阅读说明：本技术 一种perc双面太阳能电池及其制备方法 (A kind of PERC double-sided solar battery and preparation method thereof ) 是由 白玉磐 陈园 鲁军 付少剑 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种PERC双面太阳能电池及其制备方法,其中,通过使所述PERC双面太阳能电池的正面绒面的形貌为类金字塔形；背面绒面的形貌为碗状,进而使得到的双面太阳能电池所制作的双玻组件单位辐照、单瓦功率的发电效率(PR)明显提高；且制备工艺简单,易于实现工业化生产。(The present invention provides a kind of PERC double-sided solar batteries and preparation method thereof, wherein by the pattern pyramid-like shape for making the front flannelette of the PERC double-sided solar battery；The pattern of back side flannelette be it is bowl-shape so as to double-sided solar battery made by solar double-glass assemblies unit irradiation, single watt of power generating efficiency (PR) significantly improve；And preparation process is simple, it is easy to accomplish industrialized production.)

一种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领域，尤其涉及一种PERC双面太阳能电池及其制备方法。

背景技术

追求提高电池转换效率，同时降低甚至维持制造成本是业界不断追求的目标和提高自身竞争力之所在。相对于单面受光的传统晶体硅太阳能电池，双面太阳能电池利用正、背两个受光面，可以获得更高的光电流密度，很大程度地提高发电功率。

双面太阳电池结构包括正、背面的绒面形貌结构、PN结发射极、钝化减反介质层、正、背面电极等。其中，背面的绒面可以有效地提高地面和环境反射光在双面电池背面的吸收，是双面太阳电池的重要结构。目前双面太阳能电池的背面结构有两种，第一种是背面抛光，无绒面结构，结构如图1所示，图1为背面为光面的PERC双面太阳能电池结构图；其制备工艺如下：碱制绒，在硅片表面形成微米级别的绒面；2)扩散掺杂，在硅片前表面掺杂一层0.3μm 左右的N型硅；3)刻蚀去边清洗，利用湿法腐蚀去掉硅片背面及侧面的N型硅；4)后表面利用PECVD方式沉积A12O3钝化膜+SixNy减反射膜；5)前表面利用PECVD沉积SixNy薄膜；6)激光对背面Al2O3和SixNy膜进行局部开槽； 7)前表面印刷电极，后表面印刷背电极；另一种PERC双面太阳能电池是采用与正面类似的金字塔绒面形貌结构，如图2所示，图2为背面为类似金字塔绒面的PERC双面太阳能电池；其中，100为单晶硅衬底，1为正面制绒形貌结构， 2为正面掺杂发射结，3为正面钝化减反介质层，4为正面电极，5为背面制绒形貌结构，5a为平台结构，6为背表面场，7为背面钝化减反介质层，8为背面电极。但是，目前公开的PERC双面太阳能电池的光电转化效率提高并不明显，如何进一步的提高PERC双面太阳能电池的性能仍然是目前需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种PERC双面太阳能电池及其制备方法，本发明提供的太阳能电池具有高的光电转化效率。

本发明提供了一种PERC双面太阳能电池，其特征在于，所述PERC双面太阳能电池中，正面绒面的形貌为类金字塔形；背面绒面的形貌为碗状。

优选的，所述正面塔宽为0.5～4μm，塔高为0.5～3μm。

优选的，所述背面绒洞直径为300～900nm，绒洞深为200～500nm。

本发明还提供了一种PERC双面太阳能电池的制备方法，包括：

1)将两个硅片背靠背进行单面清洗和制绒，得到正面绒面为金字塔绒面的硅片；

2)将步骤1)得到的正面制绒的硅片进行正面掺杂，得到正面掺杂的硅片；

3)将正面掺杂的硅片进行去绕镀和背面制绒，得到背面为碗状绒面的硅片；

4)将背面为碗状绒面的硅片背面依次沉积氧化铝和氮化硅；

5)将步骤4)得到的硅片进行丝网印刷和烧结，得到PERC双面太阳能电池。

优选的，所述正面制绒用反应体系为碱液和含异丙醇添加剂的反应体系，其中，所述碱液为氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液。

