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CN106876495A - 一种p型perc双面太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种p型perc双面太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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CN106876495A
CN106876495A CN201710122711.XA CN201710122711A CN106876495A CN 106876495 A CN106876495 A CN 106876495A CN 201710122711 A CN201710122711 A CN 201710122711A CN 106876495 A CN106876495 A CN 106876495A
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CN
China
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aluminum
electrode
grid
solar cell
silver
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Application number
CN201710122711.XA
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English (en)
Inventor
林纲正
方结彬
陈刚
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Zhejiang Love Solar Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Love Solar Energy Technology Co Ltd
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Publication date
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    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/219—Arrangements for electrodes of back-contact photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

本发明公开了一种P型PERC双面太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池包括自下而上依次设置的背电极、背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型硅、正面氮化硅膜和正银电极，所述太阳能电池在背面还开设有激光开槽区，激光开槽区内印刷灌注铝浆料，形成背铝条，所述的背电极由材料为银的背银主栅电极和材料为铝的背铝副栅电极组成，背铝副栅电极与激光开槽区内的背铝条一体印刷成型，背铝副栅电极为两层背铝栅线叠加印刷形成的双层结构，位于内层的背铝栅线为内层背铝栅线，位于外层的背铝栅线为外层背铝栅线。该太阳能电池能够提高光电转换效率。本发明同时公开了太阳能电池的制备方法。

Description

一种P型PERC双面太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体是指一种P型PERC双面太阳能电池及其制备方法。
背景技术
晶硅太阳能电池是一种有效吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。
传统晶硅太阳能电池基本上只采用正面钝化技术，在硅片正面用PECVD的方式沉积一层氮化硅，降低少子在前表面的复合速率，可以大幅度提升晶硅电池的开路电压和短路电流，从而提升晶硅太阳电池的光电转换效率。
