阅读说明：本技术 一种背接触太阳能电池及其制备方法 (Back contact solar cell and preparation method thereof ) 是由 舒欣 于 2018-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种背接触太阳能电池及其制备方法,属于太阳能电池领域。该制备方法包括：在晶硅衬底的背面形成第一功能区,所述第一功能区包括保留区和去除区；在所述保留区上形成保护层；除去所述去除区,并在所述晶硅衬底的背面形成沟槽；在所述沟槽内形成第二功能区；去除所述保护层；其中,所述第一功能区与所述第二功能区的导电类型不同。本发明实施例提供的制备方法只需要采用一次掩膜就能制备出具有绝缘性能的背面图形,工艺简单,成本低。且采用该方法能够制备得到第一功能区和第二功能区之间具有高度差的背接触太阳能电池,形成良好绝缘,避免了因二者导通而造成的开路电压、短路电流和填充因子的降低,从而提高了电池能量转化效率。(The invention discloses a back contact solar cell and a preparation method thereof, and belongs to the field of solar cells. The preparation method comprises the following steps: forming a first functional area on the back of the crystalline silicon substrate, wherein the first functional area comprises a reserved area and a removed area; forming a protective layer on the reserved area; removing the removal region, and forming a groove on the back of the crystalline silicon substrate; forming a second functional region in the groove; removing the protective layer; wherein the first functional region and the second functional region have different conductivity types. The preparation method provided by the embodiment of the invention can be used for preparing the back pattern with insulating property only by adopting the mask once, and has the advantages of simple process and low cost. The back contact solar cell with the height difference between the first functional area and the second functional area can be prepared by the method, good insulation is formed, and the reduction of open-circuit voltage, short-circuit current and filling factors caused by the conduction of the first functional area and the second functional area is avoided, so that the energy conversion efficiency of the cell is improved.)

一种背接触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领域，特别涉及一种背接触太阳能电池及其制备方法。

背景技术

背接触太阳能电池是一种将P区(正电极)和N区(负电极)均放置在电池背面(非受光面)的电池，而由于P区和N区位于同一水平面上、且距离较近，使得P区和N区容易电性导通，导致电池的开路电压、短路电流和填充因子降低，从而影响电池能量转化效率的提高。

为了制备高效的太阳能电池，需要在P区和N区之间制备绝缘性能良好的背面图形。现有技术中，多采用光刻法和激光法制备该背面图形。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

采用光刻技术制备背面图形需要进行多次光刻，导致整个工艺比较复杂，并且光刻工艺价格昂贵，不利于平价太阳能电池的生产；而采用激光工艺制备背面图形，容易使硅片体损伤和表面损伤，需要额外的工艺去除损伤，同样存在工艺复杂的问题。

发明内容

本发明提供一种背接触太阳能电池及其制备方法，可解决上述技术问题。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，本发明提供一种背接触太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：

