太阳电池的制作方法

  太阳电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，其中，IBC(Interdigitated back contact，交指型全背接触)太阳电池由于其转换效率高，目前最高转换效率已超过24％，因此，IBC太阳电池一直是太阳电池研究的重要方向。

  IBC太阳电池交指型的背面电极在串焊时工艺较为简单，所以一直沿用至今。随着电池片连接技术的进步，电池之间的连接能够使用柔性的印刷电路板来进行连接，交指型的电极设计开始逐渐失去价值。而且其交指型局域背场的存在，光生载流子在电池的背表面需要横向传输的距离较长，引起较高的复合，限制电池效率的进一步提升。

  基于此，有必要针对如何缩短光生载流子在电池的背表面横向传输的距离问题，提供一种太阳电池。

  N型硅片，所述N型硅片具有绒面和抛光面，所述N型硅片的绒面侧包括n+前表面场层，所述n+前表面场层形成于所述绒面上，

  所述N型硅片的抛光面侧包括p+发射极区域和多个n+背表面场区域，所述p+发射极区域与所述n+背表面场区域相邻，每个所述n+背表面场区域由所述p+发射极区域包围，所述n+背表面场区域和所述p+发射极区域均延伸至所述N型硅片内，所述p+发射极区域的顶部表面与所述n+背表面场区域的顶部表面齐平；

  第一钝化减反射膜层和第二钝化减反射膜层，所述第一钝化减反射膜层位于所述n+前表面场层上，所述第二钝化减反射膜层覆盖所述p+发射极区域和所述n+背表面场区域；以及

  正电极和负电极，所述正电极和所述负电极均位于所述第二钝化减反射膜层上，所述正电极与所述负电极相邻，相邻的所述正电极和所述负电极之间有间隔，且所述正电极向所述p+发射极区域延伸，且其延伸至所述p+发射极区域的顶部表面，所述负电极向所述n+背表面场区域，且其延伸至所述n+背表面场区域的顶部表面。

  在其中一个实施例中，所述n+前表面场层和所述n+背表面场区域的扩散方阻均为30-300Ω/sq。

  在其中一个实施例中，所述n+背表面场区域的大小为10-300微米，且相邻的所述n+背表面场区域的中心点之间的距离为500-5000微米。

  在其中一个实施例中，所述第一钝化减反射膜层为氧化硅层或氮化硅层，所述第一钝化减反射膜层的厚度为5纳米-100纳米，所述第二钝化减反射膜层为氧化硅层或氮化硅层，所述第二钝化减反射膜层的厚度为5纳米-100纳米。

  在其中一个实施例中，所述第一钝化减反射膜层和所述第二钝化减反射膜层均包括依次层叠的氧化硅层和氮化硅层，且所述氧化硅层的厚度为5纳米-20纳米，所述氮化硅层的厚度为50纳米-150纳米。

  在其中一个实施例中，所述正电极和所述负电极之间的间隔的距离为10-1000微米。

  上述太阳电池，光生电子和光生空穴都可以向四周传输，传输距离相应变短，复合的几率也会降低，进而进一步提升太阳电池的转化率。

  图4为图3所示N型硅片的第二表面上的硼源膜层进行激光处理后的结构示意图；

  S1：将N型硅片的第一表明上进行制绒处理，并将N型硅片的第二表明上进行抛光。

  具体地，在本实施中，N型硅片的第一表面和第二表面分别为N型硅片的正面和背面。

  采用制绒添加剂对N型硅片的第一表明上进行织构化处理，制绒添加剂为水、异丙醇、碱以及添加剂的混合溶液，其中，碱为氢氧化钠、氢氧化钾或四甲基氢氧化铵。按质量比，制绒添加剂中的各组分的含量为：氢氧化钠0.1％～3％，异丙醇2％～10％，添加剂0.01％～2％，其余为水。按质量比，添加剂的各组分含量为：葡萄糖、葡萄糖酸钠或葡萄糖酸钾0.001％～3％，聚氧乙烯醚100ppb～8000ppb，乳酸钠或柠檬酸钠0.001％～2％，丙二醇0.001％～2％，硅酸钠0.01％～6％，碳酸钠或碳酸氢钠0.001％～2％，其余为水。

  具体地，将N型硅片悬浮在制绒添加剂的溶液上，其中，N型硅片的第一表面和制绒添加剂接触，从而对N型硅片的第一表明上进行织构化处理。

  采用化学抛光的方式对N型硅片的第二表明上进行抛光处理。采用化学抛光对N型硅片的第二表明上进行抛光处理时，利用化学试剂对硅片表明上进行非物理性腐蚀，来进行抛光。其中，化学试剂为酸或碱，例如，酸为氢氟酸和硝酸的混合溶液，碱为氢氧化钠、氢氧化钾或有机碱。

