CN110634999A - 太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池的制作方法，包括：在硅基底表面依次形成第一钝化层和第一掺杂层；在第一掺杂层表面形成第一电介质保护层；按预定图案利用激光刻蚀第一电介质保护层；以第一电介质保护层为掩模除去第一钝化层和第一掺杂层；在第一电介质保护层和露出的硅基底层上形成图案化的第二钝化层和第二掺杂层；在形成于硅基底层上的第二掺杂层上形成刻蚀阻挡层；除去形成于第一电介质保护层上的第二钝化层和第二掺杂层；除去第一电介质保护层和刻蚀阻挡层；形成第二电介质保护层；按预定图案利用激光刻蚀第二电介质保护层；最后形成透明导电层和电极。本发明的利用激光刻蚀结合第一电介质保护层替代光刻工艺，在不损失电池效率的前提下，简化工艺流程，具备低成本大规模生产的可行性。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏技术领域，尤其涉及一种背接触异质结单晶硅太阳能电池及其制作方法。
背景技术
背接触电极结构是更高效率光伏太阳能电池的主要技术发展方向之一，结合了异质结工艺的HBC电池技术是保证电池高效率的关键技术。HBC电池工艺的难点在背面工艺集成的实现，如何将正负电极相邻安排在硅片同一面。目前已知的方法是采用非常复杂的光刻工艺来实现，伴随工艺步骤多、对设备和环境要求高、成本高等问题，很难实现大规模生产。
发明内容
为了克服现有缺陷，本发明提供一种太阳能电池的制作方法及该方法制作的太阳能电池。
本发明一方面提供一种太阳能电池的制作方法，所述方法包括：在硅基底的第一表面依次形成第一钝化层和第一掺杂层；在所述第一掺杂层表面形成第一电介质保护层；按预定图案利用激光刻蚀所述第一电介质保护层；以图案化的第一电介质保护层为掩模除去所述第一钝化层和所述第一掺杂层露出所述硅基底层；在所述图案化的第一电介质保护层和露出的硅基底层上形成图案化的第二钝化层和第二掺杂层；在形成于所述硅基底层上的所述第二掺杂层上形成刻蚀阻挡层；除去形成于所述图案化的第一电介质保护层上的所述第二钝化层和第二掺杂层；除去所述图案化的第一电介质保护层和所述刻蚀阻挡层；在图案化的第一掺杂层和第二掺杂层上形成第二电介质保护层；按预定图案利用激光刻蚀所述第二电介质保护层；以图案化的第二电介质保护层为掩模形成透明导电层；在所述透明导电层上形成电极。
本发明另一方面一种太阳能电池的制作方法，所述方法包括：在硅基底的第一表面依次形成第一钝化层和第一掺杂层；在所述第一掺杂层表面形成第一电介质保护层；按预定图案利用激光刻蚀所述第一电介质保护层；以图案化的第一电介质保护层为掩模除去所述第一掺杂层露出所述第一钝化层；在所述图案化的第一电介质保护层和露出的第一钝化层上形成图案化的第二掺杂层；在形成于所述硅基底层上的所述第二掺杂层上形成刻蚀阻挡层；除去形成于所述图案化的第一电介质保护层上的所述第二掺杂层；除去所述图案化的第一电介质保护层和所述刻蚀阻挡层；在图案化的第一掺杂层和第二掺杂层上形成第二电介质保护层；按预定图案利用激光刻蚀所述第二电介质保护层；以图案化的第二电介质保护层为掩模形成透明导电层；在所述透明导电层上形成电极。
根据本发明的一实施方式，所述激光刻蚀是皮秒或者飞秒激光刻蚀。
根据本发明的另一实施方式，所述方法还包括：在与所述硅基底的第一表面相对的第二表面形成钝化减反层。
本发明另一方面提供一种由上述方法制作的太阳能电池。
根据本发明的一实施方式，所述第一掺杂层是P型掺杂非晶硅或微晶硅层，所述第二掺杂层是N型掺杂非晶硅或微晶硅层。
根据本发明的另一实施方式，所述第一掺杂层是N型掺杂非晶硅或微晶硅层，所述第二掺杂层是P型掺杂非晶硅或微晶硅层。
根据本发明的另一实施方式，所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的厚度是5nm-100nm。
根据本发明的另一实施方式，所述第一电介质保护层和第二电介质保护层包括氮化硅、氧化硅中的至少一种。
根据本发明的另一实施方式，所述第一电介质保护层和第二电介质保护层的厚度是100nm-500nm。
根据本发明的另一实施方式，所述透明导电层包括ITO、AZO或BZO中的至少一种。
根据本发明的另一实施方式，所述金属电极包括银和铝中的至少一种。
现有背接触电池至少需要3次光刻工艺，而本发明的利用激光刻蚀结合第一电介质保护层替代光刻工艺，在不损失电池效率的前提下，减少了工序次数，简化工艺流程，具备低成本大规模生产的可行性。
