一種鈍化接觸太陽能電池及製備方法與流程

2023-05-29 07:35:36 1

本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及一種鈍化接觸太陽能電池及製備方法。

背景技術：

晶矽太陽能電池的表面鈍化一直是設計和優化的重中之重。從早期的僅有背電場鈍化，到正面氮化矽鈍化，再到背面引入諸如氧化矽、氧化鋁、氮化矽等介質層的鈍化局部開孔接觸的perc/perl設計。雖然這一結構暫時緩解了背面鈍化的問題，但並未根除背面鈍化的問題，開孔處的高複合速率依然存在，而且使工藝進一步複雜。perc以及perl結構的電池雖然已經擁有相對完善的表面鈍化結構，不過將背面的接觸範圍限制在開孔區域，除了增加了工藝的複雜度外，開孔的過程採用不同的工藝還會對周圍的矽材料造成不同程度的損傷，這也額外地增加了金屬接觸區域的複合。由於開孔限制了載流子的傳輸路徑，使之偏離垂直於接觸面的最短路徑並擁堵在開口處，增大了填充因子的損失。近幾年來，一種既能實現整面鈍化，且無需開孔接觸的技術成為機構研究的熱點，這就是鈍化接觸(passivatedcontact)技術。

n型背結電池，是在n型襯底矽片下，前表面形成n+摻雜區域，背表面形成p+發射極，前接觸電池的受光面(前表面)存在一個n+/n結(前表面場)。但是,它的摻雜濃度和結深無法形成很好的歐姆接觸，導致串聯電阻增加影響最終的填充因子和轉化效率。如何讓前表面場可以有效抑制光生載流子在前表面的複合，使得更多的光生載流子到達背面的發射極，是目前背結電池電池轉換效率提升的一個巨大挑戰。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種局部鈍化接觸的背結太陽能電池及製備方法。

本發明的提提供的一種局部鈍化接觸的背結太陽能電池，其技術方案為：

一種鈍化接觸太陽能電池，包括n型晶體矽基體，其特徵在於：所述n型晶體矽基體的前表面從內到外依次為隧穿氧化層、本徵多晶矽層、局部摻雜的n+多晶矽區域、鈍化減反膜和n+金屬電極，所述n+金屬電極設置在所述局部摻雜的n+多晶矽區域上；所述n型晶體矽基體的背表面從內到外依次為p+摻雜區域、鈍化膜和p+金屬電極，所述p+金屬電極設置在所述p+摻雜區域上。

本發明還提供了一種鈍化接觸太陽能電池的製備方法，包括以下步驟：

(1)、分別對n型晶體矽基體的前表面和背表面進行摻雜處理，所述n型晶體矽基體前表面的摻雜處理方式為：在n型晶體矽基體的前表面生長隧穿氧化層，並在隧穿氧化層上生長本徵多晶矽層或本徵非晶矽層，然後在本徵多晶矽層或本徵非晶矽層上，選擇性地局部注入磷離子；所述n型晶體矽基體背表面的摻雜處理方式為：採用apcvd的方式沉積硼矽玻璃，或採用離子注入的方式注入硼離子；

(2)、將n型晶體矽基體採用弱鹼性溶液進行選擇清洗，去除非注入區域的本徵多晶矽層或本徵非晶矽層，再進行退火處理；退火完成後，在矽片前表面形成局部摻雜的n+多晶矽層，在矽片背表面形成p+摻雜的發射極；

(3)、在n型晶體矽基體的前表面形成鈍化減反膜，在n型晶體矽基體的背表面形成鈍化膜；

(4)、在n型晶體矽基體的前表面形成與n+摻雜區相歐姆接觸接觸的n+金屬電極，在n型晶體矽基體的背表面形成與p+摻雜區相歐姆接觸的p+金屬電極，完成太陽能電池的製作。

其中，步驟(1)中，前表面隧穿氧化層為sio2，厚度為1-3nm，sio2的生長方法為高溫熱氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或cvd沉積法。

其中，步驟(1)中，在前表面隧穿氧化層上生長本徵多晶矽層或本徵非晶矽層的方法是：將n型晶體矽基體放入lpcvd設備中，在前表面隧穿氧化層上生長本徵多晶矽層或本徵非晶矽層。

其中，步驟(1)中，在本徵多晶矽層或者本徵非晶矽層上，採用離子注入掩膜，選擇性地注入磷原子，其磷原子的注入劑量為1×1015cm-2～8×1015cm-2。

其中，步驟(1)中，在本徵多晶矽層或本徵非晶矽層上注入磷離子時，在n型晶體矽基體前表面和離子束之間設置掩膜，掩膜上設置線條狀開口，線條狀開口寬度為200～2000um。

