專利名稱：一種硅太陽能電池背場電極結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池背場電極結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
我隨著太陽能技術(shù)的飛速發(fā)展，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率、降低生產(chǎn)成本已經(jīng)成為目前太陽能電池行業(yè)研發(fā)的主要目標(biāo)。硅基片材料的薄型化是節(jié)約材料、降低成本的重要手段之一。但是，在薄型基片中產(chǎn)生的光生少數(shù)載流子的擴(kuò)散距離會(huì)更加接近硅片厚度，使其同金屬背電極以及鋁硅合金高摻雜區(qū)等高復(fù)合區(qū)域接觸的可能性增大，導(dǎo)致短路電流降低，影響光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，薄硅片抗彎曲應(yīng)力性能差，在背電極燒結(jié)后易彎曲，導(dǎo)致在組件生產(chǎn)過程中的破碎率增大。為此，未來的高效率的太陽能電池希望既能形成穩(wěn)定的背電場，又要盡可能的減少鋁電極和硅片的直接接觸面積。為了到達(dá)上述目的，目前流行的高效太陽能電池多采用定域擴(kuò)散制備背電場及背電極。這是背電極不是同全部硅背面接觸的整面電極，而大多是呈點(diǎn)狀分布。其通常的制作方法是先在電池背面制備鈍化層，然后在鈍化層上開孔進(jìn)行定域點(diǎn)狀高摻雜，然后在摻雜點(diǎn)上形成鋁電極，實(shí)際鋁電極只占全背電極的1-洲。但缺點(diǎn)是必須采用掩膜來形成定域圖案，進(jìn)行定域摻雜和鋁電極鍍膜，例如常用的Si02鈍化層掩膜，必須采用光刻的方法形成， 在工藝和成本上都不適合工業(yè)化生產(chǎn)，尤其是定域摻雜，是一個(gè)長時(shí)間和高成本流程。也有人提出不采用定域摻雜，而直接在硅片背面采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)來印制點(diǎn)狀電極圖案的方式來形成定域的鋁背電場，但實(shí)際上絲網(wǎng)印刷的圖案的精度太低，不能形成數(shù)十微米大小及間隔分布的點(diǎn)電極，而且對(duì)鋁漿的印刷特性的要求會(huì)非常嚴(yán)格，增加制備的成本。如果點(diǎn)狀的鋁背電極面積過大，例如大于少數(shù)載流子的擴(kuò)散距離，則同整體鋁電極的效果沒有區(qū)別，起不到抑制載流子復(fù)合的作用。如果點(diǎn)狀電極間間隔過大，則載流子的收集會(huì)受到影響。為了解決上述問題，我們借助了太陽能電池正面銀電極通過鈍化層形成同硅片形成歐姆接觸的燒結(jié)機(jī)理。銀漿料在燒結(jié)過程中必須要燒透鈍化層，才能同硅基片接觸，研究表明，漿料在燒透鈍化層時(shí)并非整體將鈍化層破壞掉，而是在鈍化層中形成非常多的微米級(jí)的通道同硅基片接觸，據(jù)此，我們設(shè)計(jì)了新的背電極結(jié)構(gòu)及形成方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種有效抑制光生載流子復(fù)合，具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率的硅太陽能電池背電極結(jié)構(gòu)以及有效減少硅片彎曲的適合工業(yè)化生產(chǎn)所述背電極的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種硅太陽能電池背電極，包括硅片和鋁電極，硅片和鋁電極之間有一層非完全覆蓋的鈍化層，所述鈍化層為密集的網(wǎng)絡(luò)狀的微觀通道，所述鋁電極通過所述的微觀通道與所述硅片接觸，形成網(wǎng)絡(luò)狀分布的定域背電場。
