一种太阳能电池以及太阳能电池的制备方法与流程

1.本发明涉及一种太阳能电池以及太阳能电池的制备方法。


背景技术：

2.perc(passivated emitterand rear cell，钝化发射极背面接触技术)太阳能电池在硅衬底的背表面采用氧化硅层钝化，局部开孔实现点接触以减少非钝化区域的面积，通过局部金属接触，大大降低了背表面的复合速度，同时提升了背表面的光反射，提高了太阳能电池的转换效率。钝化接触太阳能电池(如topcon(tunnel oxide passivated contact，隧穿氧化钝化接触)太阳能电池)中采用了由隧穿氧化硅层和掺杂多晶硅层组成的钝化接触结构，可以有效降低表面复合和金属接触复合，提高电池的转换效率。
3.由于银金属具备导电性好、功函数低、可焊性好、不易在硅中形成深能级缺陷等优点，无论是perc太阳能电池，还是钝化接触太阳能电池，均使用银浆来实现金属化。但，由于银在地壳中含量低，价格比较高，导致太阳能电池的制作成本偏高；同时，由于常需要通过银浆中的玻璃料腐蚀部分硅来形成欧姆接触，因此对扩散的结深要求比较深，如果用于钝化接触电池，则要求较厚的多晶硅层。若采用铝浆替代银浆以降低成本，铝浆中的玻璃料在高温条件下与硅进行反应时，也难以保证不破坏薄的多晶硅层。而较厚的多晶硅层不仅增加太阳能电池的制造成本，还增加了寄生光吸收，降低了光的利用效率，限制了太阳能电池的效率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种太阳能电池以及太阳能电池的制备方法，可以在保证金属栅线与硅之间结合力的同时，避免浆料在使用过程中对较薄的多晶硅层的破坏，确保了钝化接触结构的钝化效果，降低了太阳能电池的制造成本，减少了寄生光吸收，提高了光的利用效率，提高了太阳能电池的效率。
5.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.第一方面，本发明提供一种太阳能电池的制备方法，包括：
7.步骤101，在n型硅衬底的背面依次形成隧穿氧化硅层、n型掺杂多晶硅层和背面钝化减反膜；
8.步骤102，在背面钝化减反膜上开槽，在开槽区域形成镍金属层；
9.步骤103，在镍金属层上印刷背面细栅电极，在背面钝化减反膜上印刷背面主栅电极，其中，背面细栅电极与背面主栅电极形成电连接。
10.进一步地，步骤103包括：
11.步骤3-1，在镍金属层上印刷背面细栅电极，并进行第一烘干处理，其中，第一烘干处理的温度为100～300℃；
12.步骤3-2，在背面钝化减反膜上印刷背面主栅电极，并进行第二烘干处理，其中，第二烘干处理的温度为100～250℃。
13.进一步地，背面细栅电极为铝金属，背面主栅电极为银金属。
14.进一步地，在步骤101之前还包括：
15.对n型硅衬底的背面依次进行制绒处理和抛光处理。
16.进一步地，步骤101包括：
17.步骤1-1，在n型硅衬底的背面形成隧穿氧化硅层；
18.步骤1-2，在隧穿氧化硅层上形成本征多晶硅层；
19.步骤1-3，对本征多晶硅层进行n型掺杂，形成n型掺杂多晶硅层；
20.步骤1-4，在n型掺杂多晶硅层上形成背面钝化减反膜。
21.进一步地，还包括：
22.步骤104，对n型硅衬底的正面进行硼扩散处理，形成p 发射极；
23.步骤105，在n型硅衬底的正面形成正面钝化减反膜，正面钝化减反膜覆盖p 发射极；
24.步骤106，在正面钝化减反膜印刷正面金属电极。
25.进一步地，在步骤104之后，还包括：
26.对n型硅衬底的正面进行绕镀清洗。