  在本实施例中，制绒添加剂为：碱、异丙醇、添加剂以及水的质量比为2.5:10:0.5:87。将N型硅片110悬浮在制绒添加剂上，N型硅片110的第一表面和制绒添加剂接触反应，控制反应温度为80℃，反应时间为20min，使得N型硅片110的第一表面呈金字塔形状的绒面结构，如图2所示。采用化学抛光的方式对N型硅片110的第二表明上进行抛光，所采用的化学试剂为氢氧化钠，反应时间为10分钟-20分钟，如图2所示。

  需要说明的是，也能够使用机械抛光的方式对N型硅片的第二表明上进行抛光处理。

  S2：在N型硅片的第二表面上形成硼源膜层，对硼源膜层进行激光处理，形成硼源区域和多个无硼源区域。其中，每个无硼源区域均被硼源区域包围，相邻的无硼源区域之间有间隙。

  具体地，通过旋涂的方法在N型硅片110的第二表面上旋涂硼源。其中，硼源为液态硼源。液态硼源为含硼化合物的溶液。优选地，含硼化合物的溶液的有效成分为硼的氧化物。优选地，液态硼源为氧化硼和氧化硅的混合溶液。对于氧化硼和氧化硅的混合溶液中氧化硼和氧化硅的质量比，并不限制。

  将硼源均匀旋涂到N型硅片110的第二表面后，对硼源进行烘干，烘干过程中，其中的溶剂被完全蒸发或分解，在N型硅片110的第二表面上形成固态的硼源膜层120，如图3所示。具体地，烘干时采用分段加热的方式，加热温度为50-300℃，加热时间为10秒-60秒。所形成的硼源膜层120的厚度为100纳米-2000纳米。

  需要说明的是，在N型硅片110的第二表面上旋涂硼源之前，也可以先在N型硅片110的第二表面旋涂一层前驱液，该前驱液中的溶剂和硼源中的溶剂为相似溶剂，从而更加利于旋涂的时候硼源能均匀地分布。

  接着，对硼源膜层120进行激光处理。具体地，采用预先设定的激光参数，对N型硅片110的第二表面的特定区域进行激光处理，去除该特定区域对应下的固态硼源薄膜，从而形成多个无硼源区域121，相邻的无硼源区域121之间有间隙，该间隙处覆盖有硼源，如图4所示。从图4中可知，多个无硼源区域121呈浮岛式。对N型硅片110的第二表面的特定区域进行激光处理后，形成连续的硼源区域122和多个无硼源区域121。每个无硼源区域121均被硼源区域122包围。从而第二表面上只有部分区域被固态硼源薄膜覆盖，剩余区域为凹槽，该凹槽为无硼源区域121，凹槽的底面为第二表面。其中，该特定区域为圆形，其直径为10微米-300微米。需要说明的是，第二表面上的特定区域根据实际的浮岛式全背接触太阳电池的结构确定，事先确定该特定区域，比如：该特定区域也可以为正方形，该正方形的边长为10微米-300微米。

  其中，所采用的激光参数为：激光波长为500-550nm；模式为脉冲模式或准连续模式；光斑直径为1-500微米。需要说明的是，光斑直径根据相邻的硼源区域121之间所形成凹槽的宽度确定。

  优选地，采用波长为515纳米或532纳米的绿光皮秒或短纳秒脉冲激光器进行激光处理。来保证去除第二表面上的特定区域的固态硼源薄膜的同时，不会对N型硅片110的基底产生过大的损伤。需要说明的是，也能够使用紫外皮秒激光器。

  使用激光技术对局部区域做处理，利用激光的热效应和精确图形化等特点，在不对N型硅片表面造成损伤的情况下，去除特定区域的固态硼源薄膜，从而避免采用光刻等方式对N型硅片的表明上进行图形化处理，采取了激光技术，可以使该电池的制作的工艺流程较短，生产所带来的成本较低。

  在本实施例中，在对N型硅片的硼源膜层120进行激光处理后，将N型硅片110放入热氧化炉中进行反应和扩散，硼源区域122中的硼源进行氧化扩散。

  具体地，将第二表面上形成有硼源区域122的N型硅片110插入热氧化炉的石英舟的凹槽中。其中，每个凹槽中只插入一片N型硅片110，从而不仅保证N型硅片110的第二表面的扩散的均匀性，还保证了N型硅片110的第一表面在氧气环境中氧化反应所形成的氧化层的厚度的均匀性。

