一种太阳电池、绒面结构及其制备方法与流程

1.本技术涉及太阳电池领域，具体而言，涉及一种太阳电池、绒面结构及其制备方法。


背景技术：

2.作为能量转换器件，太阳电池的转换效率以及转换成本是其重要的。
3.目前，在各类太阳电池中，基于单晶硅的异质结型太阳电池的转换效率尤为突出。在制作太阳电池的过程中，通常会涉及到对单晶硅进行制绒，但是目前的制绒还存在一些问题，因此有必要优化制绒质量以改善电池性能。


技术实现要素：

4.本技术提出了一种太阳电池、绒面结构及其制备方法，其可以用于改善电池的短路电流和填充因子。
5.本技术是这样实现的：
6.在第一方面，本技术的示例提供了一种形成于硅片的表面的绒面结构，其中的硅片的表面具有栅线遮盖区域和受光暴露区域。
7.该绒面结构包括形成于栅线遮盖区域的第一绒面，和形成于受光暴露区域的第二绒面。并且，其中，第一绒面的绒面尺寸大于第二绒面的绒面尺寸。
8.根据本技术的一些示例，第一绒面的绒面尺寸为2μm至5μm；和/或，第二绒面的绒面尺寸为1μm至2μm。
9.根据本技术的一些示例，第一绒面和第二绒面分别独立地包括金字塔绒面、凹坑绒面或黑硅绒面。
10.根据本技术的一些示例，栅线遮盖区域的数量为多个，且各个栅线遮盖区域对应的第一绒面为同类绒面；和/或，受光暴露区域的数量为多个，且各个受光暴露区域对应的第二绒面为同类绒面。
11.在第二方面，本技术示例提出了一种具有上述绒面结构的太阳电池。
12.根据本技术的一些示例，绒面结构的数量为一个且位于硅片的正面或背面；或者，绒面结构的数量为两个且分别位于硅片的正面和背面；或者，绒面结构的数量为两个，且分别位于太阳电池的正面和背面，且位于硅片的正面的绒面结构中的第一绒面的绒面类型与位于硅片的背面的绒面结构中的第一绒面的绒面类型相同，位于硅片的正面的绒面结构中的第二绒面的绒面类型与位于硅片的背面的绒面结构中的第二绒面的绒面类型相同。
13.根据本技术的一些示例，电池为基于异质结的太阳电池；或者，电池为基于异质结的双面太阳电池；或者，电池为基于异质结的双面太阳电池，且太阳电池包括n型单晶硅以及从其正面依次堆叠的本征非晶硅、n 掺杂非晶硅、正面透明导电氧化物以及正面电极，从其背面依次堆叠的本征非晶硅、p 掺杂非晶硅、背面透明导电氧化物以及背面电极。
14.在第三方面，本技术示例提出了一种在硅片制作绒面的方法。
15.该方法包括：
16.提供硅片，定义有栅线遮盖区域和受光暴露区域；
17.分别在栅线遮盖区域制作具有大的绒面尺寸的绒面、在受光暴露区域制作具有小的绒面尺寸的绒面。
18.根据本技术的一些示例，分别在所述栅线遮盖区域制作具有大的绒面尺寸的绒面、在所述受光暴露区域制作具有小的绒面尺寸的绒面的包括：
19.使用掩膜，在硅片选定的待制绒面制作图形化结构，图形化结构包括镂空区和遮盖区，镂空区对应于硅片的栅线遮盖区域，遮盖区对应于硅片的受光暴露区域；
20.对镂空区对应的硅片的表面制作第三绒面，以形成具有大的绒面尺寸的绒面；
21.去除遮盖区，以形成硅片的裸漏表面，并对裸漏表面制绒，从而在裸漏表面制作第四绒面，以形成具有小的绒面尺寸的绒面。
22.根据本技术的一些示例，分别在所述栅线遮盖区域制作具有大的绒面尺寸的绒面、在所述受光暴露区域制作具有小的绒面尺寸的绒面的包括：
23.使用掩膜，在硅片选定的待制绒面制作图形化结构，图形化结构包括镂空区和遮盖区，镂空区对应于硅片的栅线遮盖区域，遮盖区对应于硅片的受光暴露区域；
24.对镂空区对应的硅片的表面制作第三绒面；
