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CN109346536B - 一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及制备方法 - Google Patents

一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及其制备方法，属于太阳能电池领域。太阳能电池以N型硅片或P型硅片作为基底，N型硅片基底受光面从下至上结构依次为：P+扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极；N型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、包裹金属纳米粒子的氧化铝薄膜、N型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极；P型硅片基底受光面从下至上结构依次为：N+扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极；P型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、包裹金属纳米粒子的氧化铝薄膜、P型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极，叠层之间存在相互协同作用，得到的太阳能电池能显著提高电池效率。

Description

一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及制备方法
技术领域
本发明专利属于太阳能电池技术领域，涉及一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构和制备方法
背景技术
为了降低光伏发电度电成本，需进一步提高太阳能电池的转换效率。接触区的复合损失必须得到解决。解决这一问题目前产业界采用的方法是利用局部接触结构，如PERC、PERL、PERT电池。在这种电池结构中，大部分面积覆盖了钝化层，减少了硅和金属接触的面积。然而，这些电池都需要局部开孔，增加了工艺复杂性，同时开孔处的复合和横向传输也成了电池设计的关键因素。另一种降低接触复合损失的方法就是所谓的钝化接触结构(passivation contact)。2013年，Fraunhofer ISE开发了一种隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)技术。这种结构中，硅和金属电极之间没有接触，而是夹着介质材料。该方法可有效地抑制硅和金属电极界面处的复合，同时又起到接触的作用。因此，钝化接触技术同时具备简化太阳能电池制造流程和高效率的潜力。这种技术使用超薄的氧化层钝化硅电池的背面，氧化层使用湿法化学生长，厚度为1.4nm，随后在氧化层之上，沉积100nm掺磷的非晶硅，之后经过退火加强钝化效果。但是这种方法对薄膜厚度要求很高，高于2nm将严重的影响到载流子的收集。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及制备方法，将金属纳米粒子和介质膜结合起来，引入了电子隧穿通道，增强了载流子隧穿效应，加强了电子和空穴的收集，而且制备得新结构的太阳电池，各层之间相互协同，可以降低光照面的反射，增强太阳光的吸收效率，提高电池的转换效率，并使得薄膜不受2nm厚度的要求，扩大的使用范围。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：
所述的N型硅片基底受光面从下至上结构依次为：P+扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极；
所述的N型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、N型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极；
所述的P型硅片基底受光面从下至上结构依次为：N+扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极；
所述的P型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、P型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极。
所述的金属纳米粒子为银或铝粒子。
所述的N型硅片基底太阳能电池制备方法为：
(1)N型硅片双面制绒，之后进行RCA清洗；
(2)硅片进扩散管，进行B扩散，受光面形成pn结；
(3)采用单面刻蚀设备，将硅片正面B扩面水膜保护，背面便用碱或酸去掉绕扩的结，并形成抛光面，最后过HF去掉受光面硼硅玻璃BSG；
(4)背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ALD，厚度约为1-1.5nm，或使用热硝酸氧化，采用紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜；
(5)硅片背面使用热蒸发方法制备2-5nm的金属薄膜，之后500℃退火，形成金属纳米粒子，退火过程也可增强钝化膜的钝化效果；
(6)受光面制备氧化铝或氧化硅薄膜，使用的方法为ALD，厚度为3-10nm，背面制备包裹纳米粒子的氧化铝，厚度为3-5nm；
(7)背面制备非晶硅薄膜，厚度约为80-200nm，再进行退火、扩散掺杂P源，形成N型多晶硅层；
(8)采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅，并去除背面磷硅玻璃PSG层；
(9)双面采用PECVD方法镀氮化硅薄膜，背面膜厚80-150nm，受光面膜厚60-70nm；
(10)最后制备双面的栅线电极，使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。
所述的P型硅片基底太阳能电池制备方法为：
(1)P型硅片双面制绒，之后进行RCA清洗；
(2)硅片进扩散管，进行P扩散，受光面形成pn结；
(3)采用单面刻蚀设备，将硅片正面P扩面水膜保护，背面便用碱或酸去掉绕扩的结，并形成抛光面，最后过HF去掉正面磷硅玻璃PSG；
(4)背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ALD，厚度约为1-1.5nm，或使用热硝酸氧化，采用紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜；
(5)硅片背面使用热蒸发方法制备2-5nm的Al薄膜，之后500℃退火，形成金属纳米粒子，退火过程也可增强钝化膜的钝化效果；
(6)背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ALD，背面膜厚度为3-5nm，包裹金属纳米粒子；
(7)背面制备非晶硅薄膜，厚度约为80-200nm。再进行退火、扩散掺杂硼源，形成P型多晶硅层；
(8)采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅，并去除背面硼硅玻璃BSG层；
(9)受光面进炉管生长一层厚度3-10nm的氧化硅层；
(10)双面采用PECVD方法镀氮化硅薄膜，背面膜厚80-150nm，受光面膜厚60-70nm；
(11)最后制备双面的栅线电极，使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明在氧化铝或氧化硅薄膜上，采用退火方法在薄膜上形成纳米金属粒子，形成的纳米金属粒子均匀分布，可增强钝化膜的钝化效果，在形成金属纳米粒子后，再制备一层氧化铝进一步包覆，不仅有利于钝化性能的提高，还能进一步增强后续金属粒子的陷光作用，增强太阳光的吸收效率；