随着对晶硅电池的光电转换效率的要求越来越高，人们开始研究PERC背钝化太阳电池技术。目前业界主流厂家的焦点集中在单面PERC太阳能电池的量产，而对于双面PERC太阳能电池也仅仅是一些研究机构在实验室做的研究。
对于双面PERC太阳能电池，由于光电转换效率高，同时双面吸收太阳光，发电量更高，在实际应用中具有更大的使用价值。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种P型PERC双面太阳能电池，该太阳能电池通过在电池背面的背铝栅线上再印刷一层背铝栅线，来提高太阳能电池的光电转换效率。
本发明的这一目的通过如下的技术方案来实现的：一种P型PERC双面太阳能电池，包括自下而上依次设置的背电极、背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型硅、正面氮化硅膜和正银电极，所述的正银电极由材料为银的正银主栅电极和材料为银的正银副栅电极组成，正银副栅电极与正银主栅电极相垂直，所述的背电极由材料为银的背银主栅电极和材料为铝的背铝副栅电极组成，背铝副栅电极和背银主栅电极相垂直，所述太阳能电池在背面还开设有开通所述背面氮化硅膜、背面氧化铝膜后直至P型硅的激光开槽区，激光开槽区内印刷灌注铝浆料，形成背铝条，背铝副栅电极与激光开槽区内的背铝条一体印刷成型，背铝副栅电极通过背铝条与P型硅相连，其特征在于：所述的背铝副栅电极为两层背铝栅线叠加印刷形成的双层结构，位于内层的背铝栅线为内层背铝栅线，位于外层的背铝栅线为外层背铝栅线。
本发明的双面PERC太阳能电池通过在电池背面的背铝栅线上再印刷一层背铝栅线，为两层背铝栅线的叠加结构，增加背铝副栅电极的高度，使入射光线在背铝栅线上形成一次或多次反射，反射光再入射到太阳能电池中，增加电池背面接受到的太阳光能量，同时增加背铝副栅电极的导电性，降低电池的串阻。
本发明中，所述激光开槽区与背铝副栅电极平行设置或垂直设置。
作为优选实施例，本发明中，所述内层背铝栅线的宽度为30～500微米，最优的宽度为50～250微米。
所述外层背铝栅线的宽度为30～500微米，最优的宽度为50～250微米。
所述内层背铝栅线的高度为3～30微米。
所述外层背铝栅线的高度为1～30微米。
所述背面氮化硅膜的厚度为20～500nm，最优的厚度为100～200nm。
所述背面氧化铝膜的厚度为2～50nm，最优的厚度为5～30nm。
所述背银主栅电极为连续直栅线或分段栅线，所述背铝副栅电极的根数为30～500条，最优的根数为80～220微米。
本发明中，内层背铝栅线的宽度和外层背铝栅线的宽度可以相同，也可以不同。
本发明中，所述激光开槽区为多个，激光开槽区的图案为，激光开槽区的宽度为10～500微米，相邻激光开槽区之间的间距为0.5～50mm。
本发明可以做如下改进：所述背电极的外围还印刷一圈材质为铝的铝栅外框，所述铝栅外框分别与对应的背银主栅电极和背铝副栅电极相连接，所述的铝栅外框用于给电子多提供一条传输路径。
在太阳能电池印刷过程中，由于铝浆的粘度较大，网版的线宽又比较窄，会偶尔出现铝栅断栅的情况。铝栅断栅会导致EL测试的图像出现黑色断栅，又会影响电池的光电转换效率。本发明在背电极的外围增设一圈铝栅外框，给电子多提供了一条传输路径，防止铝栅断栅造成的EL测试断栅和光电转换效率低的问题。铝栅外框分别与对应的背银主栅电极和背铝副栅电极相连接，铝栅外框下可以有激光开槽区，通过激光开槽区与P型硅相连，铝栅外框也可以没有激光开槽区。
与现有技术相比，本发明的太阳能电池能大幅提高电池光电转换效率，设备投入成本低，工艺简单，且与目前生产线兼容性好。
试验证明，本发明太阳能电池能采用双层背铝栅线结构后，电池背面的光电转换效率(绝对值)提高0.03％～0.2％，电池正面和背面的综合光电转换效率(绝对值)提高0.02％～0.18％。
本发明的目的之二是提供上述P型PERC双面太阳能电池的制备方法。
本发明的这一目的通过如下的技术方案来实现的：上述P型PERC双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)在硅片正面和背面形成绒面，所述硅片为P型硅；
(2)在所述硅片正面进行扩散，形成N型硅，即N型发射极；
(3)去除扩散过程形成的磷硅玻璃和周边PN结；
(4)对硅片背面进行抛光，形成高反射率的背表面；
(5)在硅片背面沉积背面氧化铝膜；
(6)在氧化铝膜的背面沉积背面氮化硅膜；
(7)在N型硅的正面沉积正面氮化硅膜；
(8)对硅片背面进行激光开槽，开通背面氮化硅膜、背面氧化铝膜后直至硅片，形成激光开槽区；
