CN101359702A - 一种制备晶硅太阳电池局域背接触的方法 - Google Patents

一种制备晶硅太阳电池局域背接触的方法 Download PDF

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Abstract

一种制备晶硅太阳电池局域背接触的方法，步骤如下：在晶硅衬底(1)背面淀积铝层(2)，利用阳极氧化将铝层(2)制成阳极氧化铝孔阵列(3)，生成的阳极氧化铝孔要贯穿整个铝层，之后在阳极氧化铝孔阵列(3)上淀积背接触电极(4)，并进行退火，使背接触电极(4)通过阳极氧化铝孔与晶硅衬底(1)形成欧姆接触。

Description

一种制备晶硅太阳电池局域背接触的方法
技术领域
本发明涉及太阳电池领域，特别涉及一种制备晶硅太阳电池局域背接触的方法。
背景技术
开发利用太阳能已成为世界各国可持续发展能源的战略决策。无论是发达国家，还是发展中国家均制定了中长期发展计划，把光伏发电作为人类未来能源的希望。但做为社会整体能源结构的组成部分，目前太阳能所占比例尚不足1％，造成这种状况的主要原因是太阳电池的成本过高。目前，占光伏市场近90％的晶硅太阳电池组件的零售价格仍然在4.83$/Wp，这其中最重要的成本是180-300微米厚的硅片的成本。近年来，硅原料急剧短缺，价格已经上涨到300美元/公斤以上，使得原料成本已经占据了晶硅电池成本的绝大部分。此种情况下，除非采用更薄的片子，否则任何降低成本的方法都不能使晶硅电池的成本有较大程度的下降。因此，薄片化硅电池成为光伏领域中一个重要的研究方向。
但是，随着硅片厚度的下降，背表面复合对太阳电池性能的影响就变得非常显著。由于硅与金属之间的接触界面复合速率极高，会使太阳电池效率显著下降，因而，传统的全背面接触电极，即硅片的整个背面都是背接触电极的结构就不再适合用于薄片化的硅太阳电池。所以，局域背接触的概念被提出。在实验室中，通常采用光刻工艺在硅片背面刻出接触区，但是这种方法成本高，产率低，并且只能制作在很小的面积上，因而并不适合于工业化生产。中国专利申请200510123062.2公开了一种基于丝网印刷工艺的背面点接触硅太阳电池及其制造方法。但是丝网印刷技术加工精度不高，所制备的接触点尺寸和间隔仍然过大，利用金属浆料形成的欧姆接触也不完美。目前，更多采用的是激光烧蚀技术，就是采用激光在硅电池背面烧蚀出几万甚至几十万个背接触点。这种技术的缺点是如果激光器数量有限，则生产率很低；为了提高产率，必须采用足够多的激光器，这样，生产成本就大大增加。
已经熟知的，铝的电化学氧化会形成多孔的氧化铝，如D.Al Mawlawi，C.Douketis，T.Bigioni，M.Moskovits等在Electrochemical Fabrication of Metal and SemiconductorNano-wire Arrays，Electrochemical Society Proceedings，Volume 95-8，pp.262中所描述的，这里将其作为参考。形成多孔氧化铝的基本工艺已经知道了超过40年，并被广泛的用来制作带颜色的铝。最近，在用多孔氧化铝技术制作纳米沟道的有序阵列上又有了新的兴趣，如J.Chen在Appl.Phys.Lett，74，2951(1999)，以及D.Crouse，Y-H Lo，A.E.Miller和M.Crouse在Appl.Phys.Lett.76，49(2000)中所公开的。在很多研究中，开始采用阳极氧化铝作模版来制作纳米结构。如X.Duan和CM.Lieber在Adv.Mat.12，298(2000)中以及K.K.Lew，L.Pan，T.E.Bogart，S.M.Dilts，E.C.Dickey，和J.M.Redwing在Appl.Phys.Lett.，85，3101-3103.(2004)中所描述的。利用电化学工艺可以制备出特征尺寸很小，密度很大的阳极氧化铝孔阵列。利用这种阳极氧化铝孔阵列作模版，可以进行很多微纳结构的制作和加工。
发明内容
本发明的目的是提高硅太阳电池局域背接触的制备精度和产率，并降低制备成本，提出一种利用阳极氧化铝孔阵列来制备晶硅太阳电池局域背接触的方法。具体步骤按顺序如下：
1、在晶硅衬底背面淀积铝层；
2、利用阳极氧化将铝层制成阳极氧化铝孔阵列，生成的阳极氧化铝孔要贯穿整个铝层；
3、在阳极氧化铝孔阵列上淀积背接触电极，并通过退火使背接触电极通过阳极氧化铝孔与晶硅衬底形成欧姆接触。
在步骤1中，在晶硅衬底背面淀积铝层可以采用传统的金属淀积工艺，比如热蒸发，电子束蒸发，磁控溅射等进行。
在步骤2中，在铝层淀积完成后，采用电化学工艺对其进行阳极氧化，所得到的阳极氧化铝孔要贯穿整个铝层，露出下面的晶硅衬底表面。阳极氧化铝孔的底部成为局域背接触区，周围生成的氧化铝可以对非接触区的晶硅表面起到钝化的作用。之后如果必要，可以稍作腐蚀以除去孔内或者孔底残留的氧化铝。
在步骤3中，采用常规接触电极制备工艺将背接触电极淀积到背表面上，比如热蒸发，磁控溅射等。背接触电极可以是各种合适的金属，为一些特殊目的，还可以是导电的氧化物，或者它们的叠层结构。背接触电极透过阳极氧化铝孔与晶硅衬底背表面接触。然后，对电池进行后续处理，比如在真空或者惰性或者还原气氛下退火，使背接触电极在局域接触区内与晶硅衬底背表面之间形成良好的欧姆接触。
