CN109524480B - 一种局域接触钝化的p型晶硅太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳电池制备技术领域，尤其是一种新型的局域接触钝化的P型晶硅太阳电池及其制备方法；包括衬底，衬底采用P型单晶硅片，电池的正面包含发射极，发射极为pn结区，以及局域接触钝化的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区；所述局域接触钝化的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区与金属电极接触；所述电池的背面有背面钝化层，所述背面钝化层为氧化铝/氮化硅叠层薄膜；所述电池的背面还有一层烧结铝浆层形成铝背场；本发明中的电池采用隧穿氧化硅/多晶硅叠层薄膜的选择性载流子输运特性，实现局域的接触钝化，从而在保证金属电极的欧姆接触的同时，完全消除金属区复合，从而极大的提高电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池制备技术领域，尤其是一种新型的局域接触钝化的P型晶硅太阳电池及其制备方法。
背景技术
降低制造成本、提高转换效率始终是光伏产业发展的两条主线。PERC电池由于其工艺相对简单，成本增加较少，是目前和未来的主流量产工艺。目前行业内PERC电池的量产效率在21.5%左右，近期叠加激光掺杂形成的选择性发射极后可以达到21.7%。如何进一步提升电池效率，就成为亟待解决的问题。分析PERC电池的结构我们可以看出，其背面采用氧化铝Al2O3钝化，可以有效降低背表面复合，提高开路电压，增加背表面反射，提高短路电流，从而提高电池效率；选择性发射极结构中的浅扩散区域能够降低晶体硅太阳能电池的俄歇复合，提升太阳能电池的光谱响应，从而提高开路电压和短路电流；重扩散区域有利于降低扩散层和金属电极的接触电阻，从而降低太阳能电池的串联电阻，提高填充因子。以上可以看出，PERC电池的结构已经相当完美，尤其是复合已经被极大的降低，仅剩下金属区的复合。如何降低甚至消除掉金属区的复合就成为未来PERC电池提效的关键。
本发明提出一种新型的局域接触钝化的P型晶硅太阳电池及其制备方法，该电池采用隧穿氧化硅/多晶硅叠层的选择性载流子输运特性，实现局域的接触钝化，在保证金属电极的欧姆接触的同时，完全消除金属区复合，从而极大的提高电池的转换效率。本发明提出的电池，适合大规模产业化应用，可以极大的提高PERC电池的转换效率，降低度电成本。
发明内容
本发明的目的是：提供一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池，该电池采用隧穿氧化硅/多晶硅叠层的选择性载流子输运特性，实现局域的接触钝化，从而在保证金属电极的欧姆接触的同时，完全消除金属区复合，从而极大的提高电池的转换效率，而且适合大规模产业化应用，可以极大的提高PERC电池的转换效率，降低度电成本；本发明的另一个目的是：提供该局域接触钝化的P型晶硅太阳电池的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池，包括衬底，所述衬底采用P型单晶硅片，所述电池的正面包含发射极，所述发射极为pn结区，以及局域接触钝化的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区，其中pn结区和局域接触钝化的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区上有正面钝化层、氧化硅/氮化硅叠层薄膜或者单层氮化硅薄膜；所述局域接触钝化的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区与金属电极接触；
所述电池的背面有背面钝化层，所述背面钝化层为氧化铝/氮化硅叠层薄膜；所述电池的背面还有一层烧结铝浆层形成铝背场。
进一步的，所述局域接触钝化的隧穿氧化硅/ n型掺杂多晶硅区通过图形化离子注入、刻蚀和磷扩散相结合而形成。
进一步的，所述局域接触钝化的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区中隧穿氧化硅的厚度<2nm，所述n型掺杂多晶硅区的厚度>50nm。
进一步的，所述pn结包括位于非金属电极区的轻掺杂高方阻区和位于局域接触钝化区的n型掺杂多晶硅区。
