CN108767026B - 一种硅基光伏电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型硅基光伏电池及其制造方法，包括以下步骤：P型单晶硅片的制绒处理，在所述P型单晶硅片的下表面制备多个呈阵列排布的P+掺杂区，设置阻挡层并在含氧气氛中进行热处理，使得所述P型单晶硅片中的所述第二区的表面掺杂浓度低于所述P型单晶硅片内部的掺杂浓度，在所述P型单晶硅片的上表面形成N型多晶硅，在所述N型多晶硅表面沉积透明导电层，接着在P型单晶硅片的上下表面分别制备铜栅电极金属铝层，以使得所述金属铝层与所述P+掺杂区形成点接触。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，特别是涉及一种硅基光伏电池及其制造方法。
背景技术
能源是人类社会发展的坚实基础，以石油、煤炭等化石燃料为代表的不可再生能源极大地促进了世界各国的科技发展和经济增长。然而，化石燃料的过度使用带来了一系列的问题，如能源危机、环境污染、温室效应等问题，这促使人类积极探寻的、清洁的、绿色安全的、可再生的能源-太阳能，由此极大地促进了太阳能电池技术的飞速发展，特别是硅基太阳能电池的发展引起了人们的广泛关注。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种硅基光伏电池及其制造方法。
为实现上述目的，本发明提出的一种硅基光伏电池的制造方法，包括以下步骤：
1)提供一P型单晶硅片，对所述p型单晶硅片进行制绒处理，在所述p型单晶硅片的上表面形成绒面层。
2)利用掩膜在所述P型单晶硅片的下表面选择性扩散硼，以在所述P型单晶硅片的下表面形成多个呈阵列排布的P+掺杂区。
3)接着在所述P型单晶硅片的上表面的局部区域形成第一阻挡层，将所述P型单晶硅片分为第一区和第二区，所述第一阻挡层覆盖所述第一区，且所述第二区未被所述第一阻挡层覆盖，在所述P型单晶硅片的下表面形成第二阻挡层，所述第二阻挡层完全覆盖所述P型单晶硅片的下表面。
4)接着将步骤3得到的P型单晶硅片在含氧气氛中进行热处理，在所述P型单晶硅片的上表面形成氧化硅层，使得所述P型单晶硅片中的所述第二区的表面掺杂浓度低于所述P型单晶硅片内部的掺杂浓度。
5)接着去除所述P型单晶硅片的上表面的所述第一阻挡层和所述氧化硅层。
6)接着在所述P型单晶硅片的上表面沉积N型非晶硅，然后进行退火处理，N型非晶硅变成N型多晶硅。
7)接着在所述N型多晶硅表面沉积透明导电层。
8)接着对所述第二阻挡层进行选择性刻蚀，以在每个所述P+掺杂区的对应位置形成穿孔，每个所述穿孔暴露相应的每个所述P+掺杂区。
9)在所述步骤8得到的所述P型单晶硅片的上表面沉积铜栅电极。
10)在所述步骤9得到的所述P型单晶硅片的下表面沉积金属铝层，以使得所述金属铝层与所述P+掺杂区形成点接触。
如上硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤3)中，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的材质为氮化硅或氧化铝，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的厚度为100-150纳米，所述第二区包括多个呈阵列排布的圆形区域，所述圆形区域的直径为5-10毫米，相邻所述圆形区域的间距为5-10毫米。
如上硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤4)中，所述含氧气氛为水蒸气或氧气，所述热处理的温度为600-900℃，所述热处理的时间为10-30分钟。
如上硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤5)中，通过湿法刻蚀或干法刻蚀去除所述第一阻挡层和所述氧化硅层。
如上硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤6)中，所述退火处理的温度为550-850℃，所述退火处理的时间为20-50分钟，所述N型多晶硅的掺杂浓度小于所述P型单晶硅片的掺杂浓度，所述N型多晶硅的厚度为30-80纳米。
如上硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤7)中，所述透明导电层的材质为ITO、FTO或AZO，所述透明导电层的厚度为60-150纳米。
如上硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤8)中，所述穿孔的直径为3-6毫米，相邻所述穿孔的间距为5-10毫米，每个所述穿孔的尺寸与每个所述P+掺杂区的尺寸相同。
