專利名稱：一種電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于太陽電池技術領域，具體涉及到一種電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池及其制備工藝。
背景技術：
太陽電池就是由具有p-n結的半導體襯底組成。在一個薄的硅片上，接近電池表面的p-n結能夠接收到碰撞到它的太陽光，具有一定能量的光子能產生電子空穴對，在p-n 結內建電場的作用下電子、空穴產生定向移動，最后在襯底上產生光生電動勢。襯底上產生的光生電動勢場強方向與硅片襯底P-n結的內建電場場強方向相反，這樣使得電池產生漏電電流，減少了有效電流，從而降低了太陽電池的效率。目前研究及開發削弱光生電動勢對太陽電池內建電場影響的產品還比較少，需要相關研究機構的關注。隨著太陽電池行業的快速發展，降低太陽電池生產成本與提高太陽電池效率成為目前研究人員的主要目標，因此各種新工藝、新方法、新結構不斷被提出。傳統鋁背場工藝無法滿足薄硅片背面低復合速率的要求，然而背面點接觸電池被認為是一種可以減少金屬-半導體接觸面積，鈍化背面大部分區域，有效地減少太陽電池背面復合速率，提高太陽電池效率的有效方式。同時，對于擁有局域背場的背面點接觸太陽電池，其性能相對沒有局域背場的背面點接觸太陽電池更加優異。目前制備背面點接觸電極方式有絲網印刷腐蝕性漿料開孔、噴墨打印腐蝕性漿料開孔、光刻開孔(如PERC、PERL電池)等。局域背場形成的方式有局域掩模高溫重摻、激光化學工藝(LCP)等。光刻開孔、激光化學工藝成本高，產業化投入大，而絲網印刷腐蝕性漿料開孔精度不高。利用激光燒蝕技術制備背面點接觸電極及形成局域背場被認為是方便快捷的方式。Fronhofer ISE開發的激光燒蝕工藝(LFC)，通過激光開孔并將鋁與硅形成合金及局域背場，但該工藝需要真空蒸鍍鋁，其成本高；激光化學工藝(LCP)能夠形成很好的局域背場，但設備成本投入大，難以產業化生產。本發明采用的激光工藝直接用于開孔及形成硼背場，其效率較高，成本較低，具有產業化生產的潛力。

發明內容
本發明的目的是在于提供一種電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池及其制備工藝，該結構及工藝能夠起到背面鈍化效果，減少漏電電流，提高電池效率，易于實現產業化生產。為了達到上述技術方案，本發明是按以下技術方案實現的本發明所述的一種電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池，包括硅片襯底，所述硅片襯底包括有吸收太陽光的前表面，硅片襯底的前表面有擴散得到的η+層、氮化硅減反膜及銀前電極，所述銀前電極底部設有若干通孔，所述硅片襯底背面先形成二氧化硅和氮化硅復合鈍化膜，所述復合鈍化膜背面印有網狀圖案的中間鋁層，所述中間鋁層通過通孔與銀前電極的底部形成合金實現電荷導通，中間鋁層背面鍍有一層與背面電極形成電荷隔離的氧化鋁介質層，所述網狀圖案的中間鋁層的無漿料區域被激光局域開孔并形成局域硼背場，背電極與硅片襯底以點接觸方式形成歐姆接觸。本發明中，是通過鍍氧化鋁到中間鋁層形成一層電荷阻擋層，將中間鋁層與背面電極隔離，光照時中間鋁層與前電極形成等勢體， 而與背電極之間形成電容器。作為上述技術的進一步改進，所述硅片襯底為P型單晶硅片襯底或P型多晶硅片襯底，硅片襯底電阻率為0. 5 Ω. cm 10 Ω. Cm，厚度為100 220 μ m。所述通孔位于硅片襯底的前表面銀前電極主柵的正下方，通孔直徑為0. 2 2mm。所述的二氧化硅和氮化硅復合鈍化膜，二氧化硅的厚度為5 50nm，氮化硅厚度為 40 200nm。所述網狀圖案為平面結構，無漿料區域為方形、圓形或規則多邊形陣列，其邊長或直徑為200 2000 μ m，背面接觸孔的面積占無漿料區域的1^-80 ^所述的有網狀圖案的鋁漿料層厚度為5 30 μ m。所述的氧化鋁層厚度為60 300nm。