CN109346549A - N型双面太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的N型双面太阳电池，电池正电极一侧依次为：电池正电极、氮化硅层、P型掺杂PolySi多晶硅层、第一二氧化硅钝化层、N型硅衬底；电池负电极一侧依次为：电池负电极、n型区域掺杂PolySi多晶硅层、本征PolySi多晶硅层、第二二氧化硅钝化层、N型硅衬底。还提供了N型双面太阳电池的制备方法。本发明提供的N型双面太阳电池具备更低的界面态密度，而P型和N型掺杂层具备更可控的掺杂浓度，拥有更高的填充因子。N型双面太阳电池的制备方法，采用LPCVD制备双面无绕镀TOPCon结构双面电池，同时运用掩膜，激光开槽和激光掺杂等工艺方式实现双面电池结构，并最大限度的保留了硅衬底的少数载流子寿命。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池制造技术领域，尤其涉及N型双面太阳电池及其制备方法。
背景技术
在能源短缺、环境污染问题日益突出的背景下，发展可再生能源已成为全球的重大课题，利用太阳能则是发展可再生能源的一个重点方向，世界光伏市场在过去十年一直保持着年均30％以上的高速增长。当前主流晶体硅太阳电池主流技术以多晶黑硅与PERC结构电池为主，基本流程由在P型N型硅衬底上以制绒、扩散、刻蚀、沉积减反膜、丝网印刷方法制造太阳电池。然而P型晶硅电池受氧的影响会出现性能上的衰退。随着全球光伏补贴政策的不断收紧，市场对高性能电池的需求越来越旺盛，而N型电池硼含量少，性能的稳定性高于P型晶硅电池。同时由于N型电池的少子寿命更高，这对于制备更高效的太阳电池奠定了基础。
目前，现有的N型晶硅太阳电池主要为前发射极N型电池，主要是通过在N型衬底上通过表面硼扩散的方法制备PN结，然后通过丝网印刷，蒸镀等方法制备前电极。但是此种N型晶硅电池前表面的硼原子在紫外光的作用下，仍然可以和衬底中的氧形成硼氧键，在长时间的紫外光照射下，电池仍有衰退现象，因此不利于太阳电池效率的提升。同时此传统电池的有栅极的遮挡，遮光损失接近5％且前表面电极烧结也会影响前表面高效利用光电子的利用率，降低了N型硅电池效率，使得电池效率的提高受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种N型双面太阳电池及其制备方法，以解决传统电池有栅极遮挡降低了N型硅电池效率的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种N型双面太阳电池，电池正电极一侧依次为：电池正电极、氮化硅层、P型掺杂PolySi多晶硅层、第一二氧化硅钝化层、N型硅衬底；电池负电极一侧依次为：电池负电极、n型区域掺杂PolySi多晶硅层、本征PolySi多晶硅层、第二二氧化硅钝化层、N型硅衬底；其中，电池正电极穿过第一二氧化硅钝化层与P型掺杂PolySi多晶硅层形成欧姆接触，电池负电极穿过第二二氧化硅钝化层与n型区域掺杂PolySi多晶硅层形成欧姆接触。
进一步地，所述N型硅衬底覆盖有第一二氧化硅钝化层。
进一步地，所述P型掺杂PolySi多晶硅层覆盖有氮化硅层。
进一步地，所述本征PolySi多晶硅层钝化非金属接触区域。
本发明还提供一种N型双面太阳电池的制备方法，包括：选择N型硅衬底，其电阻率在0.8Ω.cm到3.0Ω.cm之间，少子寿命大于1000us；在所述N型硅衬底上进行700-950℃热生长二氧化硅钝化层；在N型硅衬的背表面沉积本征多晶硅；在所述本征多晶硅上沉积SiC掩膜层；激光开槽所述SiC掩膜层，用低压管式扩散炉扩散磷源并形成N型掺杂多晶硅层；清洗去除磷硅玻璃和所述SiC掩膜层后，在前表面700-950℃热生长二氧化硅钝化层；在N型硅衬底的前表面沉积本征多晶硅；在前表面沉积P型非晶硅薄膜，采用激光掺杂形成P型多晶硅膜层；清洗去除非晶硅薄膜及损伤层；沉积前背面氮化硅薄膜；制作电池的正极和负极；烧结。
