CN106229352A - 一种ibc结构太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IBC结构太阳能电池制备方法及其制备方法，其中，制备方法，包括：步骤1，对硅基衬底的正面进行纳米黑硅层；步骤2，对所述硅基衬底的背面进行局域的发射极制备，形成P‑N结；步骤3，对所述硅基衬底的背面非发射极区进行局域同导电类型掺杂，形成n+区或p+区；步骤4，对所述硅基衬底的正面和背面进行介质钝化，形成正面钝化层和背面钝化层；步骤5，对所述背面钝化层上进行开窗操作，形成窗口；步骤6，在所述硅基衬底的背面制备1μm～10μm厚度的金属电极；步骤7，对所述金属电极进行欧姆接触处理，实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触。通过在正面的纳米黑硅层上制备钝化层，提高了载流子的寿命，提高了电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，特别是涉及一种IBC结构太阳能电池及其制备方法。
背景技术
光学损失是阻碍太阳能电池效率提高的一个重要因素，降低太阳能电池光学损失是提高电池效率的一个有效地途径。目前晶体硅主要通过化学湿法制绒在硅片表面制备减反射结构来降低反射率，但其在可见光波段平均反射率仍在10％以上，所以进一步提高光的利用率是进一步提高太阳能电池效率的有效途径。
20世纪90年代，哈佛大学的艾里克·马兹儿(Eric Mazur)教授研究组在尝试研究飞秒激光与物质相互作用过程中发现，飞秒激光在一定的气体(比如SF6)环境中可在硅表面激光辐照区产生微米量级的尖峰结构，因表面呈现黑色，所以又叫“黑硅”。黑硅的发明带动了广谱高效太阳能电池的研究，因为这种材料不仅在0.25μm至1.1μm波段吸收率高于90％，而且在1.1μm至2.5μm波段吸收率也很高，接近90％。
虽然“黑硅”具有宽光谱范围的超强吸收能力，但是目前基于“黑硅”表面的太阳能电池转换效率却难以提高，甚至达不到化学法制作太阳能电池的转换效率。造成其低转换效率的原因主要有：俄歇复合、表面复合严重、迁移率低、载流子少子寿命低等。这也严重影响到了黑硅技术在太阳能领域的推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种IBC结构太阳能电池及其制备方法，提高了的电池的效率。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种IBC结构太阳能电池制备方法，包括：
步骤1，对硅基衬底的正面进行纳米黑硅层；
步骤2，对所述硅基衬底的背面进行局域的发射极制备，形成P-N结；
步骤3，对所述硅基衬底的背面非发射极区进行局域同导电类型掺杂，形成n+区或p+区；
步骤4，对所述硅基衬底的正面和背面进行介质钝化，形成正面钝化层和背面钝化层；
步骤5，对所述背面钝化层上进行开窗操作，形成窗口；
步骤6，在所述硅基衬底的背面制备1μm～10μm厚度的金属电极；
步骤7，对所述金属电极进行欧姆接触处理，实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触。
其中，所述纳米黑硅层的制备方式为电化学腐蚀法、金属离子催化刻蚀法、等离子体刻蚀法或飞秒激光扫描法。
其中，所述纳米黑硅层的表面反射率为1％～6％。
其中，所述硅基衬底的电阻率为1ohm·cm，厚度为5μm-500μm。
其中，所述正面钝化层或所述背面钝化层为Al2O3钝化层、SiO2钝化层、SiNx钝化层、Al2O3+SiNx钝化层、SiO2+SiNx钝化层或Al2O3+SiO2+SiNx钝化层。
其中，所述正面钝化层或所述背面钝化层为Al2O3+SiO2+SiNx钝化层，所述Al2O3层的制备方法为ALD法、空间ALD法、PECVD法或反应性溅射法；所述SiO2层的制备方法为高温热氧技法、臭氧法、笑气法或二氧化碳法；所述SiNx层的制备方法为PECVD法。
