CN102306664A - 一种发射极上黑硅结构的太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发射极上黑硅结构的太阳能电池及其制备方法,属于太阳能电池器件制造技术领域。所述太阳能电池包括金属栅线电极、钝化层、发射极、黑硅层、硅衬底和金属背电极;金属背电极位于硅衬底的背面,发射极位于硅衬底上,黑硅层位于发射极上,钝化层位于黑硅层上,金属栅线电极位于钝化层上。所述制备方法包括:在硅衬底的背面制备金属背电极;在硅衬底表面制备发射极;在发射极上制备黑硅层;在黑硅层上制备钝化层;在钝化层制备金属栅线电极;烧结硅衬底。本发明提供的太阳能电池结构能够有效提高pn结掺杂分布的均匀性,提高了太阳能电池开路电压,从而提高了太阳能电池的效率。

Description

一种发射极上黑硅结构的太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池器件制造技术领域,特别涉及一种发射极上黑硅结构的太阳能电池及其制备方法。
背景技术
地球上不可再生能源的不断减少,使得能源价格日益上涨,国家之间的能源争夺不断加剧,迫切需要开发出可再生的新能源。太阳能作为一种资源丰富,绿色环保的可再生能源,将在未来新能源中起到主体供应地位。太阳能电池作为一种有效利用太阳能光能的器件,为太阳能的利用提供了一种有效的解决方案。因此,高效、低成本的太阳能电池将成为太阳能电池探索研究的方向。
目前,研究高效太阳能电池的一个方式是在硅片表面制备陷光结构,黑硅结构作为其中一种陷光方式能有效提高太阳光的吸收率,增加光生载流子数目,然而由于表面陷光结构的粗糙度增大,导致表面复合速率增大,降低了电极收集到的电荷量。针对上述存在的缺陷,可以通过在黑硅表面沉积氮化硅得以解决,从而在一定程度上钝化黑硅结构,获得高的短路电流。但是,使用钝化黑硅结构制备太阳能电池过程中,在磷扩散制备pn结时,由于黑硅表面的粗糙度使得pn结掺杂分布不均匀,降低了开路电压,继而降低了太阳能电池的效率。
发明内容
为了解决黑硅太阳能电池开路电压低,pn结掺杂分布不均匀等问题,本发明提供了一种发射极上黑硅结构的太阳能电池,所述太阳能电池包括金属栅线电极、钝化层、发射极、黑硅层、硅衬底和金属背电极;所述金属背电极位于所述硅衬底的背面,所述发射极位于所述硅衬底上,所述黑硅层位于所述发射极上,所述钝化层位于所述黑硅层上,所述金属栅线电极位于所述钝化层上。
所述硅衬底为p型单晶硅或多晶硅;所述发射极的掺杂类型为n型,所述发射极的结深为400-700nm。
所述硅衬底为n型单晶硅或多晶硅;所述发射极的掺杂类型为p型,所述发射极的结深为400-700nm。
所述金属栅线电极为Ag线、Al线或者其合金线,用于正面电极的引出;所述金属背电极由Al、Ag或者Cu金属制成,用于背面电极的引出。
所述黑硅层为多孔状或针尖状黑硅结构;所述多孔状黑硅结构的孔深为100-200nm,所述针尖状黑硅结构的针尖高度为100-200nm。
所述钝化层为SiO2层或者SiNx层。
本发明还提供了一种发射极上黑硅结构的太阳能电池的制备方法,所述方法包括:
在硅衬底的背面制备金属背电极;
在所述硅衬底表面制备发射极;
在所述发射极上制备黑硅层;
在所述黑硅层上制备钝化层;
在所述钝化层制备金属栅线电极;
烧结所述硅衬底。
所述在硅衬底的背面制备金属背电极的步骤具体为:在硅衬底的背面通过丝网印刷制备金属背电极。
所述在所述钝化层制备金属栅线电极的步骤具体为:在所述钝化层通过丝网印刷制备金属栅线电极。
所述在所述黑硅层上制备钝化层的步骤具体为:在所述黑硅层通过高温热氧化或者PECVD沉积生长方式制备钝化层。
本发明提供的太阳能电池通过在硅衬底上先掺杂制备发射极,可形成掺杂均匀的pn结,提高了开路电压;本发明提供的太阳能电池的黑硅结构尺寸相对较小,减少了表面粗糙度,降低了表面复合率,进而提高了短波量子效率。