25.去除遮盖区，以形成硅片的裸漏表面，并对裸漏表面制绒和第三绒面扩绒，从而形成在裸漏表面的第四绒面、由第三绒面扩绒形成的第五绒面；
26.所述第四绒面构成具有小的绒面尺寸的绒面，所述第五绒面构成具有大的绒面尺寸的绒面。
27.根据本技术的一些示例，方法包括如下一项或多项限定：
28.第一限定，第三绒面的绒面尺寸小于或等于第四绒面的绒面尺寸；
29.第二限定，图形化结构为透明导电氧化物。
30.第三限定，制绒的方法为化学腐蚀制绒。
31.在以上实现过程中，本技术实施例提供的绒面结构，通过对电池在栅线的覆盖区域以及非栅线遮盖区域进行区别性的制绒，从而在栅线接触区域具有大绒面尺寸的绒面，而在非栅线接触区域具有小绒面尺寸的绒面。如此，上述的选择性分布的绒面结构能够为电池带来更好的电学性能。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
33.图1为本技术示例中的给出的小绒面尺寸的绒面结构与栅线电极浆料的接触情况的扫描电镜图；
34.图2示出了本技术示例中的硅异质结太阳电池的结构示意图；
35.图3示出了本技术示例中的一种绒面结构与栅线的接触方式的示意图；
36.图4示出了本技术示例中的另一种绒面结构与栅线的接触方式的示意图；
37.图5示出了本技术示例中的金字塔绒面的绒面尺寸的示意图；
38.图6示出了本技术示例中的黑绒面的结构示意图。
39.图标：10
‑
硅片表面；111
‑
大绒面；112
‑
小绒面；11
‑
栅线浆料颗粒。
具体实施方式
40.在太阳电池的制备工艺中，制绒是一个重要的步骤。制绒形成的绒面会使光线多次反射、折射等，从而改变光线转播路径，使光线进入到电池中。通过制绒可以减少电池表面对太阳光的反射、增加光吸收，从而提高电池对太阳光的利用率和电池转换效率。
41.因此，制绒对于电池的性能通常而言都是积极的。
42.但是，在实践中，发明人发现，当前的制绒工艺以及形成的结构存在缺陷，从而可能会劣化太阳电池的性能。目前，一般认为是由于制绒的质量不高的问题所导致。在进一步的研究中，发明人意外地发现这主要是因为绒面的电池的电极之间的匹配不当问题。
43.具体而言，硅片表面的绒面越大，则电池对光线的反射率也就越大；相反，如果电池表面的绒面越小，则电池对光线的反射率越小。而对于异质结太阳能电池(对其他电池亦然)，则其反射率越低，那么电池的短路电流就越高。
44.换言之，通过将电池绒面的绒面尺寸制作的更小，将有助于提高电池的电学性能。因此，目前对于电池绒面的改造部分也着重在于提高具有小的绒面尺寸的绒面的质量(主要是减小绒面的绒面尺寸)。
45.然而，发明人发现，反射率低需要相对较小的绒面尺寸，而绒面尺寸较小时，对于用于收集电流的栅线的电极的性能会产生不利的影响。一般地，栅线电极是采用低温浆料(其颗粒较大，部分颗粒大于5μm，而目前诸如金字塔类型的绒面的绒面尺寸在2μm左右)。低温浆料固化后，粘接在绒面之上。而绒面尺寸越小，则浆料与绒面的接触就越差，如图1所示—部分粘接、部分未接触到。
46.上述微观上的绒面与浆料的接触缺陷问题，在宏观上通过验证会对电池的性能产生消极的影响。发明人分析，这是因为，由于绒面与浆料颗粒接触不良，导致串联电阻(rs)增加，进而使填充因子(ff)降低)。因此，绒面尺寸小，则电流提升，但是ff偏降低；而绒面尺寸大，则电流降低，但是ff增加。即，短路电流和填充因子，在目前的绒面方案中难以获得平衡，或者说二者很难被同时提升。
47.有鉴于这样的认识和发现，发明人提出了一种新的绒面结构，其可以对上述问题起到积极的作用。
