一种选择性发射极太阳能电池及其制备方法、光学设备与流程

1.本技术涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种选择性发射极太阳能电池及其制备方法、光学设备。


背景技术：

2.选择性发射极(se-selective emitter)晶体硅太阳能电池，即在金属栅线(电极)与硅片接触部位，以硅片表面的磷硅玻璃为磷源，利用激光能够实现硅片表面的重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂。这样的结构可降低扩散层复合，由此可提高光纤的短波响应，同时减少铅金属电极与硅的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高转换效率。
3.选择性发射极太阳能电池的概念由来已久。早在1984年schroder就全面综述了硅太阳能电池的接触电阻理论，分析了不同金属功函数和硅表面掺杂浓度对接触电阻的影响。
4.近几年，这种选择性发射极结构得到极大关注，并运用在高效晶体硅太阳能电池的研究中，例如新南威尔士大学研发的效率高达24.7％的perl电池中，就采用了选择性发射极结构。
5.但是，制备选择性发射极太阳能电池的工艺复杂，且光斑线与栅线搭配窗口小，容易出现搭配不良出现便宜的情况，影响产品良率。


技术实现要素：

6.本技术提供了一种选择性发射极太阳能电池及其制备方法、光学设备，其能够提高选择性发射极太阳能电池的光电转换效率并提高产品良率。
7.本技术的实施例是这样实现的：
8.在第一方面，本技术示例提供了一种选择性发射极太阳能电池，其包括硅片和栅线，硅片表面与栅线的接触部位具有通过多个光斑形成的重掺杂大区域，光斑形成的重掺杂小区域为矩形，每个重掺杂小区域的边与栅线的夹角为10～27
°
。
9.在上述技术方案中，本技术的选择性发射极太阳能电池，通过使每个矩形的重掺杂小区域旋转并与栅线的夹角为10～27
°
，在光斑间距难以控制的前提下，能够有效减少光斑因间距过小而减少重叠形成的过度掺杂区域，使选择性发射极太阳能电池的光电转换效率提高。同时，矩形的重掺杂小区域旋转后，增大了与栅线的匹配窗口，提高了产品的良率。
10.结合第一方面，在本技术的第一方面的第一种可能的示例中，同一栅线上的重掺杂小区域相较于栅线的倾斜方向相同。
11.结合第一方面，在本技术的第一方面的第二种可能的示例中，硅片表面的所有横向布置的重掺杂小区域相较于横向布置的栅线的倾斜方向相同，硅片表面的所有纵向布置的重掺杂小区域相较于纵向布置的栅线的倾斜方向相同。
12.结合第一方面，在本技术的第一方面的第三种可能的示例中，上述重掺杂小区域
的边长为100～120μm。
13.结合第一方面，在本技术的第一方面的第四种可能的示例中，上述栅线的宽度为20～60μm。
14.结合第一方面，在本技术的第一方面的第五种可能的示例中，上述重掺杂小区域为正方形，且边长为115μm，重掺杂小区域相较于栅线旋转23
°
，栅线的宽度为25μm。
15.在第二方面，本技术示例提供了一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其包括：将激光束改变角度后打在硅片表面形成矩形光斑，光斑使其与硅片表面接触区域形成矩形的重掺杂小区域，光斑按照预设方向移动，在硅片表面依次形成多个重掺杂小区域后得到重掺杂大区域，然后在硅片表面预设位置形成栅线，制得选择性发射极太阳能电池。
16.每个光斑的边缘与预设方向的夹角为10～27
°
。
17.在上述技术方案中，本技术的选择性发射极太阳能电池的制备方法能够通过改变激光束的角度，从而使得重掺杂小区域与栅线呈10～27
°