附图说明
图1是本发明实施例发射极上黑硅结构的太阳能电池的结构示意图;
图2是本发明实施例发射极上黑硅结构的太阳能电池量子效率图;
图3是本发明实施例发射极上黑硅结构的太阳能电池的制备方法流程图。
具体实施方式
为了深入了解本发明,下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
参见图1,本发明实施例提供了一种发射极上黑硅结构的太阳能电池,该太阳能电池包括金属栅线电极1、钝化层2、发射极3、黑硅层6、硅衬底4和金属背电极5。其中,金属背电极5位于硅衬底4的背面,发射极3位于硅衬底4上,黑硅层6位于发射极3上,钝化层2位于黑硅层6上,金属栅线电极1位于钝化层2上。
硅衬底4可以为p型单晶硅或多晶硅,发射极3的掺杂类型为n型;或者,硅衬底4可以为n型单晶硅或多晶硅,发射极3的掺杂类型为p型。在实际应用中,发射极3可以通过高温扩散或者离子注入的方式形成, 发射极3的掺杂浓度高,结深在400-700nm,以便于在发射极3上制备出黑硅结构。
金属栅线电极1为Ag线、Al线或者其合金线,用于正面电极的引出;金属背电极5由Al、Ag或者Cu金属制成,用于背面电极的引出。
黑硅层6为多孔状或针尖状黑硅结构,多孔状黑硅结构的孔深为100-200nm,针尖状黑硅结构的针尖高度为100-200nm。黑硅结构可通过离子刻蚀法或者等离子体浸没离子注入法制备而成。发射极3上制备黑硅结构后,表面平均方块电阻值为40-90 Ω/□。
钝化层2用于钝化黑硅结构,钝化层2可为SiO2层或者SiNx层。SiO2层可通过高温热氧化或者PECVD沉积生长方式制备,SiNx层可通过PECVD沉积生长方式制备。
本发明实施例提供的发射极上黑硅结构的太阳能电池,其短波量子效率相对于黑硅太阳能电池量子效率有明显提高。图2为发射极上黑硅结构的太阳能电池、黑硅太阳能电池和常规太阳能电池在300-1100nm波段的外量子效率图。从图2中可以看出,发射极上黑硅结构的太阳能电池的外量子效率在300-600nm波段,相对于黑硅太阳能电池有明显提高,在600-800nm波段的外量子效率仍然优于黑硅太阳能电池。本发明实施例发射极上黑硅结构的太阳能电池,外量子效率在短波和长波段优于黑硅太阳能电池,在300-400nm波段与常规太阳能电池可以相比拟,而在中长波段明显优于常规太阳能电池。本发明实施例在发射极上黑硅结构的太阳能电池可提高外量子效率,提高了短路电流和开路电压,从而提高了太阳能电池的效率。
参见图3,本发明实施例还提供了一种发射极上黑硅结构的太阳能电池的制备方法,该方法包括以下步骤:
步骤101:清洗硅衬底,去除硅衬底的损伤层;
将p型硅衬底置于80°C的浓度为10%的氢氧化钾溶液中反应2-3分钟,去除p型硅衬底表面的损伤层,之后用稀释的氢氟酸溶液中和残留于硅片中的碱溶液,同时去除氧化硅,并将硅片甩干;本实施例以p型硅衬底为例,还可以以n型硅衬底为例,同样可以实现本发明;
步骤102:在清洗过的硅衬底上制备发射极;
将清洗过的p型衬底硅片置于扩散炉的石英容器内,在825-875°C高温下,使用氮气携带三氯氧磷进入石英容器内,磷原子通过高温扩散进入p型衬底硅片表层,通过控制通磷时间、再分布时间和反应温度,可以获得400-700nm结深的发射极;本实施例通过高温扩散掺杂制备发射极,掺杂元素为磷,与硅衬底形成所需的太阳能电池pn结;另外,本实施例还可以使用离子注入方法制备发射极,同样可以实现本发明;本实施例的掺杂元素不限于磷,还可以是其他类型的掺杂元素,例如硼;
步骤103:在发射极上制备黑硅层;
将制备完发射极的p型硅衬底置于等离子体腔室内,反应气体在13.56MHz的射频线圈作用下电离产生等离子体,并在脉冲偏压的作用下注入p型衬底硅片内部与硅反应,形成黑硅结构;黑硅层厚度取决于发射极上制备黑硅后的方块电阻值,可以通过控制反应时间使发射极上黑硅层的表面平均方块电阻值在40-90Ω/□;