48.需要指出的是，在本技术示例中以硅异质结电池为例进行说明，但是，这并非意在限定，本技术的绒面结构仅能适用于硅异质结电池。本技术中的绒面结构既可以适用于其他类型的异质结电池，也可以用于诸如选择性发射极电池、钝化发射极和背面接触电池等各种类型的太阳电池。
49.硅异质结电池(silicon herterojunction，简称shj)又被称作hit(heterojunction with intrinsic thin layer)电池。硅异质结电池具有高转换效率、高voc等特点。该电池一般以n型硅片为基底，通常的制程工序为：制绒、非晶硅、tco(透明导电层)、丝网和测试，且其结构参阅图2。该电池是基于异质结的双面太阳电池，且太阳电池包括n型单晶硅以及从其正面依次堆叠的本征非晶硅、n 掺杂非晶硅、正面透明导电氧化物以
及正面电极，从其背面依次堆叠的本征非晶硅、p 掺杂非晶硅、背面透明导电氧化物以及背面电极。
50.其中，制绒步骤主要是指对中的n型单晶硅进行的操作。制绒可以去除硅片表面的脏污和损伤层，形成表面织构；织构或为米粒似的凹坑型的绒面，或为金字塔似的绒面，或者其他形式或类型的绒面等。
51.制绒既可以通过碱性制绒，也可以采取酸性制绒。而在异质结电池中，通常采用n型硅片碱制绒的方式，在n型硅片的表面形成金字塔。其中的绒面金字塔的绒面尺寸可以具有不同的实例。
52.例如，按照金字塔绒面的金字塔绒面尺寸可以分为了小绒面、中绒面以及大绒面。其中，金字塔绒面尺寸小于2μm的是小绒面，绒面尺寸在2μm至5μm的金字塔绒面为中绒面，而金字塔绒面尺寸大于5μm则为大绒面。其中小绒面的反射率相对更低，中绒面的反射率相对更高，大绒面的反射率则比中绒面的反射率更高。
53.在异质结电池的制作过程中，于n型硅片制绒之后，后续的各个结构层(诸如本征非晶硅和掺杂非晶硅以及透明导电层等)的厚度都是纳米级别的。例如，非晶硅的厚度为20nm左右，tco的厚度为80nm左右。与这些结构相比，绒面结构的绒面尺寸是属于相对较小的结构。这些绒面结构将会决定异质结电池表面的状况，从而进一步会决定后续的低温浆料颗粒(主要是银浆，用于制作电极栅线，可以是主栅或细栅等)与电池接触的状况。
54.就发明人所知，目前的低温浆料的使用温度都很低，例如最高温度不超过250℃。因此，在上述低的使用温度情况下，银浆无法溶解/融化，从而无法形成合金。那么，不能溶解的低温浆料的颗粒大小、硅片表面的形貌，就会决定两者的接触状况，从而也会在一定程度上决定了两者的导电状况。
55.在当前，异质结的绒面金字塔在电池片的同一面仅有一种绒面尺寸。但是如前文所述，在实践中，发明人发现只有一种绒面尺寸的金字塔且其绒面尺寸较小时，低温浆料固化后是粘接在金字塔绒面上面的。而金字塔绒面尺寸越小，则浆料跟金字塔表面的接触就越差，从而会导致rs增加，ff降低，从而导致ff偏低。相反，只有一种绒面尺寸的金字塔且金字塔的绒面尺寸较大时，则接触会改进，但是表面的反射率大了，电池的电流下降。
56.简言之，金字塔绒面的绒面尺寸小了，电流提升，但是ff偏降低；而金字塔相对大了，电流降低，但是ff增加。本公开的方案则可以让电流和ff同时提升，达到提升电池的转换效率的目的。
57.示例中，选择对电池进行区域性的制绒。即，根据制绒面的功能化的需求而对应进行操作，从而获得在不同的区域具有不同(主要指绒面尺寸不同)绒面。例如，对于需要对太阳光、反射率低的区域使用小绒面尺寸的绒面，对于需要低的串联电阻的区域则使用大绒面尺寸的绒面。
