CN107452830B - 一种背钝化太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池，包括硅片，硅片向光面的正面电极，及硅片背光面的铝层、背电极；所述铝层位于硅片背光面的表面；所述背电极位于铝层的表面；所述铝层接触的硅片背光面的少子寿命为3~10μs。本发明还提供一种背钝化太阳能电池的制备方法，本发明制备的太阳能电池工艺简单，钝化效果好，大大降低了电池的串联电阻，明显增加了电池的填充因子，光电转换效率也有所提升，与只含有背光面铝层的太阳能电池相比，电池的短路电流及开路电压都得到较大程度的提高，且串联电阻也有所降低，因此电池的转换效率得到显著提升。

Description

一种背钝化太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种背钝化太阳能电池及其制备方法。
背景技术
现有太阳能电池一般包括硅片、向光面的正面电极及背光面的背电池和背电极，其中，硅片的向光面一般含有N型扩散层和减反射膜层，后通过向光面的正面电极输出电池的负电流，背电场有公开通过在背光面印刷铝导电浆料后烧结在背光面形成背面电极和背电场。
铝背场可以减少少子浓度，减少复合，但仍然无法与使用介质层带来的钝化效果相比较。UNSW早在90年代就提出了发射极和背面钝化（PERC）结构以及发射极和背面钝化局部扩散（PERL）结构，在早期设计中，这两种结构都在背面采用氧化硅层钝化，局部开孔实现点接触以减少非钝化区域的面积。两者的区别在于是否在开口区域进行局部掺杂扩散，局部扩散增加工艺难度，但会形成局部背电场，减少接触部分的复合速率。但高品质氧化硅的生长需要较高的温度，对于已经经过高温扩散的硅片来说，为减少对体少子寿命的影响，应尽量减少长时间的高温工艺，因此对其他材料的搜索在2000年左右提上议事日程。
现有技术多采用氧化铝和/或氮化硅作为电池的背面钝化材料，氮化硅钝化的机制之一在于利用其正电荷减少正面n型区的少子浓度，可是到了p型的背面，其正电荷将有可能在背面诱导形成一层n型反转层（inversionlayer），这会造成背面的旁路损失，影响电流，降低电压和填充因子。氧化铝不但像氮化硅一样可以钝化表面缺陷，还拥有与氮化硅相反的负电荷，不但不会形成反转层造成漏电，反而会增加p型硅中多子浓度，降低少子浓度，从而降低表面复合速率。不过氧化铝的使用也需要解决高速沉积氧化铝的问题，氧化铝本身的不稳定性以及良品率较低等问题。
目前商用的背钝化电池的工艺流程一般如下，在刻蚀工序前与普通晶体硅电池相同，刻蚀后，采用原子层沉积技术在硅片的背光面沉积氧化铝膜钝化铝层，然后进行退火，再在正反面均采用等离子化学气相沉积方法（PECVD）沉积一定厚度的氮化硅层，正面层作为减反射膜，背面层作为氧化铝的保护层，而后采用进行激光烧蚀背面的氮化硅及氧化铝层，使其形成一定宽度与间隔距离的槽，刻槽后再按普通电池工艺印刷导电浆料，烧结后即得到背钝化晶体硅太阳能电池。
采用目前氧化铝钝化工艺制备的背钝化晶体硅太阳能电池，其背面需要沉积两层薄膜，即氧化铝钝化层和氮化硅保护层，氧化铝层及氮化硅均不导电，需采用激光烧蚀形成一定宽度与间隔距离的槽，而后再印刷导电铝浆，铝浆通过激光刻蚀槽与硅片形成铝背场，因为槽的面积很小，并且氮化硅层的具有相当的厚度，因此电池的串联电阻增加，填充因子下降，电池的效率提升有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提升太阳能电池的光电转换效率，特别提供一种钝化效果好，工艺简单，短路电流和开路电压高，串联电阻降低，填充因子高，光电转换效率高的背钝化太阳能电池及其制备方法。
