《一種N型背結雙面電池》是英利能源（中國）有限公司於2015年12月11日申請的發明專利，該專利的申請號為201521024519X，公布號為CN205211766U，授權公布日為2016年5月4日，發明人是張偉、郎芳、楊偉光、王平、王建明、史金超。
《一種N型背結雙面電池》涉及太陽能電池生產技術領域。雙面電池包括矽片襯底，矽片襯底的正面自內向外依次為磷摻雜電池前場、二氧化矽鈍化層、氮化矽減反射層、正面銀電極，矽片襯底的背面自內向外依次為硼摻雜電池發射極、二氧化矽鈍化層、氮化矽減反射層、背面銀鋁電極，正面銀電極和背面銀鋁電極均為柵線結構。該電池雙面受光，具有較高的光電轉化效率，電池的製備工藝簡單，穩定性好，適於大規模生產。
2019年9月29日，《一種N型背結雙面電池》獲2018年河北省專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種N型背結雙面電池》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種N型背結雙面電池
- 公布號：CN205211766U
- 公布日：2016年5月4日
- 申請號：201521024519X
- 申請日：2015年12月11日
- 專利權人：英利能源（中國）有限公司
- 地址：河北省保定市朝陽北大街3399號
- 發明人：張偉、郎芳、楊偉光、王平、王建明、史金超
- Int.Cl.：H01L31/0236(2006.01)I、H01L31/0216(2014.01)I、H01L31/0224(2006.01)I
- 代理機構：石家莊國為智慧財產權事務所
- 代理人：李瑞妍
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
光伏發電迅猛發展，太陽能電池技術日新月異，尤其是N型矽太陽能電池技術。與摻硼（B）的P型晶體矽材料相比，摻磷（P）的N型晶體矽材料具有如下優勢：（1）N型材料中的雜質（如一些常見的金屬離子）對少子空穴的捕獲能力低於P型材料中的雜質對少子電子的捕獲能力；（2）選用摻磷的N型矽材料形成的電池沒有光致衰減效應的存在，因此，N型晶體矽電池的效率不會隨著光照時間的加長而逐漸衰減；（3）N型矽材料的少子空穴的表面複合速率低於P型材料中電子的表面複合速率。上述三大優勢是N型晶體矽電池獲得高轉化效率的前提。2015年12月前N型晶體矽太陽能電池已經成為科研機構和電池廠家研究的重點，其中N型背結太陽能電池也得到廣泛關注。
2015年12月前報導的N型背結電池均為單面受光電池，電池正面採用金屬柵線結構，未印刷金屬的區域可以吸收入射光，而電池背面全部印刷鋁漿料，無法吸收環境中的散射光，同時大面積印刷鋁漿料並燒結還容易造成電池片彎曲等問題。
在2015年12月前已有技術中N型背結電池都為單面受光的背結電池，工藝複雜，具體流程如下：首先是進行制絨和背面拋光處理，接下來進行正面磷擴散，之後是濕法刻蝕去除正面磷矽玻璃以及背面和邊緣的磷摻雜層實現邊絕緣，濕法刻蝕後矽片進行了背面的硼擴散，硼擴散後的矽片也需要進行化學清洗去除硼矽玻璃和邊緣絕緣，之後在矽片正面沉積氧化矽鈍化層，在矽片背面沉積氧化鋁鈍化層，在矽片的正背面沉積氮化矽減反射層，之後需要在矽片的背面利用雷射進行開孔或開槽，去除該位置處的氮化矽和氧化鋁，之後在矽片背面印刷鋁漿料，在矽片正面印刷銀漿料，並燒結，完成背結單面電池的製備。
