CN105590982A - 一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效的太阳能电池片，包括氮化硅减反膜、N型重掺杂层、P型硅衬底层和背钝化层，所述N型重掺杂层和P型硅衬底层形成PN结，所述氮化硅减反膜设置在N型重掺杂层的上表面，所述背钝化层与P型硅衬底层之间设有氧化硅膜层，所述背钝化层的两侧对称镶嵌有背电极。本发明是一种高效的太阳能电池片，其在P型硅衬底层表面，利用POCl3液态源扩散工艺制得厚度约为0.5um的N型重掺杂层，正电极可与N型重掺杂层形成良好的欧姆接触，用于收集光生电流,位于最上层的氮化硅减反膜起到钝化和减反射的作用,背钝化层与P型硅片接触，在烧结的过程中，形成良好的Al背场，降低背表面复合电流，增加开路电压。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺。
背景技术
硅太阳电池可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳电池。单晶硅电池是以高纯度的单晶硅棒为原料生产的太阳能电池，它具有高转换效率、高稳定性和高少子寿命等优点，但由于高纯度硅棒的生产工艺较为复杂，进而就增大了单晶硅电池的生产成本。而非晶硅薄膜电池的转换效率较低，其实验室最高效率仅有14%，实际生产上不超过10%，而且其效率随时间衰减得很快。相比单晶硅电池，多晶硅电池虽然转换效率稍微低些，但是其在原材料和衬底方面要求没单晶硅高，这使得其生产成本远远低于单晶硅太阳电池，同时，就目前而言，多晶硅的光电转换效率远比非晶硅薄膜太阳能电池高。由于多晶硅电池的以上优点，其生产和研究引来了众多厂家和高校的关注。为进一步降低硅太阳电池生产成本，人们发明了铸锭生产多晶硅技术。在实际生产工艺中，单晶硅棒是在单晶炉中拉制而成，而多晶硅是通过铸锭技术浇筑而成，即在石英柑祸中加入多晶硅原料和适量的掺硼硅，然后加热熔融，熔化后保温一段时间使其充分混合，最后倒入石墨铸模中，使其逐渐冷却凝固成硅锭。形成硅锭后切割成厚度大约为0.2mm的方形薄片。多晶硅由于自身晶体结构、生产条件以及制备技术相对单晶硅而言不那么理想，导致其缺陷及杂质含量较多，造成多晶硅电池效率较低。
在多晶硅太阳能电池的生产中引入单晶硅太阳能电池的制备技术。如，硅片上表面绒面化技术、选择性发射极结构、背表面场(BSF)技术和金属栅线细密化技术等。在这些技术引入的基础上，多晶硅太阳电池转换效率急剧上升。并且使用远距离PECVD沉积的氮化硅薄膜具有很好的表面钝化作用和减反效果。
目前，为了获得更高效率的多晶硅太阳电池，己经有很多人对制备前电极、铝背场、氢钝化、热改性等热处理研究，如烧制金属薄膜后，样品的温度不直接冷却到室温，立即通入合适气体进行热处理处理，可以改善电池性能;硅片的热改性，对硅片进行低温或高温退火，改变硅片内部杂质和缺陷的状态；快速热处理在太阳电池制备过程中实现氢钝化等等。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高效的太阳能电池片，包括氮化硅减反膜、N型重掺杂层、P型硅衬底层和背钝化层，所述N型重掺杂层与P型硅衬底层连接，且所述N型重掺杂层和P型硅衬底层形成PN结，所述氮化硅减反膜设置在N型重掺杂层的上表面，所述氮化硅减反膜的两侧对称设有两组正电极，所述背钝化层与P型硅衬底层之间设有氧化硅膜层，所述背钝化层的两侧对称镶嵌有背电极。
优选的，所述N型重掺杂层的厚度为0.35-0.55微米。
优选的，所述氧化硅膜层的厚度为1-10纳米。
优选的，所述氮化硅减反膜的厚度为10-60纳米。
本发明还提出了一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺的制作方法，包括如下步骤：