进一步的，所述正面钝化层采用正面SiN膜或者SiO2/SiN叠层膜，所述正面SiN膜的厚度为80nm。
进一步的，所述背面钝化层包括氧化铝薄膜和背面SiN薄膜，氧化铝薄膜的厚度为1-50nm，背面SiN厚度为50-200nm。
一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1）电池采用P型单晶硅片作为衬底，硅片电阻率>0.2ohm.cm，首先进行制绒处理，所用的溶液为KOH溶液，温度为80℃；然后在2-5%的HF溶液中进行清洗，清洗干净硅片表面；
（2）电池的两面同时生长隧穿氧化硅和本征多晶硅薄膜，隧穿氧化硅薄膜厚度<2nm，多晶硅薄膜厚度>50nm；隧穿SiO2薄膜，生长温度为500-700℃之间；紧接着生长一层本征多晶硅薄膜，厚度>50nm，生长温度为400-700℃之间；
（3）在电池的正面形成局域接触钝化区：采用磷离子注入机设备，利用mask掩膜板，实现图形化注入，形成局域磷掺杂的n型多晶硅薄膜，即n型掺杂多晶硅区；然后刻蚀去除正面和背面中其他区域的非掺杂的本征多晶硅薄膜；
（4）电池的正面形成pn结：采用磷扩散，扩散温度为700-900℃之间；在非n型多晶硅薄膜区域，形成高方阻轻掺杂的pn结区，方块电阻范围为100-200ohm/方块；而对局域的n型多晶硅薄膜区域，扩散使其形成均匀的掺杂，提高多晶硅薄膜的晶化度。
（5）电池的背面刻蚀去掉绕度生长的多余的pn结：采用HF/HNO3混合酸溶液，刻蚀掉背面和边缘的pn结；然后过HF，去除表面的磷硅玻璃PSG；
（6）在电池的正背面生长钝化层；
（7）电池背面的背场区域采用铝浆实现电学接触，电池正面的发射结区域采用银浆实现电学接触，背面采用激光开膜，激光打开SiN膜，丝网印刷，以形成局域铝背场和金属区欧姆接触；丝网印刷、烧结时，浆料宽度控制在小于50μm，高度大于5μm，烧结峰值温度在760℃左右，时间40秒。
进一步的，所述KOH溶液按照质量比KOH:添加剂:H2O=20:3:160的比例配制。
进一步的，所述步骤（1）中的KOH溶液用四甲基氢氧化铵（TMAH）溶液代替，质量比为TMAH:H2O=1:9 。
进一步的，所述步骤（3）中的刻蚀液采用TMAH溶液，浓度为1%-2%，溶液温度25-80℃。
进一步的，所述步骤（6）中在电池的正背面生长钝化层具体包括：在电池的背面，用ALD设备或者PECVD设备沉积一层氧化铝薄膜，厚度在1-50nm；然后接着分别沉积背面和正面SiN薄膜，背面SiN厚度在50-200nm，正面SiN厚度为80nm左右，电池正面的钝化层或者采用SiO2/SiN叠层膜。
采用本发明的技术方案的有益效果是：
本发明中的电池采用隧穿氧化硅/多晶硅叠层的选择性载流子输运特性，实现局域的接触钝化，从而在保证金属电极的欧姆接触的同时，完全消除金属区复合，从而极大的提高电池的转换效率。本发明提出的电池，适合大规模产业化应用，可以极大的提高PERC电池的转换效率，降低度电成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-发射极，2-隧穿氧化硅层，3-n型掺杂多晶硅层，4-金属银电极，5-氮化硅膜，6-衬底，7-氧化铝薄膜，8-SiN薄膜，9-铝背场。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池，电池的正面包含发射极1（pn结）、局域接触钝化的隧穿氧化硅2/n型掺杂多晶硅层3（金属电极区）、正面钝化层，本实施例中的金属电极为金属银电极4；所述电池的背面有一层烧结铝浆层形成铝背场9、背面钝化层。 本发明中的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区是指隧穿氧化硅和n型掺杂多晶硅的叠层膜区。
局域接触钝化的隧穿氧化硅2/n型掺杂多晶硅层3通过图形化离子注入、刻蚀和传统磷扩散相结合形成的局域结构，隧穿氧化硅层2的厚度<2nm，n型掺杂多晶硅3层的厚度>50nm，目的是为了形成钝化接触和选择性输运。该区域与金属银电极4接触，但由于有n型掺杂多晶硅层3的阻挡，因此金属不会穿透到pn结，从而完全消除金属区的复合。电池的正面钝化层采用SiN膜5或者SiO2/SiN叠层膜，SiN膜5的厚度为80nm；背面钝化层包括氧化铝薄膜7和背面SiN薄膜8，氧化铝薄膜7的厚度为1-50nm，背面SiN薄膜8厚度为50-200nm。两层钝化层的结构设计，有利于降低电池表面的复合，实现高开压和高效；电池正面的发射结区域采用银浆实现电学接触，电池背面的背场区域采用铝浆实现电学接触。