为解决上述问题，本发明提供一种背钝化太阳能电池，包括硅片，硅片向光面的正面电极，及硅片背光面的铝层、背电极；所述铝层位于硅片背光面的表面；所述背电极位于铝层的表面；所述铝层接触的硅片背光面的少子寿命为3~10μs。
本发明还提供一种背钝化太阳能电池的制备方法，包括在硅片的向光面制备正面电极，及在硅片背光面依次制备铝层、背电极；制备铝层的步骤包括：
S1、硅片吸附烷基铝；
S2、吸附有烷基铝的硅片与氢气接触，采用原子层沉积的方法在硅片背光面沉积得到钝化铝层；
S3、在钝化铝层上沉积一层金属铝，得到背电场铝层。
本发明先通将硅片吸附烷基铝，并将吸附有烷基铝的硅片与氢气接触并采用原子层沉积的方法在硅片背光面制备钝化铝层，然后在纳米级的钝化铝层的表面沉积一层金属铝层作为背电场铝层，该钝化铝层和背电场铝层共同形成硅片背光面的铝层结构；其中钝化铝层可作为导电膜，其与硅片背光面在烧结过程中形成硅铝合金，并且与背电场铝层在烧结的过程中形成一体化，从而在该硅片背光面形成性能优异的铝背场，同时该工艺过程中不需要激光刻槽工艺，也不需要导电铝浆，背光面的制备工艺得到一定程度的减化；另外，在制备纳米级的钝化铝层的过程中，硅片吸附烷基铝后与氢气接触，由于在等离子体状态下硅片与氢气接触会发生还原反应，因而能够在硅片背光面沉积得到纳米级的钝化铝层，在此过程中，氢气可以饱和硅片背光面的硅中的悬挂键，从而增加铝层接触的硅片背光面的少子寿命，使得硅片背光面具有较优异的钝化效果；背电场铝层作为钝化铝层的延伸层，既可以保护钝化铝层不被破坏，最重要的是，发明人在试验中发现，先采用原子层沉积的方法在硅片背光面制备纳米级的钝化铝层，然后在纳米级的钝化铝层的表面沉积一层微米级的金属铝层作为背电场铝层，该纳米级的钝化铝层和微米级的背电场铝层共同形成硅片背光面的铝层结构，得到的铝层结构中铝原子的堆积结构更为致密，得到的太阳电池的欧姆接触电阻降低，填充因子（FF）显著增加，串联电阻（RS）明显降低，光电转换效率(ETA)得到提升。与只含有背光面铝层的太阳能电池相比，电池的短路电流及开路电压都得到较大程度的提高，且串联电阻明显降低，因此电池的转换效率得到显著提升。并且，本发明制备背钝化太阳能电池的工艺简单，适合工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例的背钝化电池结构示意图；
附图标记说明
1、正面电极主栅线 2、正面电极细栅线
3、减反射膜层 4、N型扩散层
5、硅片 6、钝化铝层
7、背电场铝层 8、背电极
具体实施方式
本发明所述的一种背钝化太阳能电池，包括硅片，硅片向光面的正面电极，及硅片背光面的铝层、背电极；所述铝层位于硅片背光面的表面；所述背电极位于铝层的表面；所述铝层接触的硅片背光面的少子寿命为3~10μs。
优选，铝层接触的硅片背光面的少子寿命为4~8μs。本申请选用少子寿命测试仪(匈牙利Semilab公司型号WT-2000PV) ，按照反射光电导衰退法（μ-PCD）测试方法进行。
优选，铝层包括钝化铝层和背电场铝层，所述钝化铝层位于硅片背光面的表面，所述背电场铝层位于钝化铝层的表面。其中，钝化铝层可作为导电膜，并与硅片背光面在烧结过程中形成硅铝合金，并且与背电场铝层在烧结的过程中形成一体化，从而在该硅片背光面形成性能优异的铝背场，另外，在制备纳米级的钝化铝层的过程中，硅片吸附烷基铝后与氢气接触，由于在等离子体状态下硅片与氢气接触会发生还原反应，因而能够在硅片背光面沉积得到纳米级的钝化铝层，在此过程中，氢气可以饱和硅片背光面的硅中的悬挂键，从而增加铝层接触的硅片背光面少子寿命，使得硅片背光面具有较优异的钝化效果；背电场铝层作为钝化铝层的延伸层，既可以保护钝化铝层不被破坏，最重要的是，发明人在试验中发现，先采用原子层沉积的方法在硅片背光面制备纳米级的钝化铝层，然后在纳米级的钝化铝层的表面沉积一层微米级的金属铝层作为背电场铝层，该纳米级的钝化铝层和微米级的背电场铝层共同形成硅片背光面的铝层结构，得到的铝层结构中铝原子的堆积结构更为致密，得到的太阳电池的欧姆接触电阻降低，填充因子（FF）显著增加，串联电阻（RS）明显降低，光电转换效率(ETA)得到提升。
