈍化膜的種類和製備方法包括=PECVD非晶矽薄膜、PECVD SiCx薄膜、熱氧、溼氧或者旋塗形成的氧化矽薄膜、Si02/SiNx疊層薄膜、CVD、MOCVD、PECVD、APCVD或者ALD製備的Al2O3薄膜、Al203/SiNx疊層薄膜等等。
[0005]為了能將電流導出，通常需要在背面鈍化膜上開孔或者開線，再印刷鋁漿燒結後形成局部鋁背場。孔或者線的總面積一般佔背面的1_15%，面積過小會增加背面的接觸電阻，過大則增加了背面的複合速率，兩種情況都會影響電池的光電轉化效率。開孔或者開線一般採用雷射或者化學腐蝕的辦法。印刷鋁漿一般採用全背場圖形，即鋁漿覆蓋除背電極以外的全部背面區域。這樣，背面入射或者散射的光線不能被電池吸收，影響了光電轉換效率。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於提供一種雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池，該太陽能電池通過在晶體矽背面的鈍化膜上設置局部鋁背場，形成雙面透光結構，不僅電池正面能接收和接收入射或者散射的光線，還能使背面也可以能夠接收和吸收入射或者散射的光線，從而增加了太陽能電池的光電轉換效率。
[0007]本發明的目的還在於提供上述雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池的製備方法，該製備方法工藝簡單，成本低。
[0008]本發明的第一個目的是通過如下技術方案來實現的:一種雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池，包括矽基體，設於矽基體正面的發射極、正面減反射鈍化膜和正面電極，以及設於矽基體背面的背面鈍化膜、背電場和背電極，所述背電場為局部鋁背場，其通過在背面鈍化膜上開孔或者開槽，在開孔或者開槽區域採用線型鋁漿覆蓋所述開孔或者開槽區域，並保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，燒結後在開孔或者開槽區域形成局部鋁背場，所述局部鋁背場與所述背電極相連通。
[0009]作為本發明的優選方案，本發明採用的技術方案是在背面鈍化層(膜)上開孔或者開槽之後印刷或者濺射多條鋁線(線型鋁漿)覆蓋開孔或者開槽區域，保留部分背面鈍化層(膜)不被鋁漿覆蓋，印刷或者濺射的線型鋁漿圖形須要直接或者間接和背電極連接以便收集電流。
[0010]本發明中的雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池，其能有效促進太陽能電池光電性能提升，並能降低成本。
[0011]本發明中的線型鋁漿，可以相互平行設置，也可以呈一定夾角，其中線型鋁漿的寬度優選為2(T2000Mm，相鄰兩線型鋁漿的間距P2優選為20(T2000Mm。
[0012]作為本發明中的一種優選方案，本發明在背面鈍化層(膜)上設置相互平行的開孔或者開槽，在開孔或者開槽上設置與所述開孔或者開槽形狀相適配的鋁漿，使鋁漿全部覆蓋開孔或者開槽區域，但保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，燒結後在開孔或者開槽區域形成局部鋁背場，且所述局部鋁背場與所述背電極保持連通，從而形成雙面透光的局部鋁背場太陽能電池。
[0013]本發明所述開孔或者開槽區域必須全部被線型鋁漿覆蓋。
[0014]本發明中的開孔或者開槽，可以相互平行，也可以不相互平行，如可以按照一定的夾角設置。其中開孔或者開槽以相互平行設置有選優方案。
[0015]本發明所述開孔優選為多個，優選為相間隔設置，所述開孔的孔徑D優選為l(T200Mm，孔間距 PO 優選為 10(Tl000Mm。
[0016]本發明所述開槽的寬度Wl優選為l(T200Mffl，相鄰兩開槽之間的間距Pl優選為20(T2000Mm。
[0017]本發明中的線型鋁漿要和背電極直接連接或者間接通過其他線型鋁漿等和背電極連接以便收集電流。
