一种背接触太阳能电池及其制造方法
阅读：1014发布：2020-11-25
专利汇可以提供一种背接触太阳能电池及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种背 接触 太阳能 电池 的制作方法，包括：提供一 半导体 衬底；在所述半导体衬底背面形成绝缘层；在所述绝缘层表面上印刷第一 电极 材料和第二电极材料；对该衬底进行 烧结 ，使第一电极材料和第二电极材料穿透所述绝缘层，并与衬底背面 欧姆接触 ，形成第一电极和第二电极，其中，所述第一电极和第二电极在所述绝缘层上相间分布，且第一电极和第二电极的掺杂类型不同。本 发明 提供的 太阳能电池 的制作方法预先在半导体衬底的背表面形成绝缘层并印刷电极材料，只通过一次烧结，就能通过绝缘层在半导体衬底背面形成相互绝缘的第一电极和第二电极，故，这种实现背接触太阳能电池不同掺杂区域和电极接触的办法成本低廉，实现工艺简单，适合大规模生产。，下面是一种背接触太阳能电池及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种背接触太阳能电池，其特征在于，包括：
半导体衬底；
位于所述半导体衬底背面的绝缘层；
位于所述绝缘层表面上且穿透该绝缘层，并与半导体衬底背面欧姆接触的第一电极和第二电极，其中，第一电极和第二电极在所述绝缘层上相间分布，且第一电极和第二电极的掺杂类型不同；
所述第一电极和第二电极通过对印刷在半导体衬底背面的第一电极材料和第二电极材料进行烧结形成，其中，所述第一电极材料和第二电极材料包含穿透性物质；其中，通过一次烧结实现所述第一电极和第二电极的电绝缘的同时，也形成了所述第一电极和第二电极与半导体衬底的欧姆接触；
与第一电极电连接的第一集成块组，以及与第二电极电连接的第二集成块组。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括，位于所述半导体衬底正表面内的前表面场，且所述前表面场的掺杂类型与所述半导体衬底的掺杂类型相同。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，还包括，位于所述前表面场表面上的减反射膜。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一集成块组位于该太阳能电池背面的一个侧边，所述第二集成块组位于该太阳能电池背面的另一个侧边。
5.一种背接触太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括：
提供一半导体衬底；
在所述半导体衬底背面形成绝缘层；
在所述绝缘层表面上印刷第一电极材料和第二电极材料；所述第一电极材料和第二电极材料包含穿透性物质；
对该衬底进行烧结，使第一电极材料和第二电极材料穿透所述绝缘层，并与衬底背面欧姆接触，形成第一电极和第二电极，其中，所述第一电极和第二电极在所述绝缘层上相间分布，且第一电极和第二电极的掺杂类型不同；与第一电极电连接的第一集成块组，以及与第二电极电连接的第二集成块组；
其中，通过一次烧结实现所述第一电极和第二电极的电绝缘的同时，也形成了所述第一电极和第二电极与半导体衬底的欧姆接触。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，在所述半导体衬底背面形成绝缘层之后，在所述绝缘层表面上印刷第一电极材料和第二电极材料之前，还包括：在所述绝缘层表面形成凹槽，所述凹槽穿透绝缘层，且所述凹槽的位置与所述第一电极和/或所述第二电极的印刷位置重合。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括采用扩散工艺，在所述半导体衬底正面形成前表面场。
8.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，还包括在前表面场的表面上形成减反射膜。
一种背接触太阳能电池及其制造方法
技术领域
背景技术
[0002] 已经商业化的常规硅太阳能电池，发射极和发射极电极均位于电池正面。由于太阳能级硅材料少子扩散长度较小，发射区位于电池正面有利于提高载流子的收集效率。但此种结构有其局限性：尽管栅线电极所占面积已经很小（约为8%），可依然阻挡了部分阳光，使电池有效受光面积降低；而且，组件封装时，需要用涂锡带从一块电池的正面焊接到另一块电池的背面，这种连接方式使自动化生产的难度加大。为此，研究人员把正面电极转移到电池背面，开发出许多结构不同的背接触太阳能电池。
