一种提升绝缘隔离效果的背接触异质结太阳能电池及其制作方法与流程

1.本发明涉及一种提升绝缘隔离效果的背接触异质结太阳能电池及其制作方法。


背景技术：

2.提高太阳能电池工业化生产的转换效率是太阳能行业发展并逐步取代传统能源的重点研究课题。太阳能电池转换效率的提升，主要方法是提升开路电压、填充因子和短路电流密度等电性参数。异质结太阳能电池通过在非晶硅层与单晶硅基底之间插入一层本征非晶硅层，极大地改善了基体硅的表面钝化效果，可获得较高的少数载流子寿命和开路电压，从而提高了转换效率。而背接触太阳能电池的电极全部分布在背面，即p极和n极交叉排列于电池的背面，分别收集晶体硅光伏效应产生的光生载流子，电池正面没有任何电极分布，因此没有金属电极栅线遮挡产生的光学损失，可有效增加电池片的短路电流，极大提高了转换效率。背接触异质结单晶硅太阳能电池结合了上述两种太阳能技术的优点，可获得极高的光电转换效率。据报道，该种太阳能电池最高实验室效率可达到26.63％。
3.但是，背接触异质结太阳能电池在制造的过程中存在着诸多难点。其中，在背面形成交叉排列的n型区和p型区，两区之间需要完全隔离绝缘，避免接触短路严重影响电池性能的发挥，因此，要么在镀膜的过程中通过掩膜的方式避免两种极性的膜层相互交叠，造成载流子复合；要么镀膜过后，通过局部刻蚀的方式去除另一极性的膜层。而上述两种方式都需要多次进行掩膜操作和严苛的对位要求，从而导致生产工艺稳定性难保证，不适用于规模化量产。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种提升绝缘隔离效果的背接触异质结太阳能电池及其制作方法，其提高了工艺的稳定性，避免了多次掩膜操作带来工艺的复杂性，适合大规模的工艺生产。
5.本发明的目的通过如下技术方案实现：
6.一种提升绝缘隔离效果的背接触异质结太阳能电池，它包括第一主面划分为第一导电型的第一导电区和第二导电型的第二导电区的半导体基板、蚀刻第一导电区内部区域的半导体基板形成的第一导电区凹槽以及蚀刻第二导电区的半导体基板形成的第二导电区凹槽；所述第一导电区中与第二导电区交界区域未被蚀刻形成凸沿。
7.一种提升绝缘隔离效果的背接触异质结太阳能电池的制作方法，将半导体基板的第一主面划分为第一导电型的第一导电区和第二导电型的第二导电区；对半导体基板第一主面的第一导电区内部区域进行蚀刻形成第一导电区凹槽，对半导体基板第一主面的第二导电区进行蚀刻形成第二导电区凹槽。
8.较之现有技术而言，本发明的优点在于：
9.(1)通过第一导电区凹槽和第二导电区凹槽的设置，第一导电区和第二导电区各
自的半导体膜层在对应的凹槽内成膜，有效地避免了第一导电区和第二导电区膜层间的漏电产生，有利于提高填充因子。
10.(2)在制作过程中，采用激光蚀刻工艺减少了制作过程中多次镀膜及掩膜刻蚀带来的性能损伤与对位的复杂性，适合未来大规模的量产需求，极大地缩短了制作流程。
附图说明
11.图1是本发明太阳能电池的一种实施例的结构简图。
12.图2是本发明太阳能电池制作方法的一种实施例的流程图。
13.图3为本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
14.图4为本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
15.图5为本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
16.图6为本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
17.图7为本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
18.图8为本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
19.图9为本发明太阳能电池单元的一制造工序的截面示意图。
20.图10为本发明太阳能电池单元的一制造工序的局部示意图。
21.图11为本发明太阳能电池单元的一制造工序的局部示意图。
22.图12为本发明太阳能电池单元的一制造工序的局部示意图。
23.图13为本发明太阳能电池单元的一制造工序的局部示意图。