27.进一步地，背面钝化减反膜包括氧化铝、氧化硅、氧化镓、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅中的至少一种，正面钝化减反膜包括氧化铝、氧化硅、氧化镓、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅中的至少一种。
28.进一步地，步骤102包括：
29.步骤2-1，在背面钝化减反膜上开槽，在开槽区域形成镍金属层；
30.步骤2-2，对镍金属层进行第一退火处理，在镍金属层与n型掺杂多晶硅层之间形成镍硅合金层；其中，退火处理的温度为200～400℃，退火处理的时间为10s～300s。
31.第二方面，本发明实施例提供一种太阳能电池，该太阳能电池采用根据上述第一方面提供的制备方法制备。
32.上述发明的技术方案具有如下优点或有益效果：本发明实施例提供的方案，通过在n型硅衬底的背面依次形成隧穿氧化硅层、n型掺杂多晶硅层和背面钝化减反膜；再通过在背面钝化减反膜上开槽，在开槽区域形成镍金属层；然后在镍金属层上印刷背面细栅电极，在背面钝化减反膜上印刷背面主栅电极，其中，背面细栅电极与背面主栅电极形成电连接，从而实现了在保证金属栅线与硅之间结合力的同时，避免浆料在使用过程中对较薄的多晶硅层的破坏，确保了钝化接触结构的钝化效果，降低了太阳能电池的制造成本，减少了寄生光吸收，提高了光的利用效率，提高了太阳能电池的效率。
附图说明
33.图1是根据本发明的太阳能电池的制备方法的流程示意图；
34.图2示出了制备完成正面金属电极后的太阳能电池的结构图；
35.图3示出了在背面钝化减反膜上开槽后的太阳能电池的结构图；
36.图4示出了形成镍金属层后的太阳能电池的结构图；
37.图5示出了背面细栅电极的图案；
38.图6示出了形成背面细栅电极和背面主栅电极后的太阳能电池的示意图；
39.图7示出了背面细栅电极和背面细栅电极的图案；
40.图8是根据本发明又一种太阳能电池的制备方法的流程示意图。
41.附图标记如下：
42.1-n型硅衬底；2-隧穿氧化硅层；3-本征多晶硅层；4-n型掺杂多晶硅层；5-背面钝化减反膜；6-镍金属层；7-背面金属电极；7a-背面细栅电极；7b-背面主栅电极；8-p 发射极；9-正面钝化减反膜；10-正面金属电极。
具体实施方式
43.在下面的描述中和所附的权利要求中，欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区而不在接触面。在本技术中，欧姆接触指背面细栅电极与n型掺杂多晶硅层欧姆接触。
44.如上所述，在采用银浆制备金属电极的过程中，银浆中的玻璃体容易贯穿较薄的多晶硅层，因此现有方法中需要采取较厚的多晶硅薄膜，存在增加了太阳能电池的制造成本，还增加了寄生光吸收，降低了光的利用效率等问题。
45.为了解决以上问题，本发明实施例提供一种太阳能电池的制备方法。其中，图1为太阳能电池的制备方法的主要流程的示意图。如图1所示，该太阳能电池的制备方法可包括如下步骤：
46.步骤101，在n型硅衬底1的背面依次形成隧穿氧化硅层2、n型掺杂多晶硅层4和背面钝化减反膜5；
47.步骤102，在背面钝化减反膜5上开槽，在开槽区域形成镍金属层6；
48.步骤103，在镍金属层6上印刷背面细栅电极7a，在背面钝化减反膜5上印刷背面主栅电极7b，其中，背面细栅电极7a与背面主栅电极7b形成电连接。
49.其中，n型硅衬底1的正面是指，在应用n型硅衬底制作成太阳能电池后，n型硅衬底朝向太阳光的一面，即n型硅衬底的接受太阳光照射的受光面，相反，n型硅衬底1的背面是指，背向太阳光的一面，即与n型硅衬底1的受光面相反的背光面。
50.在步骤101之前，具体的实施方式还可包括：