[0018]本發明的第二個目的是通過以下技術方案來實現的:上述的雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池的製備方法是:選取晶體矽片，制絨，清洗，磷擴散，去背結，沉積背面鈍化膜，沉積正面減反射鈍化膜，在背面鈍化膜上開孔或開槽，印刷背電極，在開孔或開槽上覆蓋線型鋁漿，其中保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，印刷正面電極，燒結後製成局部鋁背場，所述局部鋁背場與所述背電極相連通，從而形成雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池。
[0019]本發明中的晶體矽片，優選為P型晶體矽片，可以為P型單晶或者多晶矽片。
[0020]其中制絨，清洗，磷擴散，沉積鈍化膜，去背結，印刷正電極和背電極等可以採用本領域的常規技術手段。
[0021]正面鈍化減反射膜可以是氮化矽膜，也可以是氮化矽/氧化矽等的疊層膜。
[0022]背面鈍化膜，除了可以採用氧化鋁和氮化矽的疊層膜之外，還可以採用氮化矽/氧化矽疊層膜等，其中氮化矽/氧化矽疊層膜中必須是氧化矽與晶體矽片直接接觸；還可以採用氮氧化矽/氮化矽疊層膜以及碳化矽/氮化矽疊層膜等。[0023]開孔或者開槽可以採用本領域常規的技術手段，如雷射或者化學腐蝕的方法開孔或者開槽等。其中開孔可以開設連續的孔，也可以開設具有一定間隔的開孔，優選開設具有一定間隔的開孔，開槽可以採用虛線開槽，也可以採用實線開槽，優選採用實線開槽。
[0024]本發明中的線型鋁漿，可以相互平行設置，也可以呈一定夾角，其中線型鋁漿的寬度優選為2(T2000Mm，相鄰兩線型鋁漿的間距P2優選為20(T2000Mm。
[0025]作為本發明中的一種優選方案，本發明在背面鈍化層(膜)上設置相互平行的開孔或者開槽，在開孔或者開槽上設置與所述開孔或者開槽形狀相適配的鋁漿，使鋁漿全部覆蓋開孔或者開槽區域，但保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，燒結後在開孔或者開槽區域形成局部鋁背場，且所述局部鋁背場與所述背電極保持連通，從而形成雙面透光的局部鋁背場太陽能電池。
[0026]本發明所述開孔或者開槽區域全部被線型鋁漿覆蓋。其中可以採用絲網印刷的方式，也可以採用濺射的方式在鈍化膜上的開孔或者開槽上覆蓋鋁漿，鋁漿的覆蓋以覆蓋住開孔或者開槽而不覆蓋整個鈍化膜為準，目的在於製備局部鋁背場，形成雙面透光的局部鋁背場太陽能電池，從而提高太陽能電池的轉換效率。
[0027]本發明中的開孔或者開槽，可以相互平行，也可以不相互平行，如可以按照一定的夾角設置。其中開孔或者開槽以相互平行設置有選優方案。
[0028]本發明所述開孔優選為多個，優選相間隔設置，所述開孔的孔徑D為l(T200Mffl，相鄰兩孔的間距PO為10(Tl000Mm。
[0029]本發明所述開槽的寬度Wl優選為l(T200Mffl，相鄰兩開槽之間的間距Pl優選為20(Tl000Mm。
[0030]本發明中的線型鋁漿要和背電極直接連接或者間接通過其他線型鋁漿等和背電極連接以便收集電流。
[0031]本發明的有益效果是:本發明提出的雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池，這種結構的太陽電池，其背面鈍化層(膜)沒有完全被鋁漿覆蓋，光線能夠從電池背面入射並被吸收，增加了光通量，從而提高電池的電流和組件的輸出功率，以使電池和組件的光電轉換效率得到提高；另外還可以減少鋁漿的用量，節約成本。
[0032]以下結合附圖和優選實施方案，具體詳細說明本發明的其他特徵和優點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本發明實施例1-4中雙面透光局部鋁背場晶體矽太陽能電池的截面圖，其中5為矽基體；6為發射極；7為正面減反射鈍化膜；8為正面電極；9、局部鋁背場；1、背面鈍化膜；4為背電極；
