CN103311340B - 叠层薄膜背面钝化的太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种叠层薄膜背面钝化的太阳能电池及其制备方法，叠层薄膜背面钝化的太阳能电池包括P型晶体硅衬底、正面钝化层、正面电极层、氢化非晶硅层、背面电极层、背面电场层以及具有负的固定电荷的金属氧化物层，P型晶体硅衬底具有一正面和一背面，正面钝化层沉积在P型晶体硅衬底的正面上，正面电极层位于正面钝化层的上表面上，氢化非晶硅层沉积在P型晶体硅衬底的背面上，金属氧化物层沉积在氢化非晶硅层的下表面上，背面电极层位于金属氧化物层的下表面上，背面电场层位于背面电极层的下表面上。本发明能够提高P型晶体硅背面的钝化效果，减少背面缺陷态密度，提高其电池转换效率，而且容易在低温下制备。

Description

叠层薄膜背面钝化的太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种叠层薄膜背面钝化的太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
目前，现有技术对晶体硅电池正面钝化相对较好，背面钝化较差，直接影响电池效率，对于P型晶体硅太阳能电池的钝化主要是采用二氧化硅或氧化铝，如果单单使用氧化硅钝化，由于氧化硅是采用热氧化做成，是在高温条件下做成容易对硅片造成损伤，如果单单使用氧化铝钝化，氧化铝由于还有较少的氢以及负离子，钝化效果不太理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种叠层薄膜背面钝化的太阳能电池，它能够提高P型晶体硅背面的钝化效果，减少背面缺陷态密度，提高其电池转换效率，而且容易在低温下制备。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种叠层薄膜背面钝化的太阳能电池，它包括P型晶体硅衬底、正面钝化层、正面电极层、氢化非晶硅层、背面电极层、背面电场层以及具有负的固定电荷的金属氧化物层，P型晶体硅衬底具有一正面和一背面，正面钝化层沉积在P型晶体硅衬底的正面上，正面电极层位于正面钝化层的上表面上，氢化非晶硅层沉积在P型晶体硅衬底的背面上，金属氧化物层沉积在氢化非晶硅层的下表面上，背面电极层位于金属氧化物层的下表面上，背面电场层位于背面电极层的下表面上。
进一步，所述的正面钝化层为氮化硅薄膜。
进一步，所述的正面电极层为银栅极。
进一步，所述的具有负的固定电荷的金属氧化物层为三氧化二铝薄膜。
进一步，所述的氢化非晶硅层的厚度范围为5纳米～30纳米。
更进一步，所述的具有负的固定电荷的金属氧化物层的厚度范围为5纳米～50纳米。
本发明还提供了一种叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法，该方法的步骤如下：a)将P型晶体硅片依次清洗制绒、扩散成PN结、周边刻蚀和去除磷硅玻璃后，得到P型晶体硅衬底；b)在P型晶体硅衬底的正面沉积一层正面钝化层；c)在P型晶体硅衬底的背面依次沉积氢化非晶硅层和金属氧化物层，制得中间产物，其中，金属氧化物层具有负的固定电荷；d)在温度为300～400℃的氢气和氮气的气体环境下，对步骤c)制得的中间产物进行退火处理10～35分钟；e)再在背面进行激光刻蚀或腐蚀料浆开孔，然后丝网印刷正面电极层以及印刷背面电极层和背面电场层，接着通过共烧结，制得成品。
进一步，所述的氢气和氮气的气体环境中，各组份的体积百分比为氮气：95％～99.5％；氢气：0.5％～5％。
进一步，所述的沉积方式采用等离子体增强化学气相沉积法。
进一步，所述的温度为350℃，所述的退火处理的时间为30分钟。
进一步，所述的正面钝化层为氮化硅薄膜。
进一步，所述的正面电极层为银栅极。
进一步，所述的具有负的固定电荷的金属氧化物层为三氧化二铝薄膜。
进一步，所述的氢化非晶硅层的厚度范围为5纳米～30纳米。
更进一步，所述的具有负的固定电荷的金属氧化物层的厚度范围为5纳米～50纳米。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：
1、氢化非晶硅层掺硼，沉积氢化非晶硅层可以在低温下制得，降低了电池制备过程的能耗，以及在低温环境下制备，降低了杂质扩散到P型晶体硅衬底中的可能性。
2、氢化非晶硅层掺硼，氢化非晶硅层钝化晶体硅太阳能电池，可以获得较低的表面附和速度，增强电池的纤光性能，形成良好的欧姆接触。
3、氢化非晶硅层掺硼，氢化非晶硅层可以减少沉积金属氧化层过程中对P型晶体硅衬底表面的损伤，有利于提高电池转换效率。