具体实施方式
24.一种提升绝缘隔离效果的背接触异质结太阳能电池，它包括第一主面划分为第一导电型的第一导电区和第二导电型的第二导电区的半导体基板、蚀刻第一导电区内部区域的半导体基板形成的第一导电区凹槽以及蚀刻第二导电区的半导体基板形成的第二导电区凹槽；所述第一导电区中与第二导电区交界区域未被蚀刻形成凸沿。
25.所述半导体基板为单晶硅片、铸造单晶硅片或多晶硅片。
26.所述半导体基板第二主面由底到面依次设有第三导电型膜层和减反射膜层。
27.所述第一导电区凹槽的深度为10-50um；所述第二导电区凹槽的深度为10-50um。
28.所述第一导电区覆盖有第一导电型膜层，所述第一导电区凸沿部的第一导电型膜层表面覆盖有第一绝缘膜层；所述第二导电区与第一绝缘膜层上覆盖有第二导电型膜层。
29.所述第一导电膜层包括第一半导体钝化层和第一半导体层；所述第二导电型膜层包括第二半导体钝化层和第二半导体层。
30.所述第一半导体钝化层和第二半导体钝化层为二氧化硅层、非晶硅本征层或二氧化硅层和非晶硅本征层结合形成的复合膜层，厚度控制在1～10nm。
31.所述第一半导体层和第二半导体层分别为n型导电型半导体层或p型导电型半导体层；所述第一半导体层和第二半导体层的导电型不相同。
32.所述第一半导体层为n型非晶硅掺杂层或p型非晶硅掺杂层；当半导体基板为n型单晶硅基体时，所述第一半导体层为n型非晶硅掺杂层，所述第二半导体层为p型非晶硅掺杂层。
33.所述第一绝缘膜层可以为绝缘膜的单膜层，也可以为绝缘膜和掩膜层的组合层。为了便于后续工艺的腐蚀和功能膜的保护，优选地第一绝缘膜层包括以第一导电型膜层为基底从底到面依次设置的第一绝缘层和第一掩膜层，第一掩膜层可以为非晶硅等薄膜，耐溶液的极性应与第一绝缘层的极性相反。
34.所述背接触异质结太阳能电池还包括设置在第一导电区上且与第一导电型膜层电连接的第一导电层、设置在第一导电层上的第一电极、设置在第二导电区上且与第二导电型膜层电连接的第二导电层以及设置在第二导电层上的第二电极；所述第一导电层与第二导电层之间设有绝缘分隔槽。
35.在一实施例中，一种背接触异质结太阳能电池，它包括硅基体片，在硅基体片的正面依次设置第一半导体钝化层、第一半导体层和减反射层，在硅基体背面设置第一半导体钝化层，第一半导体钝化层上叠有第一半导体层，第二半导体钝化层，在第二半导体钝化层上叠有第二半导体层，所述第一半导体钝化层和第一半导体层所形成的叠层(第一半导体叠层)与第二半导体钝化层和第二半导体层所形成的叠层(第二半导体叠层)交错排列，所述第一半导体叠层与第二半导体叠层之间设置有绝缘隔离层和绝缘开口，所述第一半导体叠层与第二半导体叠层都在硅基体的凹槽内成膜，所述两种半导体叠层上分别设置有透明导电层，透明导电层上设置有电极。
36.所述减反射层为氧化硅层、氮化硅层或氧化铝层，厚度控制在50～150nm之间。
37.一种提升绝缘隔离效果的背接触异质结太阳能电池的制作方法，将半导体基板的第一主面划分为第一导电型的第一导电区和第二导电型的第二导电区；对半导体基板第一主面的第一导电区内部区域进行蚀刻形成第一导电区凹槽，对半导体基板第一主面的第二导电区进行蚀刻形成第二导电区凹槽。
38.所述背接触异质结太阳能电池的制作方法的步骤如下，
39.步骤a，在半导体基板第一主面对除与第二导电区交界区域外的第一导电区部分区域进行蚀刻形成第一导电区凹槽；
40.步骤b，在半导体基板的第一主面依次形成第一导电型膜层和第一绝缘膜层；
41.步骤c，蚀刻除去第一导电区以外区域的第一绝缘膜层和第一导电型膜层，并蚀刻随之外露的半导体基板第一主面，以形成表面附着有第一绝缘膜层的第一导电区以及外露的第二导电区凹槽；
42.步骤d，在经步骤c处理的半导体基板的第一主面形成第二导电型膜层；
43.步骤e，蚀刻除去覆盖在第一导电区凹槽区域的第二导电型膜层和第一绝缘膜层；
44.步骤f，在半导体基板的第一主面形成导电膜层；
45.步骤g，在未蚀刻第一导电区凹槽的第一导电区区域进行第一导电区和第二导电区之间绝缘分隔的开槽以及形成第一导电区和第二导电区的电极。