  当N型硅片110放入热氧化炉进行推进时，在氧气环境下，硼源区域122中的硼源和N型硅片110的第二表面的硅发生反应，形成硼硅玻璃区域130，如图5所示。同时，硼硅玻璃区域130中的硼源向N型硅片110的第二表明上进行扩散，得到p+发射极区域140。从而在N型硅片110的第二表面上的硼源区域121所在的位置依次形成p+发射极区域140和硼硅玻璃区域130。

  需要说明的是，由于氧气的作用，N型硅片的第二表面上硼源区域122之间之间的凹槽处的无硼源区域121上形成氧化硅区域(未示出)。

  同时，在氧气作用下，N型硅片110的第一表面上的硅和氧化发生反应，在N型硅片110的第一表面上形成氧化硅层150。氧化硅层150的厚度为1纳米-15纳米。

  将N型硅片110放入热氧化炉中进行反应和扩散的条件为：热氧化炉的温度为900-1000℃，N型硅片在热氧化炉中反应的整体时间为90-180分钟，其中，推进时间为30-60分钟。需要说明的是，根据工艺所需的扩散方块电阻的不同而调整温度和推进时间，所形成的扩散方块电阻大小与温度和推进时间相关。

  在本实施例中，热氧化炉的温度为960℃，推进时间为45分钟时，所形成的扩散方块电阻为65Ω/sq。

  此外，需要说明的是，也可以是在硼源区域122进行氧化扩散后，在热氧化炉中继续通入干氧，进行30分钟-60分钟的氧化，使得在N型硅片110的第一表面上形成氧化硅层150以及在第二表面上硼源区域122之间之间的凹槽处形成氧化硅区域。

  S4：将N型硅片放入磷源扩散炉中，在无硼源区域上形成依次层叠的n+背表面场区域和磷硅玻璃区域，在第一表面上依次形成n+前表面场层和磷硅玻璃层。

  具体地，将步骤S3中进行激光处理后的N型硅片110放入磷源扩散炉中，进行磷扩散。扩散条件为：扩散炉的温度为750-900℃，N型硅片在磷源扩散炉中进行扩散的整体时间为60-120分钟，其中，扩散时间为20-60分钟。从而磷源在扩散炉中进行扩散。由步骤S3可知，N型硅片110的第二表面上部分区域依次被p+发射极和硼硅玻璃覆盖，从而由于硼硅玻璃的阻挡作用，这些区域磷源扩散不进去。而N型硅片110的第二表面上未依次被p+发射极和硼硅玻璃覆盖的区域，磷源和N型硅片110的和这些区域的表面的硅发生反应，形成磷硅玻璃区域111，同时，磷硅玻璃区域111向N型硅片110的内部扩散，形成n+背表面场区域160，如图6所示。由于无硼源区域121呈浮岛式排列，从而所形成的n+背表面场区域呈浮岛式排布，每个n+背表面场区域160被p+发射极区域140包围。

  其中，n+背表面场区域160与p+发射极区域140构成掺杂层。n+背表面场区域160与p+发射极区域140相邻，n+背表面场区域160和p+发射极区域140均延伸至N型硅片内110，且n+背表面场区域160的顶部表面与p+发射极区域140的顶部表面齐平，n+背表面场区域160的深度与p+发射极区域140的深度也相同。所形成的n+背表面场区域160呈浮岛式分布。

  如图6所示，同时，由于N型硅片110的第一表面上形成有氧化硅层150，从而氧化硅层150和磷源发生反应，形成磷硅玻璃层170。同时，磷硅玻璃层170中的磷源向N型硅片110的第一表面扩散，从而在N型硅片110的第一表面上形成n+前表面场层180。第二表面上所形成n+背表面场区域的扩散方阻为30-300Ω/sq，第一表面上所形成的n+前表面场层180的扩散方阻为30-300Ω/sq。

  此外，n+背表面场区域160的大小为10-300微米，相邻的n+背表面场区域160的中心点之间的距离为500-5000微米。在本实施例中，n+背表面场区域160的形状为圆形，其直径为10微米-300微米。需要说明的是，n+背表面场区域160的形状也可以为正方形，其边长为10微米-300微米。

