CN206864484U - 一种钝化接触太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种钝化接触太阳能电池，包括N型晶体硅基体，所述N型晶体硅基体的前表面从内到外依次为隧穿氧化层、本征多晶硅层、局部掺杂的n+多晶硅区域、钝化减反膜和n+金属电极，所述n+金属电极设置在所述局部掺杂的n+多晶硅区域上；所述N型晶体硅基体的背表面从内到外依次为p+掺杂区域、钝化膜和p+金属电极，所述p+金属电极设置在所述p+掺杂区域上。其有益效果是：N型晶体硅基体前表面采用局部的n+掺杂多晶硅钝化层，相对于整面n+多晶硅层覆盖的背结电池，不仅可以减少多晶硅层对入射光的无效吸收，提升电池的短路电流，并且可以实现前表面的钝化接触，大大降低了电池前表面的复合速率，提升开路电压和短路电流。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种钝化接触太阳能电池
背景技术
晶硅太阳能电池的表面钝化一直是设计和优化的重中之重。从早期的仅有背电场钝化，到正面氮化硅钝化，再到背面引入诸如氧化硅、氧化铝、氮化硅等介质层的钝化局部开孔接触的PERC/PERL设计。虽然这一结构暂时缓解了背面钝化的问题，但并未根除背面钝化的问题，开孔处的高复合速率依然存在，而且使工艺进一步复杂。PERC以及PERL结构的电池虽然已经拥有相对完善的表面钝化结构，不过将背面的接触范围限制在开孔区域，除了增加了工艺的复杂度外，开孔的过程采用不同的工艺还会对周围的硅材料造成不同程度的损伤，这也额外地增加了金属接触区域的复合。由于开孔限制了载流子的传输路径，使之偏离垂直于接触面的最短路径并拥堵在开口处，增大了填充因子的损失。近几年来，一种既能实现整面钝化，且无需开孔接触的技术成为机构研究的热点，这就是钝化接触(PassivatedContact)技术。
N型背结电池，是在N型衬底硅片下，前表面形成n+掺杂区域，背表面形成p+发射极，前接触电池的受光面(前表面)存在一个n+/n结(前表面场)。但是,它的掺杂浓度和结深无法形成很好的欧姆接触，导致串联电阻增加影响最终的填充因子和转化效率。如何让前表面场可以有效抑制光生载流子在前表面的复合，使得更多的光生载流子到达背面的发射极，是目前背结电池电池转换效率提升的一个巨大挑战。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种局部钝化接触的背结太阳能电池。
本实用新型的提提供的一种局部钝化接触的背结太阳能电池，其技术方案为：
一种钝化接触太阳能电池，包括N型晶体硅基体，其特征在于：所述N型晶体硅基体的前表面从内到外依次为隧穿氧化层、本征多晶硅层、局部掺杂的n+多晶硅区域、钝化减反膜和n+金属电极，所述n+金属电极设置在所述局部掺杂的n+多晶硅区域上；所述N型晶体硅基体的背表面从内到外依次为p+掺杂区域、钝化膜和p+金属电极，所述p+金属电极设置在所述p+掺杂区域上。
本实用新型提供的一种钝化接触太阳能电池，还包括如下附属技术方案：
其中，所述隧穿氧化层为SiO2，其厚度为1-3nm。
其中，所述前表面的钝化减反膜为SiNx介质膜，其厚度为60-80nm；所述背表面的钝化膜为SiO2、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种。
其中，p+金属电极包括背面主栅和背面副栅，背面主栅和背面副栅构成H型栅线；n+金属电极包括正面主栅和正面副栅，正面主栅和正面副栅构成H型栅线。
其中，背面主栅宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，背面副栅宽20-60um；正面主栅宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，正面副栅宽20-60um。
其中，所述n+金属电极为银合金电极，所述p+金属电极为银铝电极。
其中，所述N型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，N型晶体硅基体的厚度为50～300μm。
本实用新型的实施包括以下技术效果：
本实用新型提供的一种钝化接触太阳能电池，通过将N型晶体硅基体前表面采用局部的n+掺杂多晶硅钝化层，相对于整面n+多晶硅层覆盖的背结电池，不仅可以减少多晶硅层对入射光的无效吸收，从而提升电池的短路电流，并且可以实现前表面的钝化接触，大大降低了电池前表面的复合速率，提升了开路电压和短路电流。采用本实用新型掺杂处理方式制备的背结太阳能电池在完成前后表面的钝化膜覆盖后其隐开路电压(Implied Voc)可达700mV以上，暗饱和电流密度J0<20fA cm-2，印刷电极制成背结接触电池后，其短波段的内量子效率达98％以上。