圖2是本發明中實施例1-4中雙面透光局部鋁背場晶體矽太陽能電池背面接受光入射的示意圖，其中9為背面鈍化膜，10為背電極；11為局部鋁背場，12為入射光線；
圖3是本發明實施例1和3中背面開孔示意圖，其中圖中I為背面鈍化膜，2為開孔或開槽；
圖4是本發明實施例2和4中背面開槽示意圖，圖中3為線型鋁漿，4為背電極；
圖5是本發明實施例1-4中雙面透光局部鋁背場的背面鋁線示意圖；
圖6是本發明實施例5中提供的雙面透光局部鋁背場的背面鋁線示意圖；圖7是本發明實施例6中提供的雙面透光局部鋁背場的背面鋁線示意圖。
【具體實施方式】
[0034]實施例1
本實施例說明了一種雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池的結構以及其製備方法(電池截面圖見圖1)，具體步驟如下:
A、選取電阻率在0.1~ΙΟ Ω -cm的輕摻雜的P型單晶矽片，將其置於制絨槽中，在重量百分含量為0.5^5%的氫氧化鈉去離子水溶液中，在溫度為75、0°C的條件下進行表面織構化形成絨面結構；
B、對矽片表面進行清洗，清洗採用化學溶液進行清洗，化學溶液可以為氫氟酸、硝酸、鹽酸、硫酸及其他添加劑的一種或多種混合水溶液，清洗時間可以為0.5飛O分鐘，溫度可以為5~90。。；
C、將以上制絨片進行清洗後，置於70(Tl00(rC的爐管中進行磷(P)擴散製備η型發射極，擴散時間可以為70-150分鐘，擴散後發射極方塊電阻為5(T150 Ohms/ □；
D、將上述擴散後矽片利用鹼性或酸性溼法刻蝕去除矽片背面的η型擴散層和磷矽玻
璃；
E、背面沉積5~30nm氧化鋁(見圖2)，再在氧化鋁上沉積6(T200nm氮化矽形成疊層鈍化膜用於鈍化背表面並增加背面光反射；
F、PECVD生長SiNx作為正面鈍化膜和減反射層，膜厚可以為75~88nm，折射率可以為1.9-2.3 之間；
G、利用雷射的方法在背面鈍化膜(I)上開孔(2)，開孔直徑D優選為l(T200Mffl，孔間距PO優選為10(Tl000Mm，如圖3中所示；
H、背面電極印刷:在矽片背面印刷背電極(4)用於組件焊接，如圖5中所示；
1、背面鋁線印刷:印刷鋁線(即上文所述的線型鋁漿，下同)(3)覆蓋開孔區域，鋁線須要與背電極直接或者間接連接將電流全部收集，鋁線寬度W2為2(T2000Mm，線間距P2為200"2000Mm ；
J、正面電極印刷:在矽片磷擴散面(發射極面)上採用絲網印刷方法印刷正面金屬電極，所採用的金屬為銀(Ag);
K、高溫快速燒結:將印刷完的矽片置於燒結爐中燒結，優化燒結溫度為40(T90(TC，經燒結後正面金屬銀穿過SiNx鈍化減反膜與發射極形成歐姆接觸，背面鋁線和開孔區域的矽基體反應形成鋁矽合金和局部鋁背場，從而形成雙面透光的局部鋁背場太陽能電池，其截面圖如圖1中所示。
[0035]採用上述方法構成的雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池，包括矽基體(5)，設於矽基體(5)正面的發射極(6)、正面減反射鈍化膜(7)和正面電極(8)，以及設於矽基體
(5)背面的背面鈍化膜(I)、背電場和背電極(4)，背電場為局部鋁背場(9)，其通過在背面鈍化膜(I)上開孔或者開槽(2)，在開孔或者開槽區域採用線型鋁漿(3)覆蓋開孔或者開槽(2)區域，並保留部分背面鈍化膜(I)不被鋁漿所覆蓋，燒結後在開孔或者開槽(2)區域形成局部鋁背場(9)，局部鋁背場(9)與背電極相連通(4);該太陽能電池通過在晶體矽背面的鈍化膜(I)上設置局部鋁背場(9)，形成雙面透光結構，不僅電池正面能接收和接收入射或者散射的光線，還能使背面也可以能夠接收和吸收入射或者散射的光線(12)，從而增加了太陽能電池的光電轉換效率。