优选，钝化铝层的厚度为1.0~15nm。
优选，钝化铝层的厚度为2.0~10nm。
本申请的发明人发现，先将硅片吸附烷基铝，并将吸附有烷基铝的硅片与氢气接触并采用原子层沉积的方法在硅片背光面制备纳米级的钝化铝层，然后在纳米级的钝化铝层的表面沉积一层微米级的金属铝层作为背电场铝层，该纳米级的钝化铝层和微米级的背电场铝层共同形成硅片背光面的铝层结构，纳米级钝化铝层使得硅片背光面钝化，电池的串联电阻降低，填充因子增加；背电场铝层作为钝化铝层的延伸层，一方面可以保护钝化铝层不被破坏，另一方面纳米级的钝化铝层和微米级的背电场铝层共同形成硅片背光面的铝层结构，得到的铝层结构中铝原子的堆积结构更为致密，得到的太阳电池的欧姆接触电阻降低，填充因子增加，串联电阻（RS）得到降低，电池的短路电流（Isc）和开路电压（Voc）都得到提高，光电转换效率(ETA)得到提升。
优选，背电场铝层的厚度为10~50μm 。
优选，背电极为锡焊电极。
本发明还提供一种如上所述的背钝化太阳能电池的制备方法，包括在硅片的向光面制备正面电极，及在硅片背光面依次制备铝层、背电极；制备铝层的步骤包括：
S1、硅片吸附烷基铝；
S2、吸附有烷基铝的硅片与氢气接触，采用原子层沉积的方法在硅片背光面沉积得到钝化铝层；
S3、在钝化铝层上沉积一层金属铝，得到背电场铝层。
具体的，一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备铝层的步骤包括：
S1、烷基铝在保护气氛中被吸附在硅片背光面上；
S2、通入氢气，使其与吸附在硅片上的烷基铝反应，采用原子层沉积的方法在硅片背光面沉积得到铝层；
S3、在钝化铝层上沉积一层金属铝，得到背电场铝层。
具体的，一种背钝化太阳能电池的制备方法，制备钝化铝层的步骤包括：
S1、烷基铝在保护气氛中进入沉积腔体，烷基铝被吸附在硅片背光面上并达到饱和；
S2、采用保护气氛将多余的烷基铝带出腔体；通入氢气，使其与吸附在硅片上的烷基铝反应，采用原子层沉积的方法在硅片背光面沉积得到钝化铝层，后采用保护气氛将反应产物气吹出腔体；
S3、在钝化铝层上沉积一层金属铝，得到背电场铝层。
优选，S1中携带烷基铝的保护气氛的气体流量为5.0~50sccm，脉冲输入时间10~30s；所述S2中氢气的气体流量为50~200sccm，脉冲输入时间10~30s；所述S2中前后两次的保护气氛气体流量为10~50sccm，吹气时间为2~10s。
优选，烷基铝在硅片背光面上的饱和吸附量为20~40g/m2。
优选，原子层沉积的方法包括等离子体增强原子层沉积法、热型原子层沉积法、粉末原子层沉积法。进一步优选，等离子体增强原子层沉积法为微波电子回旋共振等离子辅助原子层沉积方法。
在采用微波电子回旋共振等离子辅助原子层沉积方法状态下，吸附在硅片上的烷基铝与氢气反应，在硅片背光面生成金属铝，得到钝化铝层。该过程示意性简单表示如下：
2AlR3+ 3H2→6HR+2Al，其中R代表烷基。
在整个反应过程中，在等离子状态下的氢可与硅片背光面上的硅中的悬挂键相结合，饱和悬挂键，降低界面态，增大硅片背光面中的少子的寿命，从而对硅片背光面形成钝化。
优选，采用微波电子回旋共振等离子辅助原子层沉积得到钝化铝层后，在钝化铝层的整个背面蒸镀一层金属铝，即得到背电场铝层，该背电场铝层可作为钝化铝层的延伸层；背电场铝层，一方面可以保护钝化铝层，从而保证钝化铝层不被破坏，另一方面，背电场铝层、钝化铝层在电池片烧结时，与抛光后的硅片背光面中的硅形成硅铝合金，即形成铝背场，从而改善提升电池片的性能。优选，背电场铝层沉积的方法可以采用本领域常用的技术手段，进一步优选真，空蒸镀沉积，沉积速度快，工艺成熟稳定，适合大规模工业化生产。