58.例如，对于电池正面(迎光面或受光面)，其具有接受光的区域以及无法接受光的区域(被栅线电极覆盖的区域)。那么，就可以对接受光的区域制作小绒面尺寸的绒面，而对于栅线电极接触的区域则使用大绒面尺寸的绒面。应当理解，该方案对于双面电池或者说背面也能发电的电池而言，其背面也可以按照上述方式进行选择性的绒面制作。或者说，在本技术示例的方案中，在电池的同一表面(如正面或背面)同时具有两种绒面尺寸的绒面；即选择性绒面。其中大绒面尺寸的绒面用于接触栅线电极的低温浆料颗粒，而小绒面尺寸
的绒面则用于接受光线。示例性地，参阅图3和图4，在硅片表面10的上具有大绒面111和小绒面112。在大绒面111上接触堆积有栅线浆料颗粒11。
59.因此，在本技术的示例所提出的形成于硅片表面的绒面结构包括第一绒面和第二绒面，并且第一绒面的绒面尺寸大于第二绒面的绒面尺寸。作为在电池中的应用，硅片表面具有栅线遮盖区域和受光暴露区域。因此，第一绒面形成于栅线遮盖区域；而第二绒面形成于受光暴露区域。
60.其中的第一绒面和第二绒面既可以是位于硅片的一个表面也可以位于硅片的两侧表面。
61.例如，第一绒面和第二绒面处于硅片的同一表面的情况：第一绒面和第二绒面都分布在硅片的正面，或者，第一绒面和第二绒面都分布在硅片的背面。或者，第一绒面和第二绒面既分布在硅片的正面，也分布在硅片的背面。
62.例如，第一绒面和第二绒面处于硅片的不同表面的情况：第一绒面分布在硅片的正面，第二绒面分布在硅片的背面。或者，第一绒面分布在硅片的背面，第二绒面分布在硅片的正面。
63.除了绒面的绒面尺寸之外，第一绒面和第二绒面的类型可以是相同，也可以是不同的；既二者可以是同类绒面或异类绒面；本技术对此不作具体限定。示例性地，第一绒面和第二绒面可以分别独立地被制作为金字塔绒面、凹坑绒面或黑硅绒面；或两个绒面也可以是其他类型的绒面；例如棱锥形绒面等等。其中金字塔绒面的结构可参阅图5；黑硅绒面是在硅片的表面加工呈介于微米至纳米级的微孔，其结构可参阅图6。
64.需要指出的是，由于绒面可以具有不同的类型，因此，绒面的类型和绒面尺寸可以在满足上述基本需求(栅线区域设置具有大的绒面尺寸的绒面，接受光线区域设置具有小的绒面尺寸的绒面)的情况下进行任意的组合。作为绒面尺寸的示例性选择，第一绒面的绒面尺寸可以为2μm至5μm或者绒面尺寸为3μm至4μm；第二绒面的绒面尺寸则可以为1μm至2μm。
65.为了使本领域技术人员更易于实施本技术的方案，示例中还提供了上述绒面的制备方法。
66.示例性地，一种在硅片制作绒面的方法包括：
67.提供硅片，该硅片定义有栅线遮盖区域和受光暴露区域；分别在栅线遮盖区域制作具有大的绒面尺寸的绒面、在受光暴露区域制作具有小的绒面尺寸的绒面。
68.进一步地，制作方法可以包括如下步骤。
69.步骤s101、提供硅片。
70.硅片根据电池类型的不同有不同的选择。例如对于硅异质结太阳电池，硅片可以是n型单晶硅。对于其他类型的电池则可以选择p型硅或非晶硅等。为了确保硅片以及后续制作的电池的质量，可以对其进行预处理以去除污染或者损伤等。例如，利用化学试剂对其进行表面抛光。
71.步骤s102、使用掩膜，在硅片选定的待制绒面制作图形化结构，图形化结构包括镂空区和遮盖区，镂空区对应于硅片的栅线遮盖区域，遮盖区对应于硅片的受光暴露区域。
72.掩膜用于在硅片上区分出不同的区域，以便制作图形化结构。掩膜可以采用各种适当材料制作的平板状结构。并且，平板结构还具有按照需要分布且沿厚度方向布置的贯