S1、实验样品是使用工业上标准的156*156mm2的P型多晶硅太阳电池片，用型号为YAG-50数控激光划片机将大片电池切成小片以便有足够的实验样品，然后进行编号处理，该编号与小片电池在大片电池的位置相对应，电池原边缘不切；
S2、对小片电池被激光所切的边缘用W20金相砂纸手磨去0.1-0.15mm厚度，以防止切割后电池正面与背面熔化后短路影响后面实验结果的测量；由于激光切割电池片过程中可能会造成正面银栅线与背面金属短路，故需要打磨；
S3、将制备好的小电池片，用型号为XJCM-9太阳能模拟器测量热处理前效率，使用WT2000少子寿命测试仪测量电池少子寿命、量子效率、扩散速度、电阻率以及光束诱导电流等等；
S4、将样品放入CVD-06的真空管式炉中进行热处理，两个样品一组(尽量保证相邻两小片一起)，热处理时保温温度分别为220-4000C,保温时间分别为5-15min；加热速率为50C/min、冷却速率为30C/min；
S5、待样品经过热处理后冷却至室温，取出样品，测量热处理后样品的效率和少子寿命。
优选的，所述真空管式炉所用的惰性气体为氩气、氮氢混合气体，在氩气、氮氢混合气体中热处理，保温时间15min，热处理温度在2200C-4000C之间可以提高电池效率和少子寿命，尤其温度在3000C-4000C时，较大幅度的提高了电池的效率，在3500C绝对提高量达1.37%，这是由于在该温度范围内气氛中的氢气促使氮化硅中的氢向硅基体内扩散，对电池表面和体内的缺陷和杂质进行钝化，在4000C以上热处理则对电池不利，氮化硅中的氢开始向外扩散，影响氮化硅薄膜的致密性，进而影响它的减反效果，最后电池效率急剧下降，而此过程体内的氢并未发生外扩散现象，所以电池的少子寿命并未降低；在空气中热处理，温度在2200C-3000C范围电池效率有不同程度的提高，少子寿命未相应提高，在3500C以上热处理，电池效率急剧下降，但少子寿命却大幅度提高，我们推测是出现了电池过烧现象。
优选的，所述氮氢混合气体的氮气和氢气的体积比为1:9。
优选的，在S4中，所述热处理时保温温度分别为2200C、2500C、2800C、3000C、3500C和4000C,保温时间分别为5min、10min和15min。
本发明提供的一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺，与现有技术相比，本发明是一种高效的太阳能电池片，其在P型硅衬底层表面，利用POCl3液态源扩散工艺制得厚度约为0.5um的N型重掺杂层，P型硅衬底层与N型重掺杂层接触，形成PN结，产生光伏效应,同时，正电极可与N型重掺杂层形成良好的欧姆接触，用于收集光生电流,位于最上层的氮化硅减反膜起到钝化和减反射的作用,背钝化层与P型硅片接触，在烧结的过程中，形成良好的Al背场，降低背表面复合电流，增加开路电压；同时，本发明提供的工艺在氩气、氮氢混合气体中热处理，保温时间15min，热处理温度在2200C-4000C之间可以提高电池效率和少子寿命，尤其温度在3000C-4000C时，较大幅度的提高了电池的效率，在3500C绝对提高量达1.37%，这是由于在该温度范围内气氛中的氢气促使氮化硅中的氢向硅基体内扩散，对电池表面和体内的缺陷和杂质进行钝化，在4000C以上热处理则对电池不利，氮化硅中的氢开始向外扩散，影响氮化硅薄膜的致密性，进而影响它的减反效果，最后电池效率急剧下降，而此过程体内的氢并未发生外扩散现象，所以电池的少子寿命并未降低；在空气中热处理，温度在2200C-3000C范围电池效率有不同程度的提高，少子寿命未相应提高，在3500C以上热处理，电池效率急剧下降，但少子寿命却大幅度提高，我们推测是出现了电池过烧现象。