4、氢化非晶硅层掺硼，氢化非晶硅层能连接P型晶体硅衬底带隙变化，能弥合带隙以及功函数，提高背场效应，降低接触电阻，提高电池转换效率。
5、三氧化二铝薄膜中的少量氢可以扩散到P型晶体硅衬底的表面，减少界面的悬挂键，提高化学钝化效果。
6、三氧化二铝薄膜中含有大量负电荷，负电荷可以产生强大的场效应钝化作用，有利于提高电池转换效率。
7、退火的过程增加了三氧化二铝的固定电荷密度，从而增强了电场效应钝化作用。
8、退火过程中会在氢化非晶硅层和具有负的固定电荷的金属氧化物层(三氧化二铝薄膜)之间生成SiOX薄层，从而使减少晶体硅表面的缺陷态密度，提高电池转换效率。
附图说明
图1为本发明的叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明的叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，
实施例一
如图1所示，一种叠层薄膜背面钝化的太阳能电池，它包括P型晶体硅衬底1、正面钝化层2、正面电极层3、氢化非晶硅层4、背面电极层6、背面电场层7以及具有负的固定电荷的金属氧化物层5，P型晶体硅衬底1具有一正面和一背面，正面钝化层2沉积在P型晶体硅衬底1的正面上，正面电极层3位于正面钝化层2的上表面上，氢化非晶硅层4沉积在P型晶体硅衬底1的背面上，金属氧化物层5沉积在氢化非晶硅层4的下表面上，背面电极层6位于金属氧化物层5的下表面上，背面电场层7位于背面电极层6的下表面上。正面钝化层2为氮化硅薄膜。正面电极层3为银栅极。具有负的固定电荷的金属氧化物层5为三氧化二铝薄膜。氢化非晶硅层4的厚度范围为5纳米。具有负的固定电荷的金属氧化物层5的厚度范围为5纳米。
如图2所示，该叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法的步骤如下：a)将P型晶体硅片依次清洗制绒、扩散成PN结、周边刻蚀和去除磷硅玻璃后，得到P型晶体硅衬底1；b)在P型晶体硅衬底1的正面沉积一层正面钝化层2，本实施例中为氮化硅薄膜；c)在P型晶体硅衬底1的背面依次沉积氢化非晶硅层4和金属氧化物层5，制得中间产物，其中，金属氧化物层5具有负的固定电荷，本实施例中为三氧化二铝薄膜。d)在温度为300℃的氢气和氮气的气体环境下，对步骤c)制得的中间产物进行退火处理10分钟；e)再在背面进行激光刻蚀或腐蚀料浆开孔，然后丝网印刷正面电极层3以及印刷背面电极层6和背面电场层7，接着通过共烧结，制得成品，本实施例中的正面电极层3为为银栅极。
氢气和氮气的气体环境中，各组份的体积百分比为氮气：95％；氢气：5％。沉积方式采用等离子体增强化学气相沉积法。
经过检测发现，本制备方法制得的叠层薄膜背面钝化的太阳能电池钝化效果相对要好些，电池转换效率能达到20％左右。
实施例二
如图1所示，一种叠层薄膜背面钝化的太阳能电池，它包括P型晶体硅衬底1、正面钝化层2、正面电极层3、氢化非晶硅层4、背面电极层6、背面电场层7以及具有负的固定电荷的金属氧化物层5，P型晶体硅衬底1具有一正面和一背面，正面钝化层2沉积在P型晶体硅衬底1的正面上，正面电极层3位于正面钝化层2的上表面上，氢化非晶硅层4沉积在P型晶体硅衬底1的背面上，金属氧化物层5沉积在氢化非晶硅层4的下表面上，背面电极层6位于金属氧化物层5的下表面上，背面电场层7位于背面电极层6的下表面上。正面钝化层2为氮化硅薄膜。正面电极层3为银栅极。具有负的固定电荷的金属氧化物层5为三氧化二铝薄膜。氢化非晶硅层4的厚度范围为30纳米。具有负的固定电荷的金属氧化物层5的厚度范围为50纳米。
如图2所示，该叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法的步骤如下：a)将P型晶体硅片依次清洗制绒、扩散成PN结、周边刻蚀和去除磷硅玻璃后，得到P型晶体硅衬底1；b)在P型晶体硅衬底1的正面沉积一层正面钝化层2，本实施例中为氮化硅薄膜；c)在P型晶体硅衬底1的背面依次沉积氢化非晶硅层4和金属氧化物层5，制得中间产物，其中，金属氧化物层5具有负的固定电荷，本实施例中为三氧化二铝薄膜。d)在温度为400℃的氢气和氮气的气体环境下，对步骤c)制得的中间产物进行退火处理35分钟；e)再在背面进行激光刻蚀或腐蚀料浆开孔，然后丝网印刷正面电极层3以及印刷背面电极层6和背面电场层7，接着通过共烧结，制得成品，本实施例中的正面电极层3为为银栅极。
氢气和氮气的气体环境中，各组份的体积百分比为氮气：99.5％；氢气：0.5％。沉积方式采用等离子体增强化学气相沉积法。
经过检测发现，本制备方法制得的叠层薄膜背面钝化的太阳能电池钝化效果相对要好些，电池转换效率能达到20％左右。