附图说明
图1为本实用新型实施例中钝化接触太阳能电池的制备方法步骤一后的电池结构截面示意图。
图2为本实用新型实施例中钝化接触太阳能电池的制备方法步骤二后的电池结构截面示意图。
图3为本实用新型实施例中钝化接触太阳能电池的制备方法步骤三后的电池结构截面示意图。
图4为本实用新型实施例中钝化接触太阳能电池的制备方法步骤四后的电池结构截面示意图。
图5为本实用新型实施例中钝化接触太阳能电池的制备方法步骤五后的电池结构截面示意图。
图6为本实用新型实施例中钝化接触太阳能电池的制备方法步骤六后的电池结构截面示意图。
图7为本实用新型实施例中钝化接触太阳能电池的制备方法步骤七后的电池结构截面示意图。
图8为本实用新型实施例中钝化接触太阳能电池的制备方法步骤八后的电池结构截面示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本实用新型加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。
参见图1至图8所示，本实施例提供的一种钝化接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)、选择N型晶体硅基体10，并对N型晶体硅基体10的前表面和背表面作制绒处理；N型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15Ω·cm，优选1～5Ω·cm；N型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选120～200μm；完成本步骤后的电池结构如图1所示。
(2)、将步骤(1)处理后的N型晶体硅基体10放入APCVD(常压化学气相沉积)机台中，使用气体为硼烷，在背表面形成一层硼硅玻璃(BSG)24，如图2所示。
(3)、在步骤(2)处理后的N型晶体硅基体10前表面生长一层隧穿氧化层15，本实施例中隧穿氧化层15是SiO2层。生长隧穿氧化层15的方法有硝酸氧化法、高温热氧化法、干式臭氧氧化法及湿式臭氧氧化法。本实施例采用湿式臭氧氧化法，将N型晶体硅基体10放入去离子水中，然后在去离子水中通入臭氧，使得臭氧浓度达到20-50ppm，反应温度30-50℃，时间为5-20min，生长的隧穿氧化层15的厚度为1-3nm。完成本步骤后的电池结构如图3所示。
(4)、将步骤(3)处理后的N型晶体硅基体10放入LPCVD设备(低压化学气相沉积)中，在其前表面生长本征多晶硅层26，本征多晶硅层的厚度为大于100nm。完成本步骤后的电池结构如图4所示。
(5)、将步骤(4)处理后的N型晶体硅基体10放入离子注入设备，硅片前表面与离子源之间设置掩膜夹具，掩膜上设置有线条状开口，开口宽度为200～2000um。在本征多晶硅层26上选择性注入磷原子，形成注入区域28，注入剂量为1×1015cm-2～8×1015cm-2，优选1×1015cm-2～3×1015cm-2。完成本步骤后的电池结构如图5所示。
(6)、将步骤(5)处理后的N型晶体硅基体10放入清洗设备，采用浓度为1％的KOH水溶液进行选择性清洗，去除未注入区域的本征多晶硅和非晶硅层，最后进行烘干；然后将N型晶体硅基体10放入退火炉中进行高温退火。退火处理的峰值温度为800～1100℃，退火时间为30～200min，环境气源为N2和O2。退火处理后，本征多晶硅层非掺杂区域26转化为本征多晶硅层12，注入区域28转化为n+掺杂多晶硅区域13。完成本步骤后的电池结构如图6所示。
(7)、在步骤(6)处理后的N型晶体硅基体10的前表面生长钝化减反膜14，在N型晶体硅基体10的背表面生长钝化膜18。前表面的钝化减反膜14是SiNx膜，其厚度为60-80nm，背表面的钝化膜18是SiO2、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种，利用ALD设备先沉积一层厚度为2-10nm的Al2O3介质膜，然后在Al2O3介质膜上再沉积一层厚度为40～80nm的SiNx介质膜。完成本步骤后的电池结构如图7所示。
(8)、在N型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷p+金属电极22并进行烘干，在N型晶体硅基体10的前表面使用掺铝银浆印刷n+金属电极20并进行烘干。银浆及掺铝银浆均采用现有N型电池工艺中常用的型号。完成本步骤后的电池结构如图8所示。
(9)、将步骤(8)处理后的N型晶体硅基体10传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为850-950℃，即完成一种钝化接触太阳能电池的制备。