本發明還公開了上述電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池的制備工藝，具體包括以下步驟(1)通過激光工藝在硅片襯底上形成若干通孔，并用化學腐蝕液去除硅片襯底表面的損傷層；(2)在硅片襯底的兩面經過高溫擴散爐擴散形成η+層；(3)采用化學腐蝕溶液去除硅片襯底背面的η+層；(4)在硅片襯底的兩面通過熱氧化形成二氧化硅層；(5)在硅片襯底背面鍍上一層氮化硅(SiNx H)，形成二氧化硅和氮化硅復合鈍化膜，隨后用氫氟酸去除掉硅片襯底前表面的二氧化硅層；(6)在硅片襯底前表面鍍上氮化硅減反膜；(7)采用絲網印刷工藝在硅片襯底背面的復合鈍化膜上印刷具有網狀圖案的、 無玻璃料的鋁漿料層，即中間鋁漿料層，并通過高溫燒結爐燃燒掉該層鋁漿料層中的有機物；(8)在硅片襯底的背面鍍上氧化鋁層；(9)采用噴淋工藝在網狀圖案的無漿料區域的槽內噴淋上硼酸；(10)采用激光燒蝕工藝在網狀圖案的無漿料區域的槽內局域開膜，并使硅片襯底與硼酸在高溫下反應形成硼硅合金及局域硼背場；(11)在硅片襯底背面絲網印刷無玻璃料的鋁漿料層；(12)在硅片襯底前表面絲網印刷銀漿料層，并通過燒結爐高溫燒結使做背電極的鋁漿料與硅片襯底基底形成局域歐姆接觸，銀前電極燒穿氮化硅與硅片襯底形成歐姆接觸，具有網狀圖案的鋁金屬層與銀前電極主柵底部形成合金。上述步驟(1)中，化學腐蝕溶液為KOH或NaOH溶液，濃度是5% 40%，每條主柵下方的通孔數量為2 20個。上述步驟(2)中，擴散液態源是POCl3，還可以選擇氣態或固態作為擴散源，也可以將硅片背對背放入擴散石英舟中實現單面擴散，擴散得到的結深是0.5士0.2 μ m及方阻為 40 65Ω / □。 上述步驟(3)中，去除背結的化學腐蝕溶液為HF/HN03或HF/HN03/H2S04混合液， 還可以選擇NaOH或KOH溶液.上述步驟的特征是，熱氧化形成的二氧化硅層厚度為5 50nm。上述步驟( 的中，氮化硅的厚度為40 200nm，還可以選擇鍍氧化鋁層或二氧化硅層；硅片前面二氧化硅層還可以選擇保留。上述步驟(6)中，氮化硅的厚度為40 lOOnm。上述步驟(7)中，網狀圖案為平面結構，無漿料區域可為方形、圓形或規則多邊形陣列，邊長或直徑為200 2000 μ m，鋁漿料層厚度為5 30 μ m，無漿料區域占背面總面積的 10% 80%。上述步驟(8)的中，氧化鋁層厚度為60 300nm，還可以選擇鍍二氧化硅層、氮化硅層。上述步驟(9)中，硼酸溶液濃度為0. 5% 5%，還可以選擇噴墨打印、絲網印刷進行印刷。上述步驟(10)中，背面接觸孔的面積占無漿料區域的5% 80%，局域硼背場還可以通過光刻及局域高溫摻雜工藝形成。上述步驟(11)中，背面電極鋁漿料層厚度為2 30μπι，還可以用真空蒸鍍工藝、 電子束蒸發工藝形成背面鋁電極。上述步驟(1 中，銀前電極的主柵位于所述的若干個通孔之上，通過通孔與中間鋁漿料層導通，銀前電極的厚度為5 30 μ m，還可以通過電鍍工藝形成銀前電極。 與現有技術相比，本發明的有益效果是(1)采用絲網印刷和激光燒蝕工藝制備背面點接觸電池，降低制造成本，適合規模化生產；(2)采用噴淋工藝將硼酸保留在一定形狀和高度的網狀圖案的槽內，然后用激光燒蝕工藝在槽內介質膜上開孔，使硼酸在高溫下與硅基底形成硼背場，印刷鋁漿料到背面并燒結可以形成良好的歐姆接觸；(3)中間鋁漿料層與背面鋁電極被氧化鋁層隔離，無法與背電極接觸，但與前電極的主柵導通，使得在光照時中間鋁層與前電極形成等勢體，同樣帶負電荷，該層中間鋁層可以將到達硅片襯底背面的電子反射從而形成電場鈍化層，減少背面復合速率；(4)根據電場方向分析，中間鋁漿料層削弱了光生電動勢對硅片襯底的負面影響， 減少漏電電流，從而提高太陽電池效率。


圖1-12是本發明制備電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池的制備工藝流程圖其中圖1是在硅片襯底用激光器開四個通孔；圖2是在硅片兩面通過擴散爐高溫擴散形成η+層；圖3是去除硅片兩面的磷硅玻璃和背面η+層；
