CN106057926A - 具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池及其制备方法。所述电池包括硅衬底，在硅衬底的正面由内到外依次包括扩散层、掺杂非晶硅薄膜层、透明导电薄膜层和正电极；在硅衬底的背面由内到外依次包括缓冲钝化层、掺杂非晶硅薄膜层、透明导电薄膜层和背电极。本发明的一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池结构相比传统背面局部接触结构而言，能够有效提升电池的开路电压；此外，该电池正、背表面采用透明导电薄膜与掺杂非晶硅结合的叠层膜结构，可以实现双面感光，提升发电量。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池及其制备方法。
背景技术
目前钝化发射极背面局部接触（PERC）是同质结电池工艺中提升效率的主要结构，其主要增益源于对发射极以及背面的钝化，充分降低了发射极以及背面的复合。然而同质结PERC电池由于其内部的p-n结具有相同的禁带宽度，相比异质结电池而言具有较低的开路电压，限制了其效率的提升。如果能够将异质结电池的高开压优势集成到同质结PERC电池中，不仅能够提升开路电压，同时能够为新型PERC电池的研发提供方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：在传统钝化发射极背钝化电池结构（PERC）中引入异质结结构，形成叠层发射极和背面场结构。其有益效果是显著提升了钝化发射极电池的开路电压，同时避免了金属化过程的高温过程，其金属电极采用低温浆料制备而成。
本发明的技术方案如下：
一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，包括硅衬底（1），在硅衬底（1）的正面由内到外依次包括扩散层（2）、掺杂非晶硅薄膜层（3）、透明导电薄膜层（4）和正电极（5）；在硅衬底（1）的背面由内到外依次包括缓冲钝化层（6）、掺杂非晶硅薄膜层（7）、透明导电薄膜层（8）和背电极（9）：
所述位于硅衬底正面的扩散层（2）与掺杂非晶硅薄膜层（3）具有与硅衬底相反的导电类型，同时具有高、低梯度掺杂的特征，共同形成正面发射极；位于硅衬底正面的透明导电薄膜层（4）起到载流子的收集以及发射极的钝化作用；位于硅衬底背面的缓冲钝化层（6）起到背面钝化的作用，同时采用与衬底导电类型相同的掺杂非晶硅层（7）作为背面场，其上沉积透明导电薄膜层（8）作为背面载流子收集层；最后在正面透明导电薄膜层（4）、背面透明导电薄膜层（8）上分别形成正电极（5）和背电极（9）。
本发明的一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，所述正面发射极同时具有同质结、异质结结构；所述背面场采用异质结结构。
本发明的一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，所述扩散层（2）采用高温扩散工艺形成与硅衬底导电类型相反的半导体介质层，作为底层发射极。
本发明的一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，所述掺杂非晶硅薄膜层可采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）或者热丝化学气相沉积技术（HWCVD）制备。
本发明的一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，所述的缓冲钝化层（6）可以是超薄氧化硅（SiO2）、本征非晶硅（a-Si）薄膜或者多层钝化膜的叠层结构。
一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池的制备方法如下：
1）基底：以P型硅片作为衬底，并对表面进行清洗；
2）正面扩散形成底层发射极：将上述步骤1）中的衬底进行高温磷扩散，并且去除背结，形成单面扩散层；
3）采用PECVD技术，在扩散层上沉积重掺杂N+型非晶硅半导体薄膜，充当该电池的顶层发射极；
4）采用PECVD技术，在基底的背面沉积本征缓冲钝化层；
5）采用PECVD技术在本征缓冲钝化层上面覆盖沉积硼掺杂的非晶硅层作为背面场；
6）采用物理气相沉积技术（PVD）在背面场以及正面掺杂发射极上分别沉积透明导电薄膜TCO层，即透明导电薄膜层；
7）在透明导电薄膜层上制备各自的金属电极，低温烧结完成电池制作。
本发明具有如下有益效果：
本发明的一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池的正面采用了掺杂层薄膜与晶体硅基底形成的异质结结构作为前表面场，进而与扩散同质结形成叠层发射极结构；背面采用掺杂层薄膜与晶体硅基底形成的异质结结构作为背面场，相比传统背面局部接触结构而言，能够有效提升电池的开路电压；此外，该电池正、背表面采用透明导电薄膜与掺杂非晶硅结合的叠层膜结构，可以实现双面感光，提升发电量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1是本发明一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池的结构示意图。
图中，1.硅衬底，2.扩散层同质结发射极，3.重掺杂N+型半导体薄膜，4.透明导电介质层薄膜，5.正电极，6.本征缓冲层7. 重掺杂P+型半导体薄膜，8.透明导电薄膜层，9背电极.
