一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构及制作方法，从上而下依次包括：透明导电膜、减反射膜、正面钝化膜、N型层、P型基体、背面钝化膜、金属层和背面正极，P型晶体硅片上设通孔，通孔内设置有用于连接电池正面和背面负极的过孔电极，N型层的表层设有按规则图形分布的局部重掺杂N+区，透明导电膜依次穿透减反射膜和正面钝化膜与局部重掺杂N+区及过孔电极接触，将正面汇集的电子导至电池背面，金属层穿透背面钝化膜与P型硅基体形成局部欧姆接触，并与背面正极连接构成电池正极。避免了正面金属电极光遮挡，减少了电池制作过程中银浆的耗量，通过背面的钝化膜防止电极卷绕后漏电，显著提升P型晶体硅电池的转换效率。

P type crystal silicon back contact battery structure without positive grid line and manufacturing method thereof

The invention discloses a P type crystal silicon front gate line of the back contact cell structure and making method, from top to bottom comprises: a transparent conductive film, antireflection film, passivation film, positive N layer, P type substrate, a passivation film, metal back layer and the back electrode, P type crystal silicon chip. Through hole, the through hole is arranged in the through hole for connecting the battery positive and negative electrode on the back of the N layer is arranged on the surface according to local area distribution rules of heavily doped N+ graphics, transparent conductive film in turn through the anti reflection film and passivation film with positive local heavy doping zone N+ and the through-hole electrode contact, electronic guide to the back of the battery positive together, through the back metal layer passivation film and P type silicon substrate forming local ohmic contact, and connect the battery anode and cathode on the back of. The utility model avoids the shielding of the front metal electric shield, reduces the consumption of the silver paste in the process of the battery manufacture, and prevents the leakage of the electrode after winding through the passivation film on the back, thereby greatly improving the conversion efficiency of the P type crystalline silicon battery.

【技术实现步骤摘要】
一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构及制作方法
本专利技术属于太阳能电池
，特别涉及一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构及制作方法。
技术介绍
自1954年第一块太阳能电池在贝尔实验室诞生以来，晶体硅太阳能电池得到了广泛的应用，转换效率不断提升，生产成本持续下降。目前，晶体硅太阳能电池占太阳能电池全球市场总额的90％以上，晶体硅电池片的产线转换效率目前已突破21％，全球年新增装机容量约70GW且增速明显，与火力发电的度电成本不断缩小，在未来几年有望与之持平。晶体硅太阳能电池作为一种清洁能源在改变能源结构、缓解环境压力等方面的重要作用日益凸显。P型晶体硅电池由于生产工艺成熟、制造成本低，在目前及今后相当长的一段时间内仍占据绝大部分市场份额。P型晶体硅太阳能电池要想继续保持竞争力、获得更大的发展与应用，必须进一步提高转换效率，同时降低生产成本。PERC技术着眼于电池的背面，利用钝化大大降低了背面的复合速度，该技术近年来在P型晶体硅电池中逐步得到大规模应用，使多晶和单晶电池的效率分别提升0.5％和1％以上。虽然PERC技术极大的提高了电池的背面性能，但是对电池的正面无显著改善，尤其是电池的正面电极，目前主要采用丝网印刷的方式形成近百条细栅和若干条主栅，此工序造成电池片表面5％～7％的面积形成对光的遮挡，使P型PERC电池的效率优势未能充分发挥。