更进一步，本发明采用皮秒或飞秒激光作用于电介质材料，例如，二氧化硅，氮化硅，硅材料等。由于皮秒或飞秒激光同材料相互作用的机理是“冷”处理，因此对材料本身性能的影响相对很小。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1至图8是本发明的太阳能电池的制作方法的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1-硅基底；2-第一钝化层；3-第一掺杂层；4-第一电介质保护层；5-第二钝化层；6-第二掺杂层；7-刻蚀阻挡层；8-钝化减反层；9-第二电介质保护层；10-透明导电层；11-第一电极；12-第二电极
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
需要说明的是，本发明中上、下等用语，仅为互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
如图1所示，首先将单面制绒(第二表面制绒、第一表面进行化学抛光处理)后的硅基底1进行化学清洗，去除硅片表面的有机物、颗粒和金属离子等污染。在硅基底1的第二表面沉积钝化减反膜(图中未示出)，例如SiN层等，厚度在5nm-100nm。然后，在第一表面形成第一钝化层2，然后在第一钝化层2上形成第一掺杂层3。可以通过PECVD或者HWCVD在硅基底1上沉积形成第一钝化层2，第一钝化层2可以是本征非晶硅层。第一掺杂层3可以是P型掺杂层，例如P型掺杂非晶硅或微晶硅层，也可以是N型掺杂层，例如N型掺杂非晶硅或微晶硅层。P型掺杂层可以由掺杂TMB或B2H6生长形成。N型掺杂层可以由掺杂PH3生长形成。该层的厚度大约在5nm-100nm之间。形成第一掺杂层3之后，在其上形成第一电介质保护层4。第一电介质保护层4可以是氮化硅、氧化硅中的至少一种。该层的厚度为100nm-500nm之间。之后用激光刻蚀第一电介质保护层4形成图案化的第一电介质保护层4。激光刻蚀优选为皮秒或者飞秒激光刻蚀。图2示出激光刻蚀后的结构。
激光刻蚀之后以第一电介质保护层4为掩模除去第一掺杂层3和第一钝化层2，露出基底层1。或者，以第一电介质保护层4为掩模仅除去第一掺杂层3，露出第一钝化层2。可以通过化学刻蚀，除去第一掺杂层3和/或第一钝化层2。除去第一掺杂层3和第一钝化层2的结构如图3A所示。仅除去第一掺杂层3的结构如图3B所示。
若除去第一掺杂层3和第一钝化层2，则在图案化的第一电介质保护层4和露出的硅基底1上形成图案化的第二钝化层5和第二掺杂层6。第一掺杂层3与第二掺杂层6是不同类型的掺杂。若第一掺杂层3是P型掺杂层，则第二掺杂层6是N型掺杂层。若第一掺杂层3是N型掺杂层，则第二掺杂层6是P型掺杂层。可以通过PECVD或者HWCVD沉积形成第二钝化层5和第二掺杂层6。沉积后的结构如图4A所示。
若仅除去第一掺杂层3，则在图案化的第一电介质保护层4和露出的第一钝化层2上形成图案化的第二掺杂层6。第一掺杂层3与第二掺杂层6是不同类型的掺杂。若第一掺杂层3是P型掺杂层，则第二掺杂层6是N型掺杂层。若第一掺杂层是N型掺杂层，则第二掺杂层6是P型掺杂层。可以通过PECVD或者HWCVD沉积形成第二掺杂层6。沉积后的结构如图4B所示。
随后，在形成于硅基底1的第二掺杂层6上形成刻蚀阻挡层7。之后，除去形成于第一电介质保护层4上的第二钝化层5和第二掺杂层6(如图4A所示)，或者除去第二掺杂层6(如图4B所示)。刻蚀阻挡层7可以是，但不限于聚合物层，以保护后续的刻蚀过程中形成在基底层1上的第二钝化层5和第二掺杂层6。可以通过丝网印刷形成刻蚀阻挡层7。可以通过化学刻蚀等任何方式除去第二钝化层5和第二掺杂层6。除去第二钝化层5和第二掺杂层6后的结构如图5所示。
然后，除去第一电介质保护层3和刻蚀阻挡层7。可以通过化学刻蚀除去第一电介质保护层7。然后，用不同的化学试剂除去刻蚀阻挡层7。由于化学刻蚀会损伤硅基底1第二表面形成的钝化减反膜(图中未示出)，因此该步骤之后可以在第二表面重新形成钝化减反层8，如图6所示，图中用一层表示，但本领域技术人员可以理解，钝化减反层8可以钝化层和减反层两层，减反层也可以是双层或多层。钝化减反层8可以是，但不限于例如a-Si,SiO2,SiN等，或者双层减反射等。并在第一掺杂层3和第二掺杂层6上形成第二电介质保护层9。第二电介质保护层9可以氮化硅、氧化硅中的至少一种。
随后，按预定图案利用激光刻蚀第二电介质保护层9，形成的结构如图7所示。优选为皮秒或者飞秒激光刻蚀。