在晶硅衬底的背面形成第一功能区，所述第一功能区包括保留区和去除区；

在所述保留区上形成保护层；

除去所述去除区，并在所述晶硅衬底的背面形成沟槽；

在所述沟槽内形成第二功能区；

去除所述保护层；

其中，所述第一功能区与所述第二功能区的导电类型不同。

在一种可能的设计中，在所述去除所述保护层之后，所述制备方法还包括：在所述保留区的第一功能区上形成第一金属电极；以及在所述第二功能区上形成第二金属电极。

在一种可能的设计中，所述在所述保留区上形成保护层，包括：

通过丝网印刷工艺在所述保留区上形成所述保护层；和/或将遮盖板平铺于所述保留区，形成所述保护层。

在一种可能的设计中，所述通过丝网印刷工艺在所述保留区上形成所述保护层，包括：

将丝网印刷网版铺设在所述第一功能区，所述丝网印刷网版覆盖所述去除区，露出所述保留区；

将阻挡浆料通过所述丝网印刷网版印刷在所述第一功能区上；

干燥并固化所述阻挡浆料；优选所述阻挡浆料包括高分子材料和/或石蜡。

移走所述丝网印刷网版，在所述保留区上形成所述保护层。

在一种可能的设计中，所述除去所述去除区，并在所述晶硅衬底的背面形成沟槽，包括：

通过刻蚀工艺除去所述去除区，暴露所述晶硅衬底的背面；

在所述晶硅衬底的背面刻蚀出所述沟槽；优选所述沟槽的深度为0.5-5um。

在一种可能的设计中，所述去除所述保护层，包括：

通过物理剥离和化学刻蚀中的至少一种方法去除所述保护层。

在一种可能的设计中，所述制备方法还包括：

在所述晶硅衬底的正面形成钝化层和/或减反射层。

在一种可能的设计中，在所述晶硅衬底的正面形成钝化层和/或减反射层之前，所述制备方法还包括：

对所述晶硅衬底的正面进行制绒。

在一种可能的设计中，所述保留区和所述去除区交替设置。

在一种可能的设计中，当所述第一功能区为N区时，所述在晶硅衬底的背面形成第一功能区，包括：

在所述晶硅衬底的背面形成第一本征薄膜层；

在所述第一本征薄膜层上形成n型掺杂硅基薄膜层；

在所述n型掺杂硅基薄膜层上形成第一透明导电层；

所述第一本征薄膜层、所述n型掺杂硅基薄膜层和所述第一透明导电层形成所述第一功能区。

在一种可能的设计中，所述在所述沟槽内形成第二功能区，包括：

在所述沟槽内形成第二本征薄膜层；

在所述第二本征基薄膜上形成p型掺杂硅基薄膜层；

在所述p型掺杂硅基薄膜层上形成第二透明导电层；

所述第二本征薄膜层、所述p型掺杂硅基薄膜层和所述第二透明导电层形成所述第二功能区。

另一方面，本发明还提供了一种背接触太阳能电池，所述背接触太阳能电池由上述所提及的任一种制备方法制备得到。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的制备方法只需要采用一次掩膜就能制备出具有绝缘性能的背面图形，避免采用光刻法和激光法，工艺简单，成本低。且采用该方法能够制备得到第一功能区和第二功能区之间具有高度差的背接触太阳能电池，该高度差避免了第一功能区和第二功能区之间接触，形成良好绝缘，从而避免了因二者导通而造成的开路电压、短路电流和填充因子的降低，提高了电池能量转化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种背接触太阳能电池制备方法的示意图；

图2a-图2j为本发明实施例提供的背接触太阳能电池制备工艺的示意图；

图3为本发明实施例制备的背接触太阳能电池的示意图。

图中的附图标记分别表示：

1-晶硅衬底；

2-第一本征薄膜层；

3-n型掺杂硅基薄膜层；

4-第一透明导电层；

5-保护层；

6-第二本征薄膜层；

7-p型掺杂硅基薄膜层；

8-第二透明导电层；

9-钝化层；

10-减反射层；

11-第一金属电极；

12-第二金属电极。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

第一方面，本发明实施例提供了一种背接触太阳能电池的制备方法，如图1所示，该制备方法包括：

步骤S1、在晶硅衬底1的背面形成第一功能区，第一功能区包括保留区和去除区；

步骤S2、在保留区上形成保护层5；

步骤S3、除去去除区，并在晶硅衬底1的背面形成沟槽；

步骤S4、在沟槽内形成第二功能区；

步骤S5、去除保护层5；

其中，第一功能区与第二功能区的导电类型不同。

制备时，首先在晶硅衬底1的背面形成第一功能区，然后利用保护层5形成掩膜，以保护第一功能区的保留区；在未被掩膜的去除区对应的晶硅衬底1的背面形成沟槽，并在沟槽内形成第二功能区；最后去除掩膜(保护层5)即可制备得到背接触太阳能电池。

本发明实施例提供的制备方法只需要采用一次掩膜就能制备出具有绝缘性能的背面图形，可避免采用光刻法和激光法，工艺简单，成本低。且采用该方法制备能够得到第一功能区和第二功能区之间具有高度差的背接触太阳能电池，该高度差避免了第一功能区和第二功能区之间接触，形成良好绝缘，避免了因二者导通而造成的开路电压、短路电流和填充因子的降低，从而提高了电池能量转化效率。

在上述的制备方法中，“第一功能区与第二功能区的导电类型不同”可以理解为，第一功能区为正电极或负电极，相应地，第二功能区为负电极或正电极；且进一步地可以理解为第一功能区为P区或N区，相应地，第二功能区为N区或P区。

对于步骤S1而言，以第一功能区为N区的情况为例，首先，在晶硅衬底1的背面形成第一功能区。具体地，可根据实际情况形成具有不同层叠结构的N区。为了达到更好的电池能量转化效率，示例地，如图2a所示，在晶硅衬底1的背面形成N区可包括以下步骤：

