CN105185866A - 一种高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，属于太阳电池技术领域，通过利用扩散过程中形成的本应被刻蚀掉的硅氧化层作为阻挡层，而不需要额外沉积一层薄膜作为阻挡层，极大地优化了电池的制备工艺过程，同时有利于成本的降低；通过本发明的制备方法可以在保证电池高开路电压的同时，极大的提高电池的填充因子，因此可以有效的提高电池的光电转换效率；同时，本发明工艺相对简单，适合应用于规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳电池的制备方法，尤其涉及一种高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，属于太阳电池技术领域。
背景技术
追求提高电池转换效率，同时降低甚至维持制造成本及是业界不断追求的目标和提高自身竞争力之所在。在高效电池方面，国外众多科研单位和企业开展了大量的研究，开发了众多新型结构的高效电池，如刻槽埋栅、选择性发射极、激光烧结电极金属贯孔以及发射极贯孔等特殊结构，目前，成功的高效电池结构有钝化发射极背面局部扩散，背面接触结构以及非晶硅/晶体硅异质结结构，这些结构分别在实验室或者企业获得超过24%的转换效率。
如何进一步提高电池的光电转换效率，从而来降低成本，就成为摆在光伏行业者前面的一个难题，也是业界追求的核心目标。通过对晶体硅太阳电池的运作原理和损失分析可知，限制电池效率提升的一个最大的因素就是复合，包括界面复合和金属接触区域的复合。由于氧化铝和氮化硅等高品质钝化薄膜的应用，使得电池的J0可以达到<10fA/cm2，如HIT，IBC等。因此进一步的效率提升就落在了如何降低金属接触区域的复合上。当然最简单的方案就是尽可能的降低金属的面积，但是不可能无限制的降低，有最低的一个限制。因此这就迫使研究人员去寻找另一种解决方案。这时“载流子选择性结”这一概念进入了大家的视野。这种结通过能带弯曲的控制，可以允许多子通过，而阻碍少子通过。这样即使电池的金属化面积很大，也不会影响电池的钝化效果，从而在维持高开路电压的同时提高电池的填充因子，从而提高电池的光电转换效，即所谓的钝化接触电池（passivatedcontactcell）。目前研究最多的，最有希望产业化的就是多晶硅钝化接触，其最高效率达到24.9%，是由著名的德国ISE研究所创造的。
目前制备多晶硅薄膜的方法主要包括：（1）首先沉积本征非晶硅层，再通过扩散实现掺杂P型或者n型多晶硅；（2）首先沉积掺杂型非晶硅层，再进行高温退火。无论哪种方法，在制备电池的过程中总要经历一个700-900度之间的高温过程，这个高温过程会对电池前面的工艺产生很大的影响，是钝化接触电池面临的一个难题。尤其是，制备所采用的设备一般是LPCVD，LPCVD的设计是双面成膜，因此就会在电池的正面沉积一层不需要的多晶硅薄膜，对电池的结构产生很大的改变。基于此，不同于目前成熟的硅太阳电池的制备工艺，对钝化接触电池的制备，其工艺路线需要特殊设计。因此，需要设计一种可实现量产化的制备高效钝化接触电池的方法，既可以实现电池的高效率，又利于实现量产化。
发明内容
本发明针对现有技术中钝化接触电池制备工艺繁杂，成本高，不利于量产的技术问题，提供一种高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，简化钝化接触太阳电池的制备工艺，降低生产成本，实现量产化。
为此，本发明采用如下技术方案：
1、一种高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ.硅片预处理、制绒和扩散：对硅片进行常规的清洗、制绒和扩散；
Ⅱ.单面去除硅氧化层：保留正面的硅氧化层，以作为阻挡层，保护电池的P-N结；
Ⅲ.背面单面抛光；
Ⅳ.双面热氧生长氧化硅层；
Ⅴ.双面沉积掺杂与硅衬底同型的多晶硅层：从而在硅片的背面形成类BSF结构；
Ⅵ.背面形成氮化硅薄膜；
Ⅶ.去除正面的多晶硅层；
Ⅷ.酸刻蚀正面的硅氧化层和背面氮化硅薄膜：采用HF酸刻蚀正面的硅氧化层和背面的氮化硅薄膜；
Ⅸ.形成正面减反层：
Ⅹ.形成正面电极：
Ⅺ.形成背面电极。
进一步地，在步骤Ⅳ中，所述氧化硅层的厚度≤2nm。
进一步地，在步骤Ⅴ中，多晶硅层的厚度≥50nm。
进一步地，在步骤Ⅵ中，所述氮化硅薄膜的厚度在60-100nm之间。