一種硅太陽能電池背電極的制備方法，首先在硅片背面形成一層很薄的完全覆蓋硅片的鈍化層，然后采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷專用鋁電極漿料，在隧道爐內(nèi)烘干后，然后進(jìn)入燒結(jié)爐進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)過程中，鈍化層將同鋁漿料中的玻璃粉等成分發(fā)生反應(yīng)，部分鈍化層融解，鋁層直接同硅片接觸并形成鋁硅合金。由于鈍化層的融解和鋁層的穿透并不是完全的，而是形成了非常密集的呈網(wǎng)絡(luò)狀分布的微觀通道，每一個(gè)微觀通道都是一個(gè)定域摻雜的背電場。我們可以通過控制鈍化層厚度以及鋁漿中玻璃粉含量以及鋁粉粒徑分布等方式，控制上述微觀通道的密度和大小，形成近似均勻分布的局域背電場。同時(shí)，由于背電極表面還是整體的鋁膜，可以保證電極的導(dǎo)電性。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是
一種硅太陽能電池背電極，所述的鈍化層由氧化硅或氮化硅或多晶硅構(gòu)成，厚度為a， Onm < a < 50nmo一種上述的硅太陽能電池背電極的制備方法，所述的鈍化層可采用噴涂或熱氧化或各類CVD方式形成，根據(jù)形成時(shí)間可以調(diào)節(jié)所述鈍化層的厚度。一種上述的硅太陽能電池背電極的制備方法，所述的鋁電極漿料烘干溫度為 160-240°C，燒結(jié)溫度為 650-900°C。上述專用的鋁電極漿料的包括質(zhì)量百分比70-80%的鋁粉、15-25%的有機(jī)載體、 2-8%的無機(jī)玻璃粉、以及0. 5-1%的功能添加劑。所述鋁粉顆粒形狀是球狀或近球狀，鋁粉純度> 99. 97%，所述鋁粉包含兩種平均粒徑規(guī)格，其中一種為平均粒徑小于2um (優(yōu)選0. 8-1. 5 m)的球狀超細(xì)鋁粉，其占鋁粉質(zhì)量比20%-50%，如果所述超細(xì)鋁粉含量低于鋁粉質(zhì)量百分比20%，則對(duì)硅片表面的鈍化層穿透不夠，形成的鋁硅合金區(qū)域過小，鋁摻雜濃度過低，影響電性能。如果所述超細(xì)鋁粉含量大于鋁粉質(zhì)量百分比50%，則鋁粉的比表面積過大，氧化鋁含量過多，電極強(qiáng)度等機(jī)械性能將會(huì)受到影響，電極表面有鋁珠或掉灰現(xiàn)象發(fā)生。其它鋁粉的平均粒徑為2-lOum，其占鋁粉質(zhì)量比的50%-80%。所述玻璃粉可選用含鉛B2O3-SiO2-PbO系列玻璃、無鉛Bi2O3-SiO2-SiO-KO3系列玻璃中的一種或兩種、以及少量Mg0、Ca0、V205、Zn0等一種或多種氧化物添加劑構(gòu)成。玻璃粉含量低于2%，鋁漿在燒結(jié)中不能有效的穿透鈍化層，形成所需的鋁硅合金鋁背場區(qū)域，玻璃分含量大于8%，電極導(dǎo)電性降低，同時(shí)硅片燒結(jié)后應(yīng)力彎曲現(xiàn)象嚴(yán)重。上述鋁電極漿料中超細(xì)鋁粉和玻璃粉的含量的設(shè)定使得所述鋁電極漿料具有極強(qiáng)的鈍化層燒透特性。所述有機(jī)載體是纖維素類和樹脂類等聚合物、以及醇類、醚類、脂類等有機(jī)溶劑的混合物。主要作用是調(diào)節(jié)所述漿料的印刷性能，提高電極漿料的成膜性。所述有機(jī)載體含有質(zhì)量百分比5 20%的聚合物以及8(Γ95%的有機(jī)溶劑。聚合物可選用乙基纖維素、丙烯酸樹脂、硝基纖維素、酚醛樹脂等一種或多種構(gòu)成，有機(jī)溶劑可選用松油醇、卡比醇、檸檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚等一種或多種混合構(gòu)成。所述有機(jī)溶劑的質(zhì)量百分比50%-75% 用來同所述聚合物混合制備所述有機(jī)載體。剩下的質(zhì)量百分比25%-50%的有機(jī)溶劑用來制備玻璃粉分散液。所述功能添加劑可選用常用涂料助劑，也可根據(jù)印刷條件以及儲(chǔ)存要求等選用表面活性劑、觸變劑、燒結(jié)促進(jìn)劑、粘網(wǎng)防止劑、分散劑以及消泡劑等。
鋁粉、玻璃粉、有機(jī)載體以及功能添加劑均勻混合制得本發(fā)明所述專用鋁電極漿料。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是
1.本發(fā)明所述的硅太陽能電池背電極在保證充分的背電場形成和電氣接觸的同時(shí)，有效抑制光生載流子在硅鋁界面的復(fù)合，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明所述的硅太陽能電池背電極的制備方法將會(huì)降低硅片和鋁電極的界面應(yīng)力，減少硅片彎曲，對(duì)薄型太陽能電池硅片更為有利。本發(fā)明所述的硅太陽能電池背電極的制備方法的工藝簡單，成本較低，適合工業(yè)