随后，以图案化的第二电介质保护层9为掩模形成透明导电层10。可以通过丝网印刷形成透明导电层10。透明导电层10可以由ITO、AZO、BZO中的至少一种形成。最后在透明导电层10上形成第一电极11和第二电极12。第一电极11和第二电极12的极性相反。第一电极11和第二电极12可以是金属电极，例如Ag、Al中的至少一种。形成的结构图8所示。
现有背接触电池至少需要3次光刻工艺，而本发明的利用超激光刻蚀结合第一电介质保护层替代光刻工艺，在不损失电池效率的前提下，减少了工序次数，简化工艺流程，具备低成本大规模生产的可行性。
更进一步，本发明采用皮秒或飞秒激光作用于电介质材料，例如，二氧化硅，氮化硅，硅材料等。由于皮秒或飞秒激光同材料相互作用的机理是“冷”处理，因此对材料本身性能的影响相对更小。
本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
在硅基底的第一表面依次形成第一钝化层和第一掺杂层；
在所述第一掺杂层表面形成第一电介质保护层；
按预定图案利用激光刻蚀所述第一电介质保护层；
以图案化的第一电介质保护层为掩模除去所述第一钝化层和所述第一掺杂层露出所述硅基底层；
在所述图案化的第一电介质保护层和露出的硅基底层上形成图案化的第二钝化层和第二掺杂层；
在形成于所述硅基底层上的所述第二掺杂层上形成刻蚀阻挡层；
除去形成于所述图案化的第一电介质保护层上的所述第二钝化层和第二掺杂层；
除去所述图案化的第一电介质保护层和所述刻蚀阻挡层；
在图案化的第一掺杂层和第二掺杂层上形成第二电介质保护层；
按预定图案利用激光刻蚀所述第二电介质保护层；
以图案化的第二电介质保护层为掩模形成透明导电层；
在所述透明导电层上形成电极。
2.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
在硅基底的第一表面依次形成第一钝化层和第一掺杂层；
在所述第一掺杂层表面形成第一电介质保护层；
按预定图案利用激光刻蚀所述第一电介质保护层；
以图案化的第一电介质保护层为掩模除去所述第一掺杂层露出所述第一钝化层；
在所述图案化的第一电介质保护层和露出的第一钝化层上形成图案化的第二掺杂层；
在形成于所述第一钝化层上的所述第二掺杂层上形成刻蚀阻挡层；
除去形成于所述图案化的第一电介质保护层上的所述第二掺杂层；
除去所述图案化的第一电介质保护层和所述刻蚀阻挡层；
在图案化的第一掺杂层和第二掺杂层上形成第二电介质保护层；
按预定图案利用激光刻蚀所述第二电介质保护层；
以图案化的第二电介质保护层为掩模形成透明导电层；
在所述透明导电层上形成电极。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述激光刻蚀是皮秒或者飞秒激光刻蚀。
4.如权利要求1或2所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述方法还包括：
在与所述硅基底的第一表面相对的第二表面形成钝化减反层。
5.一种太阳能电池，其特征在于，由权利要求1-4任一方法制作。
6.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂层是P型掺杂非晶硅或微晶硅层，所述第二掺杂层是N型掺杂非晶硅或微晶硅层。
7.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂层是N型掺杂非晶硅或微晶硅层，所述第二掺杂层是P型掺杂非晶硅或微晶硅层。
8.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的厚度是5nm-100nm。
9.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一电介质保护层和第二电介质保护层包括氮化硅、氧化硅中的至少一种。
10.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一电介质保护层和第二电介质保护层的厚度是100nm-500nm。
11.如权利要求5所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述透明导电层包括ITO、AZO或BZO中的至少一种。
12.如权利要求5所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述金属电极包括银和铝中的至少一种。
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