如上硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤9)中，通过热蒸镀法形成所述铜栅电极，所述铜栅电极的厚度为50-100纳米；在所述步骤10)中，通过热蒸镀法形成所述金属铝层，所述金属铝层的厚度为200-300纳米。
本发明还提出一种硅基光伏电池，其采用上述方法制备形成的。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的硅基光伏电池的制备过程中，通过设置阻挡层并在含氧气氛中进行热处理，使得所述P型单晶硅片中的所述第二区的表面掺杂浓度低于所述P型单晶硅片内部的掺杂浓度，且通过优化第二区中的多个圆形区域的具体尺寸与间距，进而有效调节第一区的面积与第二区的面积的比值，进而改善P型单晶硅片与N型多晶硅之间的PN结接触性能。在P型单晶硅片上制备N型多晶硅的过程中，使得所述N型多晶硅的掺杂浓度小于所述P型单晶硅片的掺杂浓度，并在所述P型单晶硅片的下表面形成多个呈阵列排布的P+掺杂区，通过各层之间的配合作用，使得该硅基光伏电池具有优异的光电转换效率。
附图说明
图1为本发明的硅基光伏电池的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出一种硅基光伏电池，所述硅基光伏电池从下至上包括金属铝层1、第二阻挡层2、P型单晶硅片3、N型多晶硅4、透明导电层5以及铜栅电极6，其中，所述P型单晶硅片3的下表面具有P+掺杂区31，所述金属铝层1通过所述第二阻挡层2的所述穿孔21与所述P+掺杂区31形成形成点接触。
本发明还提出上述硅基光伏电池的制造方法，包括以下步骤：
1)提供一P型单晶硅片，对所述p型单晶硅片进行制绒处理，在所述p型单晶硅片的上表面形成绒面层。
2)利用掩膜在所述P型单晶硅片的下表面选择性扩散硼，以在所述P型单晶硅片的下表面形成多个呈阵列排布的P+掺杂区。
3)接着在所述P型单晶硅片的上表面的局部区域形成第一阻挡层，将所述P型单晶硅片分为第一区和第二区，所述第一阻挡层覆盖所述第一区，且所述第二区未被所述第一阻挡层覆盖，在所述P型单晶硅片的下表面形成第二阻挡层，所述第二阻挡层完全覆盖所述P型单晶硅片的下表面。
4)接着将步骤3得到的P型单晶硅片在含氧气氛中进行热处理，在所述P型单晶硅片的上表面形成氧化硅层，使得所述P型单晶硅片中的所述第二区的表面掺杂浓度低于所述P型单晶硅片内部的掺杂浓度。
5)接着去除所述P型单晶硅片的上表面的所述第一阻挡层和所述氧化硅层。
6)接着在所述P型单晶硅片的上表面沉积N型非晶硅，然后进行退火处理，N型非晶硅变成N型多晶硅。
7)接着在所述N型多晶硅表面沉积透明导电层。
8)接着对所述第二阻挡层进行选择性刻蚀，以在每个所述P+掺杂区的对应位置形成穿孔，每个所述穿孔暴露相应的每个所述P+掺杂区。
9)在所述步骤8得到的所述P型单晶硅片的上表面沉积铜栅电极。
10)在所述步骤9得到的所述P型单晶硅片的下表面沉积金属铝层，以使得所述金属铝层与所述P+掺杂区形成点接触。
其中，在所述步骤3)中，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的材质为氮化硅或氧化铝，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的厚度为100-150纳米，所述第二区包括多个呈阵列排布的圆形区域，所述圆形区域的直径为5-10毫米，相邻所述圆形区域的间距为5-10毫米。在所述步骤4)中，所述含氧气氛为水蒸气或氧气，所述热处理的温度为600-900℃，所述热处理的时间为10-30分钟。在所述步骤5)中，通过湿法刻蚀或干法刻蚀去除所述第一阻挡层和所述氧化硅层。在所述步骤6)中，所述退火处理的温度为550-850℃，所述退火处理的时间为20-50分钟，所述N型多晶硅的掺杂浓度小于所述P型单晶硅片的掺杂浓度，所述N型多晶硅的厚度为30-80纳米。在所述步骤7)中，所述透明导电层的材质为ITO、FTO或AZO，所述透明导电层的厚度为60-150纳米。在所述步骤8)中，所述穿孔的直径为3-6毫米，相邻所述穿孔的间距为5-10毫米，每个所述穿孔的尺寸与每个所述P+掺杂区的尺寸相同。在所述步骤9)中，通过热蒸镀法形成所述铜栅电极，所述铜栅电极的厚度为50-100纳米；在所述步骤10)中，通过热蒸镀法形成所述金属铝层，所述金属铝层的厚度为200-300纳米。
实施例1：
本发明还提出上述硅基光伏电池的制造方法，包括以下步骤：
1)提供一P型单晶硅片，对所述p型单晶硅片进行制绒处理，在所述p型单晶硅片的上表面形成绒面层。