具体实施方式
如图1所示，一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，包括硅片基底层即硅衬底1，在硅衬底1的正面由内到外依次包括扩散层即扩散层同质结发射极2、掺杂非晶硅薄膜层即重掺杂N+型半导体薄膜3、透明导电薄膜层4和正电极5；在硅衬底1的背面由内到外依次包括缓冲钝化层即本征缓冲层6、掺杂非晶硅薄膜层即重掺杂P+型半导体薄膜7、透明导电薄膜层8和背电极9：
所述位于硅衬底正面的扩散层2与掺杂非晶硅薄膜层3具有与硅衬底相反的导电类型，同时具有高、低梯度掺杂的特征，共同形成正面发射极；位于硅衬底正面的透明导电薄膜层4起到载流子的收集以及发射极的钝化作用；位于硅衬底背面的缓冲钝化层6起到背面钝化的作用，同时采用与衬底导电类型相同的掺杂非晶硅层7作为背面场，其上沉积透明导电薄膜层8作为背面载流子收集层；最后在正面透明导电薄膜层4、背面透明导电薄膜层8上分别形成正电极5和背电极9。所述掺杂非晶硅薄膜层3和掺杂非晶硅薄膜层7可采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）或者热丝化学气相沉积技术（HWCVD）制备。所述的缓冲钝化层6可以是超薄氧化硅（SiO2）、本征非晶硅（a-Si）薄膜或者多层钝化膜的叠层结构。
本发明的具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池正面采用了掺杂层薄膜与晶体硅基底形成的异质结结构作为前表面场，进而与扩散同质结形成叠层发射极结构；背面采用掺杂层薄膜与晶体硅基底形成的异质结结构作为背面场，相比传统背面局部接触结构而言，能够有效提升电池的开路电压；此外，该电池正、背表面采用透明导电薄膜与掺杂非晶硅结合的叠层膜结构，可以实现双面感光，提升发电量。
本发明一种具有叠层异质结的钝化发射极太阳电池的制备步骤是：
1）采用厚度200μm，电阻率为1~2Ωcm的P型单晶/多晶硅片作为硅衬底1，并对表面进行常规RCA清洗；
2）在P型单晶硅片的受光面采用高温扩散工艺，并且去除背结，形成N型扩散发射极，即扩散层2；
3）在该扩散层2上采用PECVD技术沉积厚度为6nm的重掺杂N+型半导体薄膜3，形成发射极的顶层结构；
4）采用PECVD技术在P型衬底的背面沉积本征缓冲钝化层6，其厚度为5nm；
5）在背面缓冲钝化层6上，采用PECVD技术沉积重掺杂P+型半导体薄膜7，形成背面场薄膜，其厚度为20nm；
6）在背面场薄膜即重掺杂P+型半导体薄膜7、正面发射极薄膜即重掺杂N+型半导体薄膜3上，采用物理气相沉积技术（PVD）分别沉积透明导电薄膜8和透明导电薄膜4，厚度分别为100nm和80nm；
7）采用低温丝网印刷技术在透明导电薄膜4和透明导电薄膜8上制备各自的电极，并在低于300℃条件下低温烘干，从而完成具有叠层异质结的钝化发射极太阳电池的其制备。
Claims (6)
1.一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，其特征是：包括硅衬底（1），在硅衬底（1）的正面由内到外依次包括扩散层（2）、掺杂非晶硅薄膜层（3）、透明导电薄膜层（4）和正电极（5）；在硅衬底（1）的背面由内到外依次包括缓冲钝化层（6）、掺杂非晶硅薄膜层（7）、透明导电薄膜层（8）和背电极（9）：
所述位于硅衬底正面的扩散层（2）与掺杂非晶硅薄膜层（3）具有与硅衬底相反的导电类型，同时具有高、低梯度掺杂的特征，共同形成正面发射极；位于硅衬底正面的透明导电薄膜层（4）起到载流子的收集以及发射极的钝化作用；位于硅衬底背面的缓冲钝化层（6）起到背面钝化的作用，同时采用与衬底导电类型相同的掺杂非晶硅层（7）作为背面场，其上沉积透明导电薄膜层（8）作为背面载流子收集层；最后在正面透明导电薄膜层（4）、背面透明导电薄膜层（8）上分别形成正电极（5）和背电极（9）。
2.如权利要求1所述的一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，其特征是：所述正面发射极同时具有同质结、异质结结构；所述背面场采用异质结结构。
3.如权利要求1所述的一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，其特征在于：所述扩散层（2）采用高温扩散工艺形成与硅衬底导电类型相反的半导体介质层，作为底层发射极。
4.如权利要求1所述的一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，其特征在于：所述掺杂非晶硅薄膜层可采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）或者热丝化学气相沉积技术（HWCVD）制备。
5.如权利要求1所述的一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池，其特征在于：所述的缓冲钝化层（6）可以是超薄氧化硅（SiO2）、本征非晶硅（a-Si）薄膜或者多层钝化膜的叠层结构。
6.一种具有叠层异质结结构的钝化发射极太阳电池的制备方法如下：
1）基底：以P型硅片作为衬底，并对表面进行清洗；
2）正面扩散形成底层发射极：将上述步骤1）中的衬底进行高温磷扩散，并且去除背结，形成单面扩散层；
3）采用PECVD技术，在扩散层上沉积重掺杂N+型非晶硅半导体薄膜，充当该电池的顶层发射极；
4）采用PECVD技术，在基底的背面沉积本征缓冲钝化层；
5）采用PECVD技术在本征缓冲钝化层上面覆盖沉积硼掺杂的非晶硅层作为背面场；
6）采用物理气相沉积技术（PVD）在背面场以及正面掺杂发射极上分别沉积透明导电薄膜TCO层，即透明导电薄膜层；
7）在透明导电薄膜层上制备各自的金属电极，低温烧结完成电池制作。
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