圖4是在硅片兩面通過熱氧化法形成薄二氧化硅層；圖5是在硅片背面鍍一層氮化硅(SiNx:H)，并將硅片前表面的二氧化硅層去除；圖6是在硅片前表面鍍上氮化硅(SiNxH)減反膜；圖7是在硅片背面絲網印刷一層網狀圖案的、無玻璃料的中間鋁漿料層，并在燒結爐中燃燒掉該層鋁漿的有機物；圖8是在硅片背面鍍一層氧化鋁層；圖9是在硅片背面的網狀圖案的無漿料區域的槽內噴淋一層硼酸；圖10是通過激光器對硅片背面的網狀圖案的、無漿料區域的槽內進行局域開膜和燒蝕，形成局域硼背場；圖11是在硅片背表面絲網印刷一層背面電極鋁漿料層；圖12是在硅片前表面絲網印刷銀前電極并在高溫下燒結，使前電極、背面電極與硅片襯底形成歐姆接觸，中間鋁漿料層通過通孔與銀前電極的主柵底部形成合金。圖13是本發明所述電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池等軸測圖。圖14是硅片襯底結構示意圖。
具體實施例方式以下列舉具體實施例對本發明進行詳細說明。需要指出的是，以下實施只用于對本發明作進一步說明，不代表本發明的保護范圍，其他人根據本發明的提示做出的非本質的修改和調整，仍屬于本發明的保護范圍。本發明所述的一種電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池，如圖13所示，包括硅片襯底10 (如圖14所示)，所述硅片襯底10包括有吸收太陽光的前表面，硅片襯底10的前表面有擴散得到的η+層4、氮化硅減反膜20及銀前電極Μ，所述銀前電極M底部設有若干通孔2，所述硅片襯底10背面先形成二氧化硅6和氮化硅8復合鈍化膜，所述復合鈍化膜背面印有網狀圖案的中間鋁層12，所述中間鋁層12通過通孔2與銀前電極M的底部形成合金實現電荷導通，中間鋁層12背面鍍有一層與背面電極22形成電荷隔離的氧化鋁介質層 14，所述網狀圖案的中間鋁層12的無漿料區域被激光局域開孔并形成局域硼背場18，背電極與硅片襯底以點接觸方式形成歐姆接觸。以下通過三個實施例對本發明所述電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池的制備工藝進行具體說明實施例1如圖1 圖12所示，本實施例所述的電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池的制備工藝，其具體步驟如下(1)在硅片襯底10上用激光器開四個通孔2 ；(2)在硅片襯底10兩面通過擴散爐高溫擴散形成η+層4 ；(3)去除硅片襯底10兩面的磷硅玻璃和背面η+層4 ；(4)在硅片襯底10兩面通過熱氧化法形成薄二氧化硅層6 ；(5)在硅片襯底10背面鍍一層氮化硅(SiNx:H)即復合鈍化膜8，并用氫氟酸將硅片襯底10前表面的二氧化硅層去除；(6)在硅片襯底10前表面鍍上氮化硅減反膜20即上氮化硅(SiNx:H)減反膜；
(7)在硅片襯底10背面絲網印刷一層網狀圖案的、無玻璃料的鋁漿料層12，即中間鋁層，并在燒結爐中燃燒掉該層鋁漿的有機物；(8)在硅片襯底10背面鍍一層氧化鋁層14 ；(9)在硅片襯底10背面的網狀圖案的無漿料區域的槽沈內噴淋一層硼酸16 ；(10)在硅片襯底10背面的網狀圖案的無漿料區域的槽沈內進行局域打孔和燒蝕，形成硼硅合金及局域硼背場18 ；(11)在硅片襯底10背面絲網印刷一層鋁漿料層形成背面鋁電極22 ；(12)在硅片襯底10前表面絲網印刷銀前電極M并在高溫擴散爐中燒結，使銀前電極對、背面電極22與硅片襯底10形成歐姆接觸，中間鋁漿料層12通過通孔2與銀前電極對主柵形成合金。在上述步驟中，硅片襯底10在使用前需要經過超聲波清洗、去損傷層，去損傷層厚度是5 10 μ m，同時還需要堿制絨制備出表面絨面結構，之后再通過鹽酸、氫氟酸等漂洗后方可使用；經擴散形成的η+層4后，還需要二次清洗，去除磷硅玻璃，刻邊并把硅片襯底10背面的ρ-η結去除，方可進行下一步驟。通過激光器對硅片襯底10背面的網狀圖案進行打孔并局域燒蝕后需要用進行超凈水清洗，方可進行下一步。所述硅片襯底10為ρ型單晶硅片，硅片的電阻率為0. 5 5 Ω. cm，厚度為100 150 μ m ；激光打出的通孔直徑為0. 2 0. 5mm。