(2)本发明在N型硅片或P型硅片包裹金属纳米粒子的氧化铝薄膜后制备非晶硅薄膜，再进行退火、扩散掺杂P源或B源，形成N型或P型多晶硅层，并在其上再形成一层氮化硅薄膜，各层之间具有协同作用，使形成的结构可起到良好的陷光作用，降低复合速率，还能提高金属粒子的载流子传输能力，促进电池的电流传输；
(3)本发明制备的N型硅片或P型硅片结构中各参数选择是为了对入射光起到很好的背反射作用，并且各层之间相互配合，相互协同可以增加背面光的反射，增强太阳光的吸收效率，提高电池的转换效率，提高其电池的综合性能，并使得介质膜不受2nm厚度的要求，扩大使用范围。
附图说明
图1是以N型硅片为基底的背接触钝化晶体硅太阳能电池结构；
图2是以P型硅片为基底的背接触钝化晶体硅太阳能电池结构。
具体实施方式
实施例1
1.N型硅片双面制绒，之后进行RCA清洗
2.硅片进扩散管，进行B扩散，受光面形成pn结
3.采用单面刻蚀设备，将硅片正面B扩面水膜保护，背面便用碱或酸去掉绕扩的结，并形成抛光面，最后过HF去掉受光面硼硅玻璃BSG
4.背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ALD，厚度约为1.5nm，(也可以使用热硝酸氧化，或者紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜)
5.硅片背面使用热蒸发方法制备5nm的Ag薄膜，之后500℃退火，形成金属纳米粒子，退火过程也可增强钝化膜的钝化效果；
6.受光面制备氧化铝或氧化硅薄膜，使用的方法为ALD，厚度为5nm，背面制备包裹纳米粒子的氧化铝，厚度为5nm；
7.背面制备非晶硅薄膜，厚度约为80nm。再进行退火、扩散掺杂P源，形成N型多晶硅层；
8.采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅，并去除背面磷硅玻璃PSG层；
9.双面采用PECVD方法镀氮化硅薄膜，背面膜厚80nm，受光面膜厚60nm。
10.最后制备双面的栅线电极，使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。
实施例2
1.P型硅片双面制绒，之后进行RCA清洗
2.硅片进扩散管，进行P扩散，受光面形成pn结
3.采用单面刻蚀设备，将硅片正面P扩面水膜保护，背面便用碱或酸去掉绕扩的结，并形成抛光面，最后过HF去掉正面磷硅玻璃PSG
4.背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ALD，厚度约为1.5nm，(也可以使用热硝酸氧化，或者紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜)
5.硅片背面使用热蒸发方法制备5nm的Al薄膜，之后500℃退火，形成金属纳米粒子，退火过程也可增强钝化膜的钝化效果，
6.背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ALD，背面膜厚度为5nm，包裹金属纳米粒子。
7.背面制备非晶硅薄膜，厚度约为80nm。再进行退火、扩散掺杂硼源，形成P型多晶硅层。
8.采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅，并去除背面硼硅玻璃BSG层。
9.受光面进炉管生长一层厚度3nm的氧化硅层。
10.双面采用PECVD方法镀氮化硅薄膜，背面膜厚80nm，受光面膜厚60nm。
11.最后制备双面的栅线电极，使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。
对比例1
对比例1与实施例1相比，将步骤(6)“背面制备氧化铝，厚度为5nm”去除，其余步骤为实施例1相同。
得到的N型硅片基底太阳能电池的结构为：
N型硅片基底受光面从下至上结构依次为：P+扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极；
N型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、N型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极。
对比例1(a)
对比例1(a)与实施例2相比，将步骤(6)“背面制备氧化铝，厚度为5nm”去除，其余步骤为实施例2相同，制备得P型硅片基底太阳能电池结构。
对比例2
对比例2与实施例1相比，将步骤(7)和步骤(8)去除，其余步骤与实施例1相同，制备得N型硅片基底太阳能电池。
N型硅片基底受光面从下至上结构依次为：P+扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极；
N型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极。
对比例2(a)
对比例2(a)与实施例2相比，步骤(7)和步骤(8)去除，其余步骤与实施例2相同，制备得P型硅片基底太阳能电池。
P型硅片基底受光面从下至上结构依次为：N+扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极；
P型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极。
对比例3
对比例3与实施例1相比，步骤(7)和步骤(8)与步骤(6)顺序互换，其余步骤与实施例1相同。得到的N型硅片基底太阳能电池的结构为：
N型硅片基底受光面从下至上结构依次为：P+扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极；
N型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、N型多晶硅、氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极。
对比例3(a)
对比例3与实施例2相比，将步骤(7)和步骤(8)与步骤(6)顺序互换，其余步骤与实施例2相同。得到的P型硅片基底太阳能电池的结构为：
P型硅片基底受光面从下至上结构依次为：N+扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极；
P型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、P型多晶硅、氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极。
对比例4
对比例4与实施例1相比，去除步骤(9)，其余步骤与实施例1相同。
得到的N型硅片基底太阳能电池的结构为：
N型硅片基底受光面从下至上结构依次为：P+扩散层、氧化硅或氧化铝、栅线电极；
N型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、N型多晶硅、栅线电极。
对比例4(a)
对比例4(a)与实施例2相比，去除步骤(9)，其余步骤与实施例2相同。
得到的P型硅片基底太阳能电池的结构为：
P型硅片基底受光面从下至上结构依次为：N+扩散层、氧化硅薄膜、栅线电极；
P型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、P型多晶硅、栅线电极。
将实施例1、实施例2和对比例制得的电池结构在太阳能电池中的应用，对太阳能电池进行性能测试，测试结果如表1所述：
表1
Figure BDA0001819518530000101