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1氮化硅减反膜、2正电极、3N型重掺杂层、4P型硅衬底层、5氧化硅膜层、6背钝化层、7背电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高效的太阳能电池片，包括氮化硅减反膜1、N型重掺杂层3、P型硅衬底层4和背钝化层6，所述氮化硅减反膜1的厚度为20纳米，所述N型重掺杂层3的厚度为0.3微米，所述N型重掺杂层3与P型硅衬底层4连接，且所述N型重掺杂层3和P型硅衬底层4形成PN结，所述氮化硅减反膜1设置在N型重掺杂层3的上表面，所述氮化硅减反膜1的两侧对称设有两组正电极2，所述背钝化层6与P型硅衬底层4之间设有氧化硅膜层5，所述氧化硅膜层5的厚度为6纳米，所述背钝化层6的两侧对称镶嵌有背电极7。
本发明还提出了一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺的制作方法，包括如下步骤：
S1、实验样品是使用工业上标准的156*156mm2的P型多晶硅太阳电池片，用型号为YAG-50数控激光划片机将大片电池切成小片以便有足够的实验样品，然后进行编号处理，该编号与小片电池在大片电池的位置相对应，电池原边缘不切；
S2、对小片电池被激光所切的边缘用W20金相砂纸手磨去0.1-0.15mm厚度，以防止切割后电池正面与背面熔化后短路影响后面实验结果的测量；由于激光切割电池片过程中可能会造成正面银栅线与背面金属短路，故需要打磨；
S3、将制备好的小电池片，用型号为XJCM-9太阳能模拟器测量热处理前效率，使用WT2000少子寿命测试仪测量电池少子寿命、量子效率、扩散速度、电阻率以及光束诱导电流等等；
S4、将样品放入CVD-06的真空管式炉中进行热处理，两个样品一组(尽量保证相邻两小片一起)，热处理时保温温度分别为3000C,保温时间分别为6min；加热速率为50C/min、冷却速率为30C/min；
S5、待样品经过热处理后冷却至室温，取出样品，测量热处理后样品的效率和少子寿命。
实施例2
一种高效的太阳能电池片，包括氮化硅减反膜1、N型重掺杂层3、P型硅衬底层4和背钝化层6，所述氮化硅减反膜1的厚度为40纳米，所述N型重掺杂层3的厚度为0.5微米，所述N型重掺杂层3与P型硅衬底层4连接，且所述N型重掺杂层3和P型硅衬底层4形成PN结，所述氮化硅减反膜1设置在N型重掺杂层3的上表面，所述氮化硅减反膜1的两侧对称设有两组正电极2，所述背钝化层6与P型硅衬底层4之间设有氧化硅膜层5，所述氧化硅膜层5的厚度为4纳米，所述背钝化层6的两侧对称镶嵌有背电极7。
本发明还提出了一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺的制作方法，包括如下步骤：
S1、实验样品是使用工业上标准的156*156mm2的P型多晶硅太阳电池片，用型号为YAG-50数控激光划片机将大片电池切成小片以便有足够的实验样品，然后进行编号处理，该编号与小片电池在大片电池的位置相对应，电池原边缘不切；
S2、对小片电池被激光所切的边缘用W20金相砂纸手磨去0.1-0.15mm厚度，以防止切割后电池正面与背面熔化后短路影响后面实验结果的测量；由于激光切割电池片过程中可能会造成正面银栅线与背面金属短路，故需要打磨；
S3、将制备好的小电池片，用型号为XJCM-9太阳能模拟器测量热处理前效率，使用WT2000少子寿命测试仪测量电池少子寿命、量子效率、扩散速度、电阻率以及光束诱导电流等等；