在形成的二氧化硅6和氮化硅8復合鈍化膜中，二氧化硅的厚度為5 lOnm，氮化硅厚度為70 SOnm ；氮化硅減反膜20厚度為70 80nm，在硅片襯底10背面絲網印刷的網狀圖案無漿料區域為正方形陣列，邊長300 μ m，漿料厚度為5 10 μ m，無漿料區域占背面面積的20% ；在網狀圖案上鍍的氧化鋁層14厚度為80 IOOnm ；在網狀圖案無漿料區域的槽內噴淋的硼酸16的濃度為1%，厚度為5 10 μ m;在網狀圖案的無漿料區域的槽內用激光器進行局域背面接觸孔的面積占無漿料區域的20% ；銀前電極M的厚度為10 20 μ m，背面鋁電極22厚度為10 20 μ m;硅片襯底10前表面制得η+層4的方塊電阻為40 50 Ω / 口。實施例2本實施例與上述實施例1的具體制備工藝步驟完全相同，其不同之處在于所述硅片襯底10為ρ型單晶硅片，硅片的電阻率為1 10 Ω . cm，厚度為150 180 μ m ；激光打出的通孔2的直徑為0. 5 0. 8mm ；此外，在形成的二氧化硅6和氮化硅8 復合鈍化膜中，二氧化硅6的厚度為10 15nm，氮化硅8厚度為80 IOOnm ；氮化硅減反膜20厚度為70 80nm，。在硅片背面絲網印刷的網狀圖案無漿料區域為圓形陣列，直徑為400 μ m，漿料厚度為10 20μπι，無漿料區域占背面面積的30% ；在網狀圖案上鍍的氧化鋁層14厚度為 100 120nm ；在網狀圖案無漿料區域的槽內噴淋的硼酸16濃度為5%，厚度為10 20 μ m ； 在網狀圖案的無漿料區域的槽內用激光器進行局域背面接觸孔的面積占無漿料區域的 30% ；銀前電極M的厚度為15 20 μ m，背面鋁電極22厚度為15 20 μ m;硅片襯底10 前表面制得η+層4的方塊電阻為50 55 Ω / 口。實施例3本實施例與上述實施例1的具體制備工藝步驟完全相同，其不同之處在于硅片襯底10也為ρ型單晶硅片，其硅片的電阻率為5 10 Ω. cm，厚度為200 220 μ m0 激光打出的通孔2直徑為1. 0 1. 2mm,在形成的二氧化硅6和氮化硅8復合鈍化膜中，二氧化硅6的厚度為20 40nm，氮化硅8厚度為120 150nm ；氮化硅減反膜20 厚度為70 80nm，。在硅片背面絲網印刷的網狀圖案無漿料區域為正方形陣列，邊長為 500 μ m,漿料厚度為15 25 μ m,無漿料區域占背面總面積的50%。在網狀圖案上鍍的氧化鋁層14厚度為120 150nm。在網狀圖案無漿料區域的槽內噴淋的硼酸16濃度為3%， 厚度為15 25 μ m。在網狀圖案的無漿料區域的槽內用激光器進行局域背面接觸孔的面積占無漿料區域的40%。銀前電極M的厚度為20 25 μ m,背面鋁電極22厚度為20 25 μ m。硅片襯底10前表面制得η+層4的方塊電阻為55 65 Ω / 口。
權利要求
1.一種電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池，其特征在于包括硅片襯底，所述硅片襯底包括有吸收太陽光的前表面，硅片襯底的前表面有擴散得到的η+層、氮化硅減反膜及銀前電極，所述銀前電極底部設有若干通孔，所述硅片襯底背面先形成二氧化硅和氮化硅復合鈍化膜，所述復合鈍化膜背面印有網狀圖案的中間鋁層，所述中間鋁層通過通孔與銀前電極的底部形成合金實現電荷導通，中間鋁層背面設有一層與背面電極形成電荷隔離的氧化鋁介質層，所述網狀圖案的中間鋁層的無漿料區域被激光局域開孔并形成局域硼背場背電極，該背電極與硅片襯底以點接觸方式形成歐姆接觸。
2.根據權利要求1所述的電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池，其特征在于所述硅片襯底為P型單晶硅片襯底或P型多晶硅片襯底，硅片襯底電阻率為0. 5 Ω . cm 10 Ω . cm， 厚度為100 220 μ m。
3.根據權利要求1所述的電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池，其特征在于所述通孔位于硅片襯底的前表面銀前電極主柵的正下方，通孔直徑為0. 2 2mm。