在晶硅衬底背面淀积铝层之前，可以先在晶硅衬底背面上制备背场结构。比如对于p型硅衬底，可以是铝背场或者硼背场，这在太阳电池技术领域是熟知的。
在晶硅衬底背面上淀积铝层之前，还可以先在晶硅衬底或者背场结构背面上淀积介质钝化层。所述的介质钝化层，可以是能够钝化晶硅衬底表面的任何物质，比如非晶硅、氧化硅、氮化硅、氧化铝等，其具体制备方法在太阳电池领域都是所熟知的。所述的介质钝化层可以是单层的，也可以是多层的。当介质钝化层为多层的时，这些介质钝化层是逐层淀积的。比如，对于双层的介质钝化层，可以是先淀积一层非晶硅钝化层，然后再在非晶硅钝化层上淀积一层氮化硅钝化层。淀积钝化层的目的是为了降低非接触区硅背表面上的复合速率。此后，在阳极氧化铝孔阵列制备完成后，进一步加入一步湿法或者等离子体刻蚀工艺，通过氧化铝孔刻蚀所述的介质钝化层，直到露出下面的晶硅衬底或者背场结构。
附图说明
图1本发明方法的一种工艺流程图；
图2本发明方法的一种工艺流程图；
图3本发明方法的一种工艺流程图；
图4本发明方法的一种工艺流程图；
图中，1为晶硅衬底，2为铝层，3为阳极氧化铝孔阵列，4为背接触电极，5为背场结构，6为介质钝化层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明方法的具体步骤按顺序如下：
首先在晶硅衬底1背面上淀积铝层2；再利用阳极氧化将铝层2制成阳极氧化铝孔阵列3；然后在阳极氧化铝孔阵列3上淀积背接触电极4，并进行退火，使背接触电极4通过阳极氧化铝孔阵列3与晶硅衬底1形成欧姆接触。
在晶硅衬底1背面淀积铝层2可以采用传统的金属淀积工艺，比如热蒸发，电子束蒸发，磁控溅射等进行。铝层2淀积完成后，采用电化学工艺对其进行阳极氧化，所生成的阳极氧化铝孔贯穿整个铝层，露出下面的晶硅衬底表面。之后如果必要，可以稍作腐蚀以除去孔内或者孔底残留的氧化铝。采用常规接触电极制备工艺将背接触电极4淀积到背表面上。背接触电极4透过阳极氧化铝孔阵列3与晶硅衬底1背表面接触。然后，对电池进行后续处理，比如在真空或者惰性或者还原气氛下退火，使背接触电极4在阳极氧化铝孔内与晶硅衬底1背表面之间形成良好的欧姆接触。
在晶硅衬底1背面淀积铝层2之前，可以先在晶硅衬底1背面上制备背场结构5。
在晶硅衬底1背面上淀积铝层2之前，还可以先在晶硅衬底1或者背场结构5背面上淀积介质钝化层6。所述的介质钝化层6可以是单层的，也可以是多层的。当介质钝化层6为多层的时，这些介质钝化层是逐层淀积的。比如，对于双层的介质钝化层6，可以是先淀积一层非晶硅钝化层6a，然后再在非晶硅钝化层6a上淀积一层氮化硅钝化层6b。此后，在阳极氧化铝孔阵列3制备完成后，进一步加入一步湿法或者等离子体刻蚀工艺，通过氧化铝孔刻蚀所述的介质钝化层6，直到露出下面的晶硅衬底1或者背场结构5。
利用本发明的方法，不需要增加昂贵的设备，比如前面所述的激光器，丝网印刷机等，就可以制备出特征尺寸小，尺寸精度高的局域背接触图形，并且产率大，制备成本低。
实施例1
如图1所示，步骤1，采用热蒸发在晶硅衬底1背面淀积铝层2；步骤2，利用阳极氧化将铝层2制成阳极氧化铝孔阵列3，生成的阳极氧化铝孔要贯穿整个铝层；步骤3，采用磁控溅射在阳极氧化铝孔阵列3上淀积背接触电极4，并在氢还原气氛下退火，使背接触电极4通过阳极氧化铝孔阵列3与晶硅衬底1形成欧姆接触。
实施例2
如图2所示，步骤1，采用硼扩散工艺在p型的晶硅衬底1背面制备背场结构5；步骤2，采用磁控溅射在背场结构5表面上淀积铝层2；步骤3，利用阳极氧化将铝层2制成阳极氧化铝孔阵列3，生成的阳极氧化铝孔要贯穿整个铝层；步骤4，采用热蒸发在阳极氧化铝孔阵列3上淀积背接触电极4，并在真空下退火，使背接触电极4通过阳极氧化铝孔阵列3与背场结构5形成欧姆接触。
实施例3
如图3所示，步骤1，采用等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)工艺在晶硅衬底1背面上淀积单层的氮化硅介质钝化层6；步骤2，采用热蒸发在介质钝化层6上淀积铝层2；步骤3，利用阳极氧化将铝层2制成阳极氧化铝孔阵列3，生成的阳极氧化铝孔要贯穿整个铝层；步骤4，通过阳极氧化铝孔阵列3对介质钝化层6进行湿化学腐蚀，直到露出晶硅衬底1的表面；步骤5，在整个表面上淀积背接触电极4，并在氮气气氛下退火，使背接触电极4通过阳极氧化铝孔阵列3与晶硅衬底1形成欧姆接触。
实施例4
如图4所示，步骤1，采用磷扩散工艺在n型的晶硅衬底1背面制备背场结构5，步骤2，采用等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)工艺在背场结构5表面上淀积双层的介质钝化层6，包括先淀积一层非晶硅钝化层6a，再在非晶硅钝化层6a上淀积一层氮化硅钝化层6b；步骤3，采用热蒸发在介质钝化层6上淀积铝层2；步骤4，利用阳极氧化将铝层2制成阳极氧化铝孔阵列3，生成的阳极氧化铝孔要贯穿整个铝层；步骤5，通过阳极氧化铝孔阵列3对介质钝化层6进行等离子体刻蚀，直到露出背场机构5的表面；步骤6，采用磁控溅射在整个表面上淀积背接触电极4，并在真空下退火，使背接触电极4通过阳极氧化铝孔阵列3与背场结构5形成欧姆接触。