S4、将样品放入CVD-06的真空管式炉中进行热处理，两个样品一组(尽量保证相邻两小片一起)，热处理时保温温度分别为3500C,保温时间分别为10min；加热速率为50C/min、冷却速率为30C/min；真空管式炉所用的惰性气体为氩气、氮氢混合气体，在氩气、氮氢混合气体中热处理，氮气和氢气的体积比为1:9，保温时间15min，热处理温度在2200C-4000C之间可以提高电池效率和少子寿命，尤其温度在3000C-4000C时，较大幅度的提高了电池的效率，在3500C绝对提高量达1.37%，这是由于在该温度范围内气氛中的氢气促使氮化硅中的氢向硅基体内扩散，对电池表面和体内的缺陷和杂质进行钝化，在4000C以上热处理则对电池不利，氮化硅中的氢开始向外扩散，影响氮化硅薄膜的致密性，进而影响它的减反效果，最后电池效率急剧下降，而此过程体内的氢并未发生外扩散现象，所以电池的少子寿命并未降低；在空气中热处理，温度在2200C-3000C范围电池效率有不同程度的提高，少子寿命未相应提高，在3500C以上热处理，电池效率急剧下降，但少子寿命却大幅度提高，我们推测是出现了电池过烧现象。
S5、待样品经过热处理后冷却至室温，取出样品，测量热处理后样品的效率和少子寿命。
实施例3
一种高效的太阳能电池片，包括氮化硅减反膜1、N型重掺杂层3、P型硅衬底层4和背钝化层6，所述氮化硅减反膜1的厚度为60纳米，所述N型重掺杂层3的厚度为0.55微米，所述N型重掺杂层3与P型硅衬底层4连接，且所述N型重掺杂层3和P型硅衬底层4形成PN结，所述氮化硅减反膜1设置在N型重掺杂层3的上表面，所述氮化硅减反膜1的两侧对称设有两组正电极2，所述背钝化层6与P型硅衬底层4之间设有氧化硅膜层5，所述氧化硅膜层5的厚度为10纳米，所述背钝化层6的两侧对称镶嵌有背电极7。
本发明还提出了一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺的制作方法，包括如下步骤：
S1、实验样品是使用工业上标准的156*156mm2的P型多晶硅太阳电池片，用型号为YAG-50数控激光划片机将大片电池切成小片以便有足够的实验样品，然后进行编号处理，该编号与小片电池在大片电池的位置相对应，电池原边缘不切；
S2、对小片电池被激光所切的边缘用W20金相砂纸手磨去0.1-0.15mm厚度，以防止切割后电池正面与背面熔化后短路影响后面实验结果的测量；由于激光切割电池片过程中可能会造成正面银栅线与背面金属短路，故需要打磨；
S3、将制备好的小电池片，用型号为XJCM-9太阳能模拟器测量热处理前效率，使用WT2000少子寿命测试仪测量电池少子寿命、量子效率、扩散速度、电阻率以及光束诱导电流等等；
S4、将样品放入CVD-06的真空管式炉中进行热处理，两个样品一组(尽量保证相邻两小片一起)，热处理时保温温度分别为4000C,保温时间分别为15min；加热速率为50C/min、冷却速率为30C/min；
S5、待样品经过热处理后冷却至室温，取出样品，测量热处理后样品的效率和少子寿命。
综上所述：与现有技术相比，本发明是一种高效的太阳能电池片，其在P型硅衬底层表面，利用POCl3液态源扩散工艺制得厚度约为0.5um的N型重掺杂层，P型硅衬底层与N型重掺杂层接触，形成PN结，产生光伏效应,同时，正电极可与N型重掺杂层形成良好的欧姆接触，用于收集光生电流,位于最上层的氮化硅减反膜起到钝化和减反射的作用,背钝化层与P型硅片接触，在烧结的过程中，形成良好的Al背场，降低背表面复合电流，增加开路电压；同时，本发明提供的工艺在氩气、氮氢混合气体中热处理，保温时间15min，热处理温度在2200C-4000C之间可以提高电池效率和少子寿命，尤其温度在3000C-4000C时，较大幅度的提高了电池的效率，在3500C绝对提高量达1.37%，这是由于在该温度范围内气氛中的氢气促使氮化硅中的氢向硅基体内扩散，对电池表面和体内的缺陷和杂质进行钝化，在4000C以上热处理则对电池不利，氮化硅中的氢开始向外扩散，影响氮化硅薄膜的致密性，进而影响它的减反效果，最后电池效率急剧下降，而此过程体内的氢并未发生外扩散现象，所以电池的少子寿命并未降低；在空气中热处理，温度在2200C-3000C范围电池效率有不同程度的提高，少子寿命未相应提高，在3500C以上热处理，电池效率急剧下降，但少子寿命却大幅度提高，我们推测是出现了电池过烧现象。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高效的太阳能电池片，包括氮化硅减反膜（1）、N型重掺杂层（3）、P型硅衬底层（4）和背钝化层（6），其特征在于：所述N型重掺杂层（3）与P型硅衬底层（4）连接，且所述N型重掺杂层（3）和P型硅衬底层（4）形成PN结，所述氮化硅减反膜（1）设置在N型重掺杂层（3）的上表面，所述氮化硅减反膜（1）的两侧对称设有两组正电极（2），所述背钝化层（6）与P型硅衬底层（4）之间设有氧化硅膜层（5），所述背钝化层（6）的两侧对称镶嵌有背电极（7）。
