一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法及其制得的电池技术

本发明专利技术提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法及其制得的电池，所述方法包括以下步骤：在晶体硅片背面沉积钝化层、沉积电极浆料、烧结、背面沉积掺杂浆料和激光处理，得到局部掺杂晶体硅太阳能电池；其中，激光处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段为在背面同时形成开口与掺杂，第二阶段为激光诱导导电溶液形成导电层。本发明专利技术通过激光掺杂和诱导生成金属导电层而制备局部掺杂晶体硅太阳能电池，可显著增加电池背表面场强度，减少局部区域复合速率，进而大幅度提高开路电压和填充因子，最终大幅度提升电池的转换效率。

Method for preparing locally doped crystalline silicon solar cell and battery produced thereby

The invention provides a locally doped crystalline silicon solar cell fabrication process and the battery, wherein the method comprises the following steps: in crystal silicon deposition passivation layer, electrode paste deposition and sintering, the back deposition doping paste and laser treatment, local doped crystalline silicon solar cell; among them, including laser treatment the first and second stages, the first stage is on the back of the form at the same time opening and doping, second stage laser induced conductive solution to form a conductive layer. The invention of laser induced by doping and metal conductive layer prepared locally doped crystalline silicon solar cell, battery back surface field strength increased significantly, reduce the local recombination rate, and thus greatly improve the open circuit voltage and the fill factor, then improve the conversion efficiency of the battery.

【技术实现步骤摘要】
一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法及其制得的电池
本专利技术属于太阳能电池领域，涉及一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法及其制得的电池，尤其涉及一种通过激光诱导导电溶液制备局部掺杂晶体硅太阳能电池的方法及所述方法制备得到局部掺杂晶体硅太阳能电池。
技术介绍
随着科技的发展，出现了局部背接触背钝化(PERC)太阳能电池，这是新开发出来的一种高效太阳能电池，得到了业界的广泛关注。其核心是在硅片的背光面用氧化铝或者氧化硅薄膜(5～100纳米)覆盖，以起到钝化表面，提高长波响应的作用，从而提升电池的转换效率。现有的PERC太阳能电池结构主要包括具有PN结的硅片层，以及依次设于硅片层背面的钝化层、氮化硅薄膜层和铝金属层，如CN104882498A、CN106057920A和CN105470349A中均公开了一种PERC太阳能电池。所述PERC太阳能电池的制备方法主要包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化层(如氧化铝、氧化硅薄膜或氮化硅)、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷背面银浆料、丝网印刷背面铝浆料、丝网印刷正面银浆料和烧结，通过所述方法制得的太阳能电池的结构如图1～3所示。从图1～3中可以看出，通过铝原子在硅中的替位掺杂，在硅片背部局部形成了P/P+的结构，但由于铝原子在硅中固溶度限制，P+浓度峰值仅能达到3×1018cm-3，其限制了太阳能电池的电池转换效率。为了得到更高的电池转换效率，新南威尔士州立大学提出了PERL结构，其特点是用在硅中有高固溶度的硼原子替代铝形成掺杂，其掺杂浓度可以达到1×1019cm-3～5×1019cm-3。由于P+浓度提高，局部有更强的背表面场钝化，可得到更高的开路电压和填充因子。CN103996746A和CN104638033A均公开了一种PERL太阳能电池及其制备方法，PERL结构如图4～6所示，可以看出在高温或激光处理过程中硼向硅片内部扩散，在钝化膜的开口处形成P+区，由于P+区硼浓度远高于P型硅片的硼浓度，产生化学位差，形成局部硼背场，进而提升太阳能电池的电池转换效率。现有制备PERL的工艺流程是：制绒、扩散、背刻蚀、背面沉积钝化层、正面沉积氮化硅减反射层、丝网印刷硼浆、背面激光同时完成开膜与掺硼、丝网印刷背面银浆料、丝网印刷背面铝浆料、丝网印刷正面银浆料和烧结。然而，现有制备PERL的方法存在如下缺点：现有制备PERL的工艺中激光开口并完成掺杂硼，其深度只有6μm～8μm；而铝浆烧结时，由于硅和铝的剧烈反应，铝进入硅的深度多达20μm，远远深于硼掺杂的深度。因此，大部分硼被稀释留在了硅铝合金中，少量留在硅中，硼含量只有1018cm-3，形成的硼铝背场强度只比PERC略有增加，效率提升一般在0.1％以内，其同样无法有效提高太阳能电池的电池转换效率。
技术实现思路
针对现有PERC太阳能电池存在的掺杂浓度低导致的太阳能电池的电池性能无法进一步提升的问题，以及现有PERL太阳能电池的制备工艺繁琐，成本高，不利于工业化生产等问题，本专利技术提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法及其制备得到的晶体硅太阳能电池。本专利技术通过激光掺杂和诱导生成金属导电层而制备局部掺杂晶体硅太阳能电池，可显著增加电池背表面场强度，减少局部区域复合速率，进而大幅度提高开路电压和填充因子，最终大幅度提升电池的转换效率；同时可以最大程度的节省工序及设备，从而可以降低制造成本。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：在晶体硅片背面沉积钝化层、沉积电极浆料、烧结、背面沉积掺杂浆料和激光处理，得到局部掺杂晶体硅太阳能电池；其中，激光处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段为在背面同时形成开口与掺杂，第二阶段为激光诱导导电溶液形成导电层。第二方面，本专利技术提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：在晶体硅片背面沉积钝化层、背面开口、沉积电极浆料、烧结、背面沉积掺杂浆料和激光处理，得到局部掺杂晶体硅太阳能电池；其中，激光处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段为在开口处进行掺杂，第二阶段为激光诱导导电溶液形成导电层。其中，所述电镀液为含铜、镍、银或铝金属离子中任意一种离子或至少两种离子的溶液，其配方为现有技术中普通工艺配方，在此不再赘述。本专利技术所述激光处理中第一阶段可在晶体硅片中形成局部背场，其掺杂浓度可提高至6×1019cm-3～6×1020cm-3；在激光处理第二阶段，在激光能力的驱动下，高浓度背场掺杂可诱导电溶液中的金属离子发生电化学反应，形成金属导电层。所形成的金属导电层，由于是低温的电化学反应生成的，不存在硅与金属剧烈反应，较现有技术可最大限度使第一阶段形成的背场掺杂浓度不降低，因而可以得到最佳的电池转化效率。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，在晶体硅片背面沉积钝化层之前进行对晶体硅片进行预处理。优选地，所述预处理依次包括制绒、扩散、背刻蚀、去杂质玻璃处理和正面沉积减反射层。优选地，所述晶体硅片为P型硅片或N型硅片。优选地，所述正面沉积减反射层中的沉积方法为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种或至少两种的组合。优选地，所述减反射层为氮化硅减反射层。本专利技术所述预处理为制备晶体硅太阳能电池中的常规操作，典型但非限制性的，制绒的操作可采用干法刻蚀或者湿法刻蚀，以在硅片表面形成纳米级绒面，减少光反射；扩散操作可采用旋涂法，在晶体硅片的正面进行扩散形成磷硅玻璃或硼硅玻璃，以形成PN结；背刻蚀处理可采用硝酸、氢氟酸混合溶液，去除晶体硅片背面和边缘的寄生PN结；去除杂质玻璃可采用湿法刻蚀去除表面磷硅玻璃。由于，上述预处理过程均为本领域的常规操作，故具体操作步骤以及参数此处不再赘述。优选地，所述背面沉积钝化层中的沉积方法为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种或至少两种的组合。优选地，所述背面沉积钝化层中的钝化层为氧化铝、氮化硅或氧化硅薄膜中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氧化铝和氮化硅的组合，氮化硅和氧化硅薄膜的组合，氧化铝和氧化硅薄膜的组合，氧化铝、氮化硅和氧化硅薄膜的组合等。作为本专利技术优选的技术方案，所述背面开口的方式为激光开口或腐蚀开口。优选地，所述腐蚀开口为溶液和/或浆料腐蚀开口。作为本专利技术优选的技术方案，所述沉积背面和正面电极浆料中的沉积方法为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种或至少两种的组合，优选为丝网印刷。优选地，所述沉积电极浆料包括正面沉积电极浆料和背面沉积电极浆料，或，所述沉积电极浆料包括背面沉积电极浆料和正面沉积电极浆料。优选地，所述沉积电极浆料中的电极浆料为银浆料。作为本专利技术优选的技术方案，所述背面沉积的掺杂浆料为与晶体硅片掺杂同导电类型掺杂浆料。优选地，当晶体硅片为N型硅片时，沉积的掺杂浆料为第五主族任一元素或至少两种元素，优选磷浆料。优选地，当晶体硅片为P型硅片沉积掺杂浆料为第三主族任一元素或者至少两种元素，优选硼浆料。优选地，所述背面沉积掺杂浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在晶体硅片背面沉积钝化层、沉积电极浆料、烧结、背面沉积掺杂浆料和激光处理，得到局部掺杂晶体硅太阳能电池；其中，激光处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段为在背面同时形成开口与掺杂，第二阶段为激光诱导导电溶液形成导电层。