2)利用掩膜在所述P型单晶硅片的下表面选择性扩散硼，以在所述P型单晶硅片的下表面形成多个呈阵列排布的P+掺杂区。
3)接着在所述P型单晶硅片的上表面的局部区域形成第一阻挡层，将所述P型单晶硅片分为第一区和第二区，所述第一阻挡层覆盖所述第一区，且所述第二区未被所述第一阻挡层覆盖，在所述P型单晶硅片的下表面形成第二阻挡层，所述第二阻挡层完全覆盖所述P型单晶硅片的下表面。
4)接着将步骤3得到的P型单晶硅片在含氧气氛中进行热处理，在所述P型单晶硅片的上表面形成氧化硅层，使得所述P型单晶硅片中的所述第二区的表面掺杂浓度低于所述P型单晶硅片内部的掺杂浓度。
5)接着去除所述P型单晶硅片的上表面的所述第一阻挡层和所述氧化硅层。
6)接着在所述P型单晶硅片的上表面沉积N型非晶硅，然后进行退火处理，N型非晶硅变成N型多晶硅。
7)接着在所述N型多晶硅表面沉积透明导电层。
8)接着对所述第二阻挡层进行选择性刻蚀，以在每个所述P+掺杂区的对应位置形成穿孔，每个所述穿孔暴露相应的每个所述P+掺杂区。
9)在所述步骤8得到的所述P型单晶硅片的上表面沉积铜栅电极。
10)在所述步骤9得到的所述P型单晶硅片的下表面沉积金属铝层，以使得所述金属铝层与所述P+掺杂区形成点接触。
其中，在所述步骤3)中，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的材质为氮化硅或氧化铝，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的厚度为120纳米，所述第二区包括多个呈阵列排布的圆形区域，所述圆形区域的直径为8毫米，相邻所述圆形区域的间距为8毫米。在所述步骤4)中，所述含氧气氛为水蒸气，所述热处理的温度为750℃，所述热处理的时间为25分钟。在所述步骤5)中，通过干法刻蚀去除所述第一阻挡层和所述氧化硅层。在所述步骤6)中，所述退火处理的温度为700℃，所述退火处理的时间为35分钟，所述N型多晶硅的掺杂浓度小于所述P型单晶硅片的掺杂浓度，所述N型多晶硅的厚度为50纳米。在所述步骤7)中，所述透明导电层的材质为ITO，所述透明导电层的厚度为120纳米。在所述步骤8)中，所述穿孔的直径为5毫米，相邻所述穿孔的间距为8毫米，每个所述穿孔的尺寸与每个所述P+掺杂区的尺寸相同。在所述步骤9)中，通过热蒸镀法形成所述铜栅电极，所述铜栅电极的厚度为90纳米；在所述步骤10)中，通过热蒸镀法形成所述金属铝层，所述金属铝层的厚度为250纳米。
该硅基光伏电池的光电转换效率为22.4％。
实施例2
本发明还提出上述硅基光伏电池的制造方法，包括以下步骤：
1)提供一P型单晶硅片，对所述p型单晶硅片进行制绒处理，在所述p型单晶硅片的上表面形成绒面层。
2)利用掩膜在所述P型单晶硅片的下表面选择性扩散硼，以在所述P型单晶硅片的下表面形成多个呈阵列排布的P+掺杂区。
3)接着在所述P型单晶硅片的上表面的局部区域形成第一阻挡层，将所述P型单晶硅片分为第一区和第二区，所述第一阻挡层覆盖所述第一区，且所述第二区未被所述第一阻挡层覆盖，在所述P型单晶硅片的下表面形成第二阻挡层，所述第二阻挡层完全覆盖所述P型单晶硅片的下表面。
4)接着将步骤3得到的P型单晶硅片在含氧气氛中进行热处理，在所述P型单晶硅片的上表面形成氧化硅层，使得所述P型单晶硅片中的所述第二区的表面掺杂浓度低于所述P型单晶硅片内部的掺杂浓度。
5)接着去除所述P型单晶硅片的上表面的所述第一阻挡层和所述氧化硅层。
6)接着在所述P型单晶硅片的上表面沉积N型非晶硅，然后进行退火处理，N型非晶硅变成N型多晶硅。
7)接着在所述N型多晶硅表面沉积透明导电层。
8)接着对所述第二阻挡层进行选择性刻蚀，以在每个所述P+掺杂区的对应位置形成穿孔，每个所述穿孔暴露相应的每个所述P+掺杂区。
9)在所述步骤8得到的所述P型单晶硅片的上表面沉积铜栅电极。
10)在所述步骤9得到的所述P型单晶硅片的下表面沉积金属铝层，以使得所述金属铝层与所述P+掺杂区形成点接触。
其中，在所述步骤3)中，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的材质为氮化硅或氧化铝，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的厚度为150纳米，所述第二区包括多个呈阵列排布的圆形区域，所述圆形区域的直径为10毫米，相邻所述圆形区域的间距为10毫米。在所述步骤4)中，所述含氧气氛为氧气，所述热处理的温度为900℃，所述热处理的时间为15分钟。在所述步骤5)中，通过湿法刻蚀去除所述第一阻挡层和所述氧化硅层。在所述步骤6)中，所述退火处理的温度为850℃，所述退火处理的时间为25分钟，所述N型多晶硅的掺杂浓度小于所述P型单晶硅片的掺杂浓度，所述N型多晶硅的厚度为30纳米。在所述步骤7)中，所述透明导电层的材质为AZO，所述透明导电层的厚度为150纳米。在所述步骤8)中，所述穿孔的直径为4毫米，相邻所述穿孔的间距为6毫米，每个所述穿孔的尺寸与每个所述P+掺杂区的尺寸相同。在所述步骤9)中，通过热蒸镀法形成所述铜栅电极，所述铜栅电极的厚度为100纳米；在所述步骤10)中，通过热蒸镀法形成所述金属铝层，所述金属铝层的厚度为200纳米。