其中，所述金属电极为铝电极、铜电极、银电极、金电极或铂电极。
其中，所述金属电极的制备方法为金属蒸镀法、丝网印刷法或电镀法。
其中，所述对所述金属电极进行欧姆接触处理，包括：
采用光刻法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触，或采用点接触法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触，或采用多次丝网印刷法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触，或采用激光烧结法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触。
除此之外，本发明实施例还提供了一种IBC结构太阳能电池，包括从上到下依次设置的叠形钝化层、纳米黑硅层、硅基衬底、背面钝化层、所述硅基衬底底部的发射极和与所述发射极通过设置在所述背面钝化层的通孔连接的金属电极；
其中，所述叠层钝化层为从上到下依次设置的Al2O3层、SiO2层和SiNx层。
本发明实施例所提供的BC结构太阳能电池及其制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明实施例提供的IBC结构太阳能电池制备方法，包括：
步骤1，对硅基衬底的正面进行纳米黑硅层；
步骤2，对所述硅基衬底的背面进行局域的发射极制备，形成P-N结；
步骤3，对所述硅基衬底的背面非发射极区进行局域同导电类型掺杂，形成n+区或p+区；
步骤4，对所述硅基衬底的正面和背面进行介质钝化，形成正面钝化层和背面钝化层；
步骤5，对所述背面钝化层上进行开窗操作，形成窗口；
步骤6，在所述硅基衬底的背面制备1μm～10μm厚度的金属电极；
步骤7，对所述金属电极进行欧姆接触处理，实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触。
本发明实施例提供的IBC结构太阳能电池，包括从上到下依次设置的叠形钝化层、纳米黑硅层、硅基衬底、背面钝化层和金属电极；
其中，所述叠层钝化层为从上到下依次设置的Al2O3层、SiO2层和SiNx层。
所述IBC结构太阳能电池及其制备方法，通过在正面进行纳米黑硅层的制备，得到了极低的减反射层，提高了光的利用率，与此同时，结合IBC电池结构的特点对电池的表面上制备钝化层进行钝化，极大地降低了纳米黑硅电池的复合速率，提高了少子的寿命，最终提高了电池片的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的IBC结构太阳能电池的制备方法一种具体实施方式的步骤流程示意图；
图2为本发明实施例提供的IBC结构太阳能电池的一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，虽然“黑硅”具有宽光谱范围的超强吸收能力，但是目前基于“黑硅”表面的太阳能电池转换效率却难以提高，甚至达不到化学法制作太阳能电池的转换效率。造成其低转换效率的原因主要有：俄歇复合、表面复合严重、迁移率低、载流子少子寿命低等。这也严重影响到了黑硅技术在太阳能领域的推广应用。
基于此，本发明实施例所提供了一种IBC结构太阳能电池制备方法，包括：
步骤1，对硅基衬底的正面进行纳米黑硅层；
步骤2，对所述硅基衬底的背面进行局域的发射极制备，形成P-N结；
步骤3，对所述硅基衬底的背面非发射极区进行局域同导电类型掺杂，形成n+区或p+区；
步骤4，对所述硅基衬底的正面和背面进行介质钝化，形成正面钝化层和背面钝化层；
步骤5，对所述背面钝化层上进行开窗操作，形成窗口；
步骤6，在所述硅基衬底的背面制备1μm～10μm厚度的金属电极；
步骤7，对所述金属电极进行欧姆接触处理，实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触。
