一種抗LID黑矽太陽能高效電池及其生產方法與流程

2023-05-26 12:43:31 1

本發明涉及太陽能電池領域，具體公開一種抗LID黑矽太陽能高效電池及其生產方法。

背景技術：

矽是世界上儲量最豐富的元素之一,廣泛的應用於光電探測、光通信、微電子設備等重要領域。但是由於晶體矽的本身的性質,使得晶體矽表面對可見-紅外光的反射很高,極大的限制了矽基光電器件的靈敏度、可用波段範圍以及轉換效率等關鍵技術指標。近年來,一種叫黑矽的微結構矽引起了人們極大的關注,黑矽由於對可見-紅外光波段的光有著其極高的吸收,可以廣泛應用於生物,紅外探測,太陽能電池,藥學,微電子,農業和安全檢測等方面。常規的晶體矽太陽電池都是基於p 型摻硼矽晶體製造的,但這種電池存在著光衰減現象,該現象已經成為制約高效太陽電池發展的一個重要瓶頸。目前光衰減現象的性質和機理還未完全清楚, 它是當前國際上晶體矽太陽電池材料和器件方向的研究熱點之一。光衰問題可以通過抑制光衰減的缺陷生成-硼氧複合體的方法來解決，抑制硼氧複合體的方法包括①降低氧含量②降低硼濃度③p型摻鎵矽晶體（鎵取代硼）④n型矽晶體（不含硼）⑤高溫熱處理⑥同族摻雜（鍺、錫和碳）矽晶體。

目前製備黑矽的方法多種多樣,最具產業化的兩種方法為幹法制絨RIE（Reactive Ion Etching）和溼法制絨MCCE(Met鋁Catalyzed Chemic鋁Etching)。採用RIE法或MCCE法製備黑矽納米陷光娥眼結構可以顯著提高可見-紅外光波段的光譜吸收，但是由於黑矽製備過程中表面積的增大以及引入的缺陷，具有較高的表面複合速率和較低的少數載流子壽命，導致開路電壓下降、漏電增大，太陽能電池的光電轉換效率沒有顯著的提高。黑矽納米陷光娥眼結構使形成的PN結結深不均勻，PN結淺結處硼和氧多數處於亞穩態，容易形成硼氧複合體，導致光照衰減（LID）現象更加嚴重。同時，PN結淺結處容易燒穿，導致太陽能電池的漏電現象更加嚴重。

技術實現要素：

本發明的目的在於：為解決以上問題提供一種增強光能吸收，提高光電轉換效率，減少電池漏電現象，具有抗LID和PID效果的抗LID黑矽太陽能高效電池及其生產方法。

本發明所採用的技術方案是這樣的：

一種抗LID黑矽太陽能高效電池，包括正、負電極和鋁背場，還包括P型矽片襯底和依次位於P型矽片襯底上的PN結、SiO2氧化膜、SiNx薄膜，所述PN結厚度均勻，所述SiNx薄膜包覆在SiO2氧化膜表面

進一步地，所述P型矽片襯底一端平整，另一端呈陷光結構，在其陷光結構端端面為PN結；所述PN結外側、P型矽片襯底陷光結構端外層為SiO2氧化膜；所述SiNx薄膜一端平整，另一端與所述P型矽片襯底陷光結構端形成吻合設置。

進一步地，所述P型矽片襯底純度大於99.9999%。

進一步地，所述PN結深為0.1~10μm。

進一步地，所述SiNx薄膜厚度為50~150nm。

上述一種抗LID黑矽太陽能高效電池的生產方法，包括如下步驟：

（1）高陷光納米柱的製作，對P型矽片進行RIE法或MCCE法處理製備高陷光納米柱；

（2）第一次擴散，將矽片置於擴散爐中，在保護氣體N2、O2氣氛下採用通入磷源工藝進行擴散；

（3）去除邊結和磷矽玻璃層；

（4）第二次擴散，在擴散爐中，利用O2作為擴散源，在保護氣體N2氣氛下進行擴散；

（5）利用PEVCD設備對矽片進行SiNx表面鈍化和減反薄膜沉積；

（6）製備電池負電極、正電極和鋁背場，完成抗LID黑矽太陽能電池製備。

進一步地，所述步驟（2）中氣體擴散溫度為810~860℃。

進一步地，所述步驟（3）中採用溼法刻蝕工藝去除邊結和磷矽玻璃層，依次經過經過混酸刻蝕槽、背面拋光、稀釋的氫氟酸、去離子水清洗處理，其中酸液濃度和鹼液濃度保持不變。