穿孔。例如，掩膜是金属材质的载板，且具有镂空区和遮盖区。镂空区和遮盖区之间相互间隔。镂空区是贯穿孔，可以是矩形孔。遮盖区则是具有实体的结构。
73.如此，当掩膜和硅片需要制绒的表面贴合或接触时，掩膜的镂空区和遮盖区就会将硅片的表面区分为暴露部分和被遮盖部分。
74.由于绒面要选择性在不同的区域进行对应制作，因此，为了确保制作的绒面的不同区域精确度。在上述使用掩膜之后，通过诸如pvd(物理气相沉积，physical vapor deposition)的方式溅射制作tco。如此在硅片的未遮盖区域/暴露区域会形成tco膜(透明导电氧化物)，而在被遮盖区域则不会形成tco膜而会保留硅片的抛光表面。如此，在硅片的抛光表面上形成了图形化结构的tco膜。
75.步骤s103、对镂空区对应的硅片的区域制作第三绒面。
76.在图形化结构的tco膜的暴露硅片的部分进行制绒，形成第三绒面。制绒的方式可以是将硅片和tco结构一同放置于制绒槽内进行制绒。其中，制绒的方法可以选择为通过化学腐蚀制绒实施。例如，采用碱液制绒。其他示例中可以采用激光制绒。但是，采用激光的方式，会对硅表面产生损伤；而这样的损伤会导致后续制作的电池的转换效率下降。而化学腐蚀制绒则可以避免引入在激光制绒工艺中会导致的损伤。
77.步骤s104、去除遮盖区，以形成硅片的裸漏表面，并对裸漏表面制绒，从而在裸漏表面制作第四绒面，并且，第三绒面的绒面尺寸大于第四绒面的绒面尺寸。
78.在制作上述第三绒面之后，通过将图形化结构中的遮盖区去除即可进行另一种绒面尺寸的绒面的制作。其中，去除遮盖区的方式例如是采用化学试剂进行腐蚀。一些示例中，利用氯化氢/盐酸腐蚀掉tco膜层。至此，即可在硅片的通过去除遮盖区而暴露的部分进行制绒。需要指出的是，此时既可以选择性地只对上述通过去除遮盖区而暴露的部分进行制绒，也可以对硅片的整个需要制绒的表面进行制绒。
79.其中，当仅选择性对通过去除遮盖区而暴露的部分进行制绒时，制绒也可以采用化学腐蚀制绒。并且使该区域的绒面(第四绒面)的绒面尺寸小于在步骤s103中制作的第三绒面的绒面尺寸。
80.其中，当同时对硅片的整个需要制绒的表面进行制绒时，则通过去除遮盖区而暴露的部分被制绒，并且同时在步骤s103中制作的第三绒面的区域也被进行制绒，从而在实际上实现了第三绒面的扩绒操作并形成了第五绒面。即先制作一种绒面尺寸的第三绒面，然后再制作另一种绒面尺寸的第四绒面。而在制作第四绒面时，第三绒面也同时被扩绒而形成第五绒面。换言之，在硅片的后续会被栅线遮盖的区域，可以进行两次制绒，而受光区域则进行了一次制绒。并且作为满足本技术方案的要求，第四绒面的绒面尺寸小于第五绒面的绒面尺寸。而其中的第三绒面和第四绒面的相对绒面尺寸的大小则可以有多种可选的方案；例如，第三绒面的绒面尺寸小于或等于第四绒面的绒面尺寸。或者，第三绒面的绒面尺寸也可以大于第四绒面的绒面尺寸。
81.在上述的示例中，先制作在最终产品—太阳电池—中为大绒面尺寸的大绒面，然后再制作小绒面尺寸的小绒面。
82.在另一些示例中，也可以先制作小绒面尺寸的小绒面，再制作大绒面尺寸的大绒面。例如，先通过掩膜制作图形化结构，可以是图形化的tco薄膜。在该图形化的tco薄膜的镂空区域，先制作小绒面尺寸的绒面。然后，将该具有小绒面尺寸的绒面区域制作二次tco
薄膜进行覆盖，并且还将其他区域的tco薄膜区域去除并且随后制作大绒面尺寸的绒面。再然后，将二次tco薄膜去除，从而获得在硅片的表面的按照不同的功能区分布的具有小的绒面尺寸的绒面和具有大的绒面尺寸的绒面。