Claims (1)

1.一种制备接触钝化晶体硅太阳能电池的方法，其特征在于：所述的太阳能电池以P型硅片作为基底：
所述的P型硅片基底受光面从下至上结构依次为：N+扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极；
所述的P型硅片基底背面从上至下结构依次为：1~1.5nm氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、3~5nm氧化铝薄膜、P型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极；
所述P型硅片基底太阳能电池制备方法为：
（1）P型硅片双面制绒，之后进行RCA清洗；
（2）硅片进扩散管，进行P扩散，受光面形成pn结；
（3）采用单面刻蚀设备，将硅片正面P扩面水膜保护，背面便用碱或酸去掉绕扩的结，并形成抛光面，最后过HF去掉正面磷硅玻璃PSG；
（4）背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ALD，厚度为1-1.5nm，或使用热硝酸氧化，采用紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜；
（5）硅片背面使用热蒸发方法制备2-5nm的Al薄膜，之后500℃退火，形成金属纳米粒子，退火过程也可增强钝化膜的钝化效果；
（6）背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ALD，背面膜厚度为3-5nm，包裹金属纳米粒子;
（7）背面制备非晶硅薄膜，厚度为80-200nm，再进行退火、扩散掺杂硼源，形成P型多晶硅层；
（8）采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅，并去除背面硼硅玻璃BSG层；
（9）受光面进炉管生长一层厚度3-10nm的氧化硅层；
（10）双面采用PECVD方法镀氮化硅薄膜，背面膜厚80-150nm，受光面膜厚60-70nm；
（11）最后制备双面的栅线电极，使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。
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