进一步地，在步骤Ⅲ中，采用TMAH对电池背面进行单面抛光。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明通过利用扩散过程中形成的本应被刻蚀掉的磷硅玻璃层PSG或硼硅玻璃层BSG等硅氧化层作为阻挡层，而不需要额外沉积一层薄膜作为阻挡层，极大地优化了电池的制备工艺过程，同时有利于成本的降低；
（2）通过本发明的制备方法可以在保证电池高开路电压的同时，极大的提高电池的填充因子，因此可以有效的提高电池的光电转换效率；
（3）本发明工艺相对简单，适合应用于规模化生产。
附图说明
图1为本发明制备方法的流程示意图；
图2为通过本发明制备方法制备的太阳电池的结构示意图；
图中相应的产品结构仅为示意图，未按比例绘制；其中，1为P型硅衬底，2为P-N结，3为钝化层（氧化铝），4为减反层，5为正电极，6为隧穿层，7为掺杂多晶硅，8为背电极。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
以P型单晶硅作为硅衬底为例，首先进行常规的制绒、扩散工艺，其中，在扩散工艺中，P型衬底使用Ⅴ族元素，如磷（P）、砷(As)、铋(Bi)、锑(Sb)等的N型杂质；N型衬底扩散时使用III族元素（包括硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等）的P型杂质，以形成P-N结。在本实施例中，采用磷扩散，在硅衬底的正面和背面形成以磷硅玻璃（PSG）为材质的硅氧化层。当然，在其他实施例中，如N型衬底进行硼扩散时，也可形成其他类型的硅氧化层，如硼硅玻璃BSG，本发明以PSG为示例，但并不以此限定本发明的实施范围。
随后，单面去除背面的PSG，而保留正面的PSG，以作为阻挡层，保护电池的pn结。在采用TMAH进行背面单面抛光工艺。然后进行双面的热氧氧化硅层和掺杂与硅衬底同型的多晶硅层，在本实施例中，沉积掺杂p型多晶硅，以便形成一个类似BSF的结构，其中热氧氧化硅层的厚度需<2nm，多晶硅层的厚度需>100nm；随后背面单面沉积SiNx薄膜，SiNx薄膜的厚度80nm左右。再用TMAH去除正面的多晶硅薄膜，HF去除正面的PSG层和背面的SiNx薄膜。至此该电池的关键工艺已完成。后续工艺可以根据目前成熟的电池结构进行叠加。如PERC工艺、传统的SE工艺等。最后再进行传统的减反层SiN的生长，正面的丝网印刷Ag电极。背电极优选舍弃传统的丝网印刷，而采用蒸镀工艺方法，沉积生长一层金属Al。
图2示出了通过本发明制备的太阳电池的结构，如图所示，该太阳电池包括，包括P型硅衬底1，pn结2，钝化层（氧化铝）3，减反层4，正电极5，隧穿层6，掺杂多晶硅7，和背电极8。
隧穿层6为可提供钝化和隧穿效应的材料，如氧化物、氮化物、导电聚合物等，在本实施例中，隧穿层6为在步骤Ⅳ中形成的氧化硅层。隧穿层6可有效钝化硅衬底1表面缺陷，并通过隧穿效应实现载流子的输运，从而降低硅衬底1上的表面复合同时又不影响载流子的输运，因此得以提高太阳电池的光电转换效率。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ.硅片预处理、制绒和扩散：对硅片进行常规的清洗、制绒和扩散；
Ⅱ.单面去除硅氧化层：保留正面的硅氧化层，以作为阻挡层，保护电池的P-N结；
Ⅲ.背面单面抛光；
Ⅳ.双面热氧生长氧化硅层；
Ⅴ.双面沉积掺杂与硅衬底同型的多晶硅层：从而在硅片的背面形成类BSF结构；
Ⅵ.背面形成氮化硅薄膜；
Ⅶ.去除正面的多晶硅层；
Ⅷ.酸刻蚀正面的硅氧化层和背面氮化硅薄膜：采用HF酸刻蚀正面的硅氧化层和背面的氮化硅薄膜；
Ⅸ.形成正面减反层：
Ⅹ.形成正面电极：
Ⅺ.形成背面电极。
2.根据权利要求1所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤Ⅳ中，所述氧化硅层的厚度≤2nm。
3.根据权利要求1所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤Ⅴ中，多晶硅层的厚度≥50nm。
4.根据权利要求1所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤Ⅵ中，所述氮化硅薄膜的厚度在60-100nm之间。
5.根据权利要求1所述的高效钝化接触晶体硅太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤Ⅲ中，采用TMAH对电池背面进行单面抛光。
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