83.在上述方案的基础上，可以获得一种太阳电池，且其具有上述的绒面结构。其中的绒面结构的数量可以是一个且位于硅片的正面或背面。或者，太阳电池中的绒面结构的数量也可以是两个且分别位于硅片的正面和背面；如本技术示例结构的双面硅异质结太阳电池。
84.或者，在其他的示例中，绒面结构的数量为两个，且分别位于太阳电池的正面和背面。并且，其中位于电池(硅片)的正面的绒面结构中的第一绒面的绒面类型与位于电池(硅片)的背面的绒面结构中的第一绒面的绒面类型相同；同时，位于电池(硅片)的正面的绒面结构中的第二绒面的绒面类型与位于电池(硅片)的背面的绒面结构中的第二绒面的绒面类型相同。
85.或者，在另一些示例中，硅片的正面，栅线通过大绒面尺寸的绒面与硅片接触，而其他区域为光滑表面。同时，硅片的背面，栅线通过光滑表面与硅片接触，而其他区域为小绒面尺寸的绒面结构。如此，硅片同时具有大绒面尺寸的绒面和小绒面尺寸的绒面，并且二者分别位于硅片的正面和背面。
86.在本公开的示例中，对于金子塔型的绒面而言，其绒面尺寸为单位面积内金字塔对角线的平均直线距离，参阅图5；凹坑型的绒面而言，其绒面尺寸则是指凹坑的平均直径。
87.以下结合实施例对本技术作进一步的详细描述。
88.实施例1
89.一种具有选择性绒面结构的太阳电池，其制作方法如下。
90.第一步：清洗工序，采用常规的m2绒面尺寸n型硅片(面积24432mm2)，采用koh溶液对原硅片进行抛光获得抛光片；水体积比＝1：20，温度：80℃，时间：120s。
91.第二步：将抛光片，上片至具有栅线区域进行遮挡的载板当中，未遮挡区域同后续丝网印刷栅线的区域。
92.第三步：采用pvd溅射tco，遮挡区域未溅射到tco膜。
93.第四步：将抛光片和载板一同放置于制绒槽中进行第一次制绒，采用大绒面添加剂(用以形成绒面尺寸3
‑
4μm的金字塔)。由于tco基本不与碱反应，而未溅射到tco膜的区域在第一次制绒时形成大绒面，而遮挡区域硅基底未参与反应。
94.第五步：第一次制绒后的硅片至hcl槽，用hcl去除tco膜层。
95.第六步：tco膜层去除后，至另一个制绒槽进行第二次制绒，第二次制绒采用小绒面添加剂(用以形成绒面尺寸1
‑
2μm的金字塔)，在第一次未制绒的区域形成均匀的小绒面，而在一次就形成大绒面的区域在原来的基础上进一步扩大绒面。整体上就形成栅线区域大绒面，非栅线区域小绒面的表面结构。
96.第七步：进行后续的非晶硅，tco，丝网印刷。
97.对比例1
98.具有常规绒面结构的太阳电池，其制作方法按照实施例1的方式进行。对比例1与实施例1的区别在于制作绒面的方法。
99.第一步：清洗工序，采用常规的m2绒面尺寸n型硅片(面积24432mm2)，采用koh溶液
对原硅片进行抛光，水体积比＝1：20。温度：80℃时间：120s。
100.第二步，采用绒面添加剂进行制绒，在抛光片的表面形成具有大的绒面尺寸的绒面。
101.第三步，进行后续的非晶硅，tco，丝网印刷。
102.对上述实施例1和对比例1的异质结电池进行性能测试，结果如表1所示。
103.表1
104.组别数量etauociscff实施例119924.030.74519.37184.1对比例119823.920.74529.35883.8
105.从上述表1可以看到，通过本技术示例的方案，在形成选择性绒面之后短路电流isc得到了明显提升，提升值为13ma，并且填充因子ff提升了0.3％，最终转换效率效率提升0.11％。
106.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。