CN105826411A - 单晶硅双面太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶硅双面太阳电池，在单晶硅衬底（100）的正面依次形成正面制绒形貌结构（1）、正面PN发射结（2）、正面钝化减反介质层（3）以及正面电极（4），在单晶硅衬底的背面依次形成背面制绒形貌结构（5）、背表面场（6）、背面钝化减反介质层（7）以及背面电极（8），其特征在于：所述背面制绒形貌结构（5）为平台形绒面，各平台结构（5a）分散，或者，平铺，或者，部分分散、部分平铺、部分相连、部分交叠地分布在硅衬底上。同时，本发明还公开了一种单晶硅双面太阳电池的制备方法。本发明可优化双面太阳电池的少数载流子表面复合和光学吸收特性，提高量子转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳电池及其制备方法，尤其涉及一种单晶硅双面太阳电池及其制备方法，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。相对于单面受光的传统晶体硅太阳电池，双面太阳电池利用正、背两个受光面，可以获得更高的光电流密度，很大程度地提高发电功率。根据安装地面和环境，基于双面太阳电池的光伏发电系统可以获得10至30%的功率增益。
双面太阳电池结构包括：正、背面的绒面形貌结构、pn结发射极、钝化减反介质层、正、背面电极等。其中，背面的绒面可以有效地提高地面和环境反射光在双面电池背面的吸收，是双面太阳电池的重要结构。目前双面太阳电池的背面都采用与正面类似的绒面形貌结构，即制绒获得的金字塔分布紧密，相互交叠。虽然这种紧密分布的金字塔有利于最大限度地吸收直射光，但不一定是漫反射光的最佳光吸收结构，并且较高的表面积会带来少数载流子复合。因此，双面太阳电池的背面结构有待进一步优化。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种单晶硅双面太阳电池，优化太阳电池少数载流子表面负荷和光学吸收特性，提高量子转换效率。
本发明的另一方面，提供一种单晶硅双面太阳电池的制备方法，提高太阳电池的转换效率和生产效率。
为此，本发明采用如下技术方案：
单晶硅双面太阳电池，在单晶硅衬底（100）的正面依次形成正面制绒形貌结构（1）、正面PN发射结（2）、正面钝化减反介质层（3）以及正面电极（4），在单晶硅衬底的背面依次形成背面制绒形貌结构（5）、背表面场（6）、背面钝化减反介质层（7）以及背面电极（8），其特征在于：所述背面制绒形貌结构（5）为平台形绒面，各平台结构（5a）分散，或者，平铺，或者，部分分散、部分平铺、部分相连、部分交叠地分布在硅衬底上。
进一步地，所述平台结构（5a）具有与硅衬底（100）相连接的下平面及下平面相对的上平面，下平面的尺寸大于上平面。
进一步地，所述上平面的边长为2至10μm，平台结构（5a）的高度为1至8μm。
进一步地，所述正面钝化减反介质层（3）和背面钝化减反介质层（7）分别为由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅、微晶硅、氧化铟锡或者氧化钛为材料组成的单层膜或多层膜。
进一步地，所述正面电极（104）、背面电极（108）为银、铝、铜、镍、钛、锡、铅、镉、金、锌的一种或多种金属或其合金。
本发明中，“分散”是指各平台结构（5a）的底部互不接触；“平铺”是指各相邻平台结构（5a）的底部相互接触，但无交错、重叠；“部分相连”是指部分相邻平台结构（5a）的底部相互接触，但无交错、重叠；“部分交叠”部分相邻平台结构（5a）重叠在一起；“部分分散、部分平铺、部分相连、部分交叠地分布在硅衬底上”可以是所述四种分布方式任意两种或两种以上的组合。