的锐角分布，有效减少光斑因间距过小而减少重叠形成的过度掺杂区域，使选择性发射极太阳能电池的光电转换效率提高，同时增大了与栅线的匹配窗口，提高了产品的良率。
18.结合第二方面，在本技术的第二方面的第一种可能的示例中，激光束通过整形镜片改变角度，使得打在硅片表面形成的矩形光斑旋转预设角度。
19.在第三方面，本技术示例提供了一种用于在硅片表面形成光斑的光学设备，其包括激光器、扩束镜、整形镜片、振镜和场镜，激光器束用于发出激光束，扩束镜位于激光器发出的激光束的传播路径上，整形镜片位于经扩束镜扩束的激光束的传播路径上，振镜和场镜位于经整形镜片改变角度的激光束的传播路径上。
20.在上述技术方案中，本技术的光学设备的整形镜片能够调整通过扩束镜扩束的激光束的旋转角度，使激光束打在硅片表面形成的光斑旋转一定角度。
21.结合第三方面，在本技术的第三方面的第一种可能的示例中，光学设备还包括第一关闸和第二关闸，第一关闸和第二关闸设置于整形镜片、振镜和场镜的光路之间。
附图说明
22.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。
23.图1为现有的选择性发射极太阳能电池的结构示意图；
24.图2为本技术实施例的第一种选择性发射极太阳能电池的结构示意图；
25.图3为本技术实施例的第二种选择性发射极太阳能电池的结构示意图；
26.图4为本技术实施例的匹配窗口宽度值的计算示意图；
27.图5为本技术实施例的光学设备的结构示意图。
28.图标：10-硅片；100-重掺杂小区域；200-重-重掺杂区域；20-栅线；30-光学设备；310-激光器；320-扩束镜；330-整形镜片；340-振镜和场镜；350-第一关闸；360-第二关闸；370-第一全反射镜；380-第三关闸；390-第二全反射镜。
具体实施方式
29.下面将结合实施例对本技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本技术，而不应视为限制本技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
30.请参阅图1，现有的选择性发射极太阳能电池的制备方法是将激光束打在硅片10表面形成光斑，光斑为矩形，光斑使其与硅片10表面接触区域形成重掺杂小区域100，光斑沿重掺杂小区域100的边的延伸方向移动，依次形成多个重掺杂小区域100后得到重掺杂大区域，重掺杂大区域整体为长方形，且在丝网印刷栅线20(电极)时，栅线20与重掺杂大区域的长边平行。
31.但是，由于光斑在移动过程中，光斑的间距控制难度大。如果光斑间距过小，会导致重掺杂小区域100部分重合形成重-重掺杂区域200；如果光斑间距过大，栅线20与硅片10接触部位有效重掺杂面积减小，发挥不了选择性发射极的优势，导致制得的选择性发射极太阳能电池的光电转换效率降低。本技术发明人发现，重-重掺杂区域200属于过度掺杂，过度掺杂会导致复合严重，也会使制得的选择性发射极太阳能电池的光电转换效率降低。
32.以下针对本技术实施例的一种选择性发射极太阳能电池及其制备方法、光学设备进行具体说明：
33.请参阅图2，本技术提供一种选择性发射极太阳能电池，其包括硅片10和栅线20，硅片10表面与栅线20的接触部位具有通过多个光斑形成的重掺杂大区域，光斑形成的重掺杂小区域100为矩形，每个重掺杂小区域100的边与栅线20的夹角为10～27
°
。
34.图1中没有旋转的任意相邻的两个重掺杂小区域100的边与边完全对齐，而本技术的选择性发射极太阳能电池，通过使每个矩形的重掺杂小区域100旋转并与栅线20的夹角为10～27
°
，任意相邻的两个重掺杂小区域100的边与边只有中部对齐，两端伸出。与图1没有旋转的重掺杂小区域100对比，旋转后的重掺杂小区域100与相邻的重掺杂小区域100的重叠部分面积减少，即重-重掺杂区域200面积减小，过度掺杂面积减小，在光斑间距难以控制的前提下，使选择性发射极太阳能电池的光电转换效率提高。
