CN108172658A - 一种n型异质结双面太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N型异质结双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：S1：提供N型硅片基体；S2：对N型硅片基体进行双面制绒；S3：在N型硅片基体的正面形成n+轻掺杂层；S4：对N型硅片基体的背面进行腐蚀并清洗；S5：通过一个工艺步骤在N型硅片基体正面的n+轻掺杂层上依次形成正面本征非晶硅层和N型掺杂非晶硅层；S6：通过一个工艺步骤在N型硅片基体的背面依次形成背面本征非晶硅层和P型掺杂非晶硅层；S7：在N型硅片基体的正面和背面形成TCO薄膜；S8：在N型硅片基体的背面形成正电极，并在其正面形成负电极。该方法易于获得良好的表面钝化效果并解决了现有技术中不利于用作太阳电池正面的窗口层的问题，有利于提高电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种N型异质结双面太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。因此，深入研究和利用太阳能资源，对缓解资源危机、改善生态环境具有十分重要的意义。
在各种太阳能电池中，N型异质结电池技术工艺步骤相对简单、无光致衰减、无电位诱导衰减、温度系数低，兼具超高的电池转换效率和双面发电性能，是当今国际研究和产业化的前沿。
以常规N型异质结电池为例，如图1所示，N型异质结双面电池的基本结构包括：N型硅片基体100，硅片基体100的正表面由内到外依次是本征非晶硅层101、P型掺杂非晶硅层102、TCO层103及正电极105；硅片基体的背面由内到外依次是本征非晶硅层101、N型非晶硅掺杂层104、TCO层103及负电极106。
常规制作N型异质结双面电池的工艺流程大致为：清洗制绒-正面非晶(i/P)沉积-背面非晶(i/N)沉积-双面沉积导电氧化层(TCO)-电极印刷&固化-测试&分选。
以上是制作N型异质结双面电池的典型工艺步骤，目前只有日本松下非常好的掌握了N型异质结双面电池的制备工艺，其电池最高转换效率达到了24.7％。其它厂商例如上澎、晋能、梅耶博格等虽然进行长时间工艺研究，但是效率都在22％左右，主要原因是本征非晶硅和掺杂非晶硅沉积工艺是异质结最关键的核心工艺，为了实现对硅基体表面良好的钝化并减少非晶硅层光学吸收，本征非晶硅层和掺杂非晶硅层的厚度一般在5nm-10nm范围，且要求厚度必须非常均匀。这样本征非晶硅层和掺杂非晶硅层生长的工艺窗口非常窄，工艺难度大，多数厂家很难实现。此外，重掺硼所形成的杂质带与价带边相连，使有效带隙宽度降低，这样P型掺杂非晶硅层的光吸收增加，不利于用作太阳电池正面的窗口层。这些限制了电池效率的进一步提高，影响了N型异质结双面电池的发展。
因此，有必要对N型异质结双面电池的制备方法进行改进。
发明内容
本发明提出了一种N型异质结双面太阳能电池的制备方法，以提高N型异质结双面太阳能电池的转换效率。
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种N型异质结双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供N型硅片基体；
S2：对所述N型硅片基体进行双面制绒；
S3：在所述N型硅片基体的正面形成n+轻掺杂层；
S4：对N型硅片基体的背面进行腐蚀并清洗，去除绕扩到背面的n+轻掺杂层和正面扩散形成的PSG；
S5：通过一个工艺步骤在N型硅片基体正面的n+轻掺杂层上依次形成正面本征非晶硅层和N型掺杂非晶硅层；
S6：通过一个工艺步骤在N型硅片基体的背面依次形成背面本征非晶硅层和P型掺杂非晶硅层；
S7：在N型硅片基体的正面和背面形成TCO薄膜；
S8：在N型硅片基体的背面形成正电极，并在N型硅片基体的正面形成负电极。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S2具体为：将N型硅片基体放入质量浓度为1％-3％的NaOH或KOH溶液中进行双面制绒。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S3具体为：对所述N型硅片基体的正面进行磷扩散掺杂形成n+轻掺杂层。
在本发明的一个实施例中，所述n+轻掺杂层的扩散方阻为60Ω/□-150Ω/□，控制方块电阻在该范围内可以保证片内良好的方块电阻均匀性(片内均匀性控制在5％以下)。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S4与步骤S5之间还包括步骤S41:利用质量浓度为0.3％-5％的NaOH或KOH溶液对正面n+轻掺杂层进行轻微腐蚀，对步骤S4形成的n+轻掺杂层203的方块电阻和结深进行调节，使得n+轻掺杂层203的方块电阻为150Ω/□-2000Ω/□，结深为0.3μm-1.2μm。通过步骤S41调整，可以实现对磷扩散形成的表面浓度和结深进行调节，低的表面浓度和浅的结深(对应高的方块电阻)，可以对N型硅片基体正面进行良好的场钝化同时又有助于减少n+轻掺杂层内光生载流子的复合；此外，低的表面浓度更容易获得高质量的n+轻掺杂表面钝化。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S5具体为：通过化学气相沉积工艺在N型硅片基体正面的n+轻掺杂层上依次形成正面本征非晶硅层和N型掺杂非晶硅层，其中所述正面本征非晶硅层和所述N型掺杂非晶硅层的厚度均为5nm-10nm。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S6具体为：通过化学气相沉积工艺在N型硅片基体的背面依次形成背面本征非晶硅层和P型掺杂非晶硅层，其中所述背面本征非晶硅层和所述N型掺杂非晶硅层的厚度均为5nm-10nm。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S7具体为：通过PVD方法在N型硅片基体的正面和背面形成TCO薄膜。