本发明的另一方面，提供一种单晶硅双面太阳电池的制备方法，用于制备所述单晶硅双面太阳电池，包括如下步骤：
S1：在单晶硅衬底表面制绒；
S2：正面掺杂形成发射结；
S3：去除背面含杂质玻璃层；
S4：湿化学法制备背面平台结构，并去除背面掺杂层；
S5：背面掺杂形成背表面场；
S6：制备正面、背面钝化减反介质层；
S7：制备正面、背面电极。
在步骤S4中，湿化学法制备背面分离金字塔形貌结构所采用的化学药剂有氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、硝酸、磷酸、氢氟酸、乙醇、异丙醇或乙二醇中的一种或两种以上混合的水溶液；制备温度是60至80℃，时间是10-900秒。
进一步地，在步骤S2和S3之间，还包括如下步骤：S2-1：正面沉积阻挡层。
进一步地，在步骤S5和S6之间，还包括如下步骤：S5-1：使用氢氟酸去除正面的氧化硅、磷硅玻璃和背面的硼硅玻璃。
本发明的单晶硅双面太阳电池，通过在电池的背面设置平台形绒面，减少太阳电池背面绒面的表面积，明显地降低光生少数载流子在背表面的复合；正面入射的长波长光在背表面的反射增加，透射减小，重新被太阳电池吸收。因此，通过背面平台形貌结构，可以优化双面太阳电池的少数载流子表面复合和光学吸收特性，提高量子转换效率。
本发明的单晶硅双面太阳电池的制备方法，仅仅增加一道湿化学方法制备背面平台形貌结构，工艺相对简单，适合于低成本、大批量、稳定的工业制造。
附图说明
图1为本发明的单晶硅双面太阳电池的结构示意图；
图2为本发明的平台形绒面的显微镜照片；
其中，100为单晶硅衬底，1为正面制绒形貌结构，2为正面掺杂发射结，3为正面钝化减反介质层，4为正面电极，5为背面制绒形貌结构，5a为平台结构，6为背表面场，7为背面钝化减反介质层，8为背面电极；图中相应的产品结构仅为示意图，未按比例绘制。
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。
实施例1：
本实施例是本发明应用于P型单晶硅的情形。如图1所示，在P型单晶硅衬底100的正面依次形成正面制绒形貌结构1，在本实施例中为正面金字塔形绒面、正面磷掺杂发射结2、正面钝化减反介质层3以及正面电极4，在P型单晶硅衬底的背面依次形成背面制绒形貌结构5、背面硼掺杂形成的硼掺杂背表面场6、背面钝化减反介质层7以及背面电极8，其中，如图2所示，背面制绒形貌结构5为平台形绒面，各平台结构5a分散，或者，部分相连，或者，部分交叠，或者，部分分散、部分相连、部分交叠地分布在硅衬底上。
在本实施例中，各平台结构5a部分分散、部分交叠地分布在硅衬底上。如图1所示，平台结构5a具有与硅衬底100相连接的下平面及下平面相对的上平面，下平面的尺寸大于上平面，上平面的边长为2μm，平台结构5a的高度为1μm。正面钝化减反介质层3为由氮化硅制成的单层膜，膜厚70至80nm；背面钝化减反介质层7为由氧化铝和氮化硅制成的双层膜，其中，氧化铝膜厚20至30nm和氮化硅膜厚50至70nm。正面电极104和背面电极108均为银栅电极。
实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处在于：背面制绒形貌结构5中，各平台结构5a部分分散、部分相连地分布在硅衬底上。平台结构5a上平面的边长为10μm，平台结构5a的高度为8μm。正面钝化减反介质层3为由氮氧化硅制成的单层膜，膜厚70至80nm；背面钝化减反介质层7为由氧化钛和氧化硅制成的双层膜，其中，氧化钛膜厚20至30nm和氧化硅膜厚50至70nm。正面电极4和背面电极8均为铜电极。
实施例3：