步骤S101、在晶硅衬底1的背面形成第一本征薄膜层2；

步骤S102、在第一本征薄膜层2上形成n型掺杂硅基薄膜层3；

步骤S103、在n型掺杂硅基薄膜层3上形成第一透明导电层4；

第一本征薄膜层2、n型掺杂硅基薄膜层3和第一透明导电层4形成第一功能区。

其中，可通过沉积法在晶硅衬底1的背面形成上述第一功能区。

示例地，可采用PECVD沉积法(化学气相沉积法)在晶硅衬底1的背面依次层叠沉积第一本征薄膜层2和n型掺杂硅基薄膜层3，可采用PVD沉积法(物理气相沉积法)在n型掺杂硅基薄膜层3上沉积第一透明导电层4。

进一步地，晶硅衬底1可选用n型单晶硅片或p型单晶硅片，优选地，选用n型单晶硅片作为晶硅衬底1，且可使n型单晶硅片的厚度为100-200μm，电阻率1-10Ωcm；第一本征薄膜层2可以为非晶硅膜(a-Si:H)或非晶硅氧合金薄膜(a-SiO_x:H)，且第一本征薄膜层2的厚度可以为1-10nm；n型掺杂硅基薄膜层3可以为磷掺杂非晶硅层，例如可以为a-Si:H、a-SiOx:H、μc-SiOx:H等中的任一种，且可使n型掺杂硅基薄膜层3的厚度为1-10nm；第一透明导电层4可以为透明导电氧化物层，如ITO薄膜(掺锡的氧化铟透明导电膜)、IWO薄膜(掺钨的氧化铟透明导电膜)或者ICO薄膜(掺铯的氧化铟透明导电膜)等中的任一种，且可使第一透明导电层4的厚度为10-200nm。

然后，在晶硅衬底1背面的第一功能区上划分出保留区和去除区。在一个优选的实施例中，保留区和去除区交替设置在第一功能区上。保留区为最终形成的背接触太阳能电池的N区或P区，去除区为最终形成的背接触太阳能电池的P区或N区。

在实际制备中，可根据实际需要设置保留区和去除区的形状，考虑到制备工艺的简便性，可设置保留区和去除区为交替设置的长条形，例如为长方形。需要说明的是，本发明实施例对保留区和去除区的面积比没有严格限定，实际制备中，可根据需要通过模拟、优化来确定。示例地，可通过设置保留区和去除区，使相邻的P区和N区的面积比为3：1。

另外，可以理解的是，在沉积第一功能区之前，还可对晶硅衬底1进行去除损伤层(SDR)及标准的RCA清洗，去除硅片表面的有机物、颗粒和金属离子等污染，以形成清洁的硅片表面。

对于步骤S2而言，保护层5用于保护保留区，以避免后续工艺的破坏。在保留区上形成保护层5，可通过多种方式实现。

在一种可能的实施方式中，可通过丝网印刷工艺在所述保留区上形成保护层5。示例地，如图2b所示，可包括以下步骤：

步骤S201、将丝网印刷网版铺设在第一功能区，丝网印刷网版覆盖去除区，露出保留区；

步骤S202、将阻挡浆料通过丝网印刷网版印刷在第一功能区上；

步骤S203、干燥并固化阻挡浆料；

步骤S204、移走丝网印刷网版，在保留区上形成保护层5。

其中，阻挡浆料可以为高分子材料，石蜡材料等中的至少一种。具体地，可采用烘干炉烘干阻挡浆料。

丝网印刷工艺具有对准精度高的优点，采用该丝网印刷工艺能够使所形成的保护层5准确覆盖保留区，满足设计要求。且采用丝网印刷方法形成保护层5，所使用的阻挡浆料价格低廉，能降低生产成本。

在另一种可能的实施方式中，还可采用遮盖板形成保护层5。

示例地，可将遮盖板平铺于保留区，形成保护层5。

应用时，可采用紧固件将遮盖板紧固在保留区上，以使遮盖板贴紧保留区，形成对保留区的保护，避免后续工艺对保留区的破坏。

对于上述步骤S3而言，可采用刻蚀工艺除去去除区，并在晶硅衬底1的背面形成沟槽。示例地，如图2c-图2e所示，可包括以下步骤：

步骤S301、通过刻蚀工艺除去去除区，暴露晶硅衬底1的背面；

步骤S302、在晶硅衬底1的背面刻蚀出沟槽。

其中，可采用刻蚀(如湿化学刻蚀)工艺除去去除区，暴露硅衬底的背面；进一步地，还可采用湿化学刻蚀法，通过控制刻蚀时间，在晶硅衬底1的背面刻蚀出沟槽，最终在晶硅衬底1的背面形成高度差。该高度差可使最终形成的第一功能区和第二功能区之间形成良好的绝缘，考虑到在实际应用中，沟槽过浅可能达不到绝缘效果，且过深可能造成对晶硅衬底1的破坏，因此，可使沟槽的深度为0.5-5um。