步骤104:等离子体刻边,去除太阳能电池边缘漏电;
步骤105:用氢氟酸溶液清洗p型硅衬底,去除因制备黑硅结构而引入的损伤和缺陷;
步骤106:在黑硅层上制备钝化层;
使用PECVD沉积生长方式在发射极黑硅上沉积SiNx薄膜,膜厚为70-80nm,用于钝化黑硅结构,减少表面复合率;另外,还可以通过高温热氧化或者PECVD沉积生长方式在黑硅层上制备SiO2钝化层;
步骤107:在钝化层上丝网印刷金属栅线,以及在p型硅衬底背面丝网印刷金属背电极,用于背电极和正面电极的引出;
步骤108:烧结p型硅衬底,使金属电极与太阳能电池表面有良好的欧姆接触,形成太阳能电池;
烧结p型硅衬底,调整烧结温度在700-850°C,控制烧结时间,使金属电极与硅片形成欧姆接触,完成发射极上黑硅结构的太阳能电池的制备。
本实施例先采用磷扩散制备发射极,然后在发射极上制备黑硅结构,这样可以获得pn结空间耗尽区的平整性,能够有效提高黑硅太阳能电池的开路电压,从而提高太阳能电池的效率。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发射极上黑硅结构的太阳能电池,其特征在于,所述太阳能电池包括金属栅线电极、钝化层、发射极、黑硅层、硅衬底和金属背电极;所述金属背电极位于所述硅衬底的背面,所述发射极位于所述硅衬底上,所述黑硅层位于所述发射极上,所述钝化层位于所述黑硅层上,所述金属栅线电极位于所述钝化层上。
2.如权利要求1所述的发射极上黑硅结构的太阳能电池,其特征在于,所述硅衬底为p型单晶硅或多晶硅;所述发射极的掺杂类型为n型,所述发射极的结深为400-700nm。
3.如权利要求1所述的发射极上黑硅结构的太阳能电池,其特征在于,所述硅衬底为n型单晶硅或多晶硅;所述发射极的掺杂类型为p型,所述发射极的结深为400-700nm。
4.如权利要求1所述的发射极上黑硅结构的太阳能电池,其特征在于,所述金属栅线电极为Ag线、Al线或者其合金线,用于正面电极的引出;所述金属背电极由Al、Ag或者Cu金属制成,用于背面电极的引出。
5.如权利要求1所述的发射极上黑硅结构的太阳能电池,其特征在于,所述黑硅层为多孔状或针尖状黑硅结构;所述多孔状黑硅结构的孔深为100-200nm,所述针尖状黑硅结构的针尖高度为100-200nm。
6.如权利要求1所述的发射极上黑硅结构的太阳能电池,其特征在于,所述钝化层为SiO2层或者SiNx层。
7.一种发射极上黑硅结构的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
在硅衬底的背面制备金属背电极;
在所述硅衬底表面制备发射极;
在所述发射极上制备黑硅层;
在所述黑硅层上制备钝化层;
在所述钝化层制备金属栅线电极;
烧结所述硅衬底。
8.如权利要求7所述的发射极上黑硅结构的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述在硅衬底的背面制备金属背电极的步骤具体为:在硅衬底的背面通过丝网印刷制备金属背电极。
9.如权利要求7所述的发射极上黑硅结构的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述在所述钝化层制备金属栅线电极的步骤具体为:在所述钝化层通过丝网印刷制备金属栅线电极。
10.如权利要求7所述的发射极上黑硅结构的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述在所述黑硅层上制备钝化层的步骤具体为:在所述黑硅层通过高温热氧化或者PECVD沉积生长方式制备钝化层。
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