(9)在所述硅片背面采用丝网印刷来印刷背电极的背银主栅电极；
(10)在所述硅片背面采用丝网印刷来印刷内层背铝栅线，在印刷内层背铝栅线的同时在激光开槽区内印刷铝浆料，形成背铝条，背铝条与内层背铝栅线一体印刷成型；
(11)在所述内层背铝栅线的外表面采用丝网印刷来印刷外层背铝栅线，外层背铝栅线和内层背铝栅线形成的两层背铝栅线为背电极的背铝副栅电极；
(12)在所述正面氮化硅膜的正面采用丝网印刷或喷墨方式印刷正电极浆料；
(13)对硅片进行高温烧结，形成背电极和正银电极；
(14)对硅片进行抗LID退火处理，形成太阳能电池。
其中，步骤(7)在N型硅的正面沉积正面氮化硅膜也可以发生在步骤(5)在硅片背面沉积氧化铝膜之前，步骤(4)也可以省去。
该制备方法操作方便，与目前生产线兼容性好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明P型PERC双面太阳能电池的整体结构截面图；
图2是本发明P型PERC双面太阳能电池中背电极的平面图；
图3是本发明P型PERC双面太阳能电池中背铝副栅电极的截面图，显示外层背铝栅线、内层背铝栅线和背铝条之间的位置关系和连接关系；
图4是本发明P型PERC双面太阳能电池中另一结构的背电极的平面图；
图5是本发明P型PERC双面太阳能电池中又一结构的背电极的平面图；
图6是本发明P型PERC双面太阳能电池中又一结构的背电极的平面图；
图7是本发明P型PERC双面太阳能电池中又一结构的背电极的平面图。
附图标记说明
1、背电极，11、背银主栅电极；12、背铝副栅电极；121、内层背铝栅线；122、外层背铝栅线；2、激光开槽区，3、背面氮化硅膜，4、背面氧化铝膜，5、P型硅，6、N型硅，7、正面氮化硅膜，8、正银电极，81、正银主栅电极；82、正银副栅电极；9、背铝条，10、铝栅外框。
具体实施方式
实施例一
如图1至图3所示的一种P型PERC双面太阳能电池，包括自下而上依次设置的背电极1、背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4、P型硅5、N型硅6、正面氮化硅膜7和正银电极8，正银电极8由材料为银的正银主栅电极81和材料为银的正银副栅电极82组成，正银副栅电极82与正银主栅电极81相垂直，背电极1由材料为银的背银主栅电极11和材料为铝的背铝副栅电极12组成，背铝副栅电极12和背银主栅电极11相垂直，背铝副栅电极12也称之为背铝副栅电极。
太阳能电池在背面还开设有开通背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4后直至P型硅5的激光开槽区2，激光开槽区2与背铝副栅电极12平行设置，激光开槽区2内印刷灌注铝浆料，形成背铝条9，背电极1由材料为银的背银主栅电极11和材料为铝的背铝副栅电极12组成，背铝副栅电极12与激光开槽区2内的背铝条9一体印刷成型，背铝副栅电极12通过背铝条9与P型硅5相连，该背铝副栅电极12为两层背铝栅线叠加印刷形成的双层结构，位于内层的背铝栅线为内层背铝栅线121，位于外层的背铝栅线为外层背铝栅线122，内层背铝栅线121和外层背铝栅线12组成双层的背铝副栅电极12。背铝副栅电极12下面可以覆盖多个激光开槽区2。
本实施例中的背铝条9与内层背铝栅线121一体印刷成型，其实为内层背铝栅线121的一部分，印刷内层背铝栅线121时，铝浆会流入到激光开槽区2内形成背铝条9，印刷完内层背铝栅线121后再在内层背铝栅线121的外表面印刷外层背铝栅线122，形成双层背铝栅线结构。
本实施例中，太阳能电池的背铝副栅电极12采用两层背铝栅线的叠加结构，能够增加背铝副栅电极的高度，使入射光线在背铝栅线上形成一次或多次反射，反射光再入射到太阳能电池中，增加电池背面接收到的太阳光能量，同时增加背铝副栅电极的导电性，降低电池的串阻，提高双面太阳能电池的光电转换效率。
本实施例的背面氧化铝膜4的材质为三氧化二铝(Al2O3)，背面氮化硅膜3和正面氮化硅膜7的材质相同，均为氮化硅(Si3N4)。激光开槽区2的图案为直线型，也可以选用线段式或点线式或圆点式。激光开槽区2的宽度为30微米，宽度也可以在10～500微米之间取值，优选为30～60微米。
本实施例中，背银主栅电极11为连续直栅线，背铝副栅电极12的根数为150条，内层背铝栅线121的宽度为500微米，高度为3微米，外层背铝栅线122的宽度与内层背铝栅线121的宽度相等，也为500微米，高度为30微米，背面氮化硅膜3的厚度为20nm，背面氧化铝膜4的厚度为2nm。