MWT电池技术主要解决的是电池正面的光遮挡问题，在硅片上打孔，利用过孔电极将正面细栅线收集的电流导至电池的背面。MWT电池技术虽然减少了电池正面主栅电极的光遮挡面积，但电池正面的细栅线仍有约3％的光遮挡面积，细栅线通常为价格昂贵的银，对于降低电池片的制作成本不利。此外MWT电池的漏电和组件封装问题未能很好解决。以上问题使得MWT作为改善电池正面的核心技术一直未得到大规模应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构及制作方法，该电池结合了P型晶体硅背钝化和金属电极卷绕技术，并在电池正面设计了一种新的电极结构，很好的解决了正面栅线遮挡、背面漏电等问题。本专利技术采用以下技术方案：一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构，P型晶体硅片从上而下依次包括：透明导电膜、减反射膜、正面钝化膜、N型层、P型基体、背面钝化膜、金属层和背面正极，其中，所述P型晶体硅片上设有通孔，所述通孔内设置有用于连接电池正面负极和背面负极的过孔电极，所述N型层的表层设有按规则图形分布的局部重掺杂N+区，所述背面钝化膜包括第一背面钝化膜和第二背面钝化膜，所述透明导电膜依次穿透所述减反射膜和正面钝化膜与所述局部重掺杂N+区及所述过孔电极顶端电接触构成电池负极，所述透明导电膜用于将电池正面汇集的电子经过所述过孔电极导至电池的背面，所述金属层穿透所述第一背面钝化膜和第二背面钝化膜与所述P型硅基体形成局部欧姆接触，并与背面正极连接在一起构成电池正极。进一步的，所述通孔大小相同，在厚度方向贯通所述P型晶体硅片，且等行距等列距阵列排布，单个所述通孔的直径为100～500um，所述通孔的排布数量为4×4～10×10个。进一步的，所述局部重掺杂N+区阵列排布在所述N型层上，每个所述局部重掺杂N+区的方阻为20～60Ω/□。进一步的，所述局部重掺杂N+区阵列图形为类一维图形、二维图形或类一维图形与二维图形的组合，所述类一维图形为线段、虚线段、弧线或栅线状；所述二维图形为：圆形、椭圆形、纺锤形、环形、多边形、多角形或扇形。进一步的，所述类一维图形的线宽为20～200um，长度为0.05～1.5mm；同一行中相邻两个线形的间距为0.5～2mm，同一列中相邻两个线形的间距为0.5～2mm；所述二维几何图形的尺寸均为20～200um，相邻两个图形中心距为0.5～2mm。进一步的，所述透明导电膜为ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一种或多种叠层构成，厚度为50～500nm。进一步的，所述过孔电极与所述金属层之间设置有绝缘隔离，所述绝缘隔离的厚度为0.5～3mm。进一步的，所述正面钝化膜为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、非晶硅中的一种或多种叠层构成，厚度为5～50nm，所述减反射膜为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化钛、碳化硅中的一种或多种叠层构成，厚度为50～100nm，所述第一背面钝化膜为氧化铝、氧化硅、非晶硅薄膜的一种或多种薄膜叠层，厚度为5～40nm；所述第二背面钝化膜为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅硅薄膜的一种或多种薄膜叠层，厚度为50～150nm。进一步的，所述P型晶体硅片为单晶或多晶的掺硼、镓、铝一种多或多种元素的硅片，所述P型晶体硅片的厚度为90～190um。一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构的制作方法，包括以下步骤：S1、在P型晶体硅片上采用激光形成若干相同大小的通孔，所述通孔在厚度方向贯通所述P型晶体硅片，等行距等列距阵列排布；S2、采用化学药液腐蚀、等离子刻蚀、金属催化或激光刻蚀方法对所述P型晶体硅片进行表面织构化处理；S3、采用激光掺杂、常压扩散、低压扩散、离子注入或杂质浆料涂敷法进行磷掺杂处理，掺杂剂为POCl3、PH3，在所述P型晶体硅片的正面及通孔壁表层上形成N型层；S4、在所述P型晶体硅片的正面采用激光掺杂、二次热扩散、局域离子注入、掩膜反刻蚀或掺杂剂局域涂敷法形成局部重掺杂N+区，所述局部重掺杂N+区阵列图形为类一维图形、二维图形或类一维图形与二维图形的组合；S5、采用喷涂或印刷法在所述通孔及周边区域制作石蜡掩膜，保护孔壁及正面孔周边区域的掺杂层；S6、采用湿法刻蚀或干法刻蚀刻蚀去掉所述P型晶体硅片正面的磷硅玻璃、背结及掩膜；S7、将刻蚀后的所述P型晶体硅片在退火炉中进行退火处理，在所述P型晶体硅片的表面生长一层致密的热氧化硅，同时掺杂层的杂质原子进行再分布；S8、在所述P型晶体硅片的正面沉积5～50nm的正面钝化膜和50～100nm的减反射膜，在所述P型晶体硅片的背面沉积5～150nm的钝化膜，所述钝化膜包括氧化铝、氧化硅、非晶硅等薄膜的一种或多种薄膜叠层，所述减反射膜包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化钛、碳化硅等薄膜的一种或多种薄膜叠层；S9、采用激光在所述P型晶体硅片的正面按步骤S4中所述的重掺杂图形进行开膜；在所述P型晶体硅片背面的钝化膜上进行开膜，所述P型晶体硅片的正面和背面开膜图形可以相同，也可以不相同；S10、制作电池电极：先采用真空协助丝网印刷或电镀方法在所述P型晶体硅片的背面制作过孔电极，过孔浆料填满整个通孔，所述过孔浆料为无烧穿性能或低烧穿性能的银浆，之后烘干；然后采用丝网印刷、喷印、电镀或溅射法在所述