优选，烷基铝为三甲基铝、三乙基铝、三丁基铝，正三己基铝、一氯二乙基铝、二氯乙基铝中的一种或几种，进一步优选为三甲基铝。
优选，保护气氛为高纯氩气、氦气或氮气，优选为高纯氩气。
优选，制备钝化铝层的过程中气压为10~100Pa，硅片的温度为50~200℃。
优选，钝化铝层的沉积速率为0.5~3.0×10-2nm/s。优选地，所述钝化铝层为经过多次沉积得到，单次沉积时间为45s。
优选，制备铝层的步骤还包括：将含有铝层的硅片在氢气气氛下进行退火处理。此处硅片含有钝化铝层的硅片在氢气气氛下进行退火处理。可以是在硅片背光面制备得到钝化铝层后进行第一次退火处理，在制备得到背电场铝层后进行第二次退火处理；也可以是在硅片背光面制备得到钝化铝层和背电场铝层后同时进行退火处理。
将钝化铝层和背电场铝层在氢气气氛下做退火处理，退火处理后的两层铝层均具有良好的导电性能， 进一步降低太阳能电池的接触电阻，提高太阳能电池的光电转化效率。
优选，制备背电场铝层的气压为1.0×10-3~1.5×10-2Pa，硅片的温度为20~100℃，沉积时间为20~100s。
优选，为改善钝化铝层和背电场铝层中的铝原子的堆积结构，增加钝化铝层和背电场铝层的导电性，还需将制备得到两层铝层放入氢气气氛下进行退火，两层铝层可分别进行退火处理，也可以同时进行整体的退火处理。退火温度为400~600℃，退火时间为5~20min。退火处理后的钝化铝层和背电场铝层结构中铝原子的堆积结构更为致密，即致密性增强，且使制备得到的钝化铝层和背电场铝层均具有良好的导电性能。
优选，制备背电极包括在背电场铝层上涂覆焊接锡带，该锡带作为背电极。所述锡带的条数可以和正面电极主栅线条数相同或不同，优选相同；涂覆焊接锡带的方法可以为本领域常用技术手段，本申请选用超声波焊接。
优选，锡带的宽度为2.0~5.0mm，厚度为5.0~20μm。
优选，正面电极包括正面电极主栅线、正面电极细栅线、减反射膜层和N型扩散层，所述制备正面电极包括：
步骤a、将硅片制绒、扩散、刻蚀、背光面抛光后，在硅片的向光面沉积一层减反射膜层；
步骤b、在所述减反射膜层上印刷一层正面电极浆料，烧结后，形成正面电极；所述硅片背光面、钝化铝层和背电场铝层形成铝背场。
优选，烧结时的预热温度为200~400℃，峰值温度为920~950℃，整个过烧结炉的时间为2min左右，峰值烧结时间为1s左右。
优选，减反射膜层的材料可以为目前常用的氮化硅材料，可采用等离子化学沉积方法（PECVD）得到，另外，还可根据实际需要设计成一层或多层减反射膜。
烧结后钝化铝层可能与背电场铝层、硅片背光面中的硅形成硅铝合金，即形成铝背场，背电场铝层和钝化铝层均具有良好的导电性能，这样将使得太阳电池的欧姆接触电阻得到降低，填充因子增加，电池的光电转换效率得到显著提升。
本发明无需激光刻槽工艺，制备工艺简单；且相比于激光开槽的氧化铝背钝化太阳能电池，本发明制备的背钝化太阳能电池的串联电阻得到显著降低，填充因子显著增加，光电转换效率得到提升；而相比于目前传统工艺（非背面钝化）的太阳能电池，本发明制备的太阳能电池的短路电流及开路电压都得到较大程度的提高，且串联电阻降低，填充因子增加，因此本发明制备的太阳能电池的转换效率得到显著提升。
本发明所述浆料的印刷工艺、硅片在烧结炉中的烧结工艺、背面电极涂覆焊接工艺，均为本领域常用技术手段，在此不再赘述。
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
步骤1：减反射膜层的制备