一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）电池采用P型单晶硅片作为衬底，硅片电阻率>0.2ohm.cm，首先进行制绒处理，所用的溶液通常为KOH溶液，所述KOH溶液一般按照KOH：添加剂：H2O=20:3:160的比例配制，温度为80℃。然后在2-5%的HF溶液中进行清洗，清洗干净硅片表面；此外KOH溶液也可以用四甲基氢氧化铵（TMAH）溶液代替，配比一般为TMAH:H2O=1:9；
（2）电池的两面同时生长隧穿氧化硅2和本征多晶硅薄膜，目的是为了形成钝化接触和选择性输运。隧穿氧化硅薄膜厚度<2nm，多晶硅薄膜厚度>50nm。隧穿氧化硅薄膜，生长温度为500-700℃之间；紧接着生长一层本征多晶硅薄膜，厚度>50nm，生长温度为400-700℃之间；
（3）在电池的正面形成局域接触钝化区：采用磷离子注入机设备，利用mask掩膜板（图案为细栅线形状），实现图形化注入，即形成局域磷掺杂的多晶硅薄膜，即n型多晶硅薄膜；然后刻蚀去除其他区域的非掺杂的本征多晶硅薄膜，这里包括正面和背面的本征多晶硅薄膜，而保留局域的n型多晶硅薄膜。刻蚀液采用TMAH溶液，浓度为1%--2%，溶液温度25-80℃。根据文献可知，经过离子注入处理后，会有所谓的离子轰击减缓刻蚀效应IBRE，会在n型掺杂多晶硅3的表面形成一层非晶硅，耐刻蚀液的腐蚀，从而保护下面的n型掺杂多晶硅3/隧穿氧化硅2薄膜不被腐蚀掉，其他区域因为没有保护因而被腐蚀去除。
（4）电池的正面形成pn结：采用传统的磷扩散，扩散温度为700-900℃之间。对非n型掺杂多晶硅薄膜区域，会形成高方阻轻掺杂的pn结区，方块电阻范围为100-200ohm/方块；而对局域的n型掺杂多晶硅3薄膜区域，扩散可以使其形成均匀的掺杂，提高多晶硅薄膜的晶化度，提高载流子的输运特性。
（5）电池的背面刻蚀去掉绕度生长的多余的pn结：采用HF/HNO3混合酸溶液，刻蚀掉背面和边缘的pn结，然后过HF，去除表面的磷硅玻璃PSG；
（6）在电池的正背面生长钝化层，降低电池表面的复合，实现高开压和高效，在电池的背面，用ALD设备或者PECVD设备沉积一层氧化铝薄膜，厚度在1-50nm；然后接着分别沉积背面和正面SiN薄膜8，背面SiN厚度在50-200nm，正面SiN厚度为80nm左右，电池正面的钝化层或者采用SiO2/SiN叠层膜。
（7）电池背面的背场区域采用铝浆实现电学接触，电池正面的发射结区域采用银浆实现电学接触，背面采用激光开膜，激光打开SiN膜，丝网印刷，以形成局域铝背场和金属区欧姆接触；丝网印刷、烧结时，浆料宽度控制在小于50μm，高度大于5μm，烧结峰值温度在760℃左右，时间40秒。
所属领域的普通技术人员应该能够理解的是，本发明的一个目的是：本发明中的电池采用氧化硅/多晶硅叠层的选择性载流子输运特性，实现局域的接触钝化，从而在保证金属电极的欧姆接触的同时，完全消除金属区复合，从而极大的提高电池的转换效率。本发明提出的电池，适合大规模产业化应用，可以极大的提高PERC电池的转换效率，降低度电成本。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (11)
1.一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池，其特征在于：包括衬底，所述衬底采用P型单晶硅片，所述电池的正面包含发射极，所述发射极为pn结区，以及局域接触钝化的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区，其中pn结区和局域接触钝化的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区上有氧化硅/氮化硅叠层薄膜正面钝化层或者单层氮化硅薄膜正面钝化层；所述局域接触钝化的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区与金属电极接触；
所述电池的背面有背面钝化层，所述背面钝化层为氧化铝/氮化硅叠层薄膜；所述电池的背面还有一层烧结铝浆层形成铝背场。
