CN105633174A - 一种具有背面钝化结构的单晶硅太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有背面钝化结构的单晶硅太阳能电池与制备方法，主要是在普通P型太阳能电池背面制备叠层钝化薄膜，叠层钝化薄膜由SiO_xN_y薄膜与Al₂O₃薄膜构成，该钝化结构中的Al₂O₃薄膜通过原子层沉积技术制备，Al₂O₃薄膜的厚度范围为5~20nm，该钝化结构中的SiO_xN_y薄膜通过等离子体增强化学气相沉积技术制备，SiO_xN_y薄膜厚度为20~50nm；本发明通过优异的背部钝化效果使太阳能电池减少背部表面复合，达到提高光电转换效率的目的。

Description

一种具有背面钝化结构的单晶硅太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳能制造技术领域，具体涉及一种具有背面钝化结构的单晶硅太阳能电池及其制备方法。

背景技术

商品化的太阳电池市场85%以上仍被晶体硅太阳电池产品占据，围绕效率与成本构成的性价比竞争十分激烈。单晶硅电池主要有P型和N型两种不同衬底的产品，由于在衬底价格、非硅成本方面的成本优势，目前的主要市场产品仍以P型单晶硅太阳能电池为主。如何以少量的投入，引入新的工艺增加电池光电转换效率是P型单晶硅太阳能电池的研究方向。

近年来，表面钝化是晶硅电池的研究热点。无论是P型还是N型单晶硅太阳能电池，在电池的前表面、背表面制备钝化介质，是高效电池技术开展的基础，也是提高太阳能电池光电转换效率的有效途径之一。PECVD设备是晶硅电池生产线最常用的真空镀膜设备，可以低温制备具有减反射和钝化特性的SiN_x薄膜，用于晶硅电池正面发射极钝化。背面用的钝化薄膜需要具备负电荷特性，因此氮氧化硅SiO_xN_y薄膜是在常规制备氮化硅SiN_x薄膜的PECVD设备基础上增加一路气体—笑气N₂O，沉积得到带有负电荷特性的氮氧化硅钝化薄膜。最近一段时间，原子层沉积（ALD）技术制备的金属氧化物薄膜对晶体硅具有优异钝化特性，激起了业界对这种表面钝化材料和工艺技术的浓厚兴趣。ALD制备的氧化铝薄膜在p型和n型硅表面都表现了优异的钝化特性，而且在低掺杂和高掺杂p型表面具有很好的热稳定性，这一点对于采用丝网印刷技术生产的太阳能电池来说尤为重要。

目前，叠层氧化物钝化介质层的研究处于市场化初期阶段，各种类型的叠层钝化介质层研究成为研究热点，具有高效钝化薄膜的高效率电池产品也陆续推出。2014年6月，晶澳、南京中电等公司推出了20.4%和20.3%光电转换效率的背钝化p型单晶太阳能电池，2014年7月，比利时的IMEC研究所推出了效率高达21.5%的新型钝化n型单晶太阳能电池。这些新产品都是基于新型的钝化技术，因此在最近一算时间，新型的高效钝化介质层将成为国内外太阳能电池生产企业和研究所的主要研究方向。叠层钝化介质层将成为高效晶硅电池研发中的重点之一。

发明内容

本发明以现有的单晶硅电池制造工艺为基础，提出了一种具有背面钝化结构的单晶硅太阳能电池及其制备方法，通过背面钝化结构可以减少太阳能电池背部的表面复合速度，延长晶硅电池的少子寿命，进而达到提高光电转换效率的目的。

本发明具体方案如下：

一种具有背面钝化结构的单晶硅太阳能电池，其特征在于：背面钝化结构为叠层钝化介质层，叠层钝化介质层由SiO_xN_y薄膜和Al₂O₃薄膜构成，单晶硅太阳能电池背部依次覆盖Al₂O₃薄膜和SiO_xN_y薄膜。

所述SiO_xN_y薄膜和Al₂O₃薄膜为均匀致密的薄膜材料。

所述背面钝化结构属于背部表面钝化结构。

上述单晶硅太阳能电池的制备方法，步骤如下：

步骤1：硅片衬底在碱制绒设备上进行双面抛光，然后清洗，热风烘干；

步骤2：将硅片放入原子层沉积（ALD）设备真空腔室中样品架上真空度保持在600-800pa，腔室温度为300℃；

步骤3：然后往原子层沉积（ALD）设备真空腔室内依次通入铝的金属有机源（TMAl等）和水，进行单原子层周期生长，一个原子层厚度控制在0.1~0.2nm之间；

步骤4：重复步骤3，经过多循环的周期沉积生长，在基体表面形成一层均匀的Al₂O₃薄膜，Al₂O₃薄膜的厚度范围5~20nm；

步骤5：取出硅片衬底放入等离子体增强化学气相沉积（PECVD）设备，PE起辉功率控制在5500w—6200w，压强控制在900—1200mTor，通入不同流量的氨气NH₃、硅烷SiH₄和笑气N₂O，沉积SiO_xN_y薄膜，SiO_xN_y薄膜的厚度范围为20~50nm；

