一種晶體矽太陽能電池及其製備方法與流程

2023-05-06 06:33:16 7

本發明屬於太陽能電池生產加工技術領域，具體涉及一種晶體矽太陽能電池及其製備方法。

背景技術：

太陽能電池是一種利用光電效應或光化學效應把光能轉化為電能的裝置，又被稱為太陽能晶片或光電池。根據使用材料和技術不同，太陽能電池主要分為兩大類，一類是晶體矽太陽能電池，一類是薄膜太陽能電池。目前無論是從全球太陽能電池產品結構來看，還是從太陽能電池產量最大的中國來看，晶矽電池均佔據著絕對的優勢。晶矽太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置，是利用光電轉換原理使太陽的輻射光通過半導體物質轉變為電能的一種器件，這種光電轉換過程通常叫做「光生伏特效應」，因此，太陽能電池又稱為「光伏電池」。

晶體矽太陽能電池金屬區域的界面複合已經成為制約太陽電池效率提升的重要因素。目前，通常製備晶體矽天陽能電池時，採用絲網印刷在太陽能電池的氮化矽上面印刷銀漿，然後通過高溫燒結，銀漿燒穿氮化矽，與電池的發射極形成歐姆接觸。但是，銀與發射極之間容易形成金屬-半導體接觸界面，該界面成為嚴重的載流子複合中心，降低了太陽電池的轉換效率。

目前學術界借鑑半導體的發展經驗，開發出異質結太陽能電池，在晶體矽矽襯底上沉積非晶矽薄膜，然後在非晶矽薄膜上沉積透明導電膜，再在透明導電膜上絲網印刷非燒穿型低溫銀漿。雖然非晶矽薄膜和透明導電薄膜解決了金屬區的鈍化問題，但是載流子收集效率不高，同時形成寄生吸收，電池短路電流不高。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了一種晶體矽太陽能電池，不但提高電池的效率，而且抑制形成直接金屬-半導體界面的形成，避免產生光的寄生吸收，而且同時提高電池的載流子收集效率。

本發明的技術方案為：一種晶體矽太陽能電池，包括矽襯底、發射極、背面場以及分別設置於發射極和背面場上的金屬電極，所述發射極以及背面場位於矽襯底兩側，所述發射極和/或背面場包括非金屬區域以及用於設置金屬電極的金屬區域，所述發射極和/或背面場上的金屬區域至金屬電極之間依次設置有鈍化層以及重摻多晶矽層。

本發明在發射極以及背電場的上設置鈍化層以及重摻多晶矽層，使得金屬電極與重摻多晶矽層之間形成歐姆接觸，金屬電極可以不直接接觸發射極以及背面場，降低了金屬區域表面複合速率，提高電池開路電壓。

作為優選，所述矽襯底為p型或者n型矽材料製成，所述矽襯底電阻率為0.01～1000ωcm。

作為優選，所述鈍化層的厚度為0.1～1000埃，帶隙寬度為1～10ev。

作為優選，所述鈍化層為氧化矽、氮化矽或者非晶矽中的一種或多種材料製成。

作為優選，所述重摻多晶矽層的摻雜類型與發射極和/或背電場的摻雜類型相同。

作為優選，所述重摻多晶矽層的厚度為1～10000nm，帶隙寬度為1.1～2ev。

作為優選，所述重摻多晶矽層與金屬電極之間設置有富含氫元素的薄膜層，所述薄膜層的厚度為0.1～10000nm。本發明中薄膜層使得金屬區域以及非金屬區域表面複合速率降低。

作為優選，所述薄膜層為氮化矽、氧化矽或者氧化鋁中的一種或幾種材料製成。

本發明還提供了一種上述的晶體矽太陽能電池的製備方法，包括以下步驟：

(a)在矽襯底上進行摻雜，形成均勻的發射極和/或背面場，並在發射極和/或背面場上劃分非金屬區域以及用於設置金屬電極的金屬區域；

(b)先在發射極和/或背面場的金屬區域以及非金屬區域上經由熱氧氧化形成鈍化層，再在鈍化層上沉積重摻多晶矽層，然後在位於金屬區域處的重摻多晶矽層上採用絲網印刷形成一層掩膜層，再刻蝕未被掩模層保護的非金屬區域的鈍化層和重摻多晶矽層，最後去除掩膜層；

或者，在發射極和/或背面場的金屬區域上經由熱氧氧化形成鈍化層，再在鈍化層上沉積重摻多晶矽層；

(c)在重摻多晶矽層上絲網印刷金屬電極漿，燒結得到金屬電極。

本發明製備晶體矽太陽能電池時，事先設計好用於設置金屬電極的金屬區域，然後可以採用兩種方式設置鈍化層以及重摻多晶矽層，設置重摻多晶矽層時可以通過lpcvd沉積。其中第一種方式為，在金屬區域以及非金屬區域上均設置有鈍化層和重摻多晶矽層之後，在位於金屬區域的重摻多晶矽層上設置掩膜層，其中掩埋層可以採用油墨材料製成，掩膜層形成之後，刻蝕未被掩模層保護的非金屬區域的鈍化層和重摻多晶矽層，刻蝕鈍化層和重摻多晶矽層時可以分別採用koh和hf進行刻蝕，最後去除掩膜層即可。