采用的硅片规格为：156mm×156mm，厚度为200μm，将硅片制绒、扩散、刻蚀后，将硅片背光面进行抛光处理。再将硅片的向光面采用PECVD方法制备一层厚度为80±4nm，折射率为2.10±0.03的氮化硅减反射膜层。
步骤2：钝化铝层的制备
采用微波电子回旋共振等离子辅助原子层沉积的方法沉积一定厚度的钝化铝层。制备得到一钝化铝层作为一个反应周期，该周期分为四个步骤：第一步，即三甲基铝在高纯度氩气的携带下进入沉积真空腔中，三甲基铝被吸附在硅片背光面上并达到饱和，该步骤高纯度氩气的气体流量为20sccm，脉冲输入时间15s；第二步，采用高纯度氩气将多余的反应气体带出腔体，该步骤高纯度氩气气体流量为30sccm，吹气时间为5s。第三步，输入氢气，与吸附在硅片上的三甲基反应，沉积得到钝化铝层，其中氢气的气体流量为150sccm，脉冲输入时间20s。第四步，再次采用高纯度氩气将反应产物吹出腔体，该步骤的高纯度氩气的气体流量为20sccm，吹气时间为5s。整个周期的时间约为45s。
在制备钝化铝层时，真空腔中的气压为20Pa，硅片的温度为100℃，钝化铝层的沉积速率为1.33×10-2nm/s，在进行10个左右的反应周期（约450s）后，钝化铝层的厚度为6~7nm。
步骤3：背电场铝层的制备
在钝化铝层的整个背面蒸镀一层金属铝，得到背电场铝层，蒸镀时的真空腔中的气压为1.5×10-3Pa，硅片衬底的温度为50℃，蒸发舟的温度为1400℃，沉积时间为60s。蒸镀的得到的背电场铝层的厚度为20~25μm。
步骤4：退火处理
将所述步骤2中得到的钝化铝层和所述步骤3中得到的背电场铝层同时在氢气气氛下进行退火处理，退火处理的温度为500℃，时间为5min。
步骤5：正面电极的制备
采用360目、线宽为37μm的网版在电池的减反射膜层上印刷一层正面电极银浆，印刷湿重为100±10mg，正面电极主栅线设定为三条，而后送进烧结炉中烘干烧结，烧结后，正面电极银浆形成正面电极；钝化铝层、背电场铝层和硅片背光面形成铝背场。
步骤6：背电极的制备
采用1.0~1.5mm的锡丝作为焊接材料，在烧结后的背电场铝层的表面采用超声波焊接的方法涂覆焊接3条锡带，该焊接锡带即形成太阳能电池的背电极，锡带的宽度为3.0mm，厚度为6.0±1.0μm。
该实施例得到的太阳能电池记为S1。
实施例2
将实施例1中步骤2中沉积钝化铝层的时间改为200s，使钝化铝层的厚度变为2~3nm，其余和实施例1相同。
该实施例得到的太阳能电池记为S2。
实施例3
将实施例1中步骤2中沉积钝化铝层的时间改为1200s，使钝化铝层的厚度变为13~15nm，其余和实施例1相同。
该实施例得到的太阳能电池记为S3。
实施例4
将实施例1中步骤2中沉积钝化铝层时的硅片的温度改为50℃，沉积的整体时间不变，得到钝化铝层的厚度为10～12nm。其余和实施例1相同。
该实施例得到的太阳能电池记为S4。
实施例5
将实施例1中步骤2中沉积钝化铝层时的硅片的温度改为200℃，沉积的整体时间不变，得到钝化铝层的厚度为2～4nm。其余和实施例1相同。
该实施例得到的太阳能电池记为S5。
实施例6
将实施例1中步骤3背电场铝层的沉积时间改为100s，得到的背电场铝层的厚度为45~50μm。其余和实施例1相同。
该实施例得到的太阳能电池记为S6。
实施例7
将实施例1中步骤3中背电场铝层的沉积时间改为20s，得到的背电场铝层的厚度为10~12μm。其余和实施例1相同。
该实施例得到的太阳能电池记为S7。
实施例8
将实施例1中步骤4中的退火处理温度改为600℃，其余和实施例1相同。
该实施例得到的太阳能电池记为S8。
对比例1
步骤1：镀钝化膜前硅片的制备
采用的硅片规格为：156mm×156mm，厚度为200μm，将硅片制绒、扩散、刻蚀后，将硅片背光面进行抛光处理，得到镀氧化铝钝化铝层前的硅片。