35.同时，采用图1的方式制备选择性发射极太阳能电池时，由于栅线20偏移量控制难度大，在丝网印刷栅线20时，容易出现栅线20部分或全部偏移出重掺杂大区域的情况，影响到产品的良率。本技术矩形的重掺杂小区域100旋转后，重掺杂大区域与栅线20的匹配窗口增大，在丝网印刷栅线20时，不再容易出现栅线20部分或全部偏移出重掺杂大区域的情况，能够提高产品的良率。
36.请参阅图3，重掺杂小区域100旋转并与栅线20的夹角为10～27
°
时，重掺杂大区域与栅线20的匹配窗口明显增大，可以容纳下两条栅线20，相较于图1的重掺杂大区域与栅线20的匹配窗口有明显改善。
37.需要说明的是，匹配窗口可以用匹配窗口宽度值表示，匹配窗口宽度值可以理解为每个重掺杂小区域100在栅线20宽度方向上的长度，如图1的重掺杂小区域100的匹配窗口宽度值为重掺杂小区域100在栅线20宽度方向上的边长，而本技术的重掺杂小区域100的匹配窗口宽度值如图2所示。
38.请参阅图4，重掺杂小区域100的边与栅线20的夹角为α，重掺杂小区域100为正方
形，且边长为a，匹配窗口宽度值为b。
39.b＝20
.5
a*cos(1/4π-α)；
40.α＝10～27
°
时，cos(1/4π-α)≈0.82～0.95；
41.b＝1.16～1.34a＞a。
42.由上述公式可以，图2旋转后的重掺杂小区域100的匹配窗口宽度值比图1的重掺杂小区域100的匹配窗口宽度值大。
43.在本技术的一种实施方式中，每个重掺杂小区域100的边与栅线20的夹角为23
°
。在本技术的另外一些实施方式中，每个重掺杂小区域100的边与栅线20的夹角还可以为10
°
、11
°
、12
°
、13
°
、14
°
、15
°
、16
°
、17
°
、18
°
、19
°
、20
°
、21
°
、22
°
、24
°
、25
°
、26
°
或27
°
。
44.重掺杂小区域100的边长为100～120μm。
45.在本技术的一种实施方式中，重掺杂小区域100的边长为115μm。在本技术的其他一些实施方式中，重掺杂小区域100的边长还可以为100μm、102μm、103μm、105μm、108μm、110μm、113μm、118μm或120μm。
46.栅线20的宽度为20～60μm。
47.在本技术的一种实施方式中，栅线20的宽度为25μm。在本技术的其他一些实施方式中，栅线20的宽度还可以为20μm、28μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm或60μm。
48.可选地，重掺杂小区域100为正方形，且边长为115μm，重掺杂小区域100相较于栅线20旋转23
°
，栅线20的宽度为25μm。
49.需要说明的是，重掺杂小区域100的边长以及重掺杂小区域100相较于栅线20的旋转角度需要和栅线20的宽度匹配，具体根据实际栅线20的宽度搭配重掺杂小区域100的边长以及重掺杂小区域100相较于栅线20的旋转角度。
50.同时，当重掺杂小区域100的边长以及栅线20的宽度是固定的，可以通过调整重掺杂小区域100相较于栅线20的旋转角度使其与重掺杂小区域100的边长以及栅线20的宽度匹配。
51.可选地，同一栅线20上的重掺杂小区域100相较于栅线20的倾斜方向相同。
52.即同一栅线20上的所有重掺杂小区域100对应的同一条边均相互平行。
53.可选地，硅片10表面的所有横向布置的重掺杂小区域100相较于横向布置的栅线20的倾斜方向相同，硅片10表面的所有纵向布置的重掺杂小区域100相较于纵向布置的栅线20的倾斜方向相同。