进一步地，在所述N型硅衬底上进行700-950℃热生长二氧化硅钝化层步骤前，对所述N型硅衬底表面进行双面抛光，制绒并进行化学清洗。
进一步地，采用PECVD在所述本征多晶硅上沉积SiC掩膜层。
进一步地，在前表面用PECVD沉积P型非晶硅薄膜，采用激光掺杂形成P型多晶硅膜层。
进一步地，采用355nm的UV激光在N型硅衬底的背表面开槽，去除本征非晶SiC，开槽的宽度在100nm到300nm。
进一步地，用355nm的UV激光在N型衬底背表面进行激光掺杂。
进一步地，在N型硅衬底的背表面沉积本征非晶硅和P型非晶硅的方法为：在180℃～250℃的温度下生长10nm～20nm的本征非晶硅，制备非晶硅的气体是SiH4和H2，SiH4和H2的比例为1:10～1:1，然后在180℃～250℃的温度下生长10nm～25nm的P型非晶硅，制备P型非晶硅气体为SiH4、H2和TMB(B(CH3)3；SiH4和H2的比例为1:10～1:200，SiH4和TMB的比例为1:1～1:4。
本发明提供的N型双面太阳电池，与HIT电池相比，同质异质结(H-H)电池具备更低的界面态密度，而P型和N型掺杂层具备更可控的掺杂浓度，拥有更高的填充因子(FF)。N型双面太阳电池的制备方法，利用非晶/多晶硅的结构特性，采用LPCVD制备双面无绕镀TOPCon结构双面电池，同时运用掩膜，激光开槽和激光掺杂等工艺方式实现双面电池结构，并最大限度的保留了硅衬底的少数载流子寿命。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1为本发明实施例提供的N型双面太阳电池的制备方法的流程结构示意图。
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型双面太阳电池及其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率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供的N型双面太阳电池，与HIT电池相比，同质异质结(H-H)电池具备更低的界面态密度，而P型和N型掺杂层具备更可控的掺杂浓度，拥有更高的填充因子(FF)。N型双面太阳电池的制备方法，利用非晶/多晶硅的结构特性，采用LPCVD制备双面无绕镀TOPCon结构双面电池，同时运用掩膜，激光开槽和激光掺杂等工艺方式实现双面电池结构，并最大限度的保留了硅衬底的少数载流子寿命。
提供一种N型双面太阳电池，电池正电极一侧依次为：电池正电极、氮化硅层、P型掺杂PolySi多晶硅层、第一二氧化硅钝化层、N型硅衬底；电池负电极一侧依次为：电池负电极、n型区域掺杂PolySi多晶硅层、本征PolySi多晶硅层、第二二氧化硅钝化层、N型硅衬底；其中，电池正电极穿过第一二氧化硅钝化层与P型掺杂PolySi多晶硅层形成欧姆接触，电池负电极穿过第二二氧化硅钝化层与n型区域掺杂PolySi多晶硅层形成欧姆接触。
所述N型硅衬底覆盖有第一二氧化硅钝化层，所述P型掺杂PolySi多晶硅层覆盖有氮化硅层，所述本征PolySi多晶硅层钝化非金属接触区域。
图1为本发明实施例提供的N型双面太阳电池的制备方法的流程结构示意图。参照图1，本发明还提供一种N型双面太阳电池的制备方法，包括：
S11、选择N型硅衬底，其电阻率在0.8Ω.cm到3.0Ω.cm之间，少子寿命大于1000us；
S12、在所述N型硅衬底上进行700-950℃热生长二氧化硅钝化层；
S13、在N型硅衬的背表面沉积本征多晶硅；
S14、在所述本征多晶硅上沉积SiC掩膜层；
S15、激光开槽所述SiC掩膜层，用低压管式扩散炉扩散磷源并形成N型掺杂多晶硅层；
