專利名稱：基于絲網(wǎng)印刷工藝的制作高效雙面p型晶體硅太陽電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池的制造方法，特別涉及雙面晶體硅太陽能電池的制造方法。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的太陽電池是利用P型晶體硅材料，在基體正面磷擴散形成pn結(jié)， 并沉積減反膜，背面印刷鋁漿做背場，只有正面受光的"單面"太陽電池。考慮到太陽 電池是平面結(jié)構(gòu)，如果光線也能從電池背面進入電池體內(nèi)被吸收轉(zhuǎn)化為電能，則太陽光 的利用率即光電轉(zhuǎn)化率將顯著提高。 太陽電池表面接收的太陽光除了直接由太陽輻射來的分量之外，還包括由空 氣、塵埃等散射引起的相當可觀的間接輻射或散射輻射分量，甚至在晴朗無云的天氣， 白天里散射輻射分量也能占水平面所接收的總輻射量的10 20%，在陽光不足的天氣， 這個比例還要增加。目前常規(guī)的晶體硅電池的厚度使得正面入射的光只有很少的長波長 光能到達背表面附近，而投射在電池背面的散射光含有更豐富的短波長光，短波長光在 被電池吸收時的光譜響應(yīng)更高，主要在接近背表面的體內(nèi)被吸收。若配合相應(yīng)的工藝改 進，在不降低正面轉(zhuǎn)化效率的前提下將背面電極改造成遮光面積小的電極圖形，使得大 部分背面入射光能夠進入電池體內(nèi)，被吸收轉(zhuǎn)化為電能，則電池的輸出功率將得到顯著 提高。 如果僅僅是在傳統(tǒng)的P型電池結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上沉積背面減反膜并改變背面電極的形 狀來滿足雙面受光，這樣的"雙面電池"由于背表面鈍化太差以及背電極與硅基體的接 觸問題，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)換效率非常低。為了尋求各種途徑解決這一難題，國外從七十年代就 開始了雙面晶體硅電池的研究。目前已經(jīng)成功量產(chǎn)的雙面電池有Sunpower的背接觸雙面 電池(圖1)、 SANYO的HIT電池(圖2)和Hitachi的P型雙面電池(圖3)。
Sunpower的背接觸雙面電池由于其正負電極都在背面，而正負電極下的區(qū)域要 進行不同摻雜類型的擴散，需要多次生長擴散阻擋層并掩膜開槽。為了保證不同類型擴 散區(qū)域之間留有間隔，并且要使后道的金屬電極制作落在相應(yīng)的擴散區(qū)域內(nèi)，該結(jié)構(gòu)對 掩膜設(shè)備的精度要求非常高，并且需要電鍍設(shè)備，工藝非常復(fù)雜。 而SANYO的HIT電池是先在晶體硅襯底兩個表面進行PECVD沉積本征非晶硅 薄膜，再在非晶硅薄膜上分別PECVD沉積P型和N型氫化非晶硅薄膜，然后磁控濺射沉 積減反膜和導(dǎo)電膜，并通過絲網(wǎng)印刷方法制作正負電極。從HIT電池的工藝流程可以看 出，其成本既包含晶體硅電池產(chǎn)業(yè)中的主材--硅料，又需要投資一系列非常昂貴的薄膜 設(shè)備，成本較高。而且Sunpower和SANYO的雙面電池對基體材料的要求很高，他們的 結(jié)構(gòu)只適合在少子壽命較高的N型硅片上實現(xiàn)。 Hitachi已批量生產(chǎn)的兩面受光太陽電池片是被稱為B3電池片的硼擴散背面電場 兩面電池片(Biafacial Cell w池Boron Diffosed Back Surface Field)。
單晶硅基板(p型)，其正反兩面雙面制絨，用SiC^做鈍化和減反射膜。正面是磷擴散，在正面附近形成n+p 結(jié)；背面為硼擴散p+層，形成BSF。正反面的電極都是絲網(wǎng)印刷。這種結(jié)構(gòu)背面較濃 的硼擴散保證了背電極與硅基體可以形成良好的歐姆接觸，但是用&02做正面鈍化層并 不適合，而且作為背面的鈍化層其也不是最優(yōu)的，這使得其正面的測試電流電壓相比于 傳統(tǒng)P型電池還略有降低，因此這種結(jié)構(gòu)是以降低正面的轉(zhuǎn)換效率的代價(16% )來獲得 背面的光電轉(zhuǎn)化率，其輸出功率與傳統(tǒng)的P型電池相比并無太大優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在Hitachi雙面電池結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對雙面電池的上下表面即磷擴面和 硼擴面，分別研究更加有效的鈍化結(jié)構(gòu)來代替Hitachi的雙面氧化層鈍化結(jié)構(gòu)，使得電池 的轉(zhuǎn)換效率得到顯著提升。研究結(jié)果表明，用SiNx薄膜作為電池正面的鈍化層，SiC^或 A1203)和SiNx雙層膜作為電池背面的鈍化層，能夠使得磷擴面和硼擴面分別得到最佳的 鈍化效果，同時可以得到非常不錯的減反效果，轉(zhuǎn)換效率顯著提升。實驗表明，無論是 P型還是N型硅片襯底，這種結(jié)構(gòu)都是適合的。對于P型材料的此結(jié)構(gòu)電池，在AM1.5 模擬光下測試正面和背面分別達到了 18%和15%的轉(zhuǎn)換效率，而對于N型材料則達到了 18.5%和15.5%。 本發(fā)明提出一種基于絲網(wǎng)印刷工藝的制作高效雙面P型晶體硅太陽電池的方 法，對于目前普遍的傳統(tǒng)P型硅太陽電池生產(chǎn)線，只需稍加改造就能升級為這種高效雙 面電池生產(chǎn)線。該方法用到的工藝包括制絨、擴散、刻蝕、鍍膜、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)等。
基于絲網(wǎng)印刷工藝的制作高效雙面P型晶體硅太陽電池的方法，其工藝步驟 是在P型硅片的正面磷 擴散，生長鈍化層和減反層，制作正面電極，在P型硅片的背面 硼擴散或局部硼擴散，生長鈍化層和減反層，制作背面電極。
電池的兩個表面可以是平面的，也可以是絨面結(jié)構(gòu)的。 本發(fā)明的優(yōu)點是，它的兩個表面都能將光能轉(zhuǎn)化為電能，可以使太陽電池陣列 的整體輸出功率提高10 30%。所以與單面發(fā)電的太陽電池相比，雙面晶體硅太陽電池 有著更高的面積比功率、重量比功率，這對降低發(fā)電成本尤其重要。而且它可以垂直 放置，無須一定要朝南放置，所以可放置于各種場合，例如做成圍欄，高速公路的隔音 墻，太陽能幕墻等，應(yīng)用更加廣泛。本發(fā)明方法，制作工藝簡單，成本低廉，大部分的 工藝制作都能在普通的P型傳統(tǒng)電池生產(chǎn)線上進行，設(shè)備投資低，生產(chǎn)效率高，基本上 是在不增添設(shè)備的條件下通過工藝優(yōu)化、技術(shù)創(chuàng)新完成的。


