CN109980022A - 一种p型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，属于晶体硅太阳能电池技术领域，其目的在于解决现有技术中太阳能电池背面钝化效果差的问题，本发明特征在于在硅片正面先形成二氧化硅层，再于二氧化硅层上形成N型重掺杂多晶硅层，进而减小了金属接触区域的复合损失；另外还采用隧穿氧化物结合重掺杂硅薄膜形成钝化接触结构，取代原先的整面掺杂背表面区域，进而保持较高的短路电流，增加开路电压，提升填充因子，提升了电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前太阳能电池主要以晶体硅作为基底材料，由于在硅片表面周期性破坏，会产生大量垂悬键(dangling bond)，使得晶体表面存在大量位于带隙中的缺陷能级；除此之外，位错、化学残留物、表面金属的沉积均会导入缺陷能级，使得硅片表面成为复合中心，造成较大的表面复合速率，进而限制了转换效率。背钝化太阳能电池在正面镀膜SiNx，背面镀膜Al2O3、SiNx迭层，减小表面复合的速率效果一般。除此之外，由于太阳能电池正面为太阳光直接入射的吸光面，钝化层设计必须考虑光吸收问题，这使得正面钝化层的研究受到了很大的限制。
现有技术的背钝化(PERC)太阳能电池的主要制程为：制绒、磷扩散、背面刻蚀、退火、背面镀膜Al2O3、背面镀膜SiNx、正面镀膜SiNx、背面钝化层激光开槽、印刷正背面电极电场、高温烧结，最后形成背钝化太阳能电池。由于在电池背面，沉积了绝缘的钝化层，必须通过激光刻蚀，选择性刻蚀掉部分钝化层，让硅层裸露，再将背电场铝浆印刷在激光刻蚀区，与硅层形成直接接触，从而实现导电。因此，背面激光刻蚀区，由于部分钝化层被去除，钝化能力下降，直接影响了整体的背面钝化的效果，导致降低了电池的转换效率。
发明内容
本发明的目的在于：解决现有技术中太阳能电池背面钝化效果差的问题，提供一种钝化效果更好、转换效率更高的P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池及其制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，包括正面电极、减反射层一、N型重掺杂硅层、P型硅基底、Al2O3钝化层、减反射层二、背面电极，所述减反射层一、N型重掺杂硅层、P型硅基底、Al2O3钝化层、减反射层二、背面电极依次层叠设置，N型重掺杂硅层还层叠设置有N型重掺杂多晶硅层以及SiO2层，SiO2层与P型硅基底接触设置，正面电极穿透减反射层一与N型重掺杂多晶硅层相接触。
作为优选的，P型硅基底靠近Al2O3钝化层的背面嵌设有P型重掺杂硅层，背面电极依次穿过减反射层二、Al2O3钝化层与P型重掺杂硅层相接触。
作为优选的，所述Al2O3钝化层的厚度为3-10nm，所述减反射层一以及减反射层二均为SiNx减反射层，SiNx减反射层的厚度为100-150nm。
作为优选的，所述N型重掺杂多晶硅层的厚度为15-300nm，SiO2层的厚度为0.3-3nm。
一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的制备方法，制备上述P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池包括以下步骤：
S1、制绒；
作为优选的，先将硅片去除损伤层后采用碱制绒工艺制绒，并形成0.5μm-5μm高的金字塔绒面；
S2、在硅片表面形成P掺杂N+发射结：
作为优选的，将经步骤S1制绒处理后的硅片采用三氯氧磷(POCl3)高温扩散，反应温度为750-850℃，反应时间为30-60min，在硅片表面形成P掺杂N+发射结，即N型重掺杂硅层，同时形成磷硅玻璃(PSG)层。
S3、清洗硅片表面；
S31、去除硅片表面的磷硅玻璃(PSG)层；
作为优选的，采用HF溶液去除硅片表面的磷硅玻璃(PSG)层；
S32、采用RCA湿法化学法，清洗硅片表面；
S4、在硅片正面形成二氧化硅层，再于二氧化硅层上形成N型重掺杂多晶硅层；
作为优选的，在硅片正面使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成二氧化硅层，再于二氧化硅层上形成N型重掺杂多晶硅层；
S5、印刷掩膜；
作为优选的，步骤S5采用丝网印刷方式，将富含硼源的掩模浆料根据设计好的栅线网板印在硅片正面，采用红外或电阻丝加热烘干，温度为110-125℃，时间为50-130S；烘干之后再进行碱拨离，其采用1.5-2wt％NaOH或KOH，温度为30-45℃，时间为40-120S，形成P型重掺杂硅层。