P型晶体硅片背面的非通孔区域制作背面正极，浆料为银浆或银/铝浆；最后采用丝网印刷、喷印、电镀或溅射法在所述P型晶体硅片背面的非通孔区域及非背面正极区域制作金属层，浆料为铝浆或银/铝浆，之后烘干；S11、在300～900℃下进行热处理，使背面金属层与P型基体形成局部欧姆接触，同时与背面正极主栅线熔接在一起，构成电池的正极，同时过孔浆料经过热处理，形成过孔电极；S12、在所述P型晶体硅片正面的减反射膜和钝化膜上采用溅射、气相沉积、3D打印、印刷或喷涂工艺制作正面透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构，其特征在于，P型晶体硅片从上而下依次包括：透明导电膜(1)、减反射膜(2)、正面钝化膜(3)、N型层(4)、P型基体(6)、背面钝化膜(7)、金属层(8)和背面正极(9)，其中，所述P型晶体硅片上设有通孔，所述通孔内设置有用于连接电池正面负极和背面负极的过孔电极(10)，所述N型层(4)的表层设有按规则图形分布的局部重掺杂N+区(5)，所述背面钝化膜(7)包括第一背面钝化膜(7‑1)和第二背面钝化膜(7‑2)，所述透明导电膜(1)依次穿透所述减反射膜(2)和正面钝化膜(3)与所述局部重掺杂N+区(5)及所述过孔电极(10)顶端电接触构成电池负极，所述透明导电膜(1)用于将电池正面汇集的电子经过所述过孔电极(10)导至电池的背面，所述金属层(8)穿透所述第一背面钝化膜(7‑1)和第二背面钝化膜(7‑2)与所述P型硅基体(6)形成局部欧姆接触，并与背面正极(9)连接在一起构成电池正极。

【技术特征摘要】
1.一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构，其特征在于，P型晶体硅片从上而下依次包括：透明导电膜(1)、减反射膜(2)、正面钝化膜(3)、N型层(4)、P型基体(6)、背面钝化膜(7)、金属层(8)和背面正极(9)，其中，所述P型晶体硅片上设有通孔，所述通孔内设置有用于连接电池正面负极和背面负极的过孔电极(10)，所述N型层(4)的表层设有按规则图形分布的局部重掺杂N+区(5)，所述背面钝化膜(7)包括第一背面钝化膜(7-1)和第二背面钝化膜(7-2)，所述透明导电膜(1)依次穿透所述减反射膜(2)和正面钝化膜(3)与所述局部重掺杂N+区(5)及所述过孔电极(10)顶端电接触构成电池负极，所述透明导电膜(1)用于将电池正面汇集的电子经过所述过孔电极(10)导至电池的背面，所述金属层(8)穿透所述第一背面钝化膜(7-1)和第二背面钝化膜(7-2)与所述P型硅基体(6)形成局部欧姆接触，并与背面正极(9)连接在一起构成电池正极。2.根据权利要求1所述的一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构，其特征在于，所述通孔大小相同，在厚度方向贯通所述P型晶体硅片，且等行距等列距阵列排布，单个所述通孔的直径为100～500um，所述通孔的排布数量为4×4～10×10个。3.根据权利要求1所述的一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构，其特征在于，所述局部重掺杂N+区(5)阵列排布在所述N型层(4)上，每个所述局部重掺杂N+区(5)的方阻为20～60Ω/□。4.根据权利要求1所述的一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构，其特征在于，所述局部重掺杂N+区(5)阵列图形为类一维图形、二维图形或类一维图形与二维图形的组合，所述类一维图形为线段、虚线段、弧线或栅线状；所述二维图形为：圆形、椭圆形、纺锤形、环形、多边形、多角形或扇形。5.根据权利要求4所述的一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构，其特征在于，所述类一维图形的线宽为20～200um，长度为0.05～1.5mm；同一行中相邻两个线形的间距为0.5～2mm，同一列中相邻两个线形的间距为0.5～2mm；所述二维几何图形的尺寸均为20～200um，相邻两个图形中心距为0.5～2mm。6.根据权利要求1所述的一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构，其特征在于，所述透明导电膜(1)为ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一种或多种叠层构成，厚度为50～500nm。7.根据权利要求1所述的一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构，其特征在于，所述过孔电极(10)与所述金属层(8)之间设置有绝缘隔离(11)，所述绝缘隔离(11)的厚度为0.5～3mm。8.根据权利要求1所述的一种无正面栅线的P型晶体硅背接触电池结构，其特征在于，所述正面钝化膜(3)为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、非晶硅中的一种或多种叠层构成，厚度为5～50nm，所述减反射膜(2)为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化钛、碳化硅中的一种或多种叠层构成，厚度为50～100nm，所述第一背面钝化...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵科雄，
申请(专利权)人：乐叶光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61