其中，内层背铝栅线121的宽度也可以在30～500微米范围内取值，高度也可以在3～30微米范围内取值，外层背铝栅线122的宽度也可以在30～500微米范围内取值，高度也可以在3～30微米范围内取值，背面氮化硅膜3的厚度也可以在20～500nm范围内取值，最优的厚度范围为100～200nm，背面氧化铝膜4的厚度也可以在2～50nm范围内取值，最优的厚度范围为5～30nm。
作为本实施例的变换，背电极也可以采用图4的结构，此时激光开槽区2为多个，呈线段状，每一条背铝副栅电极12下面覆盖多个激光开槽区2。
作为图2所示背电极的改进，背电极也可以采用图5的结构，此时，背电极的外围还印刷一圈材质为铝的铝栅外框10，铝栅外框10分别与对应的背银主栅电极11和背铝副栅电极12相连接，铝栅外框10用于给电子多提供一条传输路径，防止铝栅断栅造成的EL测试断栅和光电转换效率低的问题。图5中铝栅外框10下还平行开设有激光开槽区2，通过激光开槽区2与P型硅相连。铝栅外框10也可以没有激光开槽区2。图5所示的铝栅外框10为矩形框，分别与对应的多根背银主栅电极11和背铝副栅电极12相连接，铝栅外框10也可以根据背电极形状选择与之适配的结构，如长方形框或正方形框或圆形框或椭圆形框等。
作为本实施例的变换，背电极也可以采用图6的结构，此时激光开槽区2与背铝副栅电极12垂直设置，激光开槽区2为多个，激光开槽区的图案为直线型，相邻的激光开槽区之间的间距为0.9mm，该间距也可以在0.5～50mm内取值，优选范围为0.8-30mm。
作为图6所示背电极的改进，背电极也可以采用图7的结构，此时，背电极的外围还印刷一圈材质为铝的铝栅外框10，铝栅外框10分别与对应的背银主栅电极11和背铝副栅电极12相连接。图7中铝栅外框10下还开设有与铝栅外框10相垂直的激光开槽区2，通过激光开槽区2与P型硅相连。铝栅外框10也可以没有激光开槽区2。
上述P型PERC双面太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)在硅片正面和背面形成绒面，硅片为P型硅5；
(2)在硅片正面进行扩散，形成N型硅6，即N型发射极；
(3)去除扩散过程形成的磷硅玻璃和周边PN结；
(4)对硅片背面进行抛光，形成高反射率的背表面；
(5)在硅片背面沉积背面氧化铝膜4；
(6)在氧化铝膜的背面沉积背面氮化硅膜3；
(7)在N型硅6的正面沉积正面氮化硅膜7；
(8)对硅片背面进行激光开槽，开通背面氮化硅膜3、背面氧化铝膜4后直至硅片，形成激光开槽区2；
(9)在硅片背面采用丝网印刷来印刷背电极1的背银主栅电极11；
(10)在硅片背面采用丝网印刷来印刷内层背铝栅线121，在印刷内层背铝栅线121的同时在激光开槽区2内印刷铝浆料，形成背铝条9，背铝条9与内层背铝栅线121一体印刷成型，背铝条9其实为内层背铝栅线121的一部分，印刷内层背铝栅线121时，铝浆会流入到激光开槽区2内形成背铝条9；
(11)在内层背铝栅线121的外表面采用丝网来印刷外层背铝栅线122，外层背铝栅线122和内层背铝栅线121形成的两层背铝栅线为背电极1的背铝副栅电极12；
(12)在正面氮化硅膜7的正面采用丝网印刷来印刷正电极浆料，也可以采用喷墨方式印刷；
(13)对硅片进行高温烧结，形成背电极1和正银电极8；
(14)对硅片进行抗LID退火处理，形成太阳能电池。
其中，步骤(7)在N型硅6的正面沉积正面氮化硅膜7也可以发生在步骤(5)在硅片背面沉积背面氧化铝膜4之前，步骤(4)也可以省去。
实施例二
本发明P型PERC双面太阳能电池的实施例二和实施例一不同之处在于，实施例二中，背银主栅电极11为分段栅线，背铝副栅电极12的根数为100条，内层背铝栅线121的宽度为200微米，高度为8微米，外层背铝栅线122的宽度为150微米，高度为8微米，背面氮化硅膜3的厚度为150nm，背面氧化铝膜4的厚度为6nm。
实施例三
本发明P型PERC双面太阳能电池的实施例三和实施例一不同之处在于，实施例三中，背银主栅电极11为连续直栅线，背铝副栅电极12的根数为180条，内层背铝栅线121的宽度为300微米，高度为12微米，外层背铝栅线122的宽度为350微米，高度为6微米，背面氮化硅膜3的厚度为140nm，背面氧化铝膜4的厚度为15nm。
实施例四