优选地，所述N型晶体硅基体的前表面为N型晶体硅表面；或，所述N型晶体硅基体的前表面为在N型晶体硅前表面隧穿氧化层上生长本征多晶硅层或者本征非晶硅层；当所述N型晶体硅基体的前表面为在N型晶体硅前表面隧穿氧化层上生长本征多晶硅层或者本征非晶硅层时，所述N型前表面隧穿氧化层为SiO2，厚度为1-3nm，SiO2的生长方法为高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或CVD沉积法。
参见图8所示，本实施例的一种背接触太阳能电池，包括N型晶体硅基体10，N型晶体硅基体10的前表面从内到外依次为隧穿氧化层15、本征多晶硅层12、正表面n+掺杂多晶硅区域13、钝化减反膜14和n+金属电极20；N型晶体硅基体10的背表面从内到外依次为背表面p+掺杂区域16、钝化膜18和p+金属电极22，掺杂区域包括正表面n+掺杂多晶硅区域13和背表面p+掺杂区域16，正表面n+掺杂多晶硅区域13上设置有n+金属电极20，背表面p+掺杂区域16上设置有p+金属电极22。
优选地，p+金属电极22是银铝背面电极，n+金属电极20是银合金正面电极。钝化膜18是SiO2、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种，前表面的钝化减反膜14是SiNx膜，其厚度为60-80nm，钝化膜18是SiO2、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种，其Al2O3介质膜为2-10nm，SiNx介质膜厚度为60-80nm。p+金属电极22包括背面主栅和背面副栅(图中未示出)，背面主栅和背面副栅构成H型栅线，其中背面主栅宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，背面副栅宽20-60um。n+金属电极20包括正面主栅和正面副栅(图中未示出)，正面主栅和正面副栅构成H型栅线，其中正面主栅宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，正面副栅宽20-60um。
上述结构的钝化接触太阳能电池在完成前后表面的钝化膜覆盖后，经测试，其隐开路电压(Implied Voc)可达700mV以上，暗饱和电流密度J0<20fA cm-2，印刷电极制成的背接触电池后，其短波段的内量子效率达95％以上。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种钝化接触太阳能电池，包括N型晶体硅基体，其特征在于：所述N型晶体硅基体的前表面从内到外依次为隧穿氧化层、本征多晶硅层、局部掺杂的n+多晶硅区域、钝化减反膜和n+金属电极，所述n+金属电极设置在所述局部掺杂的n+多晶硅区域上；所述N型晶体硅基体的背表面从内到外依次为p+掺杂区域、钝化膜和p+金属电极，所述p+金属电极设置在所述p+掺杂区域上。
2.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池，其特征在于：所述隧穿氧化层为SiO2，其厚度为1-3nm。
3.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池，其特征在于：所述前表面的钝化减反膜为SiNx介质膜，其厚度为60-80nm；所述背表面的钝化膜为SiO2、SiNx或Al2O3介质膜中一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池，其特征在于：p+金属电极包括背面主栅和背面副栅，背面主栅和背面副栅构成H型栅线；n+金属电极包括正面主栅和正面副栅，正面主栅和正面副栅构成H型栅线。
5.根据权利要求4所述的一种钝化接触太阳能电池，其特征在于：背面主栅宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，背面副栅宽20-60um；正面主栅宽0.5-3mm，等间距设置3-6根，正面副栅宽20-60um。
6.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池，其特征在于：所述n+金属电极为银合金电极，所述p+金属电极为银铝电极。
7.根据权利要求1所述的一种钝化接触太阳能电池，其特征在于：所述N型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，N型晶体硅基体的厚度为50～300μm。
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