步骤2：钝化铝层的制备
采用原子层沉积设备，以三甲基铝、去离子水作为沉积原材料。沉积时，做为衬底的硅片温度为250℃，沉积时间为10 s，沉积得到的氧化铝钝化铝层的厚度为5~8nm， 然后在氧气气氛下进行退火处理，退火温度为550℃，退火时间为10min；
步骤3：减反射膜层的制备
采用常规PECVD镀氮化硅膜的工艺在硅片的向光面制备一层厚度为80nm左右的氮化硅减反射膜层。
步骤4：保护层的制备
采用常规PECVD镀氮化硅膜的工艺在氧化铝钝化铝层上制备一层厚度为140~150nm的保护层，其中的氮源为氨气，硅源为硅烷。
步骤5：开口槽的制备
采用频率为200KHz激光开槽打穿保护层和钝化铝层，槽的宽度为50μm，相邻槽中心距离为1000μm。
步骤6：印刷浆料并烧结
在电池的背光面采用280目、带宽为2.5mm的网版印刷背光面银浆（广州市儒兴科技开发有限公司RX61041X10背银浆），印刷湿重为35~50mg，背光面银浆采用三线四段制，烘干；采用250目的网版在印刷背光面钝化专用背电场铝层铝浆（台湾硕禾科技公司L210 铝浆），印刷湿重为 1.30~1.50g，烘干；采用360目、线宽为37μm的网版在电池的向光面印刷向光面银浆（韩国三星科技公司PA-SF8630A1银浆），印刷湿重为100±10mg，主栅线设定为三条，而后入隧道炉中烘干烧结，而后入隧道炉中烘干烧结，烧结后开口槽中的背电场铝层铝浆与硅片形成铝背场，背光面银浆与向光面银浆分别形成背电极与正面电极。
该对比例得到的太阳能电池记为DS1。
对比例2
步骤1：镀减反射膜的硅片的制备
采用的P型硅片规格为：156mm×156mm，厚度为200μm，将硅片制绒、扩散、刻蚀后，得到镀氮化硅减反射膜层的硅片。
步骤2：减反射膜层的制备
与对比例1的步骤3相同。
步骤3：印刷浆料并烧结
在电池的背光面采用280目、带宽为2.5mm的网版印刷背光面银浆（广州市儒兴科技开发有限公司RX61041X10背银浆），印刷湿重为35~50mg，背光面银浆采用三线四段制，烘干；采用250目的网版在印刷背电场铝层铝浆（江苏泓源光电科技股份有限公司HY1305铝浆），印刷湿重为 1.30~1.50g，烘干；采用360目、线宽为37μm的网版在电池的向光面印刷向光面银浆（韩国三星科技公司PA-SF8630A1银浆），印刷湿重为100±10mg，主栅线设定为三条，而后入隧道炉中烘干烧结，而后入隧道炉中烘干烧结，背电场铝层铝浆与硅片形成铝背场，背光面银浆与向光面银浆分别形成背电极与正面电极。
该对比例得到的太阳能电池记为DS2。
性能测试
1、表面状况：
测试仪器：扫描电子显微镜。
测试方法：取以上实施例进行场发射电镜扫描测试，放大5000倍，对微观形貌进行分析，依据测试实施例的测试方法，测试对比例1-2。观察太阳能电池的背光面是否有凹坑、铝疱、铝珠等不良现象，如无不良则记为OK，否则记为NG。测试结果如下表 1。
2、投射电镜测试表面铝层厚度
以上实施例1-8和对比例1-2进行投射电镜扫描测试，放大100000倍。依照比例标尺，计算表面钝化铝层和背电场铝层的厚度。
3、短路电流（Isc，单位：A）、开路电压（Voc，单位：V）、串联电阻（Rs，单位：mΩ）、填充因子（FF）、光电转化效率（Eta，单位：%）：
测试仪器：电池的上述电性能参数采用太阳能电池专用测试仪器，例如，采用单次闪光大面积太阳模拟器进行测试。
测试条件为标准测试条件(STC) ：光强：1000W/m2；光谱：AM1.5；温度：25℃。
测试方法：IEC904-1。测试结果如下表 1。
3、铝层接触的硅片背光面的少子寿命（τ，单位：μs）：
测试仪器：少子寿命测试仪(匈牙利Semilab公司型号WT-2000PV)。
测试方法：反射光电导衰退法（μ-PCD）。