本发明P型PERC双面太阳能电池的实施例四和实施例一不同之处在于，实施例四中，背银主栅电极11为分段栅线，背铝副栅电极12的根数为250条，内层背铝栅线121的宽度为100微米，高度为16微米，外层背铝栅线122的宽度为160微米，高度为4微米，背面氮化硅膜3的厚度为180nm，背面氧化铝膜4的厚度为25nm。
实施例五
本发明P型PERC双面太阳能电池的实施例五和实施例一不同之处在于，实施例五中，背银主栅电极11为连续直栅线，背铝副栅电极12的根数为500条，内层背铝栅线121的宽度为40微米，高度为30微米，外层背铝栅线122的宽度与内层背铝栅线121的宽度相等，也为40微米，高度为1微米，背面氮化硅膜3的厚度为250nm，背面氧化铝膜4的厚度为30nm。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种P型PERC双面太阳能电池，包括自下而上依次设置的背电极、背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、P型硅、N型硅、正面氮化硅膜和正银电极，所述的正银电极由材料为银的正银主栅电极和材料为银的正银副栅电极组成，正银副栅电极与正银主栅电极相垂直，所述的背电极由材料为银的背银主栅电极和材料为铝的背铝副栅电极组成，背铝副栅电极和背银主栅电极相垂直，所述太阳能电池在背面还开设有开通所述背面氮化硅膜、背面氧化铝膜后直至P型硅的激光开槽区，激光开槽区内印刷灌注铝浆料，形成背铝条，背铝副栅电极与激光开槽区内的背铝条一体印刷成型，背铝副栅电极通过背铝条与P型硅相连，其特征在于：所述的背铝副栅电极为两层背铝栅线叠加印刷形成的双层结构，位于内层的背铝栅线为内层背铝栅线，位于外层的背铝栅线为外层背铝栅线。
2.如权利要求1所述的P型PERC双面太阳能电池，其特征在于：所述激光开槽区与背铝副栅电极平行设置或垂直设置。
3.如权利要求1所述的P型PERC双面太阳能电池，其特征在于：所述内层背铝栅线的宽度为30～500微米，高度为3～30微米。
4.如权利要求1所述的P型PERC双面太阳能电池，其特征在于：所述外层背铝栅线的宽度为30～500微米，高度为1～30微米。
5.如权利要求1所述的P型PERC双面太阳能电池，其特征在于：所述背面氮化硅膜的厚度为20～500nm，所述背面氧化铝膜的厚度为2～50nm。
6.如权利要求1所述的P型PERC双面太阳能电池，其特征在于：所述背银主栅电极为连续直栅线或分段栅线，所述背铝副栅电极的根数为30～500条。
7.如权利要求2所述的P型PERC双面太阳能电池，其特征在于：所述激光开槽区为多个，激光开槽区的图案为线段式或直线式或点线式或圆点式。
8.如权利要求7所述的P型PERC双面太阳能电池，其特征在于：所述激光开槽区的宽度为10～500微米，相邻激光开槽区之间的间距为0.5～50mm。
9.如权利要求1至8任一项所述的P型PERC双面太阳能电池，其特征在于：所述背电极的外围还印刷一圈材质为铝的铝栅外框，所述铝栅外框分别与对应的背银主栅电极和背铝副栅电极相连接，所述的铝栅外框用于给电子多提供一条传输路径。
10.如权利要求1至9任一项所述的P型PERC双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)在硅片正面和背面形成绒面，所述硅片为P型硅；
(2)在所述硅片正面进行扩散，形成N型硅，即N型发射极；
(3)去除扩散过程形成的磷硅玻璃和周边PN结；
(4)对硅片背面进行抛光，形成高反射率的背表面；
(5)在硅片背面沉积背面氧化铝膜；
(6)在氧化铝膜的背面沉积背面氮化硅膜；
(7)在N型硅的正面沉积正面氮化硅膜；
(8)对硅片背面进行激光开槽，开通背面氮化硅膜、背面氧化铝膜后直至硅片，形成激光开槽区；
(9)在所述硅片背面采用丝网印刷来印刷背电极的背银主栅电极；
(10)在所述硅片背面采用丝网印刷来印刷内层背铝栅线，在印刷内层背铝栅线的同时在激光开槽区内印刷铝浆料，形成背铝条，背铝条与内层背铝栅线一体印刷成型；
(11)在所述内层背铝栅线的外表面采用丝网印刷来印刷外层背铝栅线，外层背铝栅线和内层背铝栅线形成的两层背铝栅线为背电极的背铝副栅电极；
(12)在所述正面氮化硅膜的正面采用丝网印刷或喷墨方式印刷正电极浆料；
(13)对硅片进行高温烧结，形成背电极和正银电极；
(14)对硅片进行抗LID退火处理，形成太阳能电池；
其中，步骤(4)也可以省去。
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