本發明也可以採取另外一種方式，即只在金屬區域上設置鈍化層以及重摻多晶矽層，採用該方式可以減少設置掩膜層的步驟。

經由上述兩種中的任何一種方式設置好鈍化層以及重摻多晶矽層之後，可以進行高溫退火，激活多晶矽中的摻雜源。

作為優選，所述步驟(c)中，先在重摻多晶矽層和/或非金屬區域上沉積所述薄膜層，再在位於金屬區域的薄膜層上絲網印刷金屬電極漿，最後燒結得到金屬電極。本發明還可以在重摻多晶矽層以及非金屬區域上均採用pecvd沉積薄膜層，沉積薄膜層之後，再通過絲網印刷金屬電極漿，最後通過高溫燒結，使得用於形成金屬電極的金屬電極漿與薄膜層發生化學反應，刻蝕薄膜層，從而與薄膜層下方的重摻多晶矽層形成良好的歐姆接觸。

與現有技術相比，本發明的有益效果體現在：

(1)金屬電極不與發射極以及背面場直接接觸，發射極以及背面場的金屬區域被鈍化層鈍化，其表面複合速率降低，形成良好的發射極和金屬區鈍化，非金屬區域可被薄膜層鈍化，其表面複合速率降低。經由均勻發射極有效收集光生載流子，由於鈍化層以及重摻多晶矽層設置在金屬電極下方，使得鈍化層以及重摻多晶矽層由於上方金屬電極的遮擋，不會吸收入射光，因此鈍化層以及重摻多晶矽層組成的功能性薄膜的強吸收特性不會影響目前結構的光學吸收，從而保證了載流子的收集效率，也避免了寄生吸收，實現了高電流和高開壓的雙重優勢。

(2)本發明晶體矽太陽能電池的製備方法操作簡單，適合應用於規模化生產。

附圖說明

圖1為本發明中矽襯底的結構示意圖。

圖2為本發明中在矽襯底上形成發射極之後的結構示意圖。

圖3為本發明中在發射極上設置鈍化層之後的結構示意圖。

圖4為本發明中在鈍化層上設置重摻多晶矽層之後的結構示意圖。

圖5為本發明中在重摻多晶矽層山該設置掩膜層之後的結構示意圖。

圖6為本發明中刻蝕非金屬區域的鈍化層和重摻多晶矽層之後的結構示意圖。

圖7為本發明中去除掩膜層之後的結構示意圖。

圖8為本發明中設置薄膜層之後的結構示意圖。

圖9為絲網印刷形成金屬電極之後的結構示意圖。

其中，1、矽襯底；2、發射極；3、鈍化層；4、重摻多晶矽層；5掩模層；6、薄膜層；7、金屬電極。

具體實施方式

實施例1

一種製備一種晶體矽太陽能電池的方法，包括以下步驟：

(a)以p型單晶矽為矽襯底1，見圖1，在正面進行磷擴散，形成發射極2見圖2。該層發射極2複合電流密度為30fa/cm2，方塊電阻為該發射極2具有吸收光線，產生光生載流子，並收集電子的功能。

(b)在發射極2上面採用熱氧氧化形成2nm厚的熱氧化層(鈍化層3)，見圖3，在鈍化層3上採用lpcvd沉積摻磷多晶矽層(重摻多晶矽層4)，見圖4，採用1000℃進行高溫退火60min，激活多晶矽中的摻雜源。

(c)採用絲網印刷油墨，在重摻多晶矽層4上方形成具有一定圖形的油墨形成的掩模層5，見圖5，分別採用koh和hf刻蝕未被掩模層保護的鈍化層3和重摻多晶矽層4，見圖6。然後去除掩模層，見圖7。

(d)採用pecvd在結構上方沉積氮化矽薄膜(薄膜層6)，見圖8，採用絲網印刷，在鈍化層3及重摻多晶矽層4組成的功能性疊層薄膜上絲網印刷銀漿，通過900℃高溫燒結，形成銀電極(金屬電極7)，其中銀漿與氮化矽薄膜6發生化學反應，刻蝕氮化矽薄膜6，與下方的重摻多晶矽層4形成良好的歐姆接觸，見圖9。

金屬電極7不與發射極2直接接觸，使得用於設置金屬電極的金屬區域的發射極2被熱氧化層鈍化，使得其表面複合速率可低至30cm/s，而其他區域發射極被氮化矽薄膜鈍化，其表面複合速率可低至20cm/s，形成良好的發射極和金屬區域鈍化。同時，發射極2有效收集光生載流子，鈍化層3及重摻多晶矽層4組成的功能性疊層薄膜僅設置在金屬電極下方，由於上方金屬電極的遮擋，因此不會吸收入射光，因此功能性疊層薄膜的強吸收特性不會影響目前結構的光學吸收，實現了高電流和高開壓的雙重優勢。