  具体地，由步骤S3和步骤S4可知，在第二表面的部分区域上的p+发射极区域的上面覆盖有硼硅玻璃，而第二表面上所形成的n+背表面场区域的上面覆盖有磷硅玻璃，而第一表面上的n+前表面场层180上覆盖有磷硅玻璃层170。为避免磷硅玻璃和硼硅玻璃对IBC太阳电池的电性能的影响，需要去除磷硅玻璃和硼硅玻璃。

  通过RCA标准清洗法、SPM(H2SO4、H2O2以及H2O的混合溶液)、氢氟酸和臭氧的混合溶液、盐酸和氢氟酸的混合溶液或氢氟酸等化学洗涤法，去除硼硅玻璃和磷硅玻璃，如图7所示，并对N型硅片110的第一表面和第二表明上进行干燥。

  在本实施例中，将N型硅片110放入槽式清洗机中进行清理洗涤，采用的化学试剂为氢氟酸。

  S6：在掺杂层和n+前表面场层上分别形成第一钝化减反射膜层和第二钝化减反射膜层。

  具体地，在本实施例中，为了将N型硅片110的第一表面和第二表面的电荷饱和掉，在掺杂层和n+前表面场层180上分别形成第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220，第一钝化减反射膜层210位于n+前表面场层180上，第二钝化减反射膜层220覆盖p+发射极区域140和n+背表面场区域160，如图8所示。

  在本实施例中，将N型硅片110插入氧化炉的石英舟的槽中，进行干氧化，热氧化炉的温度为900-1000℃，推进时间为10-60分钟。从而形成第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220。第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220均为氧化硅层或氮化硅层，且其厚度均为5纳米-100纳米。优选地，第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220均为双层结构，第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220均包括依次层叠的氧化硅层和氮化硅层，其中，氧化硅层的厚度为5纳米-20纳米，氮化硅层的厚度为50纳米-150纳米。

  具体地，在本实施例中，通过丝网印刷或诱导电镀的方法，在第二钝化减反射膜层220上分别形成正电极230和负电极240，并进行烧结处理，如图9所示。

  再参考图9，正电极230向p+发射极区域140延伸，且其延伸至p+发射极区域140的顶部表面，负电极240向n+背表面场区域160，且其延伸至n+背表面场区域160的顶部表面。

  由于n+背表面场区域160呈浮岛式，因此，负电极240呈浮岛式，如图10所示。负电极240的直径为100微米～1000微米，正电极230和负电极240相邻，负电极240被正电极230包围。且负电极240和正电极230之间有着间隙250，间隙250的宽度为10微米～1000微米。

  在太阳电池中，光生载流子在电池中的传输有两种模式：一种是扩散，即光生载流子从浓度高的地方向浓度低的地方传输；另一种为漂移，即光生载流子在pn结的耗尽区受到内建电场的作用，使电子向带正电荷的n区漂移，空穴向带负电荷的p区漂移，并从相应的电极处导出。

  而对于IBC太阳电池和通过上述方法制备得到的太阳电池，光生电子需要从横向传输到n区，光生空穴也需要从横向传输到p区，而传输过程中有很大的可能性被缺陷俘获从而造成复合。对于IBC太阳电池，IBC中n区背表面场的宽度一般为400微米左右，p区背结的宽度一般为1500mm左右，相对来讲光生载流子横向传输的距离较长，更容易复合。而通过上述方法制得的太阳电池，光生电子和光生空穴都可以向四周传输，传输距离相应变短，复合的几率也会降低，进而进一步提升太阳电池的转化率。

  采用156毫米x156毫米，电阻率为2-15欧姆每厘米的N型硅片110，将N型硅片110放入单晶制绒设备中，N型硅片110悬浮在制绒添加剂上反应，N型硅片110的正面和制绒添加剂接触，控制反应温度为80℃，反应时间为20min，使得N型硅片110的第一表面呈金字塔形状的绒面结构，制绒添加剂为：碱、异丙醇、添加剂以及水的质量比为2.5:10:0.5:87；

  利用氢氧化钠溶液对N型硅片110的第二表明上进行抛光，时间为15分钟，抛光后将第二表面上的氢氧化钠清洗并干燥；

  在N型硅片110的第二表面旋涂1毫升硼源(氧化硼和氧化硅的混合溶液，型号为DS-2)，并将其烘干，采用分段式升温烘干的方式，烘干温度为50-200℃，分成五段加热，每段的烘干时间为10秒，所形成的硼源膜层120的厚度为100纳米；