优选的，所述步骤1)中制绒的温度为80～85℃。

优选的，所述正面掺杂的硅片中，基体硅表面形成的N型硅的厚度为 0.2～0.4μm。

优选的，所述步骤3)中背面制绒为采用MCCE法进行制绒。

优选的，所述背面沉积的氧化铝的厚度为50～90nm。

优选的，所述背面沉积的氮化硅的厚度为70～90nm。

与现有技术相比，本发明提供了一种PERC双面太阳能电池，其中，通过使所述PERC双面太阳能电池的正面绒面的形貌为类金字塔形；背面绒面的形貌为碗状，进而使得到的双面太阳能电池所制作的双玻组件单位辐照、单瓦功率的发电效率(PR)明显提高，实验结果表明，本发明提供的双面太阳能电池所制作的双玻组件PR提升2～5％百分点。

附图说明

图1为背面为光面的PERC双面太阳能电池结构图；

图2为背面为类似金字塔绒面的PERC双面太阳能电池；

图3为得到的太阳能电池的结构示意图；

图4为PERC双面太阳能电池正面的绒面形貌图；

图5为PERC双面太阳能电池背面的绒面形貌图。

具体实施方式

本发明提供了一种PERC双面太阳能电池，其中，所述PERC双面太阳能电池中，正面绒面的形貌为类金字塔形；背面绒面的形貌为碗状。

按照本发明，本发明所述的双面太阳能电池中，所述正面绒面优选为微米级的尺寸；所述正面微米级金字塔绒面中，塔宽为0.5～4μm，塔高为0.5～3 μm，优选为1～2μm；所述背面绒面优选为纳米级的尺寸；所述背面绒面为纳米级碗状绒面中，绒洞直径为300～900nm，绒洞深为200～500nm。本发明中，本发明对双面太阳能电池中的其它结构，如PN结发射极、钝化减反介质层、正面电极以及背面电极没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际实验条件等对各个层的组成以及厚度进行选择。

本发明还提供了一种PERC双面太阳能电池的制备方法，包括：

1)将两个硅片背靠背进行单面清洗和制绒，得到正面绒面为金字塔绒面的硅片；

2)将步骤1)得到的正面制绒的硅片进行正面掺杂，得到正面掺杂的硅片；

3)将正面掺杂的硅片进行去绕镀和背面制绒，得到背面为碗状绒面的硅片；

4)将背面为碗装绒面的硅片背面依次沉积氧化铝和氮化硅；

5)将步骤4)得到的硅片进行丝网印刷和烧结，得到PERC双面太阳能电池。

按照本发明，本发明将两个硅片背靠背进行单面清洗和制绒，得到正面绒面为金字塔绒面的硅片；其中，所述正面制绒用反应体系为碱液和含异丙醇添加剂的反应体系；所述碱液为氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液；所述步骤1)中制绒的温度为80～85℃；本发明中，还包括将制绒完毕的两片硅片分开，在酸性溶液中清洗，以去除表面杂质。本发明中，通过将两个硅片背靠背进行单面清洗或制绒，避免了制绒液对背面硅片的腐蚀，降低硅片的减重，进而使得得到的太阳能电池的硅片基底较厚，更不容易折损。

按照本发明，本发明还将步骤1)得到的正面制绒的硅片进行正面掺杂，得到正面掺杂的硅片；其中，所述正面掺杂用掺杂剂为POCl₃，所述正面掺杂的硅片中，基体硅表面形成的N型硅的厚度为0.2～0.4μm，更优选为 0.25～0.3μm；所述正面掺杂具体：利用POCl₃为掺杂剂，在扩散过程中通入 O₂，两者反应生成磷元素，在高温条件下扩散进入硅片内部，使基体硅表面形成0.3μm左右厚度的N型硅，进而形成电池片核心结构PN结，特别地，为匹配后续钝化膜工序，扩散工序采用轻掺杂(N_d＜10e21)。