除此之外，本发明实施例还提供了一种IBC结构太阳能电池，包括从上到下依次设置的叠形钝化层、纳米黑硅层、硅基衬底、背面钝化层、所述硅基衬底底部的发射极和与所述发射极通过设置在所述背面钝化层的通孔连接的金属电极；
其中，所述叠层钝化层为从上到下依次设置的Al2O3层、SiO2层和SiNx层。
综上所述，本发明实施例提供的IBC结构太阳能电池及其制备方法，通过在正面进行纳米黑硅层的制备，得到了极低的减反射层，提高了光的利用率，与此同时，结合IBC电池结构的特点对电池的表面上制备钝化层进行钝化，极大地降低了纳米黑硅电池的复合速率，提高了少子的寿命，最终提高了电池片的效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的IBC结构太阳能电池的制备方法一种具体实施方式的步骤流程示意图。
在一种具体实施方式中还，所述IBC结构太阳能电池制备方法，包括：
步骤1，对硅基衬底的正面进行纳米黑硅层；
步骤2，对所述硅基衬底的背面进行局域的发射极制备，形成P-N结；
步骤3，对所述硅基衬底的背面非发射极区进行局域同导电类型掺杂，形成n+区或p+区；
步骤4，对所述硅基衬底的正面和背面进行介质钝化，形成正面钝化层和背面钝化层；
步骤5，对所述背面钝化层上进行开窗操作，形成窗口；
步骤6，在所述硅基衬底的背面制备1μm～10μm厚度的金属电极；
步骤7，对所述金属电极进行欧姆接触处理，实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触。
所述IBC结构太阳能电池制备方法，通过在正面进行纳米黑硅层的制备，得到了极低的减反射层，提高了光的利用率，与此同时，结合IBC电池结构的特点对电池的表面上制备钝化层进行钝化，极大地降低了纳米黑硅电池的复合速率，提高了少子的寿命，最终提高了电池片的效率。
当然，对硅基衬底的正面进行纳米黑硅层之前，要保证硅基衬底的表面整洁，清除掉硅基衬底表面有机表面膜、杂质离子、金属玷污。
对于硅基衬底的表面清理属于制作电池片的预处理过程，硅基衬底的预处理一般有湿法制绒清洗，具体分为单晶制绒清洗、多晶制绒清洗，清洗后得到反射率在8～25％不等的洁净的绒面。
需要指出的的是，所谓硅基衬底的正面是指硅基衬底的受光面。
硅基衬底可以为单晶硅，也可以为多晶硅，硅片的切割方式有多种，可以是砂浆线切割，也可以是金刚线切割；硅基衬底的导电类型可以是p型，也可以是n型，硅基衬底的电阻率为1～10ohm·cm，厚度为5μm-500μm。
纳米黑硅层的制备方式有多种，包括电化学腐蚀法、金属离子催化刻蚀法、等离子体刻蚀法或飞秒激光扫描法。
纳米黑硅层的制备方法还包括干法刻蚀制备，如使用RIE法(反应离子刻蚀法)。
制备得到的纳米黑硅层的表面反射率为1％～6％，厚度为50nm～100nm。
当然，为进一步增加纳米黑硅表面的反射率，还可以采用对纳米黑硅层进行修饰刻蚀处理的方法，处理后的反射率增加0.5～5％，修饰液可以为酸性液体(硝酸-氢氟酸混合液、氟化铵-双氧水混合液等)或碱性液(氢氧化钾、氢氧化钠溶液等)。
在完成纳米黑硅层的制备之后，就需要对电池的背面进行局部的发射极制备，形成P-N结，其中，发射极面积占硅片背面总面积50％～90％，且发射极区与非发射极区呈“长条”状均匀交替分布。
在此过程中，还可以在发射极金属电极区进行选择性重扩散(SE技术)，以改善接触。
背面发射极制备方法为利用液态源、固态源的高温扩散法。制备的发射极(P-N结)区方阻值为20Ω-200Ω。
背面非发射极区域重掺杂，制备方法为利用液态源、固态源的高温扩散法，重掺杂区方阻值为50Ω-100Ω。
背面发射极制备方法，可选择性的对发射极区进行区域性重掺杂处理，即对发射极区电极-硅接触部位进行重掺杂。其中重掺杂区域方阻值要比非重掺杂区域低10-100Ω。