[0003] 背接触太阳能电池是指电池的发射极电极和基区电极均位于电池背面的一种太阳能电池。背接触太阳能电池有很多优点：①电池转化效率高。由于降低或完全消除了正面栅线电极的遮光损失，从而提高了电池效率；②易组装。采用全新的组件封装模式进行共面连接，既减小了电池片间的间隔，提高了封装密度，又简化了制作工艺，降低了封装难度；③更美观。电池的正面均一、美观，满足了消费者的审美要求。背接触太阳能电池可分为两类：①背结电池。PN结位于电池背表面，发射区电极和基区电极也相应地位于电池背面，如IBC电池。②前结电池。PN结依然位于电池正表面，只是通过在电池片上打孔等方式，把在正表面收集的载流子传递到背面的接触电极上，如EWT电池。
[0004] 随着背接触太阳能电池的发展，出现一种铝合金结自对准背接触太阳能电池，如图1所示，此种太阳能电池选用N型衬底材料101，在衬底材料101的前后表面均覆盖一层N型重掺杂表面场，如图1中的前表面场102和后表面场103，然后在背表面通过丝网印刷工艺以铝浆状态淀积P型重掺杂铝条105，淀积的P型重掺杂铝条中和掉部分N型重掺杂表面场，与硅衬底101背面接触，然后再通过烧结工艺同硅衬底形成正欧姆接触电极，之后在整个背表面形成氧化层104覆盖铝条和裸露部分的硅衬底101，为了使负接触金属层106能在氧化层上淀积，在铝条间隙的覆盖着氧化层的N型硅衬底必须暴露出来，因此用氢氟酸选择性地刻蚀掉硅衬底背表面硅层上的氧化层，之后再采用自对准工艺形成负欧姆接触电极106，最后形成两层结构的正、负欧姆接触电极，且其中负欧姆接触电极覆盖了整个电池的背面，此种背接触太阳能电池除具有典型背接触太阳能电池的各种优点外，其背表面相对平坦，具有局部反射器的作用，从而增加了光线的折射，提高了太阳能电池的效率。
[0005] 在实际生产过程中，发明人发现，此种铝合金结自对准背接触太阳能电池特殊的结构在提高太阳能电池效率的同时，存在实现过程困难的缺点，具体为：该太阳能电池的制作方法需要先在整个硅衬底背面形成N型重掺杂表面场，然后在形成P型重掺杂的正欧姆接触电极时，需要先利用铝掺杂形成的P型重掺杂浆料中和掉部分的N型重掺杂表面场，很难实现工艺控制。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本发明提供一种背接触太阳能电池及其制作方法，在形成欧姆接触电极的过程中省略了P型重掺杂欧姆接触电极与N型重掺杂表面场中和的步骤，使太阳能电池的制作工艺易于控制。
[0007] 本发明公开了一种背接触太阳能电池及其制作方法
[0008] 一种背接触太阳能电池，包括：
[0010] 位于所述半导体衬底背面的绝缘层；
[0011] 位于所述绝缘层表面上且穿透该绝缘层，并与半导体衬底背面欧姆接触的第一电极和第二电极，其中，第一电极和第二电极在所述绝缘层上相间分布，且第一电极和第二电极的掺杂类型不同。
[0012] 优选的，该太阳能电池还包括，位于所述半导体衬底正表面内的前表面场，且所述前表面场的掺杂类型与所述半导体衬底的掺杂类型相同。
[0013] 优选的，该太阳能电池还包括，位于所述前表面场表面上的减反射膜。
[0014] 优选的，该太阳能电池还包括，与第一电极电连接的第一集成块组，以及与第二电极电连接的第二集成块组。
[0015] 优选的，所述第一集成块组位于该太阳能电池背面的一个侧边，所述第二集成块组位于该太阳能电池背面的另一个侧边。
[0016] 一种背接触太阳能电池的制作方法，包括：
[0017] 提供一半导体衬底；
[0018] 在所述半导体衬底背面形成绝缘层；
[0019] 在所述绝缘层表面上印刷第一电极材料和第二电极材料；
[0020] 对该衬底进行烧结，使第一电极材料和第二电极材料穿透所述绝缘层，并与衬底背面欧姆接触，形成第一电极和第二电极，其中，所述第一电极和第二电极在所述绝缘层上相间分布，且第一电极和第二电极的掺杂类型不同。
[0021] 优选的，在所述半导体衬底背面形成绝缘层之后，在所述绝缘层表面上印刷第一电极材料和第二电极材料之前，还包括：在所述绝缘层表面形成凹槽，所述凹槽穿透绝缘层，且所述凹槽的位置与所述第一电极和/或所述第二电极的印刷位置重合。
[0022] 优选的，该太阳能电池的制作方法还包括，采用扩散工艺在所述半导体衬底正面形成前表面场。
[0023] 优选的，该太阳能电池的制作方法还包括，在前表面场的表面上形成减反射膜。