S6、去除硅片背面P掺杂N+结，并对背面进行抛光处理；
作为优选的，步骤S6中在去除硅片背面P掺杂N+结时采用湿法刻蚀工艺，并搭配HNO3/HF混合溶液进行操作。
S7、退火；
S8、在硅片背面形成三氧化二铝层(Al2O3钝化层)，再在三氧化二铝层上形成氮化硅层(减反射层二)；
作为优选的，步骤S8中采用原子层沉积(ALD)法在硅片背面形成三氧化二铝层(Al2O3钝化层)，再在三氧化二铝层上进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成氮化硅层(SiNx减反射层二)。
S9、在硅片正面形成氮化硅层(减反射层一)；
S10、丝网印刷；具体为，采用丝网印刷法在硅片正面/背面印刷金属化浆料，经烧结后形成欧姆接触，制作得到P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明P型隧穿氧化物钝化接触(Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCon)太阳能电池结构，由隧穿氧化物结合重掺杂硅薄膜形成的钝化接触结构，取代原先的整面掺杂背表面区域(full area doped back surface region)。具体来说，在钝化接触结构中，隧穿氧化物层形成于硅基板的表面，采用氧化硅(SiOx，x≤2)作为钝化隧穿层。氧化硅具有优良的界面钝化效果，有利于显着降低整个硅片表面的复合速度，而重掺杂硅薄膜可透过低压化学气相沈积(LPCVD)或电浆辅助化学气相沈积(PECVD)覆盖于隧穿氧化物层的表面。当然，此处硅基板以及硅片均为如图1所示的P型硅基底。因此，如上所述设置的TOPCon太阳能电池结构可结合现有异质接面结构以及传统多晶硅接面结构的优点，即具有高载子选择性、高温度稳定性，优良的界面钝化效果，从而实现高转换效率，高稳定性的太阳能电池。
2、本发明通过在硅片正面先使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成二氧化硅层，再于二氧化硅层上形成N型重掺杂多晶硅层，进而减小了金属接触区域的复合损失；另外还在硅片背面进行原子层沉积(ALD)形成三氧化二铝层，再在三氧化二铝层上进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成氮化硅层，这样增加了原子态的氢饱和基体表面悬挂键提供大量的固定电荷场钝化效应，进而保持较高的短路电流，增加开路电压，提升填充因子，提升电池转换效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中标记：1-正面电极、2-减反射层一、3-N型重掺杂多晶硅层、4-SiO2层、5-N型重掺杂硅层、6-P型硅基底、7-P型重掺杂硅层、8-Al2O3钝化层、9-减反射层二、10-背面电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，包括正面电极1、减反射层一2、N型重掺杂硅层5、P型硅基底6、Al2O3钝化层8、减反射层二9、背面电极10，所述减反射层一2、N型重掺杂硅层5、P型硅基底6、Al2O3钝化层8、减反射层二9、背面电极10依次层叠设置，N型重掺杂硅层5还层叠设置有N型重掺杂多晶硅层3以及SiO2层4，SiO2层4与P型硅基底6接触设置，正面电极1穿透减反射层一2与N型重掺杂多晶硅层3相接触。
其中，P型硅基底6靠近Al2O3钝化层8的背面嵌设有P型重掺杂硅层7，背面电极10依次穿过减反射层二9、Al2O3钝化层8与P型重掺杂硅层7相接触。
其中，所述Al2O3钝化层8的厚度为3-10nm，减反射层一2、减反射层二9均为SiNx减反射层，SiNx减反射层的厚度为100-150nm；所述N型重掺杂多晶硅层3的厚度为15-300nm，SiO2层4的厚度为0.3-3nm。当然，减反射层一2以及减反射层二9除了设置为SiNx减反射层，其还可设置为氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜的一种或者多种跌层构成。
其中，正面电极1可设置为Ag栅指电极，而背面电极10可设置为Al电极。对于正面电极1和背面电极10的设置，其还可设置为透明导电膜或金属复合电极等。
一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的制备方法，制备上述P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池包括以下步骤：
S1、先将