然后就是在电池的受光面和背光面进行介质钝化，形成钝化层。正面钝化层或背面钝化层为Al2O3钝化层、SiO2钝化层、SiNx钝化层、Al2O3+SiNx钝化层、SiO2+SiNx钝化层或Al2O3+SiO2+SiNx钝化层。
优选的，正面钝化层或所述背面钝化层为Al2O3+SiO2+SiNx钝化层，所述Al2O3层的制备方法为ALD法、空间ALD法、PECVD法或反应性溅射法；所述SiO2层的制备方法为高温热氧技法、臭氧法、笑气法或二氧化碳法；所述SiNx层的制备方法为PECVD法。
对于受光面、背光面钝化层的制备，钝化层厚度可以为：正面10nm～80nm，背面10nm～120nm。
优选的，所述电池受光面、背光面钝化膜制备，钝化膜制备方法可以为：原子层沉积法(ALD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、磁控溅射法(PVD)、高温热氧化法等。
为进一步提高电池的性能，降低势垒，在完成钝化层制备后选择性的退火处理。退火时间可以为10-60Min，退火温度可以为200-500℃，退火环境为氮气(氢气)氛围。
最后就是电极的制作。
可选择性的在电池背面钝化层上做“开窗”处理，开窗位置为金属电极与硅片掺杂区接触区域，开窗面积为1-10％。开窗方法可以为，激光烧刻法、腐蚀性浆料刻蚀法、掩膜光刻蚀法等。
背面电极的厚度可以为2μm～20μm，电极间距可以为0.5μm～3mm，所述金属电极为铝电极、铜电极、银电极、金电极或铂电极。
所述金属电极的制备方法为金属蒸镀法、丝网印刷法或电镀法。
在制备完背面电极之后，选择性的，对所述金属电极进行欧姆接触处理，包括：
采用光刻法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触，或采用点接触法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触，或采用多次丝网印刷法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触，或采用激光烧结法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触。
以下是两个具体的实施例：
实施例1
1.1、将金刚线切割的p型单晶硅片放入单晶制绒机进行清洗制绒；
1.2、将得到的制绒后的硅片放入RIE设备中进行等离子体刻蚀再制绒，形成黑硅结构，其反射率为3％～5％；
1.3、将形成黑硅结构的硅片放入扩散管进行扩散，利用固态源扩散形成发射极及选择性区域重掺杂，发射极区方阻为90Ω/□，重掺杂区为60～90Ω/□；
1.4、将形成发射极的硅片通过ALD设备进行正面钝化，制备的AL2O3钝化层厚度为20nm，在制得的AL2O3钝化层上面，通过PECVD设备制作SINX钝化膜，其厚度为70nm，背面进行热氧钝化，制备的SiO2钝化层厚度为110nm。
1.5、将制备完钝化层的的硅片通过丝网印刷方式制备电极。
实施例2
1.1、将金刚线切割的n型单晶硅片放入单晶制绒机进行清洗制绒；
1.2将制绒后的硅片放入RIE设备中进行等离子体刻蚀再制绒，形成黑硅结构，其反射率为3％～5％；
1.3将获得黑硅结构的硅片放入扩散管进行扩散，利用固态源扩散形成发射极及选择性区域重掺杂，发射极区方阻为90Ω/□，重掺杂区为60～90Ω/□；
1.4、将形成发射极的硅片通过热氧设备进行正面钝化，制备的SiO2钝化层厚度为30nm，在制得的SiO2钝化层上面，通过PECVD设备制作SINX钝化膜，其厚度为80nm，背面进行热氧钝化，制备的SiO2钝化层厚度为110nm。
1.5、将具有上述钝化层的硅片通过丝网印刷方式制备电极。
除此之外，本发明实施例还提供了一种IBC结构太阳能电池，如图2所示，包括从上到下依次设置的叠形钝化层30、纳米黑硅层20、硅基衬底10、背面钝化层40、所述硅基衬底10的发射极41和与所述发射极41通过设置在所述背面钝化层40通孔连接的金属电极；