51.对n型硅衬底1的背面依次进行制绒处理和抛光处理。具体地，制绒处理后在n型硅衬底1的背面形成类金字塔状结构或类蜂窝状结构。在太阳能电池表面的处理中，制绒是将硅衬底表面进行预清洗并用强碱或强酸腐蚀成类似金字塔状或蜂窝状结构的过程。制绒的目的不仅可以降低表面的反射率，去除损伤层，而且还可以在电池的内部形成光陷阱(减反射绒面)，利用陷光原理，增加了光线在硅衬底内运动的有效长度，有利于硅衬底对光线的吸收，从而提高太阳电池的转换效率。在对n型硅衬底1的背面进行制绒处理后，对n型硅衬底1的背面进行抛光处理。抛光处理即对n型硅衬底1背面制绒后形成的类金字塔状结构或类蜂窝状结构进行平滑处理，以促进n型硅衬底1的背面的晶体硅表面钝化，从而提升电池效率。一个优选实施例中，在对n型硅衬底1的背面进行制绒处理的同时，还可以对n型硅衬底1的正面进行制绒处理。
52.进一步地，根据本发明实施例，上述方法还包括：
53.步骤104，对n型硅衬底1的正面进行硼扩散处理，形成p-n结，得到p 发射极8。
54.具体实施例可以包括：对n型硅衬底1的正面进行制绒处理之后，针对n型硅衬底1
的正面进行硼扩散处理，形成p-n结，得到p 发射极8。由于在此过程中会出现绕镀现象，在n型硅衬底1的背面会形成部分p-n结和硼硅玻璃，因此在对n型硅衬底1的正面形成p 发射极8之后，需要采用hf溶液去除n型硅衬底1的背面的p-n结和硼硅玻璃。
55.针对上述步骤101，具体的实施方式可包括：
56.步骤1-1，在n型硅衬底1的背面形成隧穿氧化硅层2。其中，隧穿氧化硅层2的厚度为1～2nm中的任意一个值，例如为1.0nm、1.2nm、1.5nm、1.8nm、2.0nm。基于量子隧穿效应，该厚度的隧穿氧化硅层由于厚度较薄，硅衬底中的载流子可以穿过该层而被收集。一个实施例，可采用高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或cvd(化学气相沉积)法来形成隧穿氧化硅层2；具体地，当采用高温热氧化法在n型硅衬底1的背面沉积形成隧穿氧化硅层2时，沉积温度为500-700℃。一个优选的实施例，在n型硅衬底1的正面形成的p 发射极8上同时形成隧穿氧化硅层2，以便于后续在n型硅衬底1的背面形成n型掺杂多晶硅层4时，避免正面的p 发射极受到污染。
57.步骤1-2，在隧穿氧化硅层2上形成本征多晶硅层3。具体地，可以lpcvd(low pressure chemical vapor deposition，低压力化学气相沉积法)或pvd(physical vapor deposition，物理气相沉积)形成本征多晶硅层3。本征多晶硅层3的厚度为120～200nm中的任意一个值，例如为120nm、150nm、180nm、200nm。优选地，本征多晶硅层3的厚度为80～150nm中的任意一个值。较薄的多晶硅层不仅可以减少沉积工艺的消耗量，从而降低成本，还减少了多晶硅层的寄生光吸收，从而提高了光的利用效率。一个优选的实施例，在n型硅衬底1的正面形成本征多晶硅层3。
58.步骤1-3，对n型硅衬底1的背面的本征多晶硅层3进行n型掺杂，形成n型掺杂多晶硅层4。具体地，可以通过离子注入方式对本征多晶硅层3进行n型掺杂处理，以形成n型掺杂多晶硅层4。n型掺杂例如包括磷掺杂；还可以将硅片放置于磷扩散炉管中，进行磷扩散，扩散温度为700-900℃，在背面形成n型掺杂多晶硅层4。通过隧穿氧化硅层2和n型掺杂多晶硅层4组成的钝化接触结构，可以在保证载流子通过的情况下，有效降低表面复合和金属接触复合，提高电池的转换效率。
59.根据本发明实施例，在n型硅衬底1的背面形成n型掺杂多晶硅层4之后，对n型硅衬底1的正面进行绕镀清洗，采用强碱溶液去除正面形成的本征多晶硅层；隧穿氧化硅层2；再采用hf溶液去除正面的隧穿氧化硅层2和硼硅玻璃，其中，强碱溶液可以为氢氧化钾溶液或者氢氧化钠溶液。正面的硼硅玻璃是在对n型硅衬底1的正面进行硼扩散处理的过程中产生的。