2015年12月前已有技術中N型背結電池都為單面受光的背結電池，製備工藝步驟複雜，電池背面選用了氧化鋁鈍化以及大面積印刷鋁漿料，為了得到良好的金屬接觸，印刷前需要在氧化鋁鈍化層上開槽，同時由於大面積印刷鋁漿，燒結後可能造成矽片彎曲；另一方面，背面全部印刷鋁漿料，製備成的單面受光電池，背面無法吸收散射光，這類電池無法用於製備高輸出功率的雙玻組件。
發明內容
專利目的
《一種N型背結雙面電池》所要解決的技術問題是提供一種N型背結雙面電池電池，該電池雙面受光，具有較高的光電轉化效率。
技術方案
《一種N型背結雙面電池》包括矽片襯底，矽片襯底的正面自內向外依次為磷摻雜電池前場、氧化矽鈍化層、氮化矽減反射層、正面銀電極，矽片襯底的背面自內向外依次為硼摻雜電池發射極、氧化矽鈍化層、氮化矽減反射層、背面銀鋁電極，正面銀電極和背面銀鋁電極均為柵線結構。
進一步的技術方案，矽片襯底背面為先形成氧化矽鈍化層，然後再沉積氧化鋁疊層。
進一步的技術方案，氧化鋁疊層的厚度為1納米-5納米。
進一步的技術方案，氮化矽減反射層的厚度為60納米-80納米。
有益效果
《一種N型背結雙面電池》的雙面電池是利用磷摻雜在電池正面製備電池前場，利用硼摻雜在電池背面製備發射極，正背面採用氧化矽鈍化層，正背面均沉積氮化矽減反射膜，印刷過程中，正面印刷柵線結構的銀漿料，背面印刷柵線結構的銀鋁漿料，在確保良好金屬接觸的同時，未印刷區域可以吸收散射光提升電池效率，製備的電池可以雙面受光，提高光電轉化效率。
附圖說明
圖1是《一種N型背結雙面電池》的結構示意圖；
圖中：1、矽片襯底；2、磷摻雜電池前場；3、硼摻雜電池發射極；4、氧鈍化層；5、氮化矽減反射層；6、正面銀電極；7、背面銀鋁電極。
權利要求
1.《一種N型背結雙面電池》特徵在於，包括矽片襯底（1），矽片襯底（1）的正面自內向外依次為磷摻雜電池前場（2）、氧化矽鈍化層（4）、氮化矽減反射層（5）、正面銀電極（6），矽片襯底（1）的背面自內向外依次為硼摻雜電池發射極（3）、氧化矽鈍化層（4）、氮化矽減反射層（5）、背面銀鋁電極（7），正面銀電極（6）和背面銀鋁電極（7）均為柵線結構。
2.根據權利要求1所述的N型背結雙面電池，其特徵在於，矽片襯底（1）背面為先形成氧化矽鈍化層，然後再沉積氧化鋁疊層。
3.根據權利要求2所述的N型背結雙面電池，其特徵在於，氧化鋁疊層的厚度為1納米-5納米。
4.根據權利要求1所述的N型背結雙面電池，其特徵在於，氮化矽減反射層（5）的厚度為60納米-80納米。
實施方式
由於N型矽片的少子壽命長，相應的複合低，所以可以把電池的PN結製備在電池的背面，電池正面沒有嚴重影響短波回響的死層，同時結合基區大的擴散長度和背面的反射，使入射光得到最大限度的利用，進而提升電池的光電轉化效率。
《一種N型背結雙面電池》的主要目的是製備N型背結雙面電池，其製備流程如下：利用磷摻雜在電池正面製備電池前場，利用硼摻雜在電池背面製備發射極，正面採用氧化矽鈍化層，背面採用氧化矽鈍化或者氧化矽與氧化鋁疊層鈍化，正背面均沉積氮化矽減反射膜，印刷過程中，正面印刷銀漿料，背面印刷銀鋁漿料，正背面均為金屬柵線結構，未印刷區域可以吸收散射光提升電池效率，因此該電池可以雙面受光，可以吸收更多的光，獲得更高的轉化效率。