该硅基光伏电池的光电转换效率为21.8％。
以上所述是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)提供一P型单晶硅片，对所述p型单晶硅片进行制绒处理，在所述p型单晶硅片的上表面形成绒面层；
2)利用掩膜在所述P型单晶硅片的下表面选择性扩散硼，以在所述P型单晶硅片的下表面形成多个呈阵列排布的P+掺杂区；
3)接着在所述P型单晶硅片的上表面的局部区域形成第一阻挡层，将所述P型单晶硅片分为第一区和第二区，所述第一阻挡层覆盖所述第一区，且所述第二区未被所述第一阻挡层覆盖，在所述P型单晶硅片的下表面形成第二阻挡层，所述第二阻挡层完全覆盖所述P型单晶硅片的下表面，所述第二区包括多个呈阵列排布的圆形区域，所述圆形区域的直径为5-10毫米，相邻所述圆形区域的间距为5-10毫米；
4)接着将步骤3得到的P型单晶硅片在含氧气氛中进行热处理，在所述P型单晶硅片的上表面形成氧化硅层，使得所述P型单晶硅片中的所述第二区的表面掺杂浓度低于所述P型单晶硅片内部的掺杂浓度；
5)接着去除所述P型单晶硅片的上表面的所述第一阻挡层和所述氧化硅层；
6)接着在所述P型单晶硅片的上表面沉积N型非晶硅，然后进行退火处理，N型非晶硅变成N型多晶硅，所述N型多晶硅的掺杂浓度小于所述P型单晶硅片的掺杂浓度；
7)接着在所述N型多晶硅表面沉积透明导电层；
8)接着对所述第二阻挡层进行选择性刻蚀，以在每个所述P+掺杂区的对应位置形成穿孔，每个所述穿孔暴露相应的每个所述P+掺杂区；
9)在所述步骤8得到的所述P型单晶硅片的上表面沉积铜栅电极；
10)在所述步骤9得到的所述P型单晶硅片的下表面沉积金属铝层，以使得所述金属铝层与所述P+掺杂区形成点接触。
2.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤3)中，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的材质为氮化硅或氧化铝，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层的厚度为100-150纳米。
3.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤4)中，所述含氧气氛为水蒸气或氧气，所述热处理的温度为600-900℃，所述热处理的时间为10-30分钟。
4.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤5)中，通过湿法刻蚀或干法刻蚀去除所述第一阻挡层和所述氧化硅层。
5.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤6)中，所述退火处理的温度为550-850℃，所述退火处理的时间为20-50分钟，所述N型多晶硅的厚度为30-80纳米。
6.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤7)中，所述透明导电层的材质为ITO、FTO或AZO，所述透明导电层的厚度为60-150纳米。
7.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤8)中，所述穿孔的直径为3-6毫米，相邻所述穿孔的间距为5-10毫米，每个所述穿孔的尺寸与每个所述P+掺杂区的尺寸相同。
8.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤9)中，通过热蒸镀法形成所述铜栅电极，所述铜栅电极的厚度为50-100纳米；在所述步骤10)中，通过热蒸镀法形成所述金属铝层，所述金属铝层的厚度为200-300纳米。
9.一种硅基光伏电池，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的方法制备形成的。
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