4.根據權利要求1所述的電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池，其特征在于所述的二氧化硅和氮化硅復合鈍化膜，二氧化硅的厚度為5 50nm，氮化硅厚度為40 200nm。
5.根據權利要求1所述的電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池，其特征在于所述網狀圖案為平面結構，無漿料區域為方形、圓形或規則多邊形陣列，其邊長或直徑為200 2000 μ m，背面接觸孔的面積占無漿料區域的1^-80 ^
6.根據權利要求1所述的電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池，其特征在于所述的有網狀圖案的鋁漿料層厚度為5 30 μ m。
7.根據權利要求1所述的電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池，其特征在于所述的氧化鋁層厚度為60 300nm。
8.根據權利要求1所述的電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟(1)通過激光工藝在硅片襯底上形成若干通孔，并用化學腐蝕液去除硅片襯底表面的損傷層；(2)在硅片襯底的兩面經過高溫擴散爐擴散形成η+層；(3)采用化學腐蝕溶液去除硅片襯底背面的η+層；(4)在硅片襯底的兩面通過熱氧化形成二氧化硅層；(5)在硅片襯底背面鍍上一層氮化硅(SiNx:H)，形成二氧化硅和氮化硅復合鈍化膜， 隨后用氫氟酸去除掉硅片襯底前表面的二氧化硅層；(6)在硅片襯底前表面鍍上氮化硅減反膜；(7)采用絲網印刷工藝在硅片襯底背面的復合鈍化膜上印刷具有網狀圖案的、無玻璃料的鋁漿料層，即中間鋁金屬層，并通過高溫燒結爐燃燒掉該層鋁漿料層中的有機物；(8)在硅片襯底的背面鍍上氧化鋁層；(9)采用噴淋工藝在網狀圖案的無漿料區域的槽內噴淋上硼酸；(10)采用激光燒蝕工藝在網狀圖案的無漿料區域的槽內局域開膜，并使硅片襯底與硼酸在高溫下反應形成硼硅合金及局域硼背場；(11)在硅片襯底背面絲網印刷無玻璃料的鋁漿料層；(12)在硅片襯底前表面絲網印刷銀漿料層，并通過燒結爐高溫燒結使做背電極的鋁漿料與硅片襯底基底形成局域歐姆接觸，銀前電極燒穿氮化硅與硅片襯底形成歐姆接觸，具有網狀圖案的鋁金屬層與銀前電極主柵底部形成合金。
9.根據權利要求8所述的電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池的制備工藝，其特征在于，所述的硼酸溶液濃度為0. 5% 40%。
10.根據權利要求8所述的電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池的制備工藝，其特征在于，所述的步驟(1)中將硅片襯底背對背放入擴散石英舟中實現單面擴散，所述的η+層方阻為40 65 Ω / 口。
全文摘要
本發明屬于電池技術領域。具體公開一種電場鈍化背面點接觸晶體硅太陽電池及其制備方法，該太陽電池包括硅片襯底，硅片襯底包括有吸收太陽光的前表面，前表面有硅片前表面有擴散得到的n+層、氮化硅減反膜及銀前電極，所述銀前電極底部設有若干通孔，硅片襯底背面先形成二氧化硅和氮化硅復合鈍化膜，復合鈍化膜背面印有網狀圖案的中間鋁層，中間鋁層通過通孔與銀前電極的底部形成合金實現電荷導通，中間鋁層背面鍍有一層與背面電極形成電荷隔離的氧化鋁介質層，網狀圖案中間鋁層的無漿料區域被激光局域開孔并形成局域硼背場，背電極與硅片襯底以點接觸方式形成歐姆接觸。本發明的電池通過其制備工藝能夠形成良好的歐姆接觸和局域硼背場，中間鋁層與主柵的導通能起到電場鈍化作用，減少背面復合速率，并削弱光生電動勢對太陽電池的負面影響，提高太陽電池效率。
文檔編號H01L31/0224GK102569437SQ20121000269
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者劉家敬, 梁宗存, 沈輝, 陳達明 申請人:中山大學