進一步地，所述步驟（4）中氣體擴散溫度為600~800℃。

綜上所述，由於採用上述技術方案，本發明的有益效果是：

1、利用RIE法或MCCE法形成黑矽納米陷光娥眼結構，由於超低納米減反結構陣列的獨特減反效果，增加了光能的吸收，有利於提高納米柱電池的轉化效率；

2、通過兩次擴散，第一由於黑矽納米陷光娥眼結構，通過再次擴散促使磷再分布形成均勻的PN結表面，有效防止高陷光結構凹陷部分PN結偏淺導致的光照衰減，具有抗LID效果；第二，提高了納米柱與電極的歐姆接觸特性，改善了黑矽納米陷光娥眼結構與電極接觸的問題，減少太陽能電池的漏電現象；第三，得到矽片表面摻雜濃度低，表面複合小，提高太陽能電池的開路電壓，從而顯著提高太陽能電池的光電轉換效率；第四，在磷擴散層表面形成二氧化矽氧化層鈍化膜，具有抗PID效果。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖中標記：1、正電極；2、負電極；3、鋁背場；4、P型矽片襯底；5、PN結；6、SiO2氧化膜；7、SiNx薄膜。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書（包括任何附加權利要求、摘要和附圖）中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。

如圖1所示，一種抗LID黑矽太陽能高效電池，包括正、負電極1、2和鋁背場3，還包括P型矽片襯底4和依次位於P型矽片襯底4上的PN結5、SiO2氧化膜6、SiNx薄膜7，所述P型矽片襯底4一端平整，另一端呈陷光結構，在其陷光結構端端面為PN結5，PN結5表面均勻,深度為0.1~1.0微米；所述PN結5外側、P型矽片襯底4陷光結構端外層為SiO2氧化膜6，具有抗LID效果；所述SiNx薄膜7一端平整，另一端與所述P型矽片襯底4陷光結構端形成吻合設置。 所述SiNx薄膜7厚度為50～150nm。

上述一種抗LID黑矽太陽能高效電池的生產方法，包括如下步驟：

（1）高陷光納米柱的製作，所述P型矽片襯底4為純度大於99.9999％的太陽能級矽襯底，P 型摻雜。MCCE（金屬催化化學腐蝕）方法製備高陷光納米柱，是在腐蝕時添加納米金屬顆粒催化劑，經過混酸腐蝕處理、鹼擴孔處理、氫氟酸處理、及去離子水清洗過程，其間酸液濃度和鹼液濃度保持不變。RIE（等離子制絨）法製備高陷光納米柱，是在真空環境中通入等離子制絨所需氣體，然後在矽片上施加負偏壓,將矽片直接浸沒在等離子體中,在矽片表面形成陷光納米結構，最後對陷光納米結構進行去損傷層處理；制絨處理完成後的矽片平均反射率5%～15%。

（2）第一次擴散，對上述矽片進行第一次磷擴散處理，磷擴散處理是傳統的擴散工藝，包括預沉積、再推進過程，磷擴散為利用POCl3 作為磷擴散源，在保護氣體N2、O2 氣氛下採用通入磷源工藝進行擴散。氣體擴散溫度810℃～860℃。各氣體通量範圍如下：小N2：0～1.8slm；N2：2～ 20slm；O2：0～1.1slm。擴散後的方塊電阻為50~150 歐姆，PN結5深為0.1~1.0 微米。

（3）去除邊結和磷矽玻璃層；利用溼法刻蝕工藝，經過混酸刻蝕槽，將矽片進行去邊處理，去除擴散過程中可能造成的邊緣短路的部分，同時對矽片背面進行拋光，然後用稀釋的氫氟酸處理，去除擴散產生的磷矽玻璃層。最後用去離子水清洗。其間酸液濃度和鹼液濃度保持不變。

（4）第二次擴散，為了解決步驟（1）中通過RIE法或MCCE法處理製備的納米柱凹槽深度大，擴散過程中凸起部分結深，凹槽結淺的PN結不均勻現象，需要進行二次擴散。二次擴散是磷再分布及氧化層生成的過程，在矽片已擴散的一面進行氧擴散。利用O2作為擴散源，在保護氣體N2 氣氛下進行擴散，在磷擴散層表面形成二氧化矽氧化層鈍化膜。二次擴散溫度650℃～800℃，比一次擴散溫度低。

（5）對矽片進行SiNx表面鈍化和減反薄膜沉積，對矽片進行SiNx表面鈍化和減反薄膜沉積，是利用PEVCD設備，在矽片的擴散面沉積一層SiNx薄膜7，薄膜厚度為50～150nm。PEVCD完成後反射率0～15%。

（6）製備電池負電極、正電極和鋁背場，完成抗LID黑矽太陽能電池製備。

上述實施例只是為了說明本發明的技術構思及特點，其目的是在於讓本領域內的普通技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍；凡是根據本發明內容的實質所作出的等效的變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。