具体地，可首先采用第一刻蚀溶液(例如HF，HCl等溶液)刻蚀掉去除区(未被保护层5掩膜保护)的第一透明导电层4，如图2c所示；

然后采用第二刻蚀溶液(例如KOH，TMAH等溶液)刻蚀掉去除区(未被保护层5掩膜保护)的n型掺杂硅基薄膜层3和第一本征薄膜层2，如图2d所示；

最后采用第三刻蚀溶液(例如KOH，TMAH等溶液)，通过控制化学刻蚀时间，在晶硅衬底1的背面刻蚀出沟槽，如图2e所示。

湿化学刻蚀法具有工艺简单，成本低，方便控制，无损伤的优点，采用该湿化学刻蚀法可非常方便地去除非晶硅，制备出需要的背面图形，且不会带来额外的损伤。

对于上述步骤S4而言，当第一功能区为N区时，可使第二功能区为P区，在沟槽内形成第二功能区，如图2f所示，可包括以下步骤：

步骤S401、在沟槽内形成第二本征基薄膜；

步骤S402、在第二本征基薄膜上形成p型掺杂硅基薄膜；

步骤S403、在p型掺杂硅基薄膜上形成第二透明导电层8；

第二本征基薄膜、p型掺杂硅基薄膜和第二透明导电层8形成第二功能区。

其中，可通过沉积法在沟槽内形成上述第二功能区。

示例地，可采用PECVD沉积法在晶硅衬底1的背面依次层叠沉积第二本征薄膜层6和p型掺杂硅基薄膜层7，可采用PVD沉积法在p型掺杂硅基薄膜层7上沉积第二透明导电层8。可以理解的是，在晶硅衬底1的背面形成的第二功能区即覆盖沟槽，也覆盖保护层5。

进一步地，第二本征薄膜层6可以为非晶硅膜(a-Si:H)或非晶硅氧合金薄膜(a-SiO_x:H)，且第二本征薄膜层6的厚度可以为1-10nm；p型掺杂硅基薄膜层7可以为硼掺杂非晶硅层，例如可以为a-Si:H、a-SiOx:H、μc-SiOx:H等中的任一种，且可使p型掺杂硅基薄膜层7的厚度为1-10nm；第二透明导电层8可以为透明导电氧化物层，如ITO薄膜、IWO薄膜或者ICO薄膜等中的任一种，且可使第二透明导电层8的厚度为10-200nm。

另外，可以理解的是，在沉积第二功能区之前，还可对晶硅衬底1进行RCA清洗，去除残留的化学溶液，以形成清洁的硅片表面。

对于步骤S5而言，考虑到第二功能区即覆盖沟槽，也覆盖保护层5，因此可采用物理剥离和化学刻蚀中的至少一种方法去除保护层5，同时剥离保护层5上的第二功能区(第二本征薄膜层6、p型掺杂硅基薄膜层7和第二透明导电层8)，露出第一功能区。

示例地，如图2g所示，可采用阻挡浆料去除溶液(例如，氢氟酸HF溶液，等等)去除阻挡浆料(保护层5)，同时可剥离保护层5上的第二本征薄膜层6、p型掺杂硅基薄膜层7和第二透明导电层8，使晶硅衬底1的背面同时呈现第一功能区和第二功能区。

需要说明的是，当采用沉积法在沟槽内形成上述第二功能区时，可同时在沟槽的侧壁上形成第二本征薄膜层6(如图2g所示)；且采用上述方法去除保护层5时，可保留该第二本征薄膜层6，该第二本征薄膜层6可形成第一功能区和第二功能区之间的进一步绝缘。

在背接触太阳能电池中，晶硅衬底1的正面为电池的受光面，为了进一步提高电池的能量转化效率，还可使上述制备方法还包括：

步骤S6、在晶硅衬底1的正面形成钝化层9和/或减反射层10。

可以理解的是，在进行此步骤之前，还可对晶硅衬底1进行RCA清洗，去除残留的化学溶液，以形成清洁的硅片表面。

示例地，如图2i所示，可采用PECVD沉积法在晶硅衬底1的正面沉积本征非晶硅层，形成钝化层9，该本征非晶硅层的厚度可为1-10nm；进一步地，还可利用PVD沉积法在钝化层9上沉积透明导电层(例如，TCO薄膜)，形成减反射层10，该透明导电层的厚度为10-200nm。

