用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池
阅读：609发布：2021-04-13
专利汇可以提供用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及一种用于制造 太阳能 电池 的方法以及由此方法制造的 太阳能电池 。该方法包括使用 掺杂剂 对 硅 衬底进行扩散以形成经掺杂的硅衬底；以及使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底，以在硅衬底的第一表面上形成多个图案结构，其中多个图案结构中的相邻图案结构之间的间距位于1微米至100微米之间。通过使用根据本公开的 实施例 ，可以减少硅衬底中的损伤区和 缺陷 区并且提高光电转换效率。，下面是用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池专利的具体信息内容。
1.一种用于制造太阳能电池的方法，包括：
使用掺杂剂对硅衬底进行扩散以形成经掺杂的硅衬底；以及
使用脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底，以在所述硅衬底的第一表面上形成多个图案结构，其中所述多个图案结构中的相邻图案结构之间的间距位于1微米-100微米之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个图案结构中的所述相邻图案结构之间的间距位于8微米-12微米之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底包括：
使用具有边长位于20微米-90微米之间的正方形光斑或具有直径位于20微米-90微米之间的圆形光斑的所述脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底。
4.根据权利要求3所述的方法，其中使用所述脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底包括：
使用具有位于150千赫兹-200千赫兹或600千赫兹至900千赫兹之间的频率的所述脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底包括：
使用所述脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底的所述第一表面上的重掺杂剂，以在所述经掺杂的硅衬底中形成与所述多个图案结构对应的重掺杂区域。
6.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底包括：
使用所述脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底的第二表面上的钝化层，以在所述钝化层中形成与所述多个图案结构对应的多个开口区域。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
在所述多个开口区域中形成接触电极。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，进一步包括：
使用脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底，以在所述硅衬底的与所述第一表面不同的第二表面上形成附加的多个图案结构。
9.一种太阳能电池，根据权利要求1至8中任一项所述的方法制造而成。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其中所述太阳能电池的表面具有由所述脉冲激光的光斑照射形成的多个图案结构，其中所述多个图案结构中的相邻结构之间的间距位于
8微米至12微米之间。
用于制造太阳能电池的方法和太阳能电池
技术领域
[0001] 本公开涉及电池领域，更具体而言，涉及太阳能电池的制造方法以及使用该方法获得的太阳能电池。
背景技术
[0002] 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池的应用已从军事领域和航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。
[0003] 诸如钝化发射极和背面电池(PERC)之类的太阳能电池被广泛应用。PERC电池采用双面钝化和背面局部接触，从而大幅降低表面复合，有利于提高晶硅电池的长波响应，从而提升电池转化效率。与常规太阳能电池技术相比，PERC电池仅需增加背钝化膜沉积和背介质膜开孔步骤，因此受到常规太阳能电池制造商的普遍青睐，并且得以快速推广。
[0005] 根据本公开的实施例，提供了用于制造太阳能电池的方法和根据该方法制造的太阳能电池。
[0006] 在本公开的第一方面，提供一种用于制造太阳能电池的方法以及由此方法制造的太阳能电池。该方法包括使用掺杂剂对硅衬底进行扩散以形成经掺杂的硅衬底；以及使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底，以在硅衬底的第一表面上形成多个图案结构，其中多个图案结构中的相邻图案结构之间的间距位于1微米至100微米之间。
[0007] 在本公开的第二方面，提供一种太阳能电池，该太阳能电池使用根据第一方面的方法制造而成。
[0010] 结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
[0011] 图1示出了常规的太阳能电池制造的总体流程的示意图；
[0012] 图2示出了根据本公开的一个实施例的太阳能电池的方法流程图；
[0013] 图3示出了根据本公开的一个实施例的太阳能电池的表面光斑形成的结构的示意图；以及