化生產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述 圖1為燒結(jié)前硅太陽能電池背電極簡易結(jié)構(gòu)圖
圖2為燒結(jié)后硅太陽能電池背電極簡易結(jié)構(gòu)圖； 圖3為背電極剖面其中1、硅片，21、燒結(jié)后非完全覆蓋的鈍化層，22、燒結(jié)前完全覆蓋的鈍化層，31、燒結(jié)后的鋁電極，32、燒結(jié)前印刷的鋁電極漿料，4、鈍化層經(jīng)燒結(jié)后形成的呈網(wǎng)絡(luò)狀分布的微觀通道，5、點(diǎn)狀分布的定域背電場，6、鈍化層未被破壞的區(qū)域。
具體實(shí)施例方式如圖一所示一種硅太陽能電池背電極，包括硅片1和鋁電極31，硅片和鋁電極之間有一層非完全覆蓋的鈍化層21，所述鈍化層21包含密集的網(wǎng)絡(luò)狀的微觀通道4，所述鋁電極31通過所述的微觀通道4與所述硅片1接觸，形成點(diǎn)狀分布的定域背電場。如圖二和圖三所示一種硅太陽能電池背電極的制備方法，制備時(shí)首先在硅片背面形成普通的全面覆蓋的鈍化層22，然后采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷上述的鋁電極漿料32，在隧道爐內(nèi)烘干后，然后進(jìn)入燒結(jié)爐進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)形成背場電極，燒結(jié)過程中部分鈍化層被鋁漿燒透，形成密集的網(wǎng)絡(luò)狀微觀通道4，燒結(jié)后的鋁電極31通過微觀通道4與硅片1接觸形成點(diǎn)狀分布的定域背電場5。實(shí)施例1
專用鋁漿的制備按照質(zhì)量百分比稱量，
玻璃粉5%，
乙基纖維素1%，
樹脂1%，
松油醇10%，
二乙二醇甲醚8%，
丁基卡比醇醋酸酯5%，
平均粒徑為5. 62 um球狀鋁粉40. 5%，
平均粒徑為1. 5um球狀鋁粉31. 5%，
功能添加劑0. 5%，其中，玻璃粉采用無鉛Bi2O3-SiO2-ZnO-B2O3系列玻璃，軟化點(diǎn)496°C，平均粒徑3. 22um。將乙基纖維素、樹脂、松油醇、丁基卡比醇醋酸酯，加熱到70-90°C，使纖維素和樹脂完全溶解，形成透明有機(jī)載體。將鋁粉，有機(jī)載體、玻璃粉，以及功能添加劑加入攪拌機(jī)中混合成預(yù)備物料，然后用三輥研磨機(jī)混煉成細(xì)度小于20um，粘度3. 5-4. 5萬mPas的電極形成專用鋁電極漿料
在經(jīng)過制絨、擴(kuò)散和表面鈍化處理后的規(guī)格125mmX125mm兩面制絨的單晶硅基片背面采用PECVD技術(shù)形成一層氮化硅鈍化層，成膜時(shí)間20s。然后將上述所得電極漿料通過絲網(wǎng)印刷在鈍化層上形成電極薄膜，在生產(chǎn)線上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，印刷厚度為每片用漿料0. 9g，進(jìn)隧道爐烘干，溫度200°C。烘干后鋁膜電極無脫落現(xiàn)象，然后換另一面印刷正面銀漿，烘干后進(jìn)隧道爐燒結(jié)，峰值溫度850°C，出爐后測量電性能、基片彎曲度、電極附著性以及外觀。實(shí)施例2
專用鋁電極漿料的制備同實(shí)施例1。在經(jīng)過制絨、擴(kuò)散和表面鈍化處理后的規(guī)格125mmX125mm兩面制絨的單晶硅基片背面采用PECVD技術(shù)形成一層氮化硅鈍化層，成膜時(shí)間10s。其余過程同實(shí)施例1。實(shí)施例3
專用鋁漿的制備按照質(zhì)量百分比稱量 玻璃粉7%，
平均粒徑為5. 62 um球狀鋁粉43. 5%，
平均粒徑為1. 5um球狀鋁粉31. 5%，
乙基纖維素0. 8%，
樹脂0. 8%，
松油醇8%，
二乙二醇甲醚4%，
丁基卡比醇醋酸酯3. 9%，
功能添加劑0. 5%，
其余配方同實(shí)施例1，
其余專用鋁漿的制備同實(shí)施例1，
其余同實(shí)施例2。比較例1
采用目前市面上購買的普通鋁漿，在經(jīng)過制絨、擴(kuò)散和表面鈍化處理后的規(guī)格 125mmX125mm兩面制絨的單晶硅基片上直接印刷鋁電極，印刷厚度為每片用漿料0. 9g，進(jìn)隧道爐烘干，溫度200°C。烘干后鋁膜電極無脫落現(xiàn)象，然后換另一面印刷正面銀漿，烘干后進(jìn)隧道爐燒結(jié)，峰值溫度850°C，出爐后測量電性能、基片彎曲度、電極附著性以及外觀。測定的各項(xiàng)性能平均值如表1所示 表權(quán)利要求
