一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)及其制備方法，電池背面結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在晶體硅片背面的用于對電池背面提供鈍化作用的隧穿層，隧穿層上設(shè)置用于電荷垂直傳導(dǎo)層的N型摻雜晶硅層，N型摻雜晶硅層上設(shè)置用于電荷的橫向傳導(dǎo)層的透明導(dǎo)電膜，透明導(dǎo)電膜上設(shè)置用于電荷匯集及電池片之間連接作用的背面金屬電極。該電池背面結(jié)構(gòu)背面電極采用透明導(dǎo)電膜/金屬復(fù)合電極，以替代傳統(tǒng)的柵線電極或全金屬背場電極，使電池背面也可以作為受光面，在保證電極良好導(dǎo)電性的前提下顯著減少了遮光面積與導(dǎo)電金屬的使用量，同時提高了電池的轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】
一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自1954年第一塊太陽能電池在貝爾實驗室誕生以來，晶體硅太陽能電池得到了廣泛的應(yīng)用，轉(zhuǎn)換效率不斷提升，生產(chǎn)成本持續(xù)下降。目前，晶體硅太陽能電池占太陽能電池全球市場總額的80%以上，晶體硅電池片的產(chǎn)線轉(zhuǎn)換效率目前已突破20%，全球年新增裝機容量約50GW且增速明顯，與火力發(fā)電的度電成本不斷縮小，在未來幾年有望與之持平。晶體硅太陽能電池作為一種清潔能源在改變能源結(jié)構(gòu)、緩解環(huán)境壓力等方面的重要作用日益凸顯。
[0003]按基材的摻雜類型，晶體硅太陽能電池分為P型晶體硅太陽能電池和N型晶體硅太陽能電池。與P型晶體硅太陽能電池相比，N型晶體硅太陽能電池具有更高的轉(zhuǎn)換效率和雜質(zhì)容忍度，且基本上無光致衰減。此外，由于N型晶體硅比P型晶體硅具有更長的少子壽命，所以N型晶硅電池通?？梢宰龀呻p面受光型電池以增加電池的輸出功率，增加值一般在20%以上。
[0004]近年提出的背面鈍化接觸電池(采用Topcon技術(shù))是N型電池的一種，這種電池由于采用了隧穿層和N型摻雜多/微晶硅背面結(jié)構(gòu)，電荷傳輸方向由傳統(tǒng)的三維變?yōu)橐痪S，減少了電荷的傳輸路徑，降低了少子復(fù)合的幾率，電池的轉(zhuǎn)換效率、收集率、內(nèi)阻得到了改善。但背面鈍化接觸電池的背面電極由于采用全覆蓋金屬電極，無法發(fā)揮N型電池可雙面發(fā)電的潛在優(yōu)勢，且金屬電極的價格昂貴，不利于電池成本的降低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供了一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)及其制備方法，所述N型背面鈍化接觸電池的背面電極采用透明導(dǎo)電膜/金屬復(fù)合電極，以替代傳統(tǒng)的柵線電極或全金屬背場電極，使電池背面也可以作為受光面，在保證電極良好導(dǎo)電性的前提下顯著減少了遮光面積與導(dǎo)電金屬的使用量，同時提高了電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在晶體硅片上用于對電池背面提供鈍化作用的隧穿層，隧穿層上設(shè)置有用于電荷垂直傳導(dǎo)的N型摻雜晶硅層，N型摻雜晶硅層上設(shè)置有用于電荷的橫向傳導(dǎo)層的透明導(dǎo)電膜，透明導(dǎo)電膜上設(shè)置用于電荷匯集及電池片之間連接作用的背面金屬電極。
[0008]所述的透明導(dǎo)電膜由ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一種或多種疊層構(gòu)成，透明導(dǎo)電膜的厚度為50?500nm。
[0009]所述的背面金屬電極陣列圖案排布在透明導(dǎo)電膜上，其圖案為一維、二維幾何圖形或一維與二維幾何圖形的組合;一維幾何圖形選自:線段、虛線段或弧線；二維幾何圖形選自:圓形、橢圓形、紡錘形、環(huán)形、多邊形、多角形或扇形。
[0010]一維幾何圖案的線寬為20?2000um，線長為2?156mm，相鄰線段之間的距離為0.5?50mm; 二維幾何圖案的尺寸為20?2000um，相鄰兩個圖形中心距為0.5?10mm。
[0011]背面金屬電極由一組或多組等間距平行的銀、鋁、鎳、銅、金屬合金、復(fù)合金屬的柵線構(gòu)成；柵線的線寬為20?2000um、線長為2?156mm，同組相鄰柵線之間的距離為0.5?50mm，每組柵線的數(shù)量為5?100根。
