[发明专利]一种高光电转换率晶体硅太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种高光电转换率晶体硅太阳能电池及其制造方法。

背景技术

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上。

自从硅PN结太阳能电池问世以来，虽经半个多世纪技术改进，开发了多种几何结构和制造工艺的太阳能电池产品，但晶体硅太阳电池依然是当今光伏工业的主流。现有技术晶体硅太阳能电池结构包括P-N结晶硅基体、P区背电极、N区前栅电极和减反射层，其制造工艺包括：清洗制绒—扩散制P-N结—洗磷和刻蚀—制备反射膜—电极印刷—背电极钝化—高温烧结—测试分选。由于采用丝网印刷银电极技术通过银胶制备前栅电极，然后进行快速烧结，银浆里的玻璃体会穿透氮化硅减反射层以形成对硅的接触。这种方法工艺简单成熟、设备产能较高，得到了大规模应用，但存在如下缺陷：1、烧结后的银电极和硅之间存在一层不导电的玻璃体，接触电阻很大；2、银浆中有机物在烧结过程中蒸发，使得银电极呈疏松多孔的结构，体电阻大；3、丝网印刷的栅线一般大于100μm，而且很难减少线宽，且一次印刷只能产生小于25μm的线高，虽然可以多次印刷增高，但又会造成栅线进一步加宽，因此高宽比小，较宽的线宽降低了太阳能电池的工作面积，故阴影损耗大；4、由于银材料本身的价格昂贵，加之目前银浆技术被国外大公司所垄断，导致我国企业生产成本大幅度升高。

为了克服太阳能电池采用丝网印刷技术的缺陷，开发了一些新的前栅电极加工技术：其一为丝网印刷或喷印形成栅状金属涂层，烧结形成硅接触种子层，然后电镀或光诱导电镀制备金属传导层。其二是采用光刻、化学腐蚀和机械刻蚀方式在硅片的减反射层上开槽，然后采用电镀、光诱导电镀或者化学镀方式制备前栅电极。其它还有激光烧结技术等。第一种方式虽然可以有效减少印刷银浆用量，并且减少体电阻和阴影损耗小，但不可避免地有一个制备电镀种子层的过程，仍然存在接触电阻过大、工序复杂、成本过高的缺点。第二种方式喷印虽然可以产生较窄的栅线，由于原理同丝网印刷相似，依然存在接触电阻过大、含金属墨水成本高、生产效率低的缺点。虽然这种方式不存在烧结浆料的过程，因此接触电阻小，也可以有效减少体电阻和阴影损耗，但都需要采用光刻、化学定向腐蚀或机械刻蚀开槽以便为电镀、化学镀或光诱导电镀提供掩膜板，虽然解决了丝网印刷存在的接触电阻大、体电阻大、阴影损失大的缺点，但却因工艺过于复杂、成本过高、设备生产效率低等问题，并未得到大规模工业应用。其它如激光烧结法，也存在金属粉末分离和重新收集难、生产效率低的问题。

总之，现有技术太阳能电池加工工艺均难以使电极金属与电池基体良好且紧密接触，仅依靠后期高温烧结形成绝缘玻璃体维持接触状态，在振动或刮擦情况下容易造成起层而接触不良，且主栅和细栅在后期生产中均暴露在空气中，特别是细栅比较脆弱，容易因刮擦、氧化而造成断栅而影响光生电子的捕获，影响太阳能电池的转化效率。因此，开发一种基于光诱导电镀技术的太阳能电池加工方法，生产光电转换效率更高的、成本更低的太阳能电池有着重大经济和社会意义，以及更为广阔的应用前景。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种生产工艺简单、光电转换效率高、制作成本低、前栅电极阴影损失小、接触电阻及体电阻低、细前栅电极不易断线、电池表面反射率低、光电转化效率高的高光电转换率晶体硅太阳能电池；另一目的在于提供一种该电池的制造方法。

本发明第一目的是这样实现的，包括晶体硅P-N结、P区背电极，所述的P区背电极与晶体硅P-N结电性连接，晶体硅P-N结之N区表面设置前栅电极；所述的前栅电极由电化学沉积形成且与晶体硅P-N结之N区的高导电性金属构成，所述的晶体硅P-N结之N区表面由内至外设置SiO₂层和减反射层。