60.步骤1-4，在n型掺杂多晶硅层4上形成背面钝化减反膜5。背面钝化减反膜5包括氧化铝、氧化硅、氧化镓、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅中的至少一种。
61.进一步地，根据本发明实施例，上述方法还包括：
62.步骤105，在n型硅衬底1的正面形成正面钝化减反膜9，正面钝化减反膜9覆盖p 发射极8。
63.具体地，正面钝化减反膜9可以与背面钝化减反膜5同时形成。正面钝化减反膜9包括氧化铝、氧化硅、氧化镓、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅中的至少一种。
64.步骤106，在正面钝化减反膜9印刷正面金属电极10。其中，图2示出了制备完成正面金属电极后的太阳能电池的结构图。
65.针对上述步骤102，具体的实施方式可包括：
66.步骤2-1，在背面钝化减反膜5上开槽，在开槽区域形成镍金属层6。其中，图3示出了在背面钝化减反膜上开槽后的太阳能电池的结构图；图4示出了形成镍金属层后的太阳能电池的结构图。
67.步骤2-2，对镍金属层6进行第一退火处理，在镍金属层6与n型掺杂多晶硅层4之间形成镍硅合金层；其中，退火处理的温度为200～400℃，退火处理的时间为10s～300s。
68.步骤102中，利用镍与硅形成镍硅合金层，增强金属栅线与硅之间的结合力，有助于保证后续通过印刷浆料制备金属电极的过程中不破坏n型掺杂多晶硅层，以确保钝化接触结构的钝化效果。
69.针对上述步骤2-1，具体的实施方式可包括：
70.首先，采用波长355nm的紫外皮秒激光器在背面钝化减反膜5上开槽，采用inkjet技术(喷墨印刷技术)在开槽区域喷墨印刷导电镍浆，或者采用电镀技术在开槽区域内形成镍金属层6，然后进行退火处理，在退火处理过程中在镍金属层6与n型掺杂多晶硅层4之间形成镍硅合金层。其中，所形成的镍硅合金层可以增加金属栅线和硅之间的结合力，退火温度为200～400℃，退火时间为10s～300s；一个优选的实施例，退火温度250-350℃，退火时间为30s-120s，镍硅合金层的厚度为10～30nm。采用紫外皮秒激光器在背面钝化减反膜5上进行开槽，有效减少了开槽过程中对背面钝化减反膜5造成的损伤。
71.针对上述步骤103，具体的实施方式可包括：
72.步骤3-1，在镍金属层6上印刷背面细栅电极7a，并进行第一烘干处理，其中，第一烘干处理的温度为100～300℃；
73.步骤3-2，在背面钝化减反膜5上印刷背面主栅电极7b，并进行第二烘干处理，使得背面主栅电极7b与背面细栅电极7a形成电连接，其中，第二烘干处理的温度为100～250℃。
74.具体地，背面细栅电极7a为铝金属，背面主栅电极7b为银金属。
75.针对上述步骤3-1至步骤3-2，具体的实施方式可包括：
76.首先，在镍金属层6上印刷低温铝浆，并100～300℃的温度区间内进行低温烘干，形成背面细栅电极7a，其中，图5示出了背面细栅电极的图案；然后，在背面钝化减反膜5上印刷低温银浆，在100～250℃的温度区间内进行低温烘干，形成背面主栅电极7b，其中，背面主栅电极7b与背面细栅电极7a形成电连接，其中，图6示出了形成背面金属电极(包括背面细栅电极和背面主栅电极)后的太阳能电池的示意图；图7示出了背面细栅电极和背面细栅电极的图案。