S16、清洗去除磷硅玻璃和所述SiC掩膜层后，在前表面700-950℃热生长二氧化硅钝化层；
S17、在N型硅衬底的前表面沉积本征多晶硅；在前表面沉积P型非晶硅薄膜，采用激光掺杂形成P型多晶硅膜层；
S18、清洗去除非晶硅薄膜及损伤层；沉积前背面氮化硅薄膜；制作电池的正极和负极；
S19、烧结。
在本发明实施例中，在所述N型硅衬底上进行700-950℃热生长二氧化硅钝化层步骤前，对所述N型硅衬底表面进行双面抛光，制绒并进行化学清洗。具体操作为：对于N型硅衬底，采用RCA1(双氧水，氨水，去离子水(Vol.1:1:5))和RCA2(盐酸，双氧水，去离子水(1:1:6))清洗，并用氢氧化钠或氢氧化钾溶液在衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，氢氧化钠或氢氧化钾溶液的浓度范围为0.5％～2.5％；随后用盐酸和氢氟酸混合溶液进行清洗；盐酸：氢氟酸配比为1:2～1:3；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为0.8％～1.2％。化学清洗的目的是去除表面的杂质，为后续的扩散准备。表面绒面化的目的是形成由金字塔形状的绒面，增加太阳光在表面的折射次数，增加光线在硅衬底中的光程，提高太阳光的利用率。
采用PECVD在所述本征多晶硅上沉积SiC掩膜层。在前表面用PECVD沉积P型非晶硅薄膜，采用激光掺杂形成P型多晶硅膜层。采用355nm的UV激光在N型硅衬底的背表面开槽，去除本征非晶SiC，开槽的宽度在100nm到300nm。用355nm的UV激光在N型衬底背表面进行激光掺杂。在N型硅衬底的背表面沉积本征非晶硅和P型非晶硅的方法为：在180℃～250℃的温度下生长10nm～20nm的本征非晶硅，制备非晶硅的气体是SiH4和H2，SiH4和H2的比例为1:10～1:1，然后在180℃～250℃的温度下生长10nm～25nm的P型非晶硅，制备P型非晶硅气体为SiH4、H2和TMB(B(CH3)3；SiH4和H2的比例为1:10～1:200，SiH4和TMB的比例为1:1～1:4。
在S12和S16中，采用LPCVD在500-700℃条件下，在竖直放置的N型硅衬底上生长无绕镀遂穿二氧化硅钝化层；其生长的膜厚控制在1-2nm之间；
本发明S13和S17中采用LPCVD在二氧化硅薄膜基础上，生长无绕镀本征多晶硅，生长膜厚控制在1-2um，在N型硅衬底上实现单面无绕镀TOPCon结构；
本发明S15中在激光开槽SiC掩膜层后，在低压管式扩散炉中沉积三氯氧磷磷源，并在800-850℃驱入N型磷源，在N型衬底上实现背面的N型局域掺杂；
磷源的主要作用是为重掺杂N型区提供杂质源，激光掺杂是在开槽的区域形成P型掺杂区。
本发明S17中在N型硅衬底的背表面P型非晶硅的方法为：
在180℃～250℃的温度下生长10nm～25nm的P型非晶硅，制备P型非晶硅气体为SiH4、H2和TMB(B(CH3)3；SiH4和H2的比例为1:10～1:200，SiH4和TMB的比例为1:1～1:4。
本发明S18中制备氮化硅薄膜的方法为：采用等离子化学气相沉积的方法制备73nm到79nm厚的氮化硅薄膜；所用的源是：Si(OC2H5)4，或者SiH4和N2O；氮化硅薄膜的主要作用是电池的减反射层，同时起到钝化和掩蔽薄膜的作用。
本发明制作电池的正极和负极的制作方法为：采用蒸镀或丝网印刷的方法在电池的背面做Ag电极；电极的厚度为0.2um到1um；本发明中电池的正极和负极全部在电池的背面，主要在电池中起收集电流的作用。
测试得到的数据如表1所示。
表1电池测试数据列表