Claims (4)

1、一种制备晶硅太阳电池局域背接触的方法，其特征在于，制备步骤按顺序如下：
(1)在晶硅衬底(1)背面淀积铝层(2)；
(2)利用阳极氧化将铝层(2)制成阳极氧化铝孔阵列(3)，生成的阳极氧化铝孔贯穿整个铝层(2)；
(3)在阳极氧化铝孔阵列(3)上淀积背接触电极(4)，并进行退火，使背接触电极(4)通过阳极氧化铝孔与晶硅衬底(1)形成欧姆接触。
2、根据权利要求1所述的制备晶硅太阳电池局域背接触的方法，其特征在于在晶硅衬底(1)背面淀积铝层(2)之前，先在晶硅衬底(1)背面上制备背场结构(5)。
3、根据权利要求1所述的制备晶硅太阳电池局域背接触的方法，其特征在于，在晶硅衬底(1)背面上淀积铝层(2)之前，先在晶硅衬底(1)背面上淀积介质钝化层(6)；并在阳极氧化铝孔阵列(3)制备完成后，加入一步湿法或者等离子体刻蚀工艺，通过氧化铝孔刻蚀所述的介质钝化层(6)，直到露出介质钝化层(6)下面的晶硅衬底(1)。
4、根据权利要求2所述的制备晶硅太阳电池局域背接触的方法，其特征在于，在背场结构(5)表面上淀积铝层(2)之前，先在背场结构(5)表面上淀积介质钝化层(6)；并在阳极氧化铝孔阵列(3)制备完成后，加入一步湿法或者等离子体刻蚀工艺，通过氧化铝孔刻蚀所述的介质钝化层(6)，直到露出介质钝化层(6)下面的背场结构(5)。
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Assignee: Zhongli Talesun Solar Technology Co., Ltd.

Assignor: Institute of Electrical Engineering of the Chinese Academy of Sciences

Contract record no.: 2014320010044

Denomination of invention: Method for preparing crystal silicon solar cell local back contact

Granted publication date: 20121107

License type: Exclusive License

Record date: 20140411

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