其中，步驟(2)中，所述弱鹼性溶液為濃度1％的koh水溶液，退火處理的峰值溫度為800～1100℃，退火時間為30～200min，環境氣源為n2和o2。

其中，步驟(3)中，鈍化減反膜的製備方法是，在n型晶體矽基體的前表面利用pecvd設備沉積一層厚度為60-80nm的sinx介質膜；鈍化膜的製備方法是，在n型晶體矽基體的背表面利用ald設備先沉積一層厚度為2-10nm的al2o3介質膜，然後在al2o3介質膜上再沉積一層厚度為40～80nm的sinx介質膜。

其中，步驟(4)中，金屬電極的製備方法是，通過絲網印刷的方法在n型晶體矽基體的前表面n+摻雜區域上印刷銀漿，在背表面p+摻雜區域上印刷銀鋁漿，然後進行燒結處理。

其中，進行步驟(1)之前，對n型晶體矽基體的前表面和背表面作制絨處理；n型晶體矽基體的電阻率為0.5～15ω·cm；n型晶體矽基體的厚度為50～300μm。

本發明的實施包括以下技術效果：

本發明提供的一種鈍化接觸太陽能電池，通過將n型晶體矽基體前表面採用局部的n+摻雜多晶矽鈍化層，相對於整面n+多晶矽層覆蓋的背結電池，不僅可以減少多晶矽層對入射光的無效吸收，從而提升電池的短路電流，並且可以實現前表面的鈍化接觸，大大降低了電池前表面的複合速率，提升了開路電壓和短路電流。採用本發明摻雜處理方式製備的背結太陽能電池在完成前後表面的鈍化膜覆蓋後其隱開路電壓(impliedvoc)可達700mv以上，暗飽和電流密度j0<20facm-2，印刷電極製成背結接觸電池後，其短波段的內量子效率達98％以上。

附圖說明

圖1為本發明實施例中鈍化接觸太陽能電池的製備方法步驟一後的電池結構截面示意圖。

圖2為本發明實施例中鈍化接觸太陽能電池的製備方法步驟二後的電池結構截面示意圖。

圖3為本發明實施例中鈍化接觸太陽能電池的製備方法步驟三後的電池結構截面示意圖。

圖4為本發明實施例中鈍化接觸太陽能電池的製備方法步驟四後的電池結構截面示意圖。

圖5為本發明實施例中鈍化接觸太陽能電池的製備方法步驟五後的電池結構截面示意圖。

圖6為本發明實施例中鈍化接觸太陽能電池的製備方法步驟六後的電池結構截面示意圖。

圖7為本發明實施例中鈍化接觸太陽能電池的製備方法步驟七後的電池結構截面示意圖。

圖8為本發明實施例中鈍化接觸太陽能電池的製備方法步驟八後的電池結構截面示意圖。

具體實施方式

下面將結合實施例以及附圖對本發明加以詳細說明，需要指出的是，所描述的實施例僅旨在便於對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。

參見圖1至圖8所示，本實施例提供的一種鈍化接觸太陽能電池的製備方法，包括以下步驟：

(1)、選擇n型晶體矽基體10，並對n型晶體矽基體10的前表面和背表面作制絨處理；n型晶體矽基體10的電阻率為0.5～15ω·cm，優選1～5ω·cm；n型晶體矽基體10的厚度為50～300μm，優選120～200μm；完成本步驟後的電池結構如圖1所示。

(2)、將步驟(1)處理後的n型晶體矽基體10放入apcvd(常壓化學氣相沉積)機臺中，使用氣體為硼烷，在背表面形成一層硼矽玻璃(bsg)24，如圖2所示。

(3)、在步驟(2)處理後的n型晶體矽基體10前表面生長一層隧穿氧化層15，本實施例中隧穿氧化層15是sio2層。生長隧穿氧化層15的方法有硝酸氧化法、高溫熱氧化法、乾式臭氧氧化法及溼式臭氧氧化法。本實施例採用溼式臭氧氧化法，將n型晶體矽基體10放入去離子水中，然後在去離子水中通入臭氧，使得臭氧濃度達到20-50ppm，反應溫度30-50℃，時間為5-20min，生長的隧穿氧化層15的厚度為1-3nm。完成本步驟後的電池結構如圖3所示。

(4)、將步驟(3)處理後的n型晶體矽基體10放入lpcvd設備(低壓化學氣相沉積)中，在其前表面生長本徵多晶矽層26，本徵多晶矽層的厚度為大於100nm。完成本步驟後的電池結構如圖4所示。