本实施例是本发明应用于N型单晶硅的情形。如图1所示，在N型单晶硅衬底100的正面依次形成正面金字塔形绒面1、正面掺硼掺杂发射结2、正面钝化减反介质层3以及正面电极4，在N型单晶硅衬底的背面依次形成背面制绒形貌结构5、背面磷掺杂形成的磷掺杂背表面场6、背面钝化减反介质层7以及背面电极8，其中，背面制绒形貌结构5为平台形绒面，各平台结构5a分散地分布在硅衬底上。如图1所示，平台结构5a具有与硅衬底100相连接的下平面及下平面相对的上平面，下平面的尺寸大于上平面，上平面的边长为4μm，平台结构5a的高度为3μm。正面钝化减反介质层3为由氧化铝和氮化硅制成的双层膜，其中，氧化铝膜厚20至30nm和氮化硅膜厚50至70nm；背面钝化减反介质层7为由氮化硅制成的单层膜，膜厚70至80nm；正面电极4和背面电极8均为银栅电极。
实施例4：
本实施例与实施例3的不同之处在于：背面制绒形貌结构5中，各平台结构5a部分交叠地分布在硅衬底上，未交叠的部分可以分散、可以平铺；平台结构5a上平面的边长为7μm，平台结构5a的高度为6μm。正面钝化减反介质层3为由氧化铟锡和非晶硅制成的双层膜，其中，氧化铟锡膜厚60至80nm和非晶硅膜厚5至20nm；背面钝化减反介质层7为由氧化铟锡和非晶硅制成的双层膜，其中，氧化铟锡膜膜厚60至80nm和非晶硅膜厚5至20nm；正面电极4和背面电极8均为银电极。
实施例5：
一种单晶硅双面太阳电池的制备方法，用于制备实施例1所述的P单晶硅双面太阳电池，包括如下步骤：
S1：在单晶硅衬底表面制绒：使用含氢氧化钠和异丙醇的碱性制绒液，温度是80℃，对p型单晶硅衬底100表面进行制绒，形成正面绒面形貌1，同时去除硅片切割损伤层；
S2：正面掺杂形成发射结：进行磷掺杂形成正面掺杂发射结2，磷掺杂可以采用三氯氧磷源的管式炉扩散、离子注入或涂覆含磷杂质层的扩散，扩散方阻是40至200?/□；
S2-1：正面沉积阻挡层：采用PECVD在正面沉淀氧化硅薄膜的工艺阻挡层，厚度是50至300nm；
S3：去除背面含杂质玻璃层：使用氢氟酸去除背面的磷硅玻璃层；
S4：湿化学法制备背面分离型金字塔形绒面，并去除背面掺杂：使用含四甲基氢氧化铵和异丙醇的碱性药液，温度是80℃，时间是10至900s，制备形成背面制绒形貌结构5，同时去除背面磷掺杂层；
S5：背面掺杂形成背表面场：进行硼掺杂形成背表面场6，硼掺杂可以采用三溴化硼源的管式炉扩散、离子注入或涂覆含硼杂质层的扩散，扩散方阻是60至200?/□；
S5-1：使用氢氟酸去除正面的氧化硅、磷硅玻璃和背面的硼硅玻璃；
S6：制备正面、背面钝化减反介质层：采用PECVD制备正面氮化硅钝化减反介质层3和背面氧化铝/氮化硅的钝化减反介质层7；正面氮化硅厚度是70至80nm，背面氧化铝厚度是20至30nm，氮化硅厚度是50至70nm；
S7：制备正、背面电极：采用丝网印刷分别在正、背面制备含银栅线电极4和8，并进行高温烧结，烧结温度是850至900℃。
当然，在步骤S4中，也可以采用含硝酸和氢氟酸的酸性药液制备背面分离型金字塔形绒面。
实施例2的制备方法参照实施例1的制备方法。
实施例6：
一种单晶硅双面太阳电池的制备方法，用于制备实施例3所述的N单晶硅双面太阳电池，包括如下步骤：
S1：在单晶硅衬底表面制绒：使用含氢氧化钠和异丙醇的碱性制绒液，温度是80℃，对n型单晶硅衬底100表面进行制绒，形成正面绒面形貌1，同时去除硅片切割损伤层；
S2：正面掺杂形成发射结：进行硼掺杂形成正面硼掺杂发射结2，磷掺杂可以采用三溴化硼源的管式炉扩散、离子注入或涂覆含硼杂质层的扩散，扩散方阻是60至200?/□；
S2-1：正面沉积阻挡层：采用PECVD在正面沉淀氧化硅薄膜的工艺阻挡层，厚度是50至300nm；
S3：去除背面含杂质玻璃层：使用氢氟酸去除背面的硼硅玻璃层；
S4：湿化学法制备背面分离型金字塔形绒面，并去除背面掺杂：使用含四甲基氢氧化铵和异丙醇的碱性药液，温度是80℃，时间是10至900s，制备背面制绒形貌结构5，同时去除背面硼掺杂层；