圖1是Sunpower背接觸雙面電池結(jié)構(gòu)示意圖，其中11是n區(qū)電極。12是p區(qū) 電極，13是&02開孔。 圖2是SANYO的HIT電池結(jié)構(gòu)示意圖。其中14是電極，15是透明導(dǎo)電膜。
圖3是Hitachi的P型雙面電池。 圖4是本發(fā)明方法制備的P型雙面晶體硅電池結(jié)構(gòu)示意圖(本專利中所述電池正 面均指N型面，電池背面均指P型面)。其中l(wèi)是正面銀電極；2是正面鈍化減反層 (75nmSiNx); 3是磷擴散區(qū)域(n+區(qū))；4是基體材料(P型硅)；5是硼擴散區(qū)域(p+區(qū))；6是背面減反層(50nmSiO2(或A1203)和40nmSiNx) ; 7是背面銀電極。特別說明圖4(A) 中3、 5，圖4(B)中3可以是均勻擴散濃度的發(fā)射極，也可以是選擇性發(fā)射極(參見專利 CN 1Q1101936A)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
對于附圖4所示的雙面電池結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是如何形成兩個面不同型層的擴散區(qū)。 對于如圖4(A)所示的P型雙面晶體硅電池結(jié)構(gòu)，有幾種不同的
具體實施例方式
實施例1 :
1) 去硅片損傷層，制絨、
2) 硼擴散，去除正面及邊緣硼擴散層，生長背面擴散阻擋層，
3) 磷擴散，去除阻擋層，生長背面氧化硅或氧化鋁鈍化層，雙面沉積氮化硅減