[0014] 图4示出了根据本公开的另一个实施例的太阳能电池的表面光斑形成的结构的示意图。
具体实施方式
[0015] 下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
[0016] 在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0017] 如上所述，在诸如PERC电池之类的太阳能电池制造过程中，存在诸如表面损伤较高之类的问题。因此，太阳能电池存在进一步改进的空间。
[0018] 根据本公开的实施例，通过选择脉冲激光在太阳能电池制造的某些工艺步骤中在太阳能电池的表面产生具有特定间接的光斑结构，可以有效地减小对于太阳能电池的表面损伤。因此，可以相应地提高太阳能电池的产率和质量。
[0019] 图1示出了常规的太阳能电池制造的总体流程100的示意图。在一个示例中，提供硅衬底12。例如，硅衬底12可以是P型单晶硅衬底。可以理解，也可以使用其他类型的半导体衬底，诸如多晶硅半导体衬底。
[0020] 在此之后，在硅衬底12的第一表面上制绒，以形成制绒结构14。随后，可以对硅衬底12进行扩散以形成经扩散的硅衬底16，例如形成PN结。随后，对经扩散的硅衬底16进行表面发射(SE)激光照射，以在经扩散的硅衬底16的正表面上进行重掺杂操作，以形成重掺杂区域18(或称“高低结”)。例如，可以使用激光照射在硅衬底的正表面上的含磷重掺杂剂，例如磷硅玻璃(PSG)，以使其熔化，从而便于将磷原子掺杂进入硅衬底。
[0021] 在形成重掺杂区域之后，使用湿法蚀刻来去除剩余的含磷重掺杂剂，以形成经去除多余含磷重掺杂剂的硅衬底20。例如，可以使用氢氟酸和/或硝酸的溶液来去除剩余的含磷重掺杂剂。随后，可以使用退火工艺，以激活硅衬底中的死层中的磷原子并且修复晶格中的悬挂键。
[0022] 在此之后，可以在硅衬底的背面形成背面钝化膜。例如可以形成AlOx/SiNx钝化膜24，其中x可以表示诸如1或2之类的数字。在此之后，可以在硅衬底的正面上的制绒结构上形成钝化膜26。例如，可以通过氢钝化来形成钝化膜以减少复合并且降低反射率。
[0023] 在形成钝化膜之后，可以在硅衬底的背面使用激光对背面的钝化膜进行开膜，以此形成多个开口28。在此之后，通过使用诸如银背电极、铝背场及正电极印刷之类的丝网印刷工艺在硅衬底的正面形成接触电极32并且在硅衬底的背面形成接触电极30。
[0024] 可以理解，虽然在上面以示例的方式描述了太阳能电池的整体制造流程100，但是制造流程100不限于此。在制造流程100中还可以添加、去除或以其它顺序组合工艺流程。例如，在蚀刻、沉积、掺杂之类的工艺步骤之后可以具有清洗、干燥等工艺步骤。
[0025] 然而，在上面的制造流程100中，本发明人发现一些问题并且制造流程100存在进一步的改进空间。例如，在使用激光照射来进行重掺杂或是使用激光对背面钝化膜进行开膜时，在激光行进的过程中，可能在被照射的硅衬底的光斑区域上存在热量累积，在硅衬底中造成较大的损伤区和缺陷区，进而产生较大的载流子复合并且影响光电转换效率。
[0026] 本发明人进一步研究发现，当单个脉冲光子加热电子的时间远小于热扩散的时间时，激光加工的剩余热便会产生一个热场。如果该热场在下一个光斑作用到硅片之前没有下降至环境温度，则会导致热量累积。随着激光照射时间的延长，激光脉冲数量的增加，激光聚焦区域的温度会逐渐升高，直至达到动态平衡，这样就会在硅衬底中造成较大的损伤区和缺陷区，进而产生较大的载流子复合并且影响光电转换效率。
[0027] 在常规的技术方案中，脉冲激光的序列按照激光扫射的方向行进时，各个光斑之间会有小部分交叠区域或是极为靠近，例如小于1微米。当相继的两个光斑照射到交叠区域时，由于前一光斑产生的部分热量会被累积在该交叠区域，而下一光斑照射到该交叠区域又会进一步增加热量。该累积的热量就导致损伤区和缺陷区，进而产生较大的载流子复合并且影响光电转换效率。因此，需要对此进行改进。
[0028] 图2示出了根据本公开的一个实施例的太阳能电池的方法流程图。在202中，使用掺杂剂对硅衬底进行扩散以形成经掺杂的硅衬底。例如，可以使用N型掺杂剂对P型单晶硅进行掺杂，以形成PN结。
[0029] 在204中，使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底，以在所述硅衬底的第一表面上形成多个图案结构，其中所述多个图案结构中的相邻图案结构之间的间距位于1微米至100微米之间。当脉冲激光照射所形成的多个图案结构之间的间距大于1微米时，由于前一光斑产生的热量在下一光斑到来之前已在别处散去，或是较少地传递至下一光斑照射到的区域，因此相继的两次光斑的热量较少地导致损伤区和缺陷区，进而减小载流子复合并且提升光电转换效率。
[0030] 在另一示例中，多个图案结构中的相邻图案结构之间的间距位于8微米至12微米之间。相比于1微米的间隔距离，8微米至12微米之间的距离更为可靠地确保较少地导致损伤区和缺陷区，进而进一步减小载流子复合并且提升光电转换效率。另一方面，也兼顾了激光照射进行重掺杂或是激光开膜的效果和效率。
[0031] 在使用激光照射正面重掺杂剂的情形下，可以使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底的第一表面上的重掺杂剂，以在经掺杂的硅衬底中形成与多个图案结构对应的重掺杂区域。由于光斑照射区域的热量显著高于未被照射区域的热量，因此光斑照射区域掺杂效果不同于未被照射区域，并且在硅衬底中形成与光斑照射区域对应的图案结构。
[0032] 进一步地，在使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底的背面钝化层的情形下，可以使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底的第二表面上的钝化层，以在钝化层中形成与所述多个图案结构对应的多个开口区域。可以理解，开口区域随后被用于形成接触电极。因此，接触电极与硅衬底表面接触的图案结构也与光斑照射区域对应。