1.一種硅太陽能電池背電極，包括硅片和鋁電極，其特征在于硅片和鋁電極之間有一層非完全覆蓋的鈍化層，所述鈍化層由隨機(jī)分布的密集的網(wǎng)絡(luò)狀的微觀通道構(gòu)成，所述鋁電極通過所述微觀通道與所述硅片接觸，形成網(wǎng)絡(luò)狀分布的定域背電場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池背電極，其特征在于所述的非完全覆蓋的鈍化層是由一層薄的普通鈍化層以及上面印刷涂覆的高燒透型鋁漿共同燒結(jié)形成。
3.—種硅太陽能電池背電極的制備方法，其特征在于首先在硅片背面形成普通完全覆蓋的鈍化層，然后采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷鋁電極漿料，在隧道爐內(nèi)烘干后，然后進(jìn)入燒結(jié)爐進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)形成背場電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的的硅太陽能電池背電極的制備方法，其特征在于中所述的在印刷鋁漿和燒結(jié)前形成的普通完全覆蓋的鈍化層由氧化硅或氮化硅或多晶硅構(gòu)成，厚度為 a, Onm < a < 50nmo
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的硅太陽能電池背電極的制備方法，其特征在于所述的普通完全覆蓋的鈍化層可采用噴涂或熱氧化或各類CVD方式形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅太陽能電池背電極的制備方法，其特征在于所述的鋁電極漿料具有極強(qiáng)的鈍化層燒透特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅太陽能電池背電極的制備方法，其特征在于所述的鋁電極漿料包含兩種平均粒徑規(guī)格的鋁粉，其中一種為平均粒徑小于2um的球狀超細(xì)鋁粉，其占鋁粉質(zhì)量比的20%-50%，其它鋁粉的平均粒徑為2-10um，其占鋁粉質(zhì)量比的50%_80% ；兩種規(guī)格的鋁粉的總含量占鋁電極漿料質(zhì)量比的70-80%。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅太陽能電池背電極的制備方法，其特征在于所述的鋁電極漿料包含無機(jī)玻璃粉，其含量占鋁電極漿料質(zhì)量比的2-8%。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅太陽能電池背電極的制備方法，其特征在于所述的鋁電極漿料烘干溫度為160-240°C，燒結(jié)溫度為650-900°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅太陽能電池背電極及其制備方法，其特征在于硅片和鋁電極之間有一層非完全覆蓋的鈍化層存在，所述鈍化層包含密集的網(wǎng)絡(luò)狀的微觀通道，所述鋁電極通過所述微觀通道與所述硅片接觸，形成網(wǎng)絡(luò)狀分布的定域背電場。制備時(shí)首先在硅片背面形成普通的全面覆蓋的鈍化層，然后采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷鋁電極漿料，在隧道爐內(nèi)烘干后，然后進(jìn)入燒結(jié)爐進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)形成背場電極。本發(fā)明所述的硅太陽能電池背電極能有效抑制光生載流子在硅鋁界面的復(fù)合，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明所述制備方法有效降低硅片和鋁電極的界面應(yīng)力，減少硅片彎曲，對(duì)薄型太陽能電池硅片更為有利。本發(fā)明制備方法工藝簡單，成本較低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102231393SQ201110189830
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者張宏, 徐傳驤, 徐曉宙, 徐曉斌 申請人:西安交通大學(xué)蘇州研究院