(5)、將步驟(4)處理後的n型晶體矽基體10放入離子注入設備，矽片前表面與離子源之間設置掩膜夾具，掩膜上設置有線條狀開口，開口寬度為200～2000um。在本徵多晶矽層26上選擇性注入磷原子，形成注入區域28，注入劑量為1×1015cm-2～8×1015cm-2，優選1×1015cm-2～3×10cm-2。完成本步驟後的電池結構如圖5所示。

(6)、將步驟(5)處理後的n型晶體矽基體10放入清洗設備，採用濃度為1％的koh水溶液進行選擇性清洗，去除未注入區域的本徵多晶矽和非晶矽層，最後進行烘乾；然後將n型晶體矽基體10放入退火爐中進行高溫退火。退火處理的峰值溫度為800～1100℃，退火時間為30～200min，環境氣源為n2和o2。退火處理後，本徵多晶矽層非摻雜區域26轉化為本徵多晶矽層12，注入區域28轉化為n+摻雜多晶矽區域13。完成本步驟後的電池結構如圖6所示。

(7)、在步驟(6)處理後的n型晶體矽基體10的前表面生長鈍化減反膜14，在n型晶體矽基體10的背表面生長鈍化膜18。前表面的鈍化減反膜14是sinx膜，其厚度為60-80nm，背表面的鈍化膜18是sio2、sinx或al2o3介質膜中一種或多種，利用ald設備先沉積一層厚度為2-10nm的al2o3介質膜，然後在al2o3介質膜上再沉積一層厚度為40～80nm的sinx介質膜。完成本步驟後的電池結構如圖7所示。

(8)、在n型晶體矽基體10的背表面使用銀漿印刷p+金屬電極22並進行烘乾，在n型晶體矽基體10的前表面使用摻鋁銀漿印刷n+金屬電極20並進行烘乾。銀漿及摻鋁銀漿均採用現有n型電池工藝中常用的型號。完成本步驟後的電池結構如圖8所示。

(9)、將步驟(8)處理後的n型晶體矽基體10傳送入帶式燒結爐進行燒結，燒結峰值溫度為850-950℃，即完成一種鈍化接觸太陽能電池的製備。

優選地，所述n型晶體矽基體的前表面為n型晶體矽表面；或，所述n型晶體矽基體的前表面為在n型晶體矽前表面隧穿氧化層上生長本徵多晶矽層或者本徵非晶矽層；當所述n型晶體矽基體的前表面為在n型晶體矽前表面隧穿氧化層上生長本徵多晶矽層或者本徵非晶矽層時，所述n型前表面隧穿氧化層為sio2，厚度為1-3nm，sio2的生長方法為高溫熱氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或cvd沉積法。

參見圖8所示，本實施例的一種背接觸太陽能電池，包括n型晶體矽基體10，n型晶體矽基體10的前表面從內到外依次為隧穿氧化層15、本徵多晶矽層12、正表面n+摻雜多晶矽區域13、鈍化減反膜14和n+金屬電極20；n型晶體矽基體10的背表面從內到外依次為背表面p+摻雜區域16、鈍化膜18和p+金屬電極22，摻雜區域包括正表面n+摻雜多晶矽區域13和背表面p+摻雜區域16，正表面n+摻雜多晶矽區域13上設置有n+金屬電極20，背表面p+摻雜區域16上設置有p+金屬電極22。

優選地，p+金屬電極22是銀鋁背面電極，n+金屬電極2020是銀合金正面電極。鈍化膜18是sio2、sinx或al2o3介質膜中一種或多種，前表面的鈍化減反膜14是sinx膜，其厚度為60-80nm，鈍化膜18是sio2、sinx或al2o3介質膜中一種或多種，其al2o3介質膜為2-10nm，sinx介質膜厚度為60-80nm。p+金屬電極22包括背面主柵和背面副柵(圖中未示出)，背面主柵和背面副柵構成h型柵線，其中背面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，背面副柵寬20-60um。n+金屬電極20包括正面主柵和正面副柵(圖中未示出)，正面主柵和正面副柵構成h型柵線，其中正面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，正面副柵寬20-60um。

上述結構的鈍化接觸太陽能電池在完成前後表面的鈍化膜覆蓋後，經測試，其隱開路電壓(impliedvoc)可達700mv以上，暗飽和電流密度j0<20facm-2，印刷電極製成的背接觸電池後，其短波段的內量子效率達95％以上。

最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。