实施例三
如图1所示，一种叠层薄膜背面钝化的太阳能电池，它包括P型晶体硅衬底1、正面钝化层2、正面电极层3、氢化非晶硅层4、背面电极层6、背面电场层7以及具有负的固定电荷的金属氧化物层5，P型晶体硅衬底1具有一正面和一背面，正面钝化层2沉积在P型晶体硅衬底1的正面上，正面电极层3位于正面钝化层2的上表面上，氢化非晶硅层4沉积在P型晶体硅衬底1的背面上，金属氧化物层5沉积在氢化非晶硅层4的下表面上，背面电极层6位于金属氧化物层5的下表面上，背面电场层7位于背面电极层6的下表面上。正面钝化层2为氮化硅薄膜。正面电极层3为银栅极。具有负的固定电荷的金属氧化物层5为三氧化二铝薄膜。氢化非晶硅层4的厚度范围为20纳米。具有负的固定电荷的金属氧化物层5的厚度范围为30纳米。
如图2所示，该叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法的步骤如下：a)将P型晶体硅片依次清洗制绒、扩散成PN结、周边刻蚀和去除磷硅玻璃后，得到P型晶体硅衬底1；b)在P型晶体硅衬底1的正面沉积一层正面钝化层2，本实施例中为氮化硅薄膜；c)在P型晶体硅衬底1的背面依次沉积氢化非晶硅层4和金属氧化物层5，制得中间产物，其中，金属氧化物层5具有负的固定电荷，本实施例中为三氧化二铝薄膜。d)在温度为350℃的氢气和氮气的气体环境下，对步骤c)制得的中间产物进行退火处理30分钟；e)再在背面进行激光刻蚀或腐蚀料浆开孔，然后丝网印刷正面电极层3以及印刷背面电极层6和背面电场层7，接着通过共烧结，制得成品，本实施例中的正面电极层3为为银栅极。
氢气和氮气的气体环境中，各组份的体积百分比为氮气：97％；氢气：3％。沉积方式采用等离子体增强化学气相沉积法。
经过检测发现，本制备方法制得的叠层薄膜背面钝化的太阳能电池钝化效果相对要好些，电池转换效率能达到20％左右。
通过以上三个实施例的制备以及其他工作环境下的制备，可以得到本叠层薄膜背面钝化的太阳能电池提高了P型晶体硅背面的钝化效果，减少了背面缺陷态密度，提高了其电池转换效率，而且容易在低温下制备。
以上所述的具体实施例，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例而已，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 (6)

1.一种叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：
a)将P型晶体硅片依次清洗制绒、扩散成PN结、周边刻蚀和去除磷硅玻璃后，得到P型晶体硅衬底(1)；
b)在P型晶体硅衬底(1)的正面沉积一层正面钝化层(2)；
c)在P型晶体硅衬底(1)的背面依次沉积氢化非晶硅层(4)和金属氧化物层(5)，制得中间产物，其中，金属氧化物层(5)具有负的固定电荷，氢化非晶硅层掺硼；所述的氢化非晶硅层(4)的厚度为30纳米；所述的具有负的固定电荷的金属氧化物层(5)的厚度范围为5纳米～50纳米；
d)在温度为300～400℃的氢气和氮气的气体环境下，对步骤c)制得的中间产物进行退火处理10～35分钟；其中，所述的氢气和氮气的气体环境中，各组份的体积百分比为氮气：95％～99.5％；氢气：0.5％～5％；
e)再在背面进行激光刻蚀或腐蚀料浆开孔，然后丝网印刷正面电极层(3)以及印刷背面电极层(6)和背面电场层(7)，接着通过共烧结，制得成品。
2.根据权利要求1所述的叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的沉积方式采用等离子体增强化学气相沉积法。
3.根据权利要求1所述的叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的温度为350℃，所述的退火处理的时间为30分钟。
4.根据权利要求1所述的叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的正面钝化层(2)为氮化硅薄膜。
5.根据权利要求1所述的叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的正面电极层(3)为银栅极。
6.根据权利要求1所述的叠层薄膜背面钝化的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的具有负的固定电荷的金属氧化物层(5)为三氧化二铝薄膜。
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