S5：背面掺杂形成背表面场：进行磷掺杂形成背表面场6，磷掺杂可以采用三氯氧磷源的管式炉扩散、离子注入或涂覆含磷杂质层的扩散，扩散方阻是40至200?/□；
S5-1：使用氢氟酸去除正面的氧化硅、硼硅玻璃和背面的磷硅玻璃；
S6：制备正面、背面钝化减反介质层：采用PECVD制备正面氧化铝/氮化硅钝化减反介质层3和背面氮化硅的钝化减反介质层7；正面氧化铝厚度是20至30nm，氮化硅厚度是50至70nm；背面氮化硅厚度是70至80nm；
S7：制备正、背面电极：采用丝网印刷分别在正、背面制备含银栅线电极4和8，并进行高温烧结，烧结温度是850至900℃。
实施例4的制备方法参照实施例3的制备方法。
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 (9)
1.单晶硅双面太阳电池，在单晶硅衬底（100）的正面依次形成正面制绒形貌结构（1）、正面PN发射结（2）、正面钝化减反介质层（3）以及正面电极（4），在单晶硅衬底的背面依次形成背面制绒形貌结构（5）、背表面场（6）、背面钝化减反介质层（7）以及背面电极（8），其特征在于：所述背面制绒形貌结构（5）为平台形绒面，各平台结构（5a）分散，或者，平铺，或者，部分分散、部分平铺、部分相连、部分交叠地分布在硅衬底上。
2.根据权利要求1所述的单晶硅双面太阳电池，其特征在于：所述平台结构（5a）具有与硅衬底（100）相连接的下平面及下平面相对的上平面，下平面的尺寸大于上平面。
3.根据权利要求1所述的单晶硅双面太阳电池，其特征在于：所述上平面的边长为2至10μm，平台结构（5a）的高度为1至8μm。
4.根据权利要求1所述的单晶硅双面太阳电池，其特征在于：所述正面钝化减反介质层（3）和背面钝化减反介质层（7）分别为由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅、微晶硅、氧化铟锡或者氧化钛为材料组成的单层膜或多层膜。
5.根据权利要求1所述的单晶硅双面太阳电池，其特征在于：所述正面电极（104）、背面电极（108）为银、铝、铜、镍、钛、锡、铅、镉、金、锌的一种或多种金属或其合金。
6.一种单晶硅双面太阳电池的制备方法，用于制备权利要求1-5任一所述单晶硅双面太阳电池，包括如下步骤：
S1：在单晶硅衬底表面制绒；
S2：正面掺杂形成发射结；
S3：去除背面含杂质玻璃层；
S4：湿化学法制备背面平台结构，并去除背面掺杂层；
S5：背面掺杂形成背表面场；
S6：制备正面、背面钝化减反介质层；
S7：制备正面、背面电极。
7.根据权利要求6所述的单晶硅双面太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤S4中，湿化学法制备背面分离金字塔形貌结构所采用的化学药剂有氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、硝酸、磷酸、氢氟酸、乙醇、异丙醇或乙二醇中的一种或两种以上混合的水溶液；制备温度是60至80℃，时间是10-900秒。
8.根据权利要求6所述的单晶硅双面太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤S2和S3之间，还包括如下步骤：
S2-1：正面沉积阻挡层：采用PECVD在正面沉淀氧化硅薄膜的工艺阻挡层，厚度是50至300nm。
9.根据权利要求6所述的单晶硅双面太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤S5和S6之间，还包括如下步骤：
S5-1：使用氢氟酸去除正面的氧化硅、磷硅玻璃和背面的硼硅玻璃。
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