77.本发明实施例提供的太阳能电池制备方法，由于通过在n型硅衬底的背面依次形成隧穿氧化硅层、n型掺杂多晶硅层和背面钝化减反膜；再通过在背面钝化减反膜上开槽，在开槽区域形成镍金属层；然后在镍金属层上印刷背面细栅电极，在背面钝化减反膜上印刷背面主栅电极，其中，背面细栅电极与背面主栅电极形成电连接，从而实现了在保证金属栅线与硅之间结合力的同时，避免浆料在使用过程中对较薄的多晶硅层的破坏，确保了钝化接触结构的钝化效果，降低了太阳能电池的制造成本，减少了寄生光吸收，提高了光的利用效率，提高了太阳能电池的效率。
78.同时，背面细栅电极采用铝金属，还降低了制备背面金属电极所需的银耗量，有效降低了太阳能电池的制备成本。
79.本发明实施例还提供了一种太阳能电池的制备方法。如图8所示，该太阳能电池的制备方法可包括如下步骤：
80.步骤201，对n型硅衬底1的正面进行硼扩散处理，形成p 发射极8；
81.步骤202，在n型硅衬底1的背面依次形成隧穿氧化硅层2、n型掺杂多晶硅层4；
82.步骤203，在n型硅衬底1的正面和背面分别形成正面钝化减反膜9和背面钝化减反膜5；正面钝化减反膜9覆盖p 发射极8；
83.步骤204，在正面钝化减反膜9上印刷正面金属电极10；
84.步骤205，在背面钝化减反膜5上开槽，在开槽区域形成镍金属层6；
85.步骤206，在镍金属层6上印刷背面细栅电极7a，在背面钝化减反膜5上印刷背面主栅电极7b，其中，背面细栅电极7a与背面主栅电极7b形成电连接。
86.具体地，一个可选的实施例，在步骤201之前，还包括：对n型硅衬底1的正面和背面进行制绒处理，并对n型硅衬底1的背面进行抛光处理。一个可选的实施例，在步骤201对n型硅衬底1的正面形成p 发射极8之后，需要采用hf溶液去除n型硅衬底1背面的p-n结和硼硅玻璃。一个可选的实施例，在n型硅衬底1的背面形成隧穿氧化硅层2和本征多晶硅层3的同时，在n型硅衬底1的正面也形成隧穿氧化硅层2和本征多晶硅层3；一个优选的实施例，在步骤203之前，采用氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液去除n型硅衬底1的正面形成的本征多晶硅层3，采用hf溶液去除正面的隧穿氧化硅层和硼硅玻璃。
87.本发明的另一方面还包括通过以上太阳能电池制备方法制备的太阳能电池。该太阳能电池包括：从上到下顺序设置的n型硅衬底1、隧穿氧化硅层2、n型掺杂多晶硅层4、背面钝化减反膜5；其中，
88.背面钝化减反膜5的开槽区域中形成有镍金属层6，在镍金属层6上形成有背面细栅电极7a和背面主栅电极7b，其中背面细栅电极7a和背面主栅电极7b形成电连接。
89.进一步地，根据本发明实施例，上述太阳能电池的n型硅衬底1的正面还依次设置有p 发射极8、正面钝化减反膜9和正面金属电极10。
90.本发明中，上述背面细栅电极7a的材料为铝金属；背面细栅电极7a的材料为银金属。
91.下面以几个具体实施例详细说明本发明提供的太阳能电池制备方法和其得到的太阳能电池。
92.实施例1
93.步骤a1：提供一种n型硅衬底1，对n型硅衬底1的正面和背面进行制绒处理，并对n型硅衬底1的背面进行抛光处理。
94.步骤b1：对n型硅衬底1的正面进行硼扩散处理，形成p 发射极8。
95.步骤c1：通过hf酸溶液去除n型硅衬底1背面的p-n结和硼硅玻璃。
96.步骤d1：通过高温热氧化法在n型硅衬底1的背面形成厚度为1～2nm的隧穿氧化硅层2。
97.步骤e1：通过lpcvd/pvd在n型硅衬底1背面的隧穿氧化硅层2上形成本征多晶硅层3。
98.步骤f1：将掺杂元素磷通过离子注入方式对背面的本征多晶硅层3进行掺杂处理，并进行退火，以形成n型掺杂多晶硅层4，其中，该n型掺杂多晶硅层的厚度在80～200nm之
间。
99.步骤g1：通过hf酸溶液去除n型硅衬底1正面的硼硅玻璃。