步骤6：完成背面钝化介质层的制备后，进入传统单晶硅电池制备工艺流程。

本发明的有益效果如下：

本发明通过背面钝化结构可以减少太阳能电池背部的表面复合速度，延长晶硅电池的少子寿命，进而达到提高光电转换效率的目的。

附图说明：

图1为具有背面叠层钝化介质层结构的p型单晶硅太阳能电池示意图；

其中，附图标记为：1、正面银电极；2、SiN_X减反层；3、N⁺层发射极；4、P型Si衬底；5、背表面钝化介质层（叠层Al₂O₃薄膜和SiO_xN_y薄膜）；6、Al背场；7、背面银电极。

具体实施方式

如图1所示，以p型单晶硅太阳能电池为例，结合如下方式实施本发明：

步骤1：p型硅片衬底在碱制绒设备上进行双面抛光，然后清洗，热风烘干；

步骤2：将硅片放入原子层沉积（ALD）设备真空腔室中样品架上真空度保持在600-800pa，腔室温度为300℃；

步骤3：依次通入TMA和水，进行单原子层周期生长，一个原子层厚度控制在0.1~0.2nm之间；

步骤4：重复步骤3，经过多循环的周期沉积生长，便可以在基体表面形成一层均匀的Al₂O₃薄膜，厚度范围5~20nm；

步骤5：取出硅片衬底放入PECVD设备，PE起辉功率控制在5500w—6200w，压强控制在900—1200mTor，通入不同流量的氨气NH₃硅烷、SiH₄和笑气N₂O，沉积SiO_xN_y薄膜，厚度范围20~50nm；

步骤6：完成背面钝化介质层的制备，进入正常p型单晶硅电池制备工艺流程。

制备得到的具有背面钝化结构的单晶硅太阳能电池，包括P型Si衬底4，P型Si衬底4的正面依次向外设置有N+层发射极3、SiNX减反层2，基于N+层发射极3上还设置有穿透SiNX减反层2的正面银电极1，在Si衬底的背面设置有背面钝化结构5，该背面钝化结构5为叠层钝化介质层，叠层钝化介质层由内向外依次为Al₂O₃薄膜和SiO_xN_y薄膜。

所述SiO_xN_y薄膜和Al₂O₃薄膜为均匀致密的薄膜材料。

所述背面钝化结构5属于背部表面钝化结构。

所述背面钝化结构5外面为Al背场6。

所述P型Si衬底4的背面设置有穿透背面钝化结构5、Al背场6的背面银电极7。

Claims (4)

1.一种具有背面钝化结构的单晶硅太阳能电池，其特征在于：包括Si衬底，Si衬底的正面依次向外设置有N+层发射极（3）、SiNX减反层（2），基于N+层发射极（3）上还设置有穿透SiNX减反层（2）的正面银电极（1），其特征在于：在Si衬底的背面设置有背面钝化结构（5），该背面钝化结构（5）为叠层钝化介质层，叠层钝化介质层由内向外依次为Al₂O₃薄膜和SiO_xN_y薄膜。

2.根据权利要求1所述的具有背面钝化结构的单晶硅太阳能电池，其特征在于：所述SiO_xN_y薄膜和Al₂O₃薄膜为均匀致密的薄膜材料。

3.根据权利要求1所述的具有背面钝化结构的单晶硅太阳能电池，其特征在于：所述背面钝化结构属于背部表面钝化结构。

4.制备上述单晶硅太阳能电池的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：硅片衬底在碱制绒设备上进行双面抛光，然后清洗，热风烘干；

步骤2：将硅片放入原子层沉积设备真空腔室中样品架上真空度保持在600-800pa，腔室温度为300℃；

步骤3：然后往原子层沉积设备真空腔室内依次通入铝的金属有机源和水，进行单原子层周期生长，一个原子层厚度控制在0.1~0.2nm之间；

步骤4：重复步骤3，经过多循环的周期沉积生长，在基体表面形成一层均匀的Al₂O₃薄膜，Al₂O₃薄膜的厚度范围5~20nm；

步骤5：取出硅片衬底放入等离子体增强化学气相沉积设备，PE起辉功率控制在5500w—6200w，压强控制在900—1200mTor，通入不同流量的氨气NH₃、硅烷SiH₄和笑气N₂O，沉积SiO_xN_y薄膜，SiO_xN_y薄膜的厚度范围为20~50nm；

步骤6：完成背面钝化介质层的制备后，进入传统单晶硅电池制备工艺流程。