更进一步地，还可在晶硅衬底1的正面形成磷掺杂非晶硅层，该磷掺杂非晶硅层的厚度可以为1-10nm，磷掺杂非晶硅层在晶硅衬底1的正面形成前表面场(FSF)，实际制备中，可使其位于钝化层9和减反射层10之间。

可以理解的是，在晶硅衬底1的正面形成钝化层9和/或减反射层10之前，如图2h所示，该制备方法还包括：对晶硅衬底1的正面进行制绒。

示例地，在碱溶液(KOH或TMAH)中对晶硅衬底1的正面进行制绒(此时，背面的第一透明导电层4和第二透明导电层8可对背面图形进行保护)。

通过制绒处理可在晶硅衬底1的正面形成金字塔尺寸，以减少电池表面光的反射损失。

在背接触太阳能电池中，为了便于太阳能电池中产生的载流子导出，如图2j所示，还可使上述制备方法包括：

步骤S7、在保留区的第一功能区上形成第一金属电极11；以及在第二功能区上形成第二金属电极12。

示例地，第一金属电极11和第二金属电极12均可以为银栅和/或铜电极。

制备时，可通过丝网印刷工艺分别在第一透明电极层和第二透明电极层上印刷银栅；和/或通过电镀分别在第一透明电极层和第二透明电极层上制备铜电极。

为了便于阐述，上文以“第一功能区为N区，第二功能区为P区”的情况为例，来说明本发明的制备方法，“第一功能区为P区，第二功能区为N区”的情况与之等同。

第二方面，本发明实施例还提供了一种背接触太阳能电池，该背接触太阳能电池由上述第一方面所提及的任一项制备方法制备得到。

本发明实施例提供的由上述制备方法制备的背接触太阳能电池，形成在晶硅衬底1上的第一功能区和第二功能区之间具有高度差，该高度差避免了第一功能区和第二功能区之间接触，形成良好绝缘，避免了因二者导通而造成的开路电压、短路电流和填充因子的降低，从而提高了电池能量转化效率。

示例地，由上述方法制备得到的太阳能电池可如图3所示，

该背接触太阳能电池包括：

晶硅衬底1，晶硅衬底1的背面设置有具有高度差的第一面和第二面；

依次设置在第一面的第一本征薄膜层2、n型掺杂硅基薄膜层3、第一透明导电层4和第一金属电极11；以及

依次设置在第二面的第二本征薄膜层6、p型掺杂硅基薄膜层7、第二透明导电层8和第二金属电极12；

其中，在晶硅衬底1的背面还设置有第三面，第三面位于第一面和第二面之间，且垂直于第一面和第二面；第三面上设置有绝缘层。

图3为本发明实施例制备的背接触太阳能电池的示意图。保留区和去除区交替设置在交替设置在晶硅衬底1的背面，进一步使得P区和N区交替形成在晶硅衬底1的背面。

该背接触太阳能电池的工作原理为：在晶硅衬底1与n型掺杂硅基薄膜层3和p型掺杂硅基薄膜层7之间形成PN结，当入射光照射到PN结上时，会产生载流子(光生电子和光生空穴)，光生电子通过第一本征薄膜层2和n型掺杂硅基薄膜层3被收集在第一透明导电层4中，然后由第一金属电极11导出；而光生空穴通过第二本征薄膜层6和p型掺杂硅基薄膜层7被收集在第二透明导电层8中，然后由第二金属电极12导出。其中，第一本征薄膜层2和第二本征薄膜层6用于钝化晶硅衬底1的表面缺陷。

该背接触太阳能电池通过具有高度差的第一面和第二面，使得设置其上的N区和P区具有高度差，而形成二者之间的绝缘；同时通过在第一面和第二面之间设置垂直于第一面和第二面的第三面，且在第三面设置绝缘层，进一步形成N区和P区之间的绝缘，避免了因二者导通而造成的开路电压、短路电流和填充因子的降低，从而提高了电池能量转化效率。

其中，该绝缘层可以为第一本征薄膜层2或第二本征薄膜层6。

可以理解的是，对于本发明实施例中所涉及的SiOx，x可以为1-2。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。