CN109346536B - 一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及其制备方法,属于太阳能电池领域。太阳能电池以N型硅片或P型硅片作为基底,N型硅片基底受光面从下至上结构依次为:P+扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极;N型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、包裹金属纳米粒子的氧化铝薄膜、N型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极;P型硅片基底受光面从下至上结构依次为:N+扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极;P型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、包裹金属纳米粒子的氧化铝薄膜、P型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极,叠层之间存在相互协同作用,得到的太阳能电池能显著提高电池效率。
Description
技术领域
本发明专利属于太阳能电池技术领域,涉及一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构和制备方法
背景技术
为了降低光伏发电度电成本,需进一步提高太阳能电池的转换效率。接触区的复合损失必须得到解决。解决这一问题目前产业界采用的方法是利用局部接触结构,如PERC、PERL、PERT电池。在这种电池结构中,大部分面积覆盖了钝化层,减少了硅和金属接触的面积。然而,这些电池都需要局部开孔,增加了工艺复杂性,同时开孔处的复合和横向传输也成了电池设计的关键因素。另一种降低接触复合损失的方法就是所谓的钝化接触结构(passivation contact)。2013年,Fraunhofer ISE开发了一种隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)技术。这种结构中,硅和金属电极之间没有接触,而是夹着介质材料。该方法可有效地抑制硅和金属电极界面处的复合,同时又起到接触的作用。因此,钝化接触技术同时具备简化太阳能电池制造流程和高效率的潜力。这种技术使用超薄的氧化层钝化硅电池的背面,氧化层使用湿法化学生长,厚度为1.4nm,随后在氧化层之上,沉积100nm掺磷的非晶硅,之后经过退火加强钝化效果。但是这种方法对薄膜厚度要求很高,高于2nm将严重的影响到载流子的收集。
发明内容
为了解决以上问题,本发明提供一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及制备方法,将金属纳米粒子和介质膜结合起来,引入了电子隧穿通道,增强了载流子隧穿效应,加强了电子和空穴的收集,而且制备得新结构的太阳电池,各层之间相互协同,可以降低光照面的反射,增强太阳光的吸收效率,提高电池的转换效率,并使得薄膜不受2nm厚度的要求,扩大的使用范围。
为了解决上述问题,本发明的技术方案如下:
所述的N型硅片基底受光面从下至上结构依次为:P+扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极;
所述的N型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、N型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极;
所述的P型硅片基底受光面从下至上结构依次为:N+扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极;
所述的P型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、P型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极。
所述的金属纳米粒子为银或铝粒子。
所述的N型硅片基底太阳能电池制备方法为:
(1)N型硅片双面制绒,之后进行RCA清洗;
(2)硅片进扩散管,进行B扩散,受光面形成pn结;
(3)采用单面刻蚀设备,将硅片正面B扩面水膜保护,背面便用碱或酸去掉绕扩的结,并形成抛光面,最后过HF去掉受光面硼硅玻璃BSG;
(4)背面制备氧化铝薄膜,使用的方法为ALD,厚度约为1-1.5nm,或使用热硝酸氧化,采用紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜;
(5)硅片背面使用热蒸发方法制备2-5nm的金属薄膜,之后500℃退火,形成金属纳米粒子,退火过程也可增强钝化膜的钝化效果;
(6)受光面制备氧化铝或氧化硅薄膜,使用的方法为ALD,厚度为3-10nm,背面制备包裹纳米粒子的氧化铝,厚度为3-5nm;
(7)背面制备非晶硅薄膜,厚度约为80-200nm,再进行退火、扩散掺杂P源,形成N型多晶硅层;
(8)采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅,并去除背面磷硅玻璃PSG层;
(9)双面采用PECVD方法镀氮化硅薄膜,背面膜厚80-150nm,受光面膜厚60-70nm;
(10)最后制备双面的栅线电极,使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。
所述的P型硅片基底太阳能电池制备方法为:
(1)P型硅片双面制绒,之后进行RCA清洗;
(2)硅片进扩散管,进行P扩散,受光面形成pn结;
(3)采用单面刻蚀设备,将硅片正面P扩面水膜保护,背面便用碱或酸去掉绕扩的结,并形成抛光面,最后过HF去掉正面磷硅玻璃PSG;
(4)背面制备氧化铝薄膜,使用的方法为ALD,厚度约为1-1.5nm,或使用热硝酸氧化,采用紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜;
(5)硅片背面使用热蒸发方法制备2-5nm的Al薄膜,之后500℃退火,形成金属纳米粒子,退火过程也可增强钝化膜的钝化效果;
(6)背面制备氧化铝薄膜,使用的方法为ALD,背面膜厚度为3-5nm,包裹金属纳米粒子;
(7)背面制备非晶硅薄膜,厚度约为80-200nm。再进行退火、扩散掺杂硼源,形成P型多晶硅层;
(8)采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅,并去除背面硼硅玻璃BSG层;
(9)受光面进炉管生长一层厚度3-10nm的氧化硅层;
(10)双面采用PECVD方法镀氮化硅薄膜,背面膜厚80-150nm,受光面膜厚60-70nm;
(11)最后制备双面的栅线电极,使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明在氧化铝或氧化硅薄膜上,采用退火方法在薄膜上形成纳米金属粒子,形成的纳米金属粒子均匀分布,可增强钝化膜的钝化效果,在形成金属纳米粒子后,再制备一层氧化铝进一步包覆,不仅有利于钝化性能的提高,还能进一步增强后续金属粒子的陷光作用,增强太阳光的吸收效率;
(2)本发明在N型硅片或P型硅片包裹金属纳米粒子的氧化铝薄膜后制备非晶硅薄膜,再进行退火、扩散掺杂P源或B源,形成N型或P型多晶硅层,并在其上再形成一层氮化硅薄膜,各层之间具有协同作用,使形成的结构可起到良好的陷光作用,降低复合速率,还能提高金属粒子的载流子传输能力,促进电池的电流传输;
(3)本发明制备的N型硅片或P型硅片结构中各参数选择是为了对入射光起到很好的背反射作用,并且各层之间相互配合,相互协同可以增加背面光的反射,增强太阳光的吸收效率,提高电池的转换效率,提高其电池的综合性能,并使得介质膜不受2nm厚度的要求,扩大使用范围。
附图说明
图1是以N型硅片为基底的背接触钝化晶体硅太阳能电池结构;
图2是以P型硅片为基底的背接触钝化晶体硅太阳能电池结构。
具体实施方式
实施例1
1.N型硅片双面制绒,之后进行RCA清洗
2.硅片进扩散管,进行B扩散,受光面形成pn结
3.采用单面刻蚀设备,将硅片正面B扩面水膜保护,背面便用碱或酸去掉绕扩的结,并形成抛光面,最后过HF去掉受光面硼硅玻璃BSG
4.背面制备氧化铝薄膜,使用的方法为ALD,厚度约为1.5nm,(也可以使用热硝酸氧化,或者紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜)
5.硅片背面使用热蒸发方法制备5nm的Ag薄膜,之后500℃退火,形成金属纳米粒子,退火过程也可增强钝化膜的钝化效果;
6.受光面制备氧化铝或氧化硅薄膜,使用的方法为ALD,厚度为5nm,背面制备包裹纳米粒子的氧化铝,厚度为5nm;
7.背面制备非晶硅薄膜,厚度约为80nm。再进行退火、扩散掺杂P源,形成N型多晶硅层;
8.采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅,并去除背面磷硅玻璃PSG层;
9.双面采用PECVD方法镀氮化硅薄膜,背面膜厚80nm,受光面膜厚60nm。
10.最后制备双面的栅线电极,使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。
实施例2
1.P型硅片双面制绒,之后进行RCA清洗
2.硅片进扩散管,进行P扩散,受光面形成pn结
3.采用单面刻蚀设备,将硅片正面P扩面水膜保护,背面便用碱或酸去掉绕扩的结,并形成抛光面,最后过HF去掉正面磷硅玻璃PSG
4.背面制备氧化铝薄膜,使用的方法为ALD,厚度约为1.5nm,(也可以使用热硝酸氧化,或者紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜)
5.硅片背面使用热蒸发方法制备5nm的Al薄膜,之后500℃退火,形成金属纳米粒子,退火过程也可增强钝化膜的钝化效果,
6.背面制备氧化铝薄膜,使用的方法为ALD,背面膜厚度为5nm,包裹金属纳米粒子。
7.背面制备非晶硅薄膜,厚度约为80nm。再进行退火、扩散掺杂硼源,形成P型多晶硅层。
8.采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅,并去除背面硼硅玻璃BSG层。
9.受光面进炉管生长一层厚度3nm的氧化硅层。
10.双面采用PECVD方法镀氮化硅薄膜,背面膜厚80nm,受光面膜厚60nm。
11.最后制备双面的栅线电极,使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。
对比例1
对比例1与实施例1相比,将步骤(6)“背面制备氧化铝,厚度为5nm”去除,其余步骤为实施例1相同。
得到的N型硅片基底太阳能电池的结构为:
N型硅片基底受光面从下至上结构依次为:P+扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极;
N型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、N型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极。