46.所述步骤a的具体方法如下，对需形成第一导电区凹槽的第一导电区区域进行激光蚀刻，然后进行化学蚀刻以在除与第二导电区交界区域外的第一导电区区域形成第一导电区凹槽；所述第一导电区凹槽的深度为10-50um。在一实施例中，在半导体基板的一面用激光刻划后用溶液腐蚀出第一导电区凹槽，所述第一导电区凹槽深度在10-50um，所述溶液为碱性溶液，优选地用总质量百分比为3％-10％的氢氧化钾和/或氢氧化钠等。
47.所述步骤c的具体方法如下，对第二导电区覆盖的第一绝缘膜层进行激光蚀刻，然
后进行化学蚀刻除去覆盖在第二导电区上的膜层并刻蚀半导体基板，以在半导体基板第一主面形成第二导电区凹槽；所述第二导电区凹槽的深度为10-50um。
48.所述第一绝缘膜层由以第一导电型膜层为基底从底到面依次形成第一绝缘层和第一掩膜层构成；所述步骤c的具体方法如下，对第二导电区覆盖的第一掩膜层进行激光蚀刻，然后进行化学蚀刻除去覆盖在第二导电区上的第一绝缘层、第一导电膜层并刻蚀半导体基板，以在半导体基板第一主面形成第二导电区凹槽。在一实施例中，用脉冲式激光移除第一掩膜层，脉冲宽度小于20纳秒，优选地，脉冲宽度小于100皮秒，低能量密度波长在560nm左右绿光，再用酸性溶液去除第一绝缘层。
49.所述步骤e中，用激光去除第一导电区凹槽区域的第二导电型膜层，再用化学蚀刻除去暴露的第一绝缘膜层。为了防止激光损伤第一导电区内的功能膜层，优选地所用激光为脉冲式，脉冲宽度小于20纳秒，低能量密度，波长在560nm左右的绿光，且激光只刻蚀去除第二导电型膜层，暴露出来的第一绝缘膜层用酸性溶液去除绝缘膜。
50.所述步骤g中，所述第一导电区电极和第二导电区电极的形成方法为，采用丝网印刷方式或电镀方式在第一导电区和第二导电区进行对应制作。
51.下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：
52.如图1至图13所示为本发明提供的一种提升绝缘隔离效果的背接触异质结太阳能电池及其制作方法的实施例示意图。
53.本发明设计的新型背接触异质结太阳能电池，以n型单晶硅基体为例，其结构如图1所示包括：n型单晶硅基体1，正、背面第一半导体钝化层2a，正、背面第一半导体层2b，背面第二半导体钝化层3a，背面第二半导体层3b，正背面减反射层4，背面透明导电层5，背面电极6，背面第一半导体层2b和背面透明导电层5所形成的叠层(第一半导体叠层)与第二半导体层3b和背面透明导电层5所形成的叠层(第二半导体叠层)都在硅基体1的对应凹槽(即第一半导体叠层位于第一导电区凹槽1b，第二半导体叠层位于第二导电区凹槽1c)内，第一半导体叠层与第二半导体叠层之间形成开口。
54.在本实施例中的太阳能电池结构中，正背面第一半导体钝化层2a，为含h的非晶硅本征层i，背面的第一半导体钝化层2a只需达到钝化效果即可，对于其厚度无特定要求，其厚度可以在之间；正面的第一半导体钝化层2a要求钝化效果的同时，还需避免对入射光的阻挡作用，首选地其厚度控制在之间；
55.背光面第二半导体钝化层3a，为含h的非晶硅本征层i，背光面的第二半导体半导体钝化层i只需达到钝化效果即可，对于其厚度无特定要求，其厚度可以在之间；
56.正背面第一半导体层2b，为添加了n型掺杂剂的半导体非晶硅层；背面的第二半导体层3b，为添加了p型掺杂剂的半导体非晶硅层，n型和p型半导体层的厚度并无特别限定，优选地，n型半导体层的厚度可以为p型非晶半导体层的厚度可以为p型和n型的半导体层的掺杂浓度为10
19-10 20
cm-3
，其膜层具有高浓度掺杂，高导电性能的特点。
57.背面由第一半导体钝化层2a和第一半导体层2b组成的n型半导体区，与背面第二
半导体钝化层3a和第二半导体层3b组成的p型半导体区都分布在硅基体的凹槽区域，这样可以有效地避免了两区的短路，提高填充因子。
58.背面n型半导体区与p型半导体区交叉排列分布，在背面形成了指间交叉分布形态。
59.正面n型半导体非晶硅层上设有兼具减反射膜的功能与保护膜的功能的减反射层4，其可由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等形成，优选地用氮化硅膜层。减反射层的厚度可为70nm-1.5um左右；
60.背面n型半导体非晶硅层上的绝缘层为减反射层和掩膜层的组合层，掩膜层耐溶液的极性应与绝缘膜的极性相反。如，掩膜层为非晶硅、多晶硅等薄膜可以耐酸腐蚀，绝缘膜为氮化硅等膜层可以耐碱腐蚀。