[0024] 与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
[0025] 本发明实施例提供的一种背接触太阳能电池及其制作方法，此种太阳能电池背表面的欧姆接触电极的形成过程不再需要P型重掺杂与N型重掺杂之间的中和步骤。具体过程是：首先在半导体衬底的背表面形成绝缘层；然后在绝缘层表面印刷第一电极材料和第二电极材料，两种电极材料与绝缘层之间是钝化的；最后再通过一次烧结，使第一电极材料和第二电极材料穿透绝缘层，并进入半导体衬底背表面内，形成第一电极和第二电极。由此可见，此种形成太阳能电池的方法不再需要进行电极材料与半导体衬底之间的不同掺杂区中和的工艺控制，使太阳能电池的制作过程更适合大规模生产。附图说明
[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027] 图1为现有技术中的一种铝合金结自对准背接触太阳能电池的剖面图；
[0028] 图2为本发明实施例提供的一种太阳能电池的剖面图；
[0029] 图3为本发明实施例提供的一种太阳能电池的背电极图形；
[0030] 图4-图9为本发明另一实施例提供的一种太阳能电池制作方法的剖面图。
具体实施方式
[0031] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0032] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0033] 其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0034] 正如背景技术部分所述，在现有技术中的背接触太阳能电池的制作过程，在太阳能电池背表面形成欧姆接触电极时，需要控制P型重掺杂与N型重掺杂之间相互中和的工艺，此种工艺的实现较难控制。
[0035] 发明人研究发现，形成上述问题的原因是，现有技术中的背接触太阳能电池，在背表面形成正欧姆接触电极（P型重掺杂区）时，此种P型重掺杂浆料需要先中和掉部分背表面的N型重掺杂表面场，然后才能进入半导体衬底背表面内，形成欧姆接触电极，而对于P型重掺杂和N型重掺杂的中和，需要一定的工艺控制，以达到理想的中和效果，此种工艺控制对于现有太阳能电池的制作来说，存在一定的工艺难度。
[0036] 发明人还发现，现有技术的背接触太阳能电池在背表面形成负欧姆接触电极（N型重掺杂区）时，工艺过程也十分复杂。具体为：首先形成相互间隔开的正欧姆接触电极，然后为了保证正、负欧姆接触电极之间的相互绝缘，在正欧姆接触电极表面及硅衬底的裸露部分表面形成氧化层，之后为了保证该氧化层不会对负欧姆接触电极与硅衬底的电接触产生影响，需要将硅衬底表面的氧化层刻蚀除去，最后再形成直接与硅衬底接触的负欧姆接触电极，可见，现有背接触太阳能电池在形成负欧姆接触电极时，需要额外的刻蚀工艺去除正欧姆接触电极间隙的氧化层，以便后续负欧姆接触电极与硅衬底建立电连接，实现过程工艺繁琐复杂，不适应大规模生产的要求。
[0037] 有鉴于此，本发明公开了一种新的背接触太阳能电池及其制作方法，以解决上述问题，具体描述参见以下实施例。
[0038] 实施例一
[0039] 本实施例提供了一种背接触太阳能电池，其结构如图2所示，图2为该背接触太阳能电池的剖面图，下面结合图2对该背接触太阳能电池的结构进行详细说明。
[0040] 该背接触太阳能电池包括：
[0041] 半导体衬底201；
[0042] 需要说明的是，本实施例中的半导体衬底的材料可以为单晶，也可以为多晶，且此半导体衬底的掺杂类型可以为N型掺杂，也可以为P型掺杂。虽然在此描述了可以形成半导体衬底材料的几个示例，但是可以作为半导体衬底的任何材料均落入本发明的精神和范围。
[0043] 位于所述半导体衬底201背表面的绝缘层204；
[0044] 所述绝缘层204可以为氧化硅层，也可以为氮化硅层、氮氧化硅层或者氮化硅层和氧化硅层组成的叠层。虽然在此描述了绝缘层的几个示例，但是由任何可以作为绝缘层材料构成的任何结构的绝缘层均落入本发明的精神和范围。
[0045] 与半导体衬底背面欧姆接触的第一电极207和第二电极208，且第一电极207和第二电极208在所述绝缘层上相间分布；
[0046] 所述第一电极207和第二电极208是通过对印刷在半导体衬底背面的第一电极材料205和第二电极材料206进行烧结形成的。所述第一电极材料205和第二电极材料206的掺杂类型不同，分别为P型重掺杂和N型重掺杂。本实施例中第一电极材料205为铝浆或含有铝浆的混合物，下面分别对二者进行说明。