具体的实施例的少子寿命测试方法为：在采用微波电子回旋共振等离子辅助原子层沉积方法在硅片背光面沉积一层钝化铝层后，采用酸反应去除掉该钝化铝层，然后采用少子寿命测试仪测试硅片背光表面的少子寿命。对比例1的少子寿命测试方法为：在采用原子层沉积方法沉积一层氧化铝钝化层后，采用酸反应去除掉该氧化铝钝化层，然后采用少子寿命测试仪测试硅片背光表面的少子寿命。对比例2少子寿命的测试方法为：在硅片进行二次清洗后，采用少子寿命测试仪测试硅片背光表面的少子寿命。测试结果如下表1。
表1
从上表中实施例1-8与对比例1-2的测试结果比较可以看出，采用等离子辅助原子层沉积制备钝化铝层，同时在背表面形成钝化铝层的方法，相比目前的氧化铝钝化铝层加氮化硅保护层工艺得到的背光面钝化电池（对比例1），其工艺过程得到一定程度的简化，尤其是电池的串联电阻（Rs）得到显著降低，填充因子（FF）明显增加，电池的光电转换效率也有所提升；而与未钝化的晶体硅太阳能电池（对比例2）相比，电池的短路电流（Isc）及开路电压(Voc)都得到较大程度的提高，且串联电阻（Rs）降低，填充因子（FF）增加，因此电池的转换效率得到显著提升。

Claims (24)

1.一种背钝化太阳能电池，其特征在于，包括硅片，硅片向光面的正面电极，及硅片背光面的铝层、背电极；所述铝层位于硅片背光面的表面；所述背电极位于铝层的表面；所述铝层包括钝化铝层和背电场铝层，所述铝层接触的硅片背光面的少子寿命为3~10μs。
2.根据权利要求1所述的一种背钝化太阳能电池，其特征在于，所述铝层接触的硅片背光面的少子寿命为4~8μs。
3.根据权利要求1所述的一种背钝化太阳能电池，其特征在于，所述钝化铝层位于硅片背光面的表面，所述背电场铝层位于钝化铝层的表面。
4.根据权利要求3所述的一种背钝化太阳能电池，其特征在于，所述钝化铝层的厚度为1.0~15nm。
5.根据权利要求 4所述的一种背钝化太阳能电池，其特征在于，所述钝化铝层的厚度为2.0~10nm。
6.根据权利要求3所述的一种背钝化太阳能电池，其特征在于，所述背电场铝层的厚度为10~50μm 。
7.根据权利要求 1所述的一种背钝化太阳能电池，其特征在于，所述背电极为锡焊电极。
8.一种如权利要求 1-7任意一项所述的背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括在硅片的向光面制备正面电极，及在硅片背光面依次制备铝层、背电极；制备铝层的步骤包括：
S1、硅片吸附烷基铝；
S2、吸附有烷基铝的硅片与氢气接触，采用原子层沉积的方法在硅片背光面沉积得到钝化铝层；
S3、在钝化铝层上沉积一层金属铝，得到背电场铝层。
9.根据权利要求8所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备铝层的步骤包括：
S1、烷基铝在保护气氛中被吸附在硅片背光面上；
S2、通入氢气，使其与吸附在硅片上的烷基铝反应，采用原子层沉积的方法在硅片背光面沉积得到钝化铝层；
S3、在钝化铝层上沉积一层金属铝，得到背电场铝层。
10.根据权利要求9所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备铝层的步骤包括：
S1、烷基铝在保护气氛中进入沉积腔体，烷基铝被吸附在硅片背光面上并达到饱和；
S2、采用保护气氛将多余的烷基铝带出腔体；通入氢气，使其与吸附在硅片上的烷基铝反应，采用原子层沉积的方法在硅片背光面沉积得到钝化铝层，后采用保护气氛将反应产物气吹出腔体；
S3、在钝化铝层上沉积一层金属铝，得到背电场铝层。