【技术特征摘要】
1.一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在晶体硅片背面沉积钝化层、沉积电极浆料、烧结、背面沉积掺杂浆料和激光处理，得到局部掺杂晶体硅太阳能电池；其中，激光处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段为在背面同时形成开口与掺杂，第二阶段为激光诱导导电溶液形成导电层。2.一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在晶体硅片背面沉积钝化层、背面开口、沉积电极浆料、烧结、背面沉积掺杂浆料和激光处理，得到局部掺杂晶体硅太阳能电池；其中，激光处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段为在开口处进行掺杂，第二阶段为激光诱导导电溶液形成导电层。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在晶体硅片背面沉积钝化层之前进行对晶体硅片进行预处理；优选地，所述预处理依次包括制绒、扩散、背刻蚀、去杂质玻璃处理和正面沉积减反射层；优选地，所述晶体硅片为P型硅片或N型硅片；优选地，所述正面沉积减反射层中的沉积方法为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述减反射层为氮化硅减反射层；优选地，所述背面沉积钝化层中的沉积方法为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述背面沉积钝化层中的钝化层为氧化铝、氮化硅或氧化硅薄膜中任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述背面开口的方式为激光开口或腐蚀开口；优选地，所述腐蚀开口为溶液和/或浆料腐蚀开口。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述沉积电极浆料包括正面沉积电极浆料和背面沉积电极浆料，或，所述沉积电极浆料包括背面沉积电极浆料和正面沉积电极浆料；优选地，所述沉积电极浆料中的沉积方法为丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积或喷墨印刷中任意一种或至少两种的组合，优选为丝网印刷；优选地，所述沉积电极浆料中的电极浆料为银浆料。6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述背面沉积的掺杂浆料为与晶体硅片掺杂同导电类型的掺杂浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴坚，王栩生，蒋方丹，邢国强，
申请(专利权)人：苏州阿特斯阳光电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32