61.背面n型半导体多晶层和透明导电层所形成的叠层与p型半导体非晶层和透明导电层所形成的叠层之间形成开口，目的是为了防止两种掺杂层之间短路导致电气性能降低。
62.接着，主要参照图2-图13针对本实施方式的背接触异质太阳能电池的制造方法进行说明：
63.首先准备n型单晶硅基体1。接着，在步骤s1中，对硅基体的正背面进行清洗。对硅基体两面进行抛光，去除机械损失层，然后进行表面清洁减少溶液残留，减少表面复合，如图3所示。本发明中单晶硅基体表面可以为抛光面，可以为制绒面，优选地基体表面形成金字塔绒面，降低反射率；
64.在步骤s2中，在硅基体的一面用激光刻蚀出第一导电区的图案区域，与第二导电区交界的区域不刻蚀，如图4所示；激光刻划后，硅基体的局部呈现疏松状态，与没有刻划区域相比，更容易刻蚀。接着用碱性溶液浸泡腐蚀出第一导电区凹槽1b，如图5所示，凹槽深度控制在10-50um左右；碱性溶液优选地用总质量百分比为3％-10％的氢氧化钾、氢氧化钠溶液；
65.在步骤s3中，在硅基体的正背面沉积第一半导体钝化层即氢化非晶硅本征钝化层2a、n型非晶硅掺杂层2b和减反射层4，减反射层4可由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等单一材料形成或多层复合材料形成，优选地，本实施例中采用氮化硅为减反射层，如图5；以上三种膜层可以利用溅射法或cvd法等薄膜形成方法来形成，优选地，采用pecvd方法沉积形成。
66.为了避免后续激光刻划的损伤，在位于背面且构成第一绝缘层的减反射层4之后有第一掩膜层(图5及之后的图中第一掩膜层未单独画出)如非晶硅膜层，作为牺牲膜层和后续绝缘层的腐蚀掩膜层。该第一掩膜层的耐溶液极性应与减反射层4的极性相反，本实施例中第一掩膜层比如非晶硅、多晶硅等薄膜可以耐酸腐蚀，减反射层4为氮化硅等膜层可以耐碱腐蚀。
67.在步骤s4中，背面用激光去除减反射层上的第一掩膜层，然后再用溶液腐蚀法去除减反射层，形成如图7所示结构；随后继续用溶液腐蚀法去除减反射层下面的非晶硅层和部分体硅，从而形成第二导电区凹槽1c，所述激光优先用低能量密度皮秒绿光，波长在560nm左右来刻蚀减反射层，减少激光对其他非激光区域的第一半导体层的损害，再用溶液腐蚀的方式去除非晶硅膜层及部分硅基底，从而形成第二导电区凹槽1c，如图8所示；
68.在步骤s5中，如图9所示，在上述硅基体片的背面沉积第二半导体钝化层即非晶硅
本征层3a、p型非晶硅层3b，以上非晶硅层可以利用溅射法或cvd法等薄膜形成方法来形成，优选地，本实施例中采用pecvd方法沉积形成；
69.在步骤s6中，去除第一导电区上的第二半导体钝化层、第二半导体层和减反射层，使其交错形成第一半导体叠层区和第二半导体叠层区，便于后续与透明导电层接触，所述去除膜层的方法可以用丝网印刷蚀刻油墨的方式去除，也可在保护油墨保护的条件下，用湿法刻蚀的方式去除，亦或直接用激光刻蚀的方式去除膜层，优选地，本实施例中采用激光刻蚀的方式去除第一导电区上的第二半导体层、第二半导体钝化层和第一掩膜层，然后用蚀刻液腐蚀的方式去除减反射层，形成如图10所示；所述激光用脉冲式，脉冲宽度小于20纳秒，优选地，脉冲宽度小于100皮秒；
70.在步骤s7中，在上述硅基体片的背面沉积透明导电层，形成如图11所示，透明导电层可以ito、azo等透光性导电氧化物等形成，透明导电层可以用蒸镀、溅射等方式形成，优选地，本实施例用pvd溅射方式形成；
71.在步骤s8中，将上述硅基体背面的n型多晶硅和透明导电层所形成的叠层与p型非晶硅层和透明导电层所形成的叠层绝缘隔开，如图12所示；具体地，两区之间进行绝缘隔离可以通过激光刻线、丝网印刷利用蚀刻油墨腐蚀刻槽的方式进行，优选地，本实施例通过激光刻线的方式进行；
72.在步骤s9中，在上述硅基体背面的第一导电区和第二导电区上分别形成电极，形成电极可以通过丝网印刷工艺，经低温烧结(＜250℃)，形成银栅电极，也可以通过电镀方式形成电极，如图13所示。优选地，本实施例通过电镀方式进行栅线电极。
73.以上所述仅为本发明中优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围。
74.显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。