54.本技术还提供一种选择性发射极太阳能电池的制备方法，其包括：将激光束改变角度后打在硅片表面形成矩形光斑，光斑使其与硅片表面接触区域形成矩形的重掺杂小区域，光斑按照预设方向移动，在硅片表面依次形成多个重掺杂小区域后得到重掺杂大区域，然后在硅片表面预设位置形成栅线，制得选择性发射极太阳能电池。
55.每个光斑的边缘与预设方向的夹角为10～27
°
。
56.可选地，激光束通过整形镜片改变角度，使得打在硅片表面形成的矩形光斑旋转预设角度。
57.本技术的选择性发射极太阳能电池的制备方法能够通过改变激光束的角度，从而使得重掺杂小区域与栅线呈10～27
°
的锐角分布，有效减少光斑因间距过小而减少重叠形成的过度掺杂区域，使选择性发射极太阳能电池的光电转换效率提高，同时增大了与栅线
的匹配窗口，提高了产品的良率。
58.光斑的旋转角度可通过以下方法测得：
59.1、将待测硅片放在基恩士显微镜的载物台上，在20倍镜下调整待测光斑的位置，使得测试对象在镜头视野中央；
60.2、切换至50倍镜，再微调载物台高度、载物台横向或纵向放置，使得待测光斑在视野中央；
61.3、在基恩士软件上依次选择：轮轮廓测试—角度测试—测量方式—线段/直线，再将待测光斑横向边、斜边进行取点；
62.4、完成待测点位测试后，软件测出角度值；
63.5、重复3～4步骤，完成多次测试；
64.6、将多次测试数据去平均值，既得光斑角度测试值。
65.请参阅图5，本技术还提供一种用于在硅片10表面形成光斑的光学设备30，其包括激光器310、扩束镜320、整形镜片330、振镜和场镜340。
66.激光器310用于产生并发出具有一定能量的激光束；扩束镜320位于激光器310发出的激光束的传播路径上，并对原始激光束进行扩束，以满足整形镜片330对激光束的直径要求；整形镜片330位于经扩束镜320扩束的激光束的传播路径上，并使经扩束的激光束旋转预设角度；振镜和场镜340位于经整形镜片330改变角度的激光束的传播路径上。
67.本技术的光学设备30的整形镜片330能够调整通过扩束镜320扩束的激光束的旋转角度，使激光束打在硅片10表面形成的光斑旋转一定角度。
68.可选地，光学设备30还包括第一关闸350和第二关闸360，第一关闸350和第二关闸360均设置于整形镜片330、振镜和场镜340的光路之间。
69.可选地，光学设备30还包括第一全反射镜370、第三关闸380和第二全反射镜390，第一全反射镜370和第二全反射镜390均设置于激光器310和扩束镜320的光路之间。
70.激光器310产生并发出具有一定能量的激光束，激光束在第一全反射镜370的作用下角度发生改变，激光束经过第三关闸380后，再在第二全反射镜390的作用下角度发生改变，接着激光束在扩束镜320的作用下扩束到目标直径后，在整形镜片330的作用下调整激光束的旋转角度，使其形成的光斑旋转一定角度，旋转后的激光束再次通过第一关闸350和第二关闸360后，到达振镜和场镜340，最后激光束打在硅片10表面，在振镜驱动下，根据设定路径以所经过的区域的硅片10表面的磷硅玻璃为磷源，利用激光能量实现硅片10表面的部分重掺杂。
71.以下结合实施例对本技术的一种选择性发射极太阳能电池及其制备方法作进一步的详细描述。
72.实施例1
73.本技术实施例提供一种选择性发射极太阳能电池。
74.选择性发射极太阳能电池包括硅片和栅线，硅片表面与栅线的接触部位具有通过多个光斑形成的重掺杂大区域，每个光斑形成的重掺杂小区域为正方形，每个重掺杂小区域的边长为115μm，栅线的宽度为25μm，每个重掺杂小区域的边与栅线的夹角为23
°
。
75.同一栅线上的重掺杂小区域相较于栅线的倾斜方向相同；硅片表面的所有横向布置的重掺杂小区域相较于横向布置的栅线的倾斜方向相同，硅片表面的所有纵向布置的重
掺杂小区域相较于纵向布置的栅线的倾斜方向相同。
76.实施例2
77.本技术实施例提供一种选择性发射极太阳能电池。