《一種N型背結雙面電池》的具體結構參見圖1所示，包括矽片襯底1，矽片襯底1的正面自內向外依次為磷摻雜電池前場2、氧化矽鈍化層4、氮化矽減反射層5、正面銀電極6，矽片襯底1的背面自內向外依次為硼摻雜電池發射極3、氧化矽鈍化層4、氮化矽減反射層5、背面銀鋁電極7，正面銀電極6和背面銀鋁電極7均為柵線結構。
矽片襯底1背面先形成氧化矽鈍化層4，然後再沉積氧化鋁疊層。
其中，氧化鋁疊層的厚度為1納米-5納米。
氮化矽減反射層5的厚度為60納米-80納米。
《一種N型背結雙面電池》的製備工藝可以分為以下四個實施例：
實施例一
（1）結構化處理-雙面制絨，採用化學清洗對矽片表面進行結構化處理，該操作可以在矽片表面形成倒金字塔的絨面，從而減少表面反射，提高矽片內部的光吸收。同時化學清洗還可以去除矽片表面的損傷層及雜質，確保矽晶體表面的潔淨程度，避免矽晶體表面的雜質在後續高溫擴散過程中進入矽片內部形成複合中心，對電池性能產生不利影響；
（2）正面磷擴散，採用POCl3（三氯氧磷）擴散，在N型矽片的正面形成一個高低結，即電池的前場；磷擴散過程中通過控制POCl3流量，擴散溫度，和通源時間可以得到理想的磷摻雜濃度；
（3）背面拋光處理，將磷擴散後的矽片在鏈式清洗設備中進行背面拋光處理，通過水膜保護正面的磷摻雜層，矽片背面和邊緣進行腐蝕，腐蝕深度在1.5-4微米範圍內，同時還可以去除正面的磷矽玻璃；
（4）背面硼擴散，採用BBr3（三溴化硼）擴散，在N型矽片背面形成PN結，即電池的發射極；硼擴散過程中通過控制BBr3流量，擴散溫度和通源時間可以得到理想的硼摻雜濃度；
（5）採用電漿刻蝕對硼擴散後矽片進行邊絕緣，在電漿刻蝕機中通入CF4、O2，在輝光條件下與矽片進行化學反應，腐蝕矽片邊緣達到邊緣絕緣；
（6）化學清洗矽片背面的硼矽玻璃，並且通過氧化性酸溶液在矽片的正反面形成氧化矽鈍化層；
（7）在矽片背面沉積很薄的氧化鋁層，氧化鋁層厚度控制在1納米-5納米，該步驟也可以省略；
（8）在矽片正背面沉積氮化矽減反射膜，利用PECVD設備在矽片正反面沉積氮化矽層，厚度控制在60納米-80納米；
（9）印刷電極並燒結，正背面均為柵線結構，正面印刷銀漿料，背面印刷銀鋁漿料，共燒結；其中，銀鋁漿料中鋁的含量很低，鋁含量大約為0.5%-10%，銀含量大約為50%-90%。
實施例二
（1）結構化處理，採用化學清洗對矽片表面進行結構化處理，該操作可以在矽片表面形成倒金字塔的絨面，從而減少表面反射，提高矽片內部的光吸收；同時化學清洗還可以去除矽片表面的損傷層及雜質，確保矽晶體表面的潔淨程度，避免矽晶體表面的雜質在後續高溫擴散過程中進入矽片內部形成複合中心，對電池性能產生不利影響；
（2）背面拋光，用腐蝕性的酸溶液腐蝕矽片背面，提高背面的反射率，腐蝕深度控制在1.5-4微米；
（3）背面硼擴散，採用BBr3擴散在N型矽片背面形成PN結，即電池的發射極；硼擴散過程中通過控制BBr3流量，擴散溫度和通源時間可以得到理想的硼摻雜濃度；
（4）濕法刻蝕去除矽片背面的硼矽玻璃，並且去除矽片正面和邊緣的硼摻雜層；
（5）磷離子注入，使用離子注入機，將高能的磷離子注入到矽片正面，可以通過注入劑量，注入能量的調整來控制摻雜濃度；
（6）退火處理，將磷離子注入的矽片進行高溫退火，一方面去除注入造成的晶格損傷，另一方面通過溫度和時間的控制得到理想的磷摻雜曲線；同時，退火過程中通入氧氣，可以在矽片的正背面形成氧化矽鈍化層；
（7）在矽片背面沉積很薄的氧化鋁層，氧化鋁層厚度控制在1納米-5納米，該步驟也可以省略；