表1的数据，进一步说明上述方法制作得到的电池所能够获得何种的技术效果。本发明中双面N型结构太阳电池大幅降低了背面的复合作用，明显提升了开路电压。但同样关键的是因素是，前表面硼扩散方式和背面的选择性掺杂处理，都有效提升了界面特性，避免了高温过程。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种N型双面太阳电池，其特征在于，电池正电极一侧依次为：电池正电极、氮化硅层、P型掺杂PolySi多晶硅层、第一二氧化硅钝化层、N型硅衬底；电池负电极一侧依次为：电池负电极、n型区域掺杂PolySi多晶硅层、本征PolySi多晶硅层、第二二氧化硅钝化层、N型硅衬底；其中，电池正电极穿过第一二氧化硅钝化层与P型掺杂PolySi多晶硅层形成欧姆接触，电池负电极穿过第二二氧化硅钝化层与n型区域掺杂PolySi多晶硅层形成欧姆接触。
2.如权利要求1所述的N型双面太阳电池，其特征在于，所述N型硅衬底覆盖有第一二氧化硅钝化层。
3.如权利要求1所述的N型双面太阳电池，其特征在于，所述P型掺杂PolySi多晶硅层覆盖有氮化硅层。
4.如权利要求1所述的N型双面太阳电池，其特征在于，所述本征PolySi多晶硅层钝化非金属接触区域。
5.一种如权利要求1所述的N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于，包括：
选择N型硅衬底，其电阻率在0.8Ω.cm到3.0Ω.cm之间，少子寿命大于1000us；
在所述N型硅衬底上进行700-950℃热生长二氧化硅钝化层；
在N型硅衬的背表面沉积本征多晶硅；
在所述本征多晶硅上沉积SiC掩膜层；
激光开槽所述SiC掩膜层，用低压管式扩散炉扩散磷源并形成N型掺杂多晶硅层；
清洗去除磷硅玻璃和所述SiC掩膜层后，在前表面700-950℃热生长二氧化硅钝化层；
在N型硅衬底的前表面沉积本征多晶硅；
在前表面沉积P型非晶硅薄膜，采用激光掺杂形成P型多晶硅膜层；
清洗去除非晶硅薄膜及损伤层；
沉积前背面氮化硅薄膜；
制作电池的正极和负极；
烧结。
6.如权利要求5所述的N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于，在所述N型硅衬底上进行700-950℃热生长二氧化硅钝化层步骤前，对所述N型硅衬底表面进行双面抛光，制绒并进行化学清洗。
7.如权利要求5所述的N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于，采用PECVD在所述本征多晶硅上沉积SiC掩膜层。
8.如权利要求5所述的N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于，在前表面用PECVD沉积P型非晶硅薄膜，采用激光掺杂形成P型多晶硅膜层。
9.如权利要求5所述的N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于，采用355nm的UV激光在N型硅衬底的背表面开槽，去除本征非晶SiC，开槽的宽度在100nm到300nm。
10.如权利要求5所述的N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于，用355nm的UV激光在N型衬底背表面进行激光掺杂。
11.如权利要求5所述的N型双面太阳电池的制备方法，其特征在于，在N型硅衬底的背表面沉积本征非晶硅和P型非晶硅的方法为：在180℃～250℃的温度下生长10nm～20nm的本征非晶硅，制备非晶硅的气体是SiH4和H2，SiH4和H2的比例为1:10～1:1，然后在180℃～250℃的温度下生长10nm～25nm的P型非晶硅，制备P型非晶硅气体为SiH4、H2和TMB(B(CH3)3；SiH4和H2的比例为1:10～1:200，SiH4和TMB的比例为1:1～1:4。
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