2.根据权利要求1所述的一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池，其特征在于：所述局域接触钝化的隧穿氧化硅/ n型掺杂多晶硅区通过图形化离子注入、刻蚀和磷扩散相结合而形成。
3.根据权利要求1所述的一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池，其特征在于：所述局域接触钝化的隧穿氧化硅/n型掺杂多晶硅区中隧穿氧化硅的厚度<2nm，所述n型掺杂多晶硅区的厚度>50nm。
4.根据权利要求1所述的一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池，其特征在于：所述pn结包括位于非金属电极区的轻掺杂高方阻区和位于局域接触钝化区的n型掺杂多晶硅区。
5.根据权利要求1所述的一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池，其特征在于：所述正面钝化层采用正面SiN膜或者SiO2/SiN叠层膜，所述正面SiN膜的厚度为80nm。
6.根据权利要求1所述的一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池，其特征在于：所述背面钝化层包括氧化铝薄膜和背面SiN薄膜，氧化铝薄膜的厚度为1-50nm，背面SiN厚度为50-200nm。
7.一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
（1）电池采用P型单晶硅片作为衬底，硅片电阻率>0.2ohm.cm，首先进行制绒处理，所用的溶液为KOH溶液，温度为80℃；然后在2-5%的HF溶液中进行清洗，清洗干净硅片表面；
（2）电池的两面同时生长隧穿氧化硅和本征多晶硅薄膜，隧穿氧化硅薄膜厚度<2nm，多晶硅薄膜厚度>50nm；隧穿SiO2薄膜，生长温度为500-700℃之间；紧接着生长一层本征多晶硅薄膜，厚度>50nm，生长温度为400-700℃之间；
（3）在电池的正面形成局域接触钝化区：采用磷离子注入机设备，利用掩膜板，实现图形化注入，形成局域磷掺杂的n型多晶硅薄膜，即n型掺杂多晶硅区；然后刻蚀去除正面和背面中其他区域的非掺杂的本征多晶硅薄膜；
（4）电池的正面形成pn结：采用磷扩散，扩散温度为700-900℃之间；
（5）电池的背面刻蚀去掉绕度生长的多余的pn结：采用HF/HNO3混合酸溶液，刻蚀掉背面和边缘的pn结；然后通过HF去除表面的磷硅玻璃（PSG）；
（6）在电池的正背面生长钝化层；
（7）电池背面的背场区域采用铝浆实现电学接触，电池正面的发射结区域采用银浆实现电学接触，背面采用激光开膜，激光打开SiN膜，丝网印刷，以形成局域铝背场和金属区欧姆接触；丝网印刷、烧结时，浆料宽度控制在小于50μm，高度大于5μm，烧结峰值温度在760℃左右，时间40秒。
8.根据权利要求7所述的一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池的制备方法，其特征在于：所述KOH溶液按照质量比KOH:添加剂:H2O=20:3:160的比例配制。
9.根据权利要求7所述的一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的KOH溶液用四甲基氢氧化铵（TMAH）溶液代替，质量比为四甲基氢氧化铵（TMAH）:H2O=1:9。
10.根据权利要求7所述的一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的刻蚀液采用四甲基氢氧化铵（TMAH）溶液，浓度为1%-2%，溶液温度25-80℃。
11.根据权利要求7所述的一种局域接触钝化的P型晶硅太阳电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中在电池的正背面生长钝化层具体包括：在电池的背面，用ALD设备或者PECVD设备沉积一层氧化铝薄膜，厚度在1-50nm；然后接着分别沉积背面和正面SiN薄膜，背面SiN厚度在50-200nm，正面SiN厚度为80nm左右，电池正面的钝化层或者采用SiO2/SiN叠层膜。
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