对比例1(a)
对比例1(a)与实施例2相比,将步骤(6)“背面制备氧化铝,厚度为5nm”去除,其余步骤为实施例2相同,制备得P型硅片基底太阳能电池结构。
对比例2
对比例2与实施例1相比,将步骤(7)和步骤(8)去除,其余步骤与实施例1相同,制备得N型硅片基底太阳能电池。
N型硅片基底受光面从下至上结构依次为:P+扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极;
N型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极。
对比例2(a)
对比例2(a)与实施例2相比,步骤(7)和步骤(8)去除,其余步骤与实施例2相同,制备得P型硅片基底太阳能电池。
P型硅片基底受光面从下至上结构依次为:N+扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极;
P型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极。
对比例3
对比例3与实施例1相比,步骤(7)和步骤(8)与步骤(6)顺序互换,其余步骤与实施例1相同。得到的N型硅片基底太阳能电池的结构为:
N型硅片基底受光面从下至上结构依次为:P+扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极;
N型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、N型多晶硅、氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极。
对比例3(a)
对比例3与实施例2相比,将步骤(7)和步骤(8)与步骤(6)顺序互换,其余步骤与实施例2相同。得到的P型硅片基底太阳能电池的结构为:
P型硅片基底受光面从下至上结构依次为:N+扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极;
P型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、P型多晶硅、氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极。
对比例4
对比例4与实施例1相比,去除步骤(9),其余步骤与实施例1相同。
得到的N型硅片基底太阳能电池的结构为:
N型硅片基底受光面从下至上结构依次为:P+扩散层、氧化硅或氧化铝、栅线电极;
N型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、N型多晶硅、栅线电极。
对比例4(a)
对比例4(a)与实施例2相比,去除步骤(9),其余步骤与实施例2相同。
得到的P型硅片基底太阳能电池的结构为:
P型硅片基底受光面从下至上结构依次为:N+扩散层、氧化硅薄膜、栅线电极;
P型硅片基底背面从上至下结构依次为:氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、P型多晶硅、栅线电极。
将实施例1、实施例2和对比例制得的电池结构在太阳能电池中的应用,对太阳能电池进行性能测试,测试结果如表1所述:
表1
Claims (1)
1.一种制备接触钝化晶体硅太阳能电池的方法,其特征在于:所述的太阳能电池以P型硅片作为基底:
所述的P型硅片基底受光面从下至上结构依次为:N+扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极;
所述的P型硅片基底背面从上至下结构依次为:1~1.5nm氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、3~5nm氧化铝薄膜、P型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极;
所述P型硅片基底太阳能电池制备方法为:
(1)P型硅片双面制绒,之后进行RCA清洗;
(2)硅片进扩散管,进行P扩散,受光面形成pn结;
(3)采用单面刻蚀设备,将硅片正面P扩面水膜保护,背面便用碱或酸去掉绕扩的结,并形成抛光面,最后过HF去掉正面磷硅玻璃PSG;
(4)背面制备氧化铝薄膜,使用的方法为ALD,厚度为1-1.5nm,或使用热硝酸氧化,采用紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜;
(5)硅片背面使用热蒸发方法制备2-5nm的Al薄膜,之后500℃退火,形成金属纳米粒子,退火过程也可增强钝化膜的钝化效果;
(6)背面制备氧化铝薄膜,使用的方法为ALD,背面膜厚度为3-5nm,包裹金属纳米粒子;
(7)背面制备非晶硅薄膜,厚度为80-200nm,再进行退火、扩散掺杂硼源,形成P型多晶硅层;
(8)采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅,并去除背面硼硅玻璃BSG层;
(9)受光面进炉管生长一层厚度3-10nm的氧化硅层;
(10)双面采用PECVD方法镀氮化硅薄膜,背面膜厚80-150nm,受光面膜厚60-70nm;
(11)最后制备双面的栅线电极,使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。
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