在本发明的一个实施例中，所述TCO薄膜为ITO薄膜，其厚度为50nm-200nm。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S8具体为：在N型硅片基体的背面印刷银铝浆形成正电极，在N型硅片基体的正面印刷银浆形成负电极，并进行固化。
在本发明的一个实施例中，所述正电极包括第一主栅线及第一副栅线，所述负电极包括第二主栅线及第二副栅线。
在本发明的一个实施例中，所述第一副栅线的宽度为30μm-100μm，第一副栅线的数量为60根-150根。
在本发明的一个实施例中，所述二副栅线的宽度为25μm-70μm，第二副栅线的数量为80根-180根。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，存在以下的优点和积极效果：
1)本发明提供的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，在N型硅片基体的正面形成n+轻掺杂层，n+掺杂层可以对N型硅片基体的正面起到很好的场钝化效果，这样可以降低N型硅片基体对正面本征非晶硅钝化层的质量要求。可以减少正面本征非晶硅层的厚度，减少其对正面入射光的吸收，提高电池短路电流和电池效率；且在N型硅片基体的正面形成n+轻掺杂层后，可以降低对正面本征非晶硅钝化膜层厚度的均匀性要求，大幅降低工艺制作难度，易于获得良好的表面钝化效果；
2)通过将P型掺杂非晶硅层转移到电池背面，解决了重掺硼所形成的杂质带与价带边相连，使有效带隙宽度降低，使得P型掺杂非晶硅层的光吸收增加，不利于用作太阳电池正面的窗口层的问题。
附图说明
图1为现有的N型异质结双面电池的基本结构示意图；
图2为本发明实施例提供的N型异质结双面太阳能电池的制备方法的流程图；
图3为依据本发明实施例提供的N型异质结双面太阳能电池的制备方法得到的N型异质结双面太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的N型异质结双面太阳能电池的制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图2-图3，如图2-图3所示，本发明实施例提供了一种N型异质结双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供N型硅片基体200；
S2：对所述N型硅片基体200进行双面制绒；具体地：将N型硅片基体200放入质量浓度为1％-3％的NaOH或KOH溶液中进行双面制绒；
S3：在所述N型硅片基体200的正面形成n+轻掺杂层203；具体地：对所述N型硅片基体200的正面进行磷扩散掺杂一次性形成n+轻掺杂层203；n+轻掺杂层203的扩散方阻为60Ω/□-150Ω/□；当然，本领域技术人员应该认识到，还可以通过磷源旋涂、磷注入或CVD沉积方法结合热退火或者激光掺杂工艺性形成n+轻掺杂层203；
通过在N型硅片基体的正面形成n+轻掺杂层203，n+轻掺杂层203可以对N型硅片基体200的正面起到很好的场钝化效果，这样可以降低N型硅片基体200对正面本征非晶硅钝化层的质量要求。可以减少正面本征非晶硅层的厚度，减少其对正面入射光的吸收，提高电池短路电流和电池效率；且在N型硅片基体的正面形成n+轻掺杂层后，可以降低对正面本征非晶硅钝化膜层厚度的均匀性要求，大幅降低工艺制作难度，易于获得良好的表面钝化效果。
S4：对N型硅片基体200的背面进行腐蚀并清洗，去除绕扩到背面的n+轻掺杂层和正面扩散形成的PSG；
作为优选实施方式，步骤S4后还包括步骤S41:利用质量浓度为0.3％-5％的NaOH或KOH溶液对正面n+轻掺杂层203进行轻微腐蚀，对步骤S4形成的n+轻掺杂层203的方块电阻和结深进行调节，使得n+轻掺杂层203的方块电阻为150Ω/□-2000Ω/□，结深为0.3μm-1.2μm；
S5：通过一个工艺步骤在N型硅片基体200正面的n+轻掺杂层203上依次形成正面本征非晶硅层201和N型掺杂非晶硅层204；具体地：通过化学气相沉积工艺在N型硅片基体200正面的n+轻掺杂层203上依次形成正面本征非晶硅层201和N型掺杂非晶硅层204，其中所述正面本征非晶硅层201和所述N型掺杂非晶硅层204的厚度均为5nm-10nm；
S6：通过一个工艺步骤在N型硅片基体200的背面依次形成背面本征非晶硅层208和P型掺杂非晶硅层202；具体地：通过化学气相沉积工艺在N型硅片基体200的背面依次形成背面本征非晶硅层208和P型掺杂非晶硅层202，其中所述背面本征非晶硅层208和所述N型掺杂非晶硅层202的厚度均为5nm-10nm；