2.根据权利要求1所述的一种高效的太阳能电池片，其特征在于：所述N型重掺杂层（3）的厚度为0.35-0.55微米。
3.根据权利要求1所述的一种高效的太阳能电池片，其特征在于：所述氧化硅膜层（5）的厚度为1-10纳米。
4.根据权利要求1所述的一种高效的太阳能电池片，其特征在于：所述氮化硅减反膜（1）的厚度为10-60纳米。
5.一种权利要求1所述高效的太阳能电池片的热处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1、实验样品是使用工业上标准的156*156mm2的P型多晶硅太阳电池片，用型号为YAG-50数控激光划片机将大片电池切成小片以便有足够的实验样品，然后进行编号处理，该编号与小片电池在大片电池的位置相对应，电池原边缘不切；
S2、对小片电池被激光所切的边缘用W20金相砂纸手磨去0.1-0.15mm厚度，以防止切割后电池正面与背面熔化后短路影响后面实验结果的测量；由于激光切割电池片过程中可能会造成正面银栅线与背面金属短路，故需要打磨；
S3、将制备好的小电池片，用型号为XJCM-9太阳能模拟器测量热处理前效率，使用WT2000少子寿命测试仪测量电池少子寿命、量子效率、扩散速度、电阻率以及光束诱导电流等等；
S4、将样品放入CVD-06的真空管式炉中进行热处理，两个样品一组(尽量保证相邻两小片一起)，热处理时保温温度分别为220-4000C,保温时间分别为5-15min；加热速率为50C/min、冷却速率为30C/min；
S5、待样品经过热处理后冷却至室温，取出样品，测量热处理后样品的效率和少子寿命。
6.根据权利要求5所述的一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺，其特征在于：所述真空管式炉所用的惰性气体为氩气、氮氢混合气体，在氩气、氮氢混合气体中热处理，保温时间15min，热处理温度在2200C-4000C之间可以提高电池效率和少子寿命，尤其温度在3000C-4000C时，较大幅度的提高了电池的效率，在3500C绝对提高量达1.37%，这是由于在该温度范围内气氛中的氢气促使氮化硅中的氢向硅基体内扩散，对电池表面和体内的缺陷和杂质进行钝化，在4000C以上热处理则对电池不利，氮化硅中的氢开始向外扩散，影响氮化硅薄膜的致密性，进而影响它的减反效果，最后电池效率急剧下降，而此过程体内的氢并未发生外扩散现象，所以电池的少子寿命并未降低；在空气中热处理，温度在2200C-3000C范围电池效率有不同程度的提高，少子寿命未相应提高，在3500C以上热处理，电池效率急剧下降，但少子寿命却大幅度提高，我们推测是出现了电池过烧现象。
7.根据权利要求6所述的一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺，其特征在于：所述氮氢混合气体的氮气和氢气的体积比为1:9。
8.根据权利要求5所述的一种高效的太阳能电池片及其热处理工艺，其特征在于：在S4中，所述热处理时保温温度分别为2200C、2500C、2800C、3000C、3500C和4000C,保温时间分别为5min、10min和15min。
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