[0047] 第一电极材料205为铝浆时，铝作为三价元素，通过烧结，可以在半导体衬底201内实现P型重掺杂，且本实施例中的铝浆中含有穿透性物质，所述穿透性物质能在高温处理时，穿透半导体衬底背面的绝缘层204，从而使铝浆与半导体衬底电接触形成第一电极207。
[0048] 第一电极材料205为含有铝浆的混合物时，该混合物为铝硅混合物或者铝硼混合物，且混合物中同样包含穿透性物质。对于铝硅混合物来说，因为铝作为三价元素，通过烧结，可以在半导体衬底201内实现P型重掺杂，且铝硅混合物中的穿透性物质能在高温处理时，穿透半导体衬底背面的绝缘层204，从而使铝硅混合物与半导体衬底电接触形成第一电极207；对于铝硅混合物来说，因为铝和硼均为三价元素，通过烧结，同样可以在半导体衬底201内实现P型重掺杂，且铝硼混合物中的穿透性物质能在高温处理时，穿透半导体衬底背面的绝缘层204，从而使铝硼混合物与半导体衬底电接触形成第一电极207。
[0049] 需要说明的是，本发明并不限定实现P型重掺杂的材料，即除了以上说明的铝浆和铝浆的混合物之外，其他能在半导体衬底中形成P型重掺杂的金属和含金属混合物均落入本发明的保护范围。
[0050] 本实施例中的第二电极材料206为包含掺杂剂和穿透性物质的银浆，该银浆中的掺杂剂为N型掺杂剂，其掺杂元素为磷或其它五价元素，其掺杂剂量足够后续在半导体衬底中形成N型重掺杂。该银浆中的穿透性物质能在高温处理时，穿透半导体衬底背面的绝缘层204，与半导体衬底电接触形成第二电极208。本发明也不限定实现N型重掺杂的材料，除包含掺杂剂和穿透性物质的银浆之外，其他能在半导体衬底中形成N型重掺杂的金属和含金属混合物均落入本发明的保护范围。
[0051] 该背接触太阳能电池还包括：
[0052] 位于所述半导体衬底正表面内的前表面场202；所述前表面场和半导体衬底201的掺杂类型相同，与半导体衬底形成高低结，其主要作用是通过在高低结界面上形成静电场，阻止少数载流子向太阳能电池表面迁移，从而达到减小表面复合速率的目的。
[0053] 位于所述前表面场202表面上的减反射膜203；减反射膜的材料一般为氮化硅，用于减少太阳光在太阳能电池表面的反射，提高太阳能电池对太阳光的吸收率。
[0054] 该背接触太阳能电池还可以包括：与第一电极电连接的第一集成块组301，以及与第二电极电连接的第二集成块组302，其背面图形如图3所示，所述第一集成块组将所述相互间隔的第一电极207电连接，而所述第二集成块组将所述相互间隔的第二电极208电连接，且第一集成块组301和第二集成块组302作为太阳能电池的输出电极，分居太阳能电池背面的两侧。所述第一集成块组301位于该太阳能电池背面的一个侧边，所述第二集成块组302位于该太阳能电池背面的另一个侧边。
[0055] 需要说明的是，所述第一集成块组和第二集成块组分别包括若干个集成块，所述第一集成块组的集成块将相邻的若干个第一电极电连接，所述第二集成块组的集成块将相邻的若干个第二电极电连接。第一集成块组和第二集成块组中包括的集成块的数量取决于制作工艺的要求等，本发明对第一集成块组和第二集成块组中的集成块的数量及各集成块所连接的电极数量均未做限制。
[0056] 实施例二
[0057] 对应本发明提供的背接触太阳能电池，本实施例公开了此种背接触太阳能电池的制造方法，如图4-图9所示，本实施例中以半导体衬底大小为156mm*156mm，电阻率为1.5Ω·cm，厚度为180μm的N型单晶硅片为例进行，对本发明提供的背接触太阳能电池的制作方法进行描述。
[0059] 此种背接触太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
[0060] 如图4所示，提供一半导体衬底401；
[0061] 对所述半导体衬底正面和背面同时进行织构化。在本发明实施例中，织构化采用湿式化学蚀刻法，织构化溶液优选为重量百分含量为0.5%~5%的氢氧化钠去离子水溶液，温度优选为75C~90°C，织构化后在半导体的正面存在金字塔结构，作为减反射结构，所述减反射结构在图4中未示出。
[0062] 需要说明的是，对半导体衬底进行织构化的方法并不仅限于湿式化学蚀刻法，其他可用于实现织构化的方法，如反应性离子蚀刻法、激光照射法、机械刻蚀法等均可用于本发明实现半导体衬底表面的织构化。
[0063] 在半导体衬底401正面形成前表面场402；