78.选择性发射极太阳能电池包括硅片和栅线，硅片表面与栅线的接触部位具有通过多个光斑形成的重掺杂大区域，每个光斑形成的重掺杂小区域为正方形，每个重掺杂小区域的边长为115μm，栅线的宽度为25μm，每个重掺杂小区域的边与栅线的夹角为10
°
。
79.同一栅线上的重掺杂小区域相较于栅线的倾斜方向相同；硅片表面的所有横向布置的重掺杂小区域相较于横向布置的栅线的倾斜方向相同，硅片表面的所有纵向布置的重掺杂小区域相较于纵向布置的栅线的倾斜方向相同。
80.实施例3
81.本技术实施例提供一种选择性发射极太阳能电池。
82.选择性发射极太阳能电池包括硅片和栅线，硅片表面与栅线的接触部位具有通过多个光斑形成的重掺杂大区域，每个光斑形成的重掺杂小区域为正方形，每个重掺杂小区域的边长为115μm，栅线的宽度为25μm，每个重掺杂小区域的边与栅线的夹角为27
°
。
83.同一栅线上的重掺杂小区域相较于栅线的倾斜方向相同；硅片表面的所有横向布置的重掺杂小区域相较于横向布置的栅线的倾斜方向相同，硅片表面的所有纵向布置的重掺杂小区域相较于纵向布置的栅线的倾斜方向相同。
84.对比例1
85.本技术对比例提供一种选择性发射极太阳能电池。
86.选择性发射极太阳能电池包括硅片和栅线，硅片表面与栅线的接触部位具有通过多个光斑形成的重掺杂大区域，每个光斑形成的重掺杂小区域为正方形，每个重掺杂小区域的边长为115μm，栅线的宽度为25μm，每个重掺杂小区域的边与栅线的夹角为0
°
和90
°
，即图1所示的结构。
87.对比例2
88.本技术对比例提供一种选择性发射极太阳能电池。
89.选择性发射极太阳能电池包括硅片和栅线，硅片表面与栅线的接触部位具有通过多个光斑形成的重掺杂大区域，每个光斑形成的重掺杂小区域为正方形，每个重掺杂小区域的边长为115μm，栅线的宽度为25μm，每个重掺杂小区域的边与栅线的夹角为7
°
。
90.同一栅线上的重掺杂小区域相较于栅线的倾斜方向相同；硅片表面的所有横向布置的重掺杂小区域相较于横向布置的栅线的倾斜方向相同，硅片表面的所有纵向布置的重掺杂小区域相较于纵向布置的栅线的倾斜方向相同。
91.对比例3
92.本技术对比例提供一种选择性发射极太阳能电池。
93.选择性发射极太阳能电池包括硅片和栅线，硅片表面与栅线的接触部位具有通过多个光斑形成的重掺杂大区域，每个光斑形成的重掺杂小区域为正方形，每个重掺杂小区域的边长为115μm，栅线的宽度为25μm，每个重掺杂小区域的边与栅线的夹角为30
°
。
94.同一栅线上的重掺杂小区域相较于栅线的倾斜方向相同；硅片表面的所有横向布置的重掺杂小区域相较于横向布置的栅线的倾斜方向相同，硅片表面的所有纵向布置的重掺杂小区域相较于纵向布置的栅线的倾斜方向相同。
95.试验例1
96.采用halm测试机对本技术实施例1～2、对比例1～3的选择性发射极太阳能电池和对照组进行电性能测试，对照组为没有进行激光掺杂的电池。电性能测试过程包括电注入、自动化吸片、皮带传入、电性能测试测试和皮带传出，测试结果如表1所示。
97.表1
[0098][0099]
由表1可知，当每个重掺杂小区域的边与栅线的夹角为10～27
°
时，选择性发射极太阳能电池的光电转换效率较高。
[0100]
综上所述，本技术实施例的一种选择性发射极太阳能电池的制备方法提供一种新型光斑分布形态，制得了一种具有新型重掺杂区域的选择性发射极太阳能电池，在光斑间距难以控制的前提下，能够有效减少光斑因间距过小而减少重叠形成的过度掺杂区域，使选择性发射极太阳能电池的光电转换效率提高。同时，矩形的重掺杂小区域旋转后，增大了与栅线的匹配窗口，提高了产品的良率。
[0101]
以上所述仅为本技术的具体实施例而已，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。