其中，所述叠层钝化层为从上到下依次设置的Al2O3层、SiO2层和SiNx层。
由于所述IBC结构太阳能电池是由上述IBC结构太阳能电池的制备方法获得，具有相同的有益效果，本发明再次不作赘述。
综上所述，本发明实施例提供的IBC结构太阳能电池及其制备方法，通过在正面进行纳米黑硅层的制备，得到了极低的减反射层，提高了光的利用率，与此同时，结合IBC电池结构的特点对电池的表面上制备钝化层进行钝化，极大地降低了纳米黑硅电池的复合速率，提高了少子的寿命，最终提高了电池片的效率。
以上对本发明所提供的IBC结构太阳能电池及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种IBC结构太阳能电池制备方法，其特征在于，包括：
步骤1，对硅基衬底的正面进行纳米黑硅层；
步骤2，对所述硅基衬底的背面进行局域的发射极制备，形成P-N结；
步骤3，对所述硅基衬底的背面非发射极区进行局域同导电类型掺杂，形成n+区或p+区；
步骤4，对所述硅基衬底的正面和背面进行介质钝化，形成正面钝化层和背面钝化层；
步骤5，对所述背面钝化层上进行开窗操作，形成窗口；
步骤6，在所述硅基衬底的背面制备1μm～10μm厚度的金属电极；
步骤7，对所述金属电极进行欧姆接触处理，实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触。
2.如权利要求1所述的IBC结构太阳能电池制备方法，其特征在于，所述纳米黑硅层的制备方式为电化学腐蚀法、金属离子催化刻蚀法、等离子体刻蚀法或飞秒激光扫描法。
3.如权利要求2所述的IBC结构太阳能电池制备方法，其特征在于，所述纳米黑硅层的表面反射率为1％～6％。
4.如权利要求1所述的IBC结构太阳能电池制备方法，其特征在于，所述硅基衬底的电阻率为1ohm·cm，厚度为5μm-500μm。
5.如权利要求1所述的IBC结构太阳能电池制备方法，其特征在于，所述正面钝化层或所述背面钝化层为Al2O3钝化层、SiO2钝化层、SiNx钝化层、Al2O3+SiNx钝化层、SiO2+SiNx钝化层或Al2O3+SiO2+SiNx钝化层。
6.如权利要求5所述的IBC结构太阳能电池制备方法，其特征在于，所述正面钝化层或所述背面钝化层为Al2O3+SiO2+SiNx钝化层，所述Al2O3层的制备方法为ALD法、空间ALD法、PECVD法或反应性溅射法；所述SiO2层的制备方法为高温热氧技法、臭氧法、笑气法或二氧化碳法；所述SiNx层的制备方法为PECVD法。
7.如权利要求1所述的IBC结构太阳能电池制备方法，其特征在于，所述金属电极为铝电极、铜电极、银电极、金电极或铂电极。
8.如权利要求7所述的IBC结构太阳能电池制备方法，其特征在于，所述金属电极的制备方法为金属蒸镀法、丝网印刷法或电镀法。
9.如权利要求8所述的IBC结构太阳能电池制备方法，其特征在于，所述对所述金属电极进行欧姆接触处理，包括：
采用光刻法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触，或采用点接触法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触，或采用多次丝网印刷法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触，或采用激光烧结法实现所述金属电极与所述硅基衬底之间的欧姆接触。
10.一种IBC结构太阳能电池，其特征在于，包括从上到下依次设置的叠形钝化层、纳米黑硅层、硅基衬底、背面钝化层、所述硅基衬底底部的发射极和与所述发射极通过设置在所述背面钝化层的通孔连接的金属电极；
其中，所述叠层钝化层为从上到下依次设置的Al2O3层、SiO2层和SiNx层。
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