100.步骤h1：在n型硅衬底1的正面形成正面钝化减反膜9，在n型硅衬底1的背面形成背面钝化减反膜5。其中，正面钝化减反膜和背面钝化减反膜均为氧化铝、氧化硅、氧化镓、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅中的至少一种。
101.步骤i1：在正面钝化减反膜9上制备正面金属电极10。
102.步骤j1：通过采用波长355nm的紫外皮秒激光器在背面钝化减反膜5上开槽，得到如图3所示的结构，然后在开槽区域形成镍金属层6，得到如图4所示的结构。
103.步骤k1：对镍金属层6进行第一退火处理，在镍金属层6与n型掺杂多晶硅层4之间形成镍硅合金层；其中，退火处理的温度为200～400℃，退火处理的时间为10s～300s。
104.步骤l1：在镍金属层6上印刷铝浆，并在100～300℃范围内进行烘干处理，制备得到背面细栅电极7a；
105.步骤m1：在背面钝化减反膜5上印刷银浆，并在100～250℃范围内进行烘干处理，制备得到背面主栅电极7b，得到如图6所示的结构.其中，背面主栅电极7b与背面细栅电极7a形成电连接。
106.实施例2
107.步骤a2-c2：与实施例1提供的步骤a1-c1一致。
108.步骤d2：通过高温热氧化法在n型硅衬底1的背面和正面分别形成厚度为1～2nm的隧穿氧化硅层2。
109.步骤e2：通过lpcvd/pvd在n型硅衬底1背面和正面的隧穿氧化硅层2上形成本征多晶硅层3。
110.步骤f2：将磷通过离子注入方式对背面的本征多晶硅层3进行掺杂处理，并进行退火，以形成n型掺杂多晶硅层4，其中，该n型掺杂多晶硅层的厚度在80～200nm之间。
111.步骤g2：通过氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液去除n型硅衬底1正面的本征多晶硅层3，再用hf酸溶液去除正面的隧穿氧化硅层2和硼硅玻璃。
112.步骤h2：在n型硅衬底1的正面形成正面钝化减反膜9，在n型硅衬底1的背面形成背面钝化减反膜5。其中，正面钝化减反膜和背面钝化减反膜均为氧化铝、氧化硅、氧化镓、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅中的至少一种。
113.步骤i2：在正面钝化减反膜9上制备正面金属电极10。
114.步骤j2：通过采用波长355nm的紫外皮秒激光器在背面钝化减反膜5上开槽，得到如图3所示的结构，然后在开槽区域形成镍金属层6，得到如图4所示的结构。
115.步骤k2：对镍金属层6进行第一退火处理，在镍金属层6与n型掺杂多晶硅层4之间形成镍硅合金层；其中，退火处理的温度为200～400℃，退火处理的时间为10s～300s。
116.步骤l2：在镍金属层6上印刷铝浆，并在100～300℃范围内进行烘干处理，制备得到背面细栅电极7a；
117.步骤m2：在背面钝化减反膜5上印刷银浆，并在100～250℃范围内进行烘干处理，制备得到背面主栅电极7b，得到如图6所示的结构.其中，背面主栅电极7b与背面细栅电极7a形成电连接。
118.实施例3
119.该实施例的各个步骤与实施例2的各步骤一致，只是在步骤d3中采用硝酸氧化的方式，在n型硅衬底1的背面和正面形成厚度为1～2nm的隧穿氧化硅层2。
120.实施例4
121.该实施例的各个步骤与实施例2的各步骤一致，只是在步骤f4中采用将硅片放置于磷扩散炉管中，进行磷扩散，扩散温度为700-900℃，在背面形成n型掺杂多晶硅层(4)。
122.以上步骤所提供的介绍，只是用于帮助理解本发明的方法、结构及核心思想。对于本技术领域内的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也同样属于本发明权利要求保护范围之内。