反層，




反層，




反層，




反層，




層，
反層，
4)印刷正背電極燒結(jié)。 實施例2 :
1) 去硅片損傷層，制絨、
2) 硼擴散，去除阻擋層，
3) 磷擴散，去除阻擋層，
生長正面擴散阻擋層， 生長背面擴散阻擋層，
生長背面氧化硅或氧化鋁鈍化層，雙面沉積氮化硅減
4)印刷正背電極燒結(jié)。 實施例3 :
1) 去硅片損傷層，制絨、
2) 磷擴散，去除背面及邊緣磷擴散層，生長正面擴散阻擋層，
3) 硼擴散，去除阻擋層，生長背面氧化硅或氧化鋁鈍化層，雙面沉積氮化硅減
4)印刷正背電極燒結(jié)。 實施例4 :
1) 去硅片損傷層，制絨、
2) 磷擴散，去除阻擋層，
3) 硼擴散，去除阻擋層，
生長背面擴散阻擋層， 生長正面擴散阻擋層，
生長背面氧化硅或氧化鋁鈍化層，雙面沉積氮化硅減
4)印刷正背電極燒結(jié)。
對于如圖4(B)所示的P型雙面晶體硅電池結(jié)構(gòu)，有幾種不同的
具體實施例方式
實施例5 :
1) 去硅片損傷層，制絨、
2) 硼擴散，去除正面、背面非電極窗口區(qū)及邊緣硼擴散層，生長背面擴散阻擋
3) 磷擴散，去除阻擋層，生長背面氧化硅或氧化鋁鈍化層，雙面沉積氮化硅減
4)印刷正背電極燒結(jié)。 實施例6 : l)去硅片損傷層，制絨、雙面生長擴散阻擋層，去除背面電極窗口區(qū)擴散阻擋 層， 2)硼擴散，去除阻擋層，生長背面擴散阻擋層， 3)磷擴散，去除阻擋層，生長背面氧化硅或氧化鋁鈍化層，雙面沉積氮化硅減 反層， 4)印刷正背電極燒結(jié)。 實施例7: l)去硅片損傷層，制絨、 2)磷擴散，去除背面及邊緣磷擴散層，雙面生長擴散阻擋層，去除背面電極窗 口區(qū)擴散阻擋層， 3)硼擴散，去除背面和正面阻擋層，生長背面氧化硅或氧化鋁鈍化層，雙面沉
積氮化硅減反層， 4)印刷正背電極燒結(jié)。 實施例8 : l)去硅片損傷層，制絨、生長背面擴散阻擋層， 2)磷擴散，去除阻擋層，雙面生長擴散阻擋層，去除背面電極窗口區(qū)擴散阻擋 層， 3)硼擴散，去除背面和正面阻擋層，生長背面氧化硅或氧化鋁鈍化層，雙面沉
積氮化硅減反層， 4)印刷正背電極燒結(jié)。
權(quán)利要求
一種基于絲網(wǎng)印刷工藝的制作高效雙面P型晶體硅太陽電池的方法，其制備步驟是在P型硅片的正面磷擴散，生長鈍化層和減反層，制作正面電極，在P型硅片的背面硼擴散或局部硼擴散，生長鈍化層和減反層，制作背面電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于絲網(wǎng)印刷工藝的制作高效雙面P型晶體硅太陽電池的方法，其制備步驟是在P型硅片的正面磷擴散，生長鈍化層和減反層，制作正面電極，在P型硅片的背面硼擴散或局部硼擴散，生長鈍化層和減反層，制作背面電極。本發(fā)明方法，制作工藝簡單，成本低廉，大部分的工藝制作都能在普通的P型傳統(tǒng)電池生產(chǎn)線上進行，設(shè)備投資低，生產(chǎn)效率高。
文檔編號H01L31/18GK101692467SQ20091003498
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者倪志春, 向妮, 姚文杰, 王建波, 王艾華, 解柔強, 趙建華, 黃海冰 申請人:中電電氣(南京)光伏有限公司