11.根据权利要求10所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述S1中携带烷基铝的保护气氛的气体流量为5.0~50sccm，脉冲输入时间10~30s；所述S2中氢气的气体流量为50~200sccm，脉冲输入时间10~30s；所述S2中前后两次的保护气氛气体流量为10~50sccm，吹气时间为2~10s。
12.根据权利要求10所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，烷基铝在硅片背光面上的饱和吸附量为20~40g/m2。
13.根据权利要求8-10任意一项所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述原子层沉积的方法包括等离子体增强原子层沉积法、热型原子层沉积法、粉末原子层沉积法。
14.根据权利要求11所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于：等离子体增强原子层沉积法为微波电子回旋共振等离子辅助原子层沉积方法。
15.根据权利要求8-10任意一项所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述烷基铝为三甲基铝、三乙基铝、三丁基铝，正三己基铝、一氯二乙基铝、二氯乙基铝中的一种或几种。
16.根据权利要求9-10任意一项所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备钝化铝层的过程中气压为10~100Pa，硅片的温度为50~200℃。
17.根据权利要求9-10任意一项所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述钝化铝层的沉积速率为0.5~3.0×10-2nm/s。
18.根据权利要求8所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备铝层的步骤还包括：将含有铝层的硅片在氢气气氛下进行退火处理。
19.根据权利要求18所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备背电场铝层的气压为1.0×10-3~1.5×10-2Pa，硅片的温度为20~100℃，沉积时间为20~100s。
20.根据权利要求18所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述退火温度为400~600℃，退火时间为5~20min。
21.根据权利要求8所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备背电极包括在背电场铝层上涂覆焊接锡带，该锡带作为背电极。
22.根据权利要求21所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述锡带的宽度为2.0~5.0mm，厚度为5.0~20μm。
23.根据权利要求8所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备正面电极包括：
步骤a、将硅片制绒、扩散、刻蚀、背光面抛光后，在硅片的向光面沉积一层减反射膜层；
步骤b、在所述减反射膜层上印刷一层正面电极浆料，烧结后，形成正面电极；所述钝化铝层、背电场铝层和硅片背光面形成铝背场。
24.根据权利要求23所述的一种背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述烧结时的预热温度为200~400℃，峰值温度为920~950℃，整个过烧结炉的时间为2min，峰值烧结时间为1s。
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