按照本发明，本发明还将正面掺杂的硅片进行去绕镀和背面制绒，得到背面为碗状绒面的硅片，其中，所述去绕镀用反应体系为HF/HNO₃体系；完成复试后，本发明采用MCCE法进行背面制绒，得到碗装绒面的硅片；本发明中，本发明还将背面制绒后的硅片用HF进行清洗，去除表面的磷硅玻璃。

按照本发明，本发明还将背面为碗装绒面的硅片背面依次沉积氧化铝和氮化硅；其中，所述背面沉积的氧化铝的厚度为5～30nm，优选为10～25nm；所述背面沉积的氮化硅的厚度为50～90nm，优选为70～80nm；具体的，本发明沉积氧化铝和氮化硅的方法为：使用PECVD沉积炉，以TMA和N₂O为反应物，对背面进行Al₂O₃沉积，厚度控制在5～30nm，温度控制在250～350℃，以SiH₄和NH₃为反应物，在Al₂O₃上进行SixNy沉积，厚度控制在50～90nm 之间，用以获得最好的钝化、减反射效果，温度控制在400～450℃。上表面沉积SiNx，以SiH₄和NH₃为反应物，厚度控制在70～90nm之间用以获得最好的减反射效果，特别地在沉积SixNy前均进行退火处理，具体地，退火的温度保持在400～500℃之间。

按照本发明，本发明还将步骤4)得到的硅片进行丝网印刷和烧结，得到 PERC双面太阳能电池；本发明对丝网印刷和烧结的方法并没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际需要采取合适的方法，如可以：使用激光对背表面进行开槽处理，具体地，控制激光功率的大小刚好能够消融钝化电介质层的Al₂O₃和SixNy，不损伤到基体硅，处理的图形与背面铝栅线和背电极的图案进行匹配开槽；前表面印刷Ag电极，背表面印刷A1栅线和Ag电极，特别地，所述前表面Ag浆为高接触性能浆料，用以匹配扩散工序的轻掺杂，Al栅线印刷的图形与激光消融开口区域重叠匹配，Ag背电极印刷匹配到激光非开口区域。

本发明提供的PERC双面太阳能电池，通过使所述PERC双面太阳能电池的正面绒面的形貌为类金字塔形；背面绒面的形貌为碗状，进而使得得到的双面太阳能电池的光电转化效率明显提高；且本发明提供的制备方法简单，得到的产品成品率高，易于实现工业化生产。

下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

结构一制造工艺流程及技术方案如下：

1)单面清洗并制绒，具体地，两片电池背靠背放置，先将硅片去损伤层，然后在温度为80～85℃的碱液(KOH)和添加剂(1％聚乙二醇～600、0.1％苯甲酸钠、1％柠檬酸、1％水解聚马来酸酐、0.1％乙酸钠的水溶液)制绒，在硅片的单面形成金字塔绒面，减重在0.25g左右，然后将两片硅片分开，在酸性溶液中清洗，去除表面杂质，此绒面的主要作用是降低表面反射率，增加光的吸收；

2)在硅片前表面使用管式扩散炉对基体硅(P型)进行掺杂，利用POCl₃为掺杂剂，在扩散过程中通入O₂，两者反应生成磷元素，在高温条件下扩散进入硅片内部，使基体硅表面形成0.3μm左右厚度的N型硅，形成电池片核心结构PN结，特别地，为匹配后续钝化膜工序，扩散工序采用轻掺杂 (N_d＜10e21)；

3)利用HF/HNO₃体系对扩散后的硅片的侧边及背部进行腐蚀，去除侧边及四周的N型硅，保证电池的单向导通性，避免电池漏电，完成腐蚀后使用MCCE法对背面进行黑硅制绒，形成纳米级碗状绒面，最后用HF药液对硅片前表面清洗，去除上表面的PSG(磷硅玻璃)；

4)经处理后的硅片使用PECVD沉积炉，以TMA和N₂O为反应物，对背面进行Al₂O₃沉积，厚度控制在8nm，温度控制在290℃，以SiH₄和NH₃为反应物，在Al₂O₃上进行SixNy沉积，厚度控制在80nm，用以获得最好的钝化、减反射效果，温度控制在430℃。上表面沉积SiNx，以SiH₄和NH₃为反应物，厚度控制在73nm，用以获得最好的减反射效果，特别地在沉积SixNy 前均进行退火处理，具体地，退火的温度保持在450℃