  采用波长为515纳米的绿光皮秒激光器对硼源膜层120上的特定区域进行激光处理，去除该特定区域所对应的硼源，形成硼源区域122和多个无硼源区域121，相邻的硼源区域121之间有间隙，该间隙处被硼源覆盖，所采用的激光模式为脉冲模式，激光器的脉宽小于10皮秒，光斑直径为500微米；

  将第二表面上形成有硼源区域121的N型硅片110插入热氧化炉中的石英舟的槽中，进行反应和扩散，热氧化炉的温度为960℃，推进时间为45分钟，从而在第二表面的硼源区域121所在的位置上上依次形成p+发射极区域140和硼硅玻璃区域130，p+发射极区域140的扩散方块电阻为65Ω/sq，同时，在第一表面上形成氧化硅层150，氧化硅层150的厚度为5纳米；

  将N型硅片110放入磷源扩散炉中，所采用的磷源为三氯氧磷，在扩散炉的温度为890℃下扩散30分钟，在N型硅片110的第二表面上的未被p+发射极和硼硅玻璃覆盖的区域形成依次层叠的磷硅玻璃区域和n+背表面场区域160，同时，在N型硅片110的第一表面上依次形成n+前表面场层180和磷硅玻璃层170，n+背表面场区域160的扩散方块电阻为70Ω/sq，n+前表面场层180的扩散方块电阻为200Ω/sq；

  将N型硅片110放入槽式清洗机中，通过氢氟酸溶液去除N型硅片110的第一表面上的磷硅玻璃层170以及第二表面上的磷硅玻璃和硼硅玻璃，再用去离子水进行清理洗涤，清洗之后放在烘箱中50℃下干燥；

  接着，将N型硅片110插入氧化炉的石英舟的槽中，进行双面低温氧化，在掺杂层和n+前表面场层180上分别形成第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220，第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220均为氧化硅层，其厚度均为10纳米，氧化温度为980℃，氧化时间为30分钟；

  通过丝网印刷的方法，在第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220上分别形成正电极230和负电极240，并进行烧结处理，从而得到太阳电池。

  如图9所示，一实施例的太阳电池100包括N型硅片110、第一钝化减反射膜层210、第二钝化减反射膜220、正电极230以及负电极240。

  具体地，N型硅片110包括绒面和抛光面，N型硅片110的绒面均呈金字塔形状的绒面结构，绒面为N型硅片110的正面，抛光面为N型硅片110的背面。

  其中，N型硅片110的绒面侧包括n+前表面场层180，n+前表面场层180形成于绒面上，n+前表面场层180的扩散方阻为30-300Ω/sq。

  N型硅片110的抛光面侧包括p+发射极区域和n+背表面场区域160，p+发射极区域140与n+背表面场区域160相邻，每个n+背表面场区域160被p+发射极区域140包围，且p+发射极区域140与n+背表面场区域160均延伸至N型硅片110内，p+发射极区域140的顶部表面与n+背表面场区域160的顶部表面齐平，且p+发射极区域140的深度与n+背表面场区域160的深度也相同。所形成的n+背表面场区域160呈浮岛式分布。n+背表面场区域160的扩散方阻为30-300Ω/sq。

  此外，n+背表面场区域160的大小为10微米-300微米，相邻的n+背表面场区域160的中心点之间的距离为500微米-5000微米。n+背表面场区域160的形状可以为圆形或正方形。

  第一钝化减反射膜层210位于n+前表面场层180上，第二钝化减反射膜层220覆盖p+发射极区域140和n+背表面场区域160。第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220均为氧化硅层或氮化硅层，第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220的厚度均为5纳米-100纳米。优选地，第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220均为双层结构，第一钝化减反射膜层210和第二钝化减反射膜层220均包括依次层叠的氧化硅层和氮化硅层，其中，氧化硅层的厚度为5纳米-20纳米，氮化硅层的厚度为50纳米-150纳米。

  正电极230和负电极240均位于第二钝化减反射膜层220上，且正电极230向p+发射极区域140延伸，且其延伸至p+发射极区域140的顶部表面，负电极240向n+背表面场区域160延伸，且其延伸至n+背表面场区域160的顶部表面。由于n+背表面场区域160呈浮岛式，因此，负电极240呈浮岛式，其直径为100～1000微米。再参考图10，正电极230和负电极240相邻，负电极240被正电极230包围。负电极240和正电极230之间有着间隙250，间隙250的宽度为10～1000微米。

  上述太阳电池，光生电子和光生空穴都可以向四周传输，传输距离相应变短，复合的几率也会降低，进而进一步提升太阳电池的转化率。

  以上所述实施例的各技术特征能够直接进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

  以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还能做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。