[0036]按照上述雙面透光設計的一組局部背鈍化電池的平均電性能數據如表1所示，其中鋁線型為本實施例中製備的雙面透光局部鋁背場太陽能電池，鋁漿全覆蓋型為其他步驟與本實施例相同，僅鋁漿覆蓋時，將鋁漿料覆蓋整個背面鈍化膜(層)上，而非本實施例中在開孔區域覆蓋鋁漿，同時使背面鈍化膜上保留有未覆蓋鋁漿區域，結果表明，相比常規鋁漿全覆蓋局部背鈍化電池，本發明的雙面透光局部背鈍化電池能夠提高太陽能電池的電流，效率提升達到0.0.3%。
[0037]表1實施例1製備的雙面透光局部鋁背場太陽能電池的性能參數
【權利要求】
1.一種雙面透光的局部招背場晶體娃太陽能電池，包括娃基體，設於娃基體正面的發射極、正面減反射鈍化膜和正面電極，以及設於矽基體背面的背面鈍化膜、背電場和背電極，其特徵是:所述背電場為局部鋁背場，其通過在背面鈍化膜上開孔或者開槽，在開孔或者開槽區域採用線型鋁漿覆蓋所述開孔或者開槽區域，並保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，燒結後在開孔或者開槽區域形成局部鋁背場，所述局部鋁背場與所述背電極相連通。
2.根據權利要求1所述的雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池，其特徵是:所述線型鋁漿的寬度W2為20-2000Mm，相鄰兩線型鋁漿的間距P2為200-2000Mm。
3.根據權利要求1所述雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池結構，其特徵是:所述開孔或者開槽區域全部被線型鋁漿覆蓋。
4.根據權利要求1所述雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池結構，其特徵是:所述開孔為多個，相間隔設置，所述開孔的孔徑D為l0-200Mffl，相鄰兩孔的間距PO為100-l000Mm。
5. 根據權利要求1所述雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池結構，其特徵是:所述開槽的寬度Wl為l0-200Mm，相鄰兩開槽之間的間距Pl為200-2000Mm。
6.權利要求1-5任一項所述的雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池的製備方法，其特徵是:選取晶體矽片，制絨，清洗，磷擴散，去背結，沉積背面鈍化膜，沉積正面減反射鈍化膜，在背面鈍化膜上開孔或開槽，印刷背電極，在開孔或開槽上覆蓋線型鋁漿，其中保留部分背面鈍化膜不被鋁漿所覆蓋，印刷正面電極，燒結後製成局部鋁背場，所述局部鋁背場與所述背電極相連通，從而形成雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池。
7.根據權利要求6所述的雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池的製備方法，其特徵是:所述線型鋁漿的寬度W2為20-2000Mm，相鄰兩線型鋁漿的間距P2為200-2000Mm。
8.根據權利要求6所述的雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池的製備方法，其特徵是:所述開孔為多個，相間隔設置，所述開孔的孔徑D為l0-200Mffl，孔間距PO為10(Tl000Mm。
9.根據權利要求6所述的雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池的製備方法，其特徵是:所述開槽的寬度Wl為10-200μπι，相鄰兩開槽之間的間距Pl為200-2000μπι。
10.根據權利要求6所述的雙面透光的局部鋁背場晶體矽太陽能電池的製備方法，其特徵是:所述晶體矽片為P型晶體矽片。
【文檔編號】H01L31/0216GK103489934SQ201310440765
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】蔣秀林, 單偉 申請人:晶澳（揚州）太陽能科技有限公司, 晶澳太陽能有限公司