[0012]所述的隧穿層為氧化硅、二氧化鉿、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅的一種或多種薄膜的疊層，隧穿層的厚度為I?1nm0
[0013]所述的N型摻雜晶硅層為單晶、多晶或微晶硅層，厚度為1?IOOOnm。
[0014]一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
[0015]5)在晶體硅片背面制作隧穿層，制作的方法采用LPCVD、PECVD、ALD、熱氧化、臭氧氧化、濕化學(xué)、電化學(xué)或陽極氧化；
[0016]6)在隧穿層上制作N型摻雜晶硅層，制作的方法為:①采用LPCVD或氣相外延的方法直接形成N型摻雜晶硅層;或②采用PECVD的方法先形成N型摻雜非晶硅層，隨后在200?500°C下進行熱處理，使非晶硅層轉(zhuǎn)化為多晶或微晶硅層；
[0017]7)在N型摻雜晶硅層上制作透明導(dǎo)電膜；
[0018]8)在透明導(dǎo)電膜上制作背面金屬電極，完成電池背面電極結(jié)構(gòu)的制作。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0020]本發(fā)明的背面電池結(jié)構(gòu)在保證電荷一維傳輸?shù)那闆r下將透明導(dǎo)電膜/金屬復(fù)合電極作為N型晶硅背面鈍化接觸電池的背面電極，以替代傳統(tǒng)的柵線電極或全金屬背場電極，使電池背面也可以作為受光面，實現(xiàn)了雙面發(fā)電，在保證電極良好導(dǎo)電性的前提下顯著減少了遮光面積與導(dǎo)電金屬的使用量。充分發(fā)揮了 N型電池效率優(yōu)勢，使金屬電極的遮光面積減小至4%以下，同時大幅提升了電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0021 ]本發(fā)明的制備方法采用依次由內(nèi)向外的制作，先后制作隧穿層、N型摻雜晶硅層、透明導(dǎo)電膜和金屬電極。制作方法簡單，合格率高。摻雜非晶硅層提供了兩種制備方案，保證了不同環(huán)境的制備需求。
【附圖說明】
[0022]圖1是N型晶體硅背面鈍化接觸電池的局部剖面示意圖；
[0023]圖2背面電極局部平面示意圖一；
[0024]圖3背面電極局部平面示意圖二；
[0025]圖4背面電極局部平面示意圖三；
[0026]圖5背面電極局部平面示意圖四；
[0027]圖6背面電極局部平面示意圖五。
[0028]其中，1、正面金屬電極，2、減反射膜，3、鈍化膜，4、P型層，5、N型層，6、隧穿層，7、N
型摻雜晶硅層，8為透明導(dǎo)電膜，9為背面金屬電極。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明一種背面鈍化接觸電池背面結(jié)構(gòu)，N型背面鈍化接觸電池的背面電極采用透明導(dǎo)電膜/金屬復(fù)合電極，以替代傳統(tǒng)的柵線電極或全金屬背場電極，使電池背面也可以作為受光面，在保證電極良好導(dǎo)電性的前提下顯著減少了遮光面積與導(dǎo)電金屬的使用量，同時提高了電池的轉(zhuǎn)換效率。該采用該電極的電池背面結(jié)構(gòu)從上而下包括:隧穿層6、N型摻雜晶娃層(Poly-Si (N+)層)7、透明導(dǎo)電膜8、金屬電極9。在本發(fā)明所述的電池電極結(jié)構(gòu)中，隧穿層6對背面提供良好的鈍化，N型摻雜晶硅層7作為電荷的垂直傳導(dǎo)層，透明導(dǎo)電膜作8為電荷的橫向傳導(dǎo)層，透明導(dǎo)電膜8上的背面金屬電極9起到電荷匯集及電池片之間連接的作用。
[0031 ]上述背面鈍化接觸電池背面結(jié)構(gòu)的制備方法包括下述步驟:
[0032]1)N型晶體硅片經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕、正面制作鈍化膜及減反射膜等工序處理，隨后按如下步驟制作電池的背面電極。
[0033 ] 2)在N型晶體硅片背面制作隧穿氧化硅薄膜6，膜厚為I?2nm，制作的方法可以采用LPCVD、PECVD、ALD、熱氧化、臭氧氧化、濕化學(xué)、電化學(xué)、陽極氧化等。
[0034]3)在隧穿氧化硅上制作N型摻雜晶硅層7，該層的厚度為1?I OOOnm。制作的方法:①采用LPCVD、氣相外延的方法直接形成N型摻雜晶硅層7;②采用PECVD的方法先形成N型摻雜非晶硅層，隨后在200?500°C下進行熱處理，使非晶硅層轉(zhuǎn)化為多晶或微晶硅層7。