（8）在矽片正背面沉積氮化矽減反射膜，利用PECVD設備在矽片正反面沉積氮化矽層，厚度控制在60納米-80納米；
（9）印刷電極並燒結，正背面均為柵線結構，正面印刷銀漿料，背面印刷銀鋁漿料，共燒結；其中，銀鋁漿料中鋁的含量很低，鋁含量大約為0.5%-10%，銀含量大約為50%-90%。
實施例三
（1）結構化處理，採用化學清洗對矽片表面進行結構化處理，該操作可以在矽片表面形成倒金字塔的絨面，從而減少表面反射，提高矽片內部的光吸收。同時化學清洗還可以去除矽片表面的損傷層及雜質，確保矽晶體表面的潔淨程度，避免矽晶體表面的雜質在後續高溫擴散過程中進入矽片內部形成複合中心，對電池性能產生不利影響；
（2）背面拋光，用腐蝕性的酸溶液腐蝕矽片背面，提高背面的反射率，腐蝕深度控制在1.5-4微米；
（3）正面磷離子注入，使用離子注入機，將高能的磷離子注入到矽片正面，可以通過注入劑量，注入能量的調整來控制摻雜濃度；
（4）背面印刷硼摻雜漿料，並且烘乾；
（5）退火處理，將正面磷離子注入和背面印刷硼摻雜漿料的矽片放在爐管內進行高溫退火，通過溫度和時間的控制，得到理想的磷摻雜和硼摻雜曲線，一次熱過程完成電池前場和發射極的製備；
（6）化學清洗矽片背面的硼矽玻璃，並且通過氧化性酸溶液在矽片的正反面形成氧化矽鈍化層；
（7）在矽片背面沉積很薄的氧化鋁層，氧化鋁層厚度控制在1納米-5納米，該步驟也可以省略；
（8）在矽片正背面沉積氮化矽減反射膜，利用PECVD設備在矽片正反面沉積氮化矽層，厚度控制在60納米-80納米；
（9）印刷電極並燒結，正背面均為柵線結構，正面印刷銀漿料，背面印刷銀鋁漿料，共燒結；其中，銀鋁漿料中鋁的含量很低，鋁含量大約為0.5%-10%，銀含量大約為50%-90%。
實施例四
（1）結構化處理，採用化學清洗對矽片表面進行結構化處理，該操作可以在矽片表面形成倒金字塔的絨面，從而減少表面反射，提高矽片內部的光吸收。同時化學清洗還可以去除矽片表面的損傷層及雜質，確保矽晶體表面的潔淨程度，避免矽晶體表面的雜質在後續高溫擴散過程中進入矽片內部形成複合中心，對電池性能產生不利影響；
（2）背面拋光，用腐蝕性的酸溶液腐蝕矽片背面，提高背面的反射率，腐蝕深度控制在1.5-4微米；
（3）正面磷離子注入，使用離子注入機，將高能的磷離子注入到矽片正面，可以通過注入劑量，注入能量的調整來控制摻雜濃度；
（4）背面硼離子注入，使用離子注入機，將高能的硼離子注入到矽片正面，可以通過注入劑量，注入能量的調整來控制摻雜濃度；
（5）退火處理，將雙面注入的矽片放在爐管內進行高溫退火，通過溫度和時間的控制，得到理想的磷摻雜和硼摻雜曲線，一次熱過程完成電池前場和發射極的製備。同時，退火過程中通入氧氣，在矽片的正背面形成氧化矽鈍化層；
（6）在矽片背面沉積很薄的氧化鋁層，氧化鋁層厚度控制在1納米-5納米，該步驟也可以省略；
（7）在矽片正背面沉積氮化矽減反射膜，利用PECVD設備在矽片正反面沉積氮化矽層，厚度控制在60納米-80納米；
（8）印刷電極並燒結，正背面均為柵線結構，正面印刷銀漿料，背面印刷銀鋁漿料，共燒結；其中，銀鋁漿料中鋁的含量很低，鋁含量大約為0.5%-10%，銀含量大約為50%-90%。
該雙面電池雙面受光，具有較高的光電轉化效率，電池的製備工藝簡單，重複性好、穩定性好，適於大規模生產。
榮譽表彰
2019年9月29日，《一種N型背結雙面電池》獲2018年河北省專利獎優秀獎。