通过将P型掺杂非晶硅层202转移到电池背面，解决了重掺硼所形成的杂质带与价带边相连，使有效带隙宽度降低，使得P型掺杂非晶硅层的光吸收增加，不利于用作太阳电池正面的窗口层的问题。
S7：在N型硅片基体200的正面和背面形成TCO薄膜205；具体地：通过PVD方法在N型硅片基体200的正面和背面形成TCO薄膜205，其中所述TCO薄膜为ITO薄膜，其厚度为50nm-200nm；
S8：在N型硅片基体200的背面形成正电极206，并在N型硅片基体00的正面形成负电极207，具体地：在N型硅片基体200的背面印刷银铝浆形成正电极206，在N型硅片基体200的正面印刷银浆形成负电极207，并进行固化。
在本发明的一个实施例中，所述正电极包括第一主栅线及第一副栅线，所述负电极包括第二主栅线及第二副栅线。所述第一副栅线的宽度为30μm-100μm，第一副栅线的数量为60根-150根。所述二副栅线的宽度为25μm-70μm，第二副栅线的数量为80根-180根。当然，本发明并不以此为限，其它宽度和数量的副栅线也在本发明地保护范围之内。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (13)
1.一种N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供N型硅片基体；
S2：对所述N型硅片基体进行双面制绒；
S3：在所述N型硅片基体的正面形成n+轻掺杂层；
S4：对N型硅片基体的背面进行腐蚀并清洗，去除绕扩到背面的n+轻掺杂层和正面扩散形成的PSG；
S5：通过一个工艺步骤在N型硅片基体正面的n+轻掺杂层上依次形成正面本征非晶硅层和N型掺杂非晶硅层；
S6：通过一个工艺步骤在N型硅片基体的背面依次形成背面本征非晶硅层和P型掺杂非晶硅层；
S7：在N型硅片基体的正面和背面形成TCO薄膜；
S8：在N型硅片基体的背面形成正电极，并在N型硅片基体的正面形成负电极。
2.如权利要求1所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：将N型硅片基体放入质量浓度为1％-3％的NaOH或KOH溶液中进行双面制绒。
3.如权利要求1所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：对所述N型硅片基体的正面进行磷扩散掺杂形成n+轻掺杂层。
4.如权利要求3所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述n+轻掺杂层的扩散方阻为60Ω/□-150Ω/□。
5.如权利要求1所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S4与步骤S5之间还包括步骤S41:利用质量浓度为0.3％-5％的NaOH或KOH溶液对正面n+轻掺杂层进行轻微腐蚀，对步骤S4形成的n+轻掺杂层203的方块电阻和结深进行调节，使得n+轻掺杂层203的方块电阻为150Ω/□-2000Ω/□，结深为0.3μm-1.2μm。
6.如权利要求1所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：通过化学气相沉积工艺在N型硅片基体正面的n+轻掺杂层上依次形成正面本征非晶硅层和N型掺杂非晶硅层，其中所述正面本征非晶硅层和所述N型掺杂非晶硅层的厚度均为5nm-10nm。
7.如权利要求1所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：通过化学气相沉积工艺在N型硅片基体的背面依次形成背面本征非晶硅层和P型掺杂非晶硅层，其中所述背面本征非晶硅层和所述N型掺杂非晶硅层的厚度均为5nm-10nm。
8.如权利要求1所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S7具体为：通过PVD方法在N型硅片基体的正面和背面形成TCO薄膜。
9.如权利要求8所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述TCO薄膜为I TO薄膜，其厚度为50nm-200nm。
10.如权利要求1所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S8具体为：在N型硅片基体的背面印刷银铝浆形成正电极，在N型硅片基体的正面印刷银浆形成负电极，并进行固化。
11.如权利要求10所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述正电极包括第一主栅线及第一副栅线，所述负电极包括第二主栅线及第二副栅线。
12.如权利要求11所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一副栅线的宽度为30μm-100μm，第一副栅线的数量为60根-150根。
13.如权利要求11所述的N型异质结双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述二副栅线的宽度为25μm-70μm，第二副栅线的数量为80根-180根。
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