[0035]4)在N型摻雜晶硅層上制作透明導(dǎo)電膜，透明導(dǎo)電膜可以是ITO、AZO、GZ0、FT0、IffO或石墨稀的一種薄膜或兩種及以上薄膜的疊層構(gòu)成，厚度為50?500nm，制作的方法可以采用濺射、氣相沉積、噴涂、印刷等。
[0036]5)在透明導(dǎo)電膜上制作金屬電極，背面金屬電極采取陣列分布的實心或鏤空圖案，圖案為一維、二維幾何圖形或一維與二維幾何圖形的組合，一維幾何圖形選自:線段、虛線段或弧線;二維幾何圖形選自:圓形、橢圓形、紡錘形、環(huán)形、多邊形、多角形或扇形。
[0037]其中，一維幾何圖案的線寬為20?2000um，數(shù)量為5?100根，線長為2?156mm，相鄰線段之間的距離為0.5?50mm; 二維幾何圖案的尺寸為20?2000um，相鄰兩個圖形中心距為0.5?10mm。本發(fā)明優(yōu)先考慮一維柵線狀金屬電極圖案。金屬電極可以是銀電極、鋁電極、鎳電極、銅電極、合金電極和金屬復(fù)合電極，制作方法可以采用印刷、激光轉(zhuǎn)印、噴墨、3D打印、蒸鍍等。
[0038]6)制作正面電極。
[0039]如圖2至6所示，背面金屬電極采用柵線電極，可以為主柵和細柵形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(如圖2)、單主柵結(jié)構(gòu)(如圖3)、不連續(xù)主柵和細柵形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(如圖4)、不連續(xù)細柵結(jié)構(gòu)(如圖5)或主柵和不連續(xù)細柵形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(如圖4)。
[0040]下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明的制備方法進行詳細說明:
[0041 ] 實施例1:
[0042](I)N型晶體硅片經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕、正面制作鈍化膜及減反射膜等工序處理，隨后按如下步驟制作背面電極。
[0043](2)在背面采用LPCVD的方法制作厚度為2nm的隧穿氧化硅層。
[0044](3)在隧穿氧化硅層上采用LPCVD的方法制作厚度為30nm的N型摻雜微晶硅層。
[0045](4)在N型摻雜微晶硅層上采用濺射的方法制作厚度為10nm的ITO透明導(dǎo)電膜。
[0046](5)在透明導(dǎo)電膜上采用噴墨的方法制作銀電極，隨后進行熱處理。銀電極由一組等間距平行的細柵線與一組等間距平行的主柵線構(gòu)成，細柵線與主柵線垂直相交。細柵線為40根，截面寬度為30um。主柵為4根，截面寬度為1mm。
[0047](6)制作正面電極。
[0048]實施例2:
[0049](I)N型晶體硅片經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕、正面制作鈍化膜及減反射膜等工序處理，隨后按如下步驟制作背面電極。
[0050](2)在背面采用PECVD的方法制作厚度為Inm的隧穿氧化硅薄膜。
[0051 ] (3)在隧穿氧化硅薄膜上采用PECVD的方法制作厚度為50nm的N型摻雜非晶硅層。
[0052](4)在保護性氣氛下進行200?500°C退火，使摻雜非晶硅轉(zhuǎn)化為微晶硅；
[0053](5)在N型摻雜微晶硅層上采用濺射的方法制作厚度為150nm的AZO透明導(dǎo)電膜。
[0054](6)在透明導(dǎo)電膜上采用絲網(wǎng)印刷的方法制作銀電極，隨后進行熱處理。銀電極由相互平行的10組等間距平行的柵線構(gòu)成，每組柵線為20根，截面寬度為20um，相鄰兩組平行柵線之間的間距為0.5mm。
[0055](7)制作正面電極。
[0056]實施例3:
[0057](I)N型晶體硅片經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕等工序處理，隨后按如下步驟制作背面電極。
[0058](2)在正面與背面采用光誘導(dǎo)臭氧氧化的方法制作厚度為2nm的氧化硅薄膜。
[0059](3)在背面的氧化硅薄膜上采用ALD的方法制作厚度為10nm的N型摻雜微晶硅層。
[0060](4)在N型摻雜微晶硅層上采用濺射的方法制作厚度為10nm的GZO透明導(dǎo)電膜。
[0061](5)在透明導(dǎo)電膜上采用絲網(wǎng)印刷的方法制作銀電極，隨后進行熱處理。銀電極圖案由I組等間距平行的柵線構(gòu)成，柵線數(shù)量為20根，柵線寬度為40um。
[0062](6)制作正面電極。
[0063]實施例4:
[0064](I)N型晶體硅片經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕、正面制作鈍化膜及減反射膜等工序處理，隨后按如下步驟制作背面電極。
[0065](2)在背面采用濕化學(xué)的方法制作厚度為2nm的隧穿氧化硅薄膜。
[0066](3)在隧穿氧化硅薄膜上采用氣相外延的方法制作厚度為200nm的N型摻雜多晶硅層。
[0067](4)在N型摻雜多晶硅層上采用化學(xué)氣相沉積的方法制作厚度為80nm的石墨烯透明導(dǎo)電膜。
[0068](5)在透明導(dǎo)電膜上采用3D打印的方法制作銀電極，隨后進行熱處理。銀電極由一組等間距平行的細柵線與一組等間距平行的主柵線構(gòu)成，細柵線與主柵線垂直相交。細柵線為20根，截面寬度為40um;主柵為5根，截面寬度為1mm。
[0069](6)制作正面電極。
[0070]以上所述僅為本發(fā)明的幾種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括設(shè)置在晶體硅片上用于對電池背面提供鈍化作用的隧穿層(6)，隧穿層(6)上設(shè)置有用于電荷垂直傳導(dǎo)的N型摻雜晶硅層(7)，N型摻雜晶硅層(7)上設(shè)置有用于電荷的橫向傳導(dǎo)的透明導(dǎo)電膜(8)，透明導(dǎo)電膜(8)上設(shè)置用于電荷匯集及電池片之間連接作用的背面金屬電極(9)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池背面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的透明導(dǎo)電膜(8)由ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一種或多種疊層構(gòu)成，透明導(dǎo)電膜的厚度為50?500nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的背面金屬電極(9)陣列圖案排布在透明導(dǎo)電膜(8)上，其圖案為一維、二維幾何圖形或一維與二維幾何圖形的組合;一維幾何圖形選自:線段、虛線段或弧線；二維幾何圖形選自:圓形、橢圓形、紡錘形、環(huán)形、多邊形、多角形或扇形。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，一維幾何圖案的線寬為20?2000um，線長為2?156mm，相鄰線段之間的距離為0.5?50mm; 二維幾何圖案的尺寸為20?2000um，相鄰兩個圖形中心距為0.5?10mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，背面金屬電極(9)由一組或多組等間距平行的銀、鋁、鎳、銅、金屬合金、復(fù)合金屬的柵線構(gòu)成;柵線的線寬為20?2000um、線長為2?156mm，同組相鄰柵線之間的距離為0.5?50mm，每組柵線的數(shù)量為5?100根。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的隧穿層(6)為氧化硅、二氧化鉿、氮化硅、氮氧化硅、非晶硅的一種或多種薄膜的疊層，隧穿層(6)的厚度為I?1nm07.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的N型摻雜晶硅層(7)為單晶、多晶或微晶硅層，厚度為10?lOOOnm。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的一種背面鈍化接觸電池電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在晶體硅片背面制作隧穿層(6)，制作的方法采用LPCVD、PECVD、ALD、熱氧化、臭氧氧化、濕化學(xué)、電化學(xué)或陽極氧化； 2)在隧穿層(6)上制作N型摻雜晶硅層(7)，制作的方法為:①采用LPCVD或氣相外延的方法直接形成N型摻雜晶硅層；或②采用PECVD的方法先形成N型摻雜非晶硅層，隨后在200?500°C下進行熱處理，使非晶硅層轉(zhuǎn)化為多晶或微晶硅層； 3)在N型摻雜晶硅層(7)上制作透明導(dǎo)電膜(8); 4)在透明導(dǎo)電膜(8)上制作背面金屬電極(9)，完成電池背面電極結(jié)構(gòu)的制作。
【文檔編號】H01L31/18GK105870215SQ201610279680
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】李華, 趙科雄
【申請人】樂葉光伏科技有限公司