[0033] 虽然在上面的示例中，针对使用激光照射形成正面重掺杂区域和背面钝化膜开口区域分别进行了描述，但是可以理解这两者可以在一个示例中，在单个硅衬底上的正表面和背表面都施行。
[0034] 在上面的示例中，可以使用具有边长位于20微米至90微米之间的正方形光斑或具有直径位于20微米至90微米之间的圆形光斑的所述脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底。例如，对于正面照射重掺杂剂的情形，可以使用光斑尺寸在60微米至90微米之间的激光。对于背面开膜的情形，可以使用光斑尺寸在20微米至40微米之间的激光。
[0035] 在上面的示例中，可以使用具有位于150千赫兹至200千赫兹或600千赫兹至900千赫兹之间的频率的所述脉冲激光照射所述经掺杂的硅衬底。例如，对于正面照射重掺杂剂的情形，可以使用频率在150千赫兹至200千赫兹之间的激光。对于背面开膜的情形，可以使用频率在600千赫兹至900千赫兹之间的激光。
[0036] 在使用激光照射时，激光的行进速度可以被选择为15000毫米/秒至40000毫米/秒。例如，对于正面照射重掺杂剂的情形，可以使用速度在15000毫米/秒26000毫米/秒之间的激光。对于背面开膜的情形，可以使用速度在30000毫米/秒40000毫米/秒之间的激光。
[0037] 虽然在上面示意性地示出了光斑的尺寸和激光的速度和频率，但是本公开的实施例不限于此。例如，其它速度和频率以及其它尺寸光斑的激光照射也可以适用，只要各个光斑结构之间的距离位于1微米-100微米之间。
[0038] 图3示出了根据本公开的一个实施例的太阳能电池的表面光斑形成的结构的示意图。图3示意性示出了两个相邻的光斑结构。第一光斑结构62为正方形，其边长位于60微米-90微米之间。第二光斑结构64为正方形，其边长位于60微米-90微米之间。第一光斑结构62和第二光斑结构64之间的间距D1位于1微米至100微米之间。进一步地，间距D1位于8微米至
12微米之间。
12微米之间。
[0039] 图4示出了根据本公开的另一个实施例的太阳能电池的表面光斑形成的结构的示意图。图4示意性示出了两个相邻的光斑结构。第一光斑结构82为圆形，其直径位于60微米至90微米之间。第二光斑结构84为圆形，其直径位于60微米-90微米之间。第一光斑结构82和第二光斑结构84之间的间距D2位于1微米至100微米之间。进一步地，间距D2位于8微米至12微米之间。
[0040] 虽然在上面以正方形和圆形进行示意性描述，但是本公开的实施例不限于此。例如，矩形和其它多边形光斑的激光照射也可以适用，只要各个光斑结构之间的距离位于1微米至100微米之间。
[0042] 条目1:一种用于制造太阳能电池的方法，包括：使用掺杂剂对硅衬底进行扩散以形成经掺杂的硅衬底；以及使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底，以在硅衬底的第一表面上形成多个图案结构，其中多个图案结构中的相邻图案结构之间的间距位于1微米-100微米之间。
[0043] 条目2：根据条目1的方法，其中多个图案结构中的相邻图案结构之间的间距位于8微米至12微米之间。
[0044] 条目3：根据条目1或2所述的方法，其中使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底包括：使用具有边长位于20微米-90微米之间的正方形光斑或具有直径位于20微米-90微米之间的圆形光斑的脉冲激光照射经掺杂的硅衬底。
[0045] 条目4：根据条目1-3中任一项的方法，其中使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底包括：使用具有位于150千赫兹至200千赫兹或600千赫兹至900千赫兹之间的频率的脉冲激光照射经掺杂的硅衬底。
[0046] 条目5：根据条目1-4中任一项的方法，其中使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底包括：使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底的第一表面上的重掺杂剂，以在经掺杂的硅衬底中形成与多个图案结构对应的重掺杂区域。
[0047] 条目6：根据条目1-5中任一项的方法，其中使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底包括：使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底的第二表面上的钝化层，以在钝化层中形成与多个图案结构对应的多个开口区域。
[0048] 条目7：根据条目1-6中任一项的方法，进一步包括：在多个开口区域中形成接触电极。
[0049] 条目8.根据条目1-7中任一项的方法，进一步包括：使用脉冲激光照射经掺杂的硅衬底，以在硅衬底的与第一表面不同的第二表面上形成附加的多个图案结构。
[0050] 条目9.提供一种太阳能电池，根据条目1至8中任一项的方法制造而成。
[0051] 条目10.根据条目9的太阳能电池，其中太阳能电池的表面具有由脉冲激光的光斑照射形成的多个图案结构，其中多个图案结构中的相邻结构之间的间距位于8微米-12微米之间。
[0052] 尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
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