[0064] 具体的，本实施例在半导体衬底401正面形成前表面场402分为两个过程：首先，如图5所示，在半导体衬底401表面进行磷扩散。用三氯氧磷液态源进行管式扩散，扩散方式采用双面扩散，以达到更好的吸杂效果，扩散后的方块电阻在40Ω/square~80Ω/square，结深在0.2μm~0.5μm。然后，如图6所示，对半导体衬底401背面进行酸溶液抛光及清洗；抛光采用的酸溶液为硝酸、氢氟酸和去离子水的混合溶液，且硝酸、氢氟酸和去离子水的体积比优选为（4~5）:（1~2）:1；在酸溶液中抛光的温度范围优选为10℃~20℃。
[0065] 需要说明的是，在半导体衬底表面形成前表面场的方式并不仅限于双面扩散，其他能实现在半导体衬底表面形成前表面场的方式，如离子注入方式等均落入本发明的保护范围。
[0066] 如图7所示，在所述半导体衬底401正面形成减反射层403，在所述半导体衬底背面形成绝缘层404；
[0067] 采用PECVD工艺在半导体衬底正面形成减反射层403，所述减反射层403为氮化硅层，该氮化硅层的厚度优选为82nm，折射率优选为2。在半导体衬底背面形成绝缘层404也采用PECVD工艺，所述绝缘层404也为氮化硅层，此氮化硅层的厚度优选为100nm，折射率优选为2.3。
[0068] 需要说明的是，本发明在半导体衬底正面形成减反射膜的方式并不仅限于PECVD工艺，其他可以用于膜沉积的方式和设备均落入本发明的保护范围。
[0069] 如图8所示，在所述绝缘层上印刷第一电极材料405和第二电极材料406；
[0070] 本实施例中的第一电极材料405为含玻璃料的铝浆，第二电极材料406为含玻璃料的掺磷银浆，并采用丝网印刷技术将第一电极材料405和第二电极材料406印刷在半导体衬底的背面。印刷图形的主体部分为栅指状长条电极，电极数目优选为65根，电极长度优选为130mm，宽度优选为50μm，电极中心间距优选为2mm。
[0071] 如图9所示，对该半导体衬底进行烧结，烧结温度范围优选为700℃~900℃，使第一电极材料405和第二电极材料406穿透所述绝缘层404，并与半导体衬底401背面欧姆接触，形成第一电极407和第二电极408；如图3所示，第一电极407汇集于太阳能电池背面的一个侧边，构成第一集成块组；第二电极408汇集于太阳能电池背面的另一个侧边，构成第二集成块组。
[0072] 需要说明的是，本实施例中利用第一电极材料405和第二电极材料406本身的穿透性，具体的，第一电极材料和第二电极材料中的玻璃料具有穿透氮化硅层的能力。通过高温烧结，使第一电极材料405和第二电极材料406穿透绝缘层404与半导体衬底401建立欧姆接触。但是在本发明的其他实施例中，还可以采用开槽的方式使第一电极材料405和第二电极材料406穿透绝缘层404，具体为：采用Nd/YAG激光器紫色激光在半导体衬底背面的绝缘层404上开槽，槽的位置与后续丝网印刷第一电极材料和/或第二电极材料的位置重合，槽的长度优选为128mm，宽度优选为40μm，槽的中心间距优选为2mm；然后再利用烧结，建立第一电极材料405和第二电极材料406与半导体衬底的欧姆接触，形成第一电极407和第二电极
408。
408。
[0073] 由此可见，本发明提供的太阳能电池的制作方法通过预先在半导体衬底的背表面形成绝缘层，然后在绝缘层表面通过丝网印刷技术形成相互间隔开的且不存在交叠部分的第一电极材料和第二电极材料，用一次烧结，利用浆料本身的穿透性穿透绝缘层，在半导体衬底背面形成第一电极和第二电极，这两种不同的电极利用绝缘层电性绝缘，即通过一次烧结实现两种电极的电绝缘的同时，也形成了电极与半导体衬底的欧姆接触。故，这种实现背接触太阳能电池不同掺杂区域和电极接触的办法成本低廉，实现工艺简单，适合大规模生产。
[0074] 此种背接触太阳能电池背表面的两种电极处于一个水平面，在半导体衬底背面为单层结构，可以直接在两侧通过集成块将两种电极各自建立电连接。另外，此种太阳能电池背面的两种电极的水平高度一致，背表面整体形成了光滑平坦的形貌，即此种太阳能电池可以继续保持理想陷光和较小的复合面积，以保证太阳能电池对太阳光的吸收效率。
[0075] 以上所述实施例，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
[0076] 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
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