5)使用激光对背表面进行开槽处理，具体地，控制激光功率的大小刚好能够消融钝化电介质层的Al₂O₃和SixNy，不损伤到基体硅，处理的图形与背面铝栅线和背电极的图案进行匹配开槽；

6)前表面印刷Ag电极，背表面印刷A1栅线和Ag电极，特别地，所述前表面Ag浆为高接触性能浆料，用以匹配扩散工序的轻掺杂，Al栅线印刷的图形与激光消融开口区域重叠匹配，Ag背电极印刷匹配到激光非开口区域，得到PERC双面太阳能电池。

得到的太阳能电池的结构如图3所示，图3为得到的太阳能电池的结构示意图。

对得到的PERC双面太阳能电池的形貌进行鉴定，结果见图4～图5，图4 为PERC双面太阳能电池正面的绒面形貌图；图5为PERC双面太阳能电池背面的绒面形貌图；从图中可以看出，正面绒面为微米级金字塔绒面，其塔宽为0.5～4μm，塔高为1～2μm；背面绒面纳米级碗状绒面中，绒洞直径为 300～900nm，绒洞深为200～500nm。

将得到的PERC双面太阳能电池制作成双玻组件分别在草地，沙地，雪地模拟得到PR结果，如表1所示，表1为实施例1以及对比例1得到的PERC 双面太阳能电池的性能测试结果。

表1

对比例：

双面清洗并制绒，具体地，先将硅片去损伤层，然后在温度为80～85℃的碱液(KOH)和添加剂制绒(1％聚乙二醇～600、0.1％苯甲酸钠、1％柠檬酸、1％水解聚马来酸酐、0.1％乙酸钠的水溶液)，在硅片的表面形成金字塔绒面，减重在0.5g左右，在酸性溶液中清洗，去除表面杂质；

2)在硅片前表面使用管式扩散炉对基体硅(P型)进行掺杂，利用POCl3 为掺杂剂，在扩散过程中通入O₂，两者反应生成磷元素，在高温条件下扩散进入硅片内部，使基体硅表面形成0.3μm左右厚度的N型硅，形成电池片核心结构PN结，特别地，为匹配后续钝化膜工序，扩散工序采用轻掺杂 (N_d＜10e21)；

3)利用HF/HNO₃体系对扩散后的硅片的侧边及背部进行腐蚀，去除侧边及四周的N型硅，保证电池的单向导通性，避免电池漏电，最后用HF药液对硅片前表面清洗，去除上表面的PSG(磷硅玻璃)；

4)经处理后的硅片使用PECVD沉积炉，以TMA和N₂O为反应物，对背面进行Al₂O₃沉积，厚度控制在8nm，温度控制在290℃，以SiH4和NH3 为反应物，在Al₂O₃上进行SixNy沉积，厚度控制在80nm，用以获得最好的钝化、减反射效果，温度控制在430℃。上表面沉积SiNx，以SiH₄和NH₃为反应物，厚度控制在73nm，用以获得最好的减反射效果，特别地在沉积SixNy前均进行退火处理，具体地，退火的温度保持在450℃。

5)使用激光对背表面进行开槽处理，具体地，控制激光功率的大小刚好能够消融钝化电介质层的Al₂O₃和SixNy，不损伤到基体硅，处理的图形与背面铝栅线和背电极的图案进行匹配开槽；

6)前表面印刷Ag电极，背表面印刷A1栅线和Ag电极，特别地，所述前表面Ag浆为高接触性能浆料，用以匹配扩散工序的轻掺杂，Al栅线印刷的图形与激光消融开口区域重叠匹配，Ag背电极印刷匹配到激光非开口区域，得到PERC双面太阳能电池；得到的太阳能电池的结构如图1所示。

将得到的PERC双面太阳能电池制作成双玻组件分别在草地，沙地，雪地模拟得到PR结果，如表1所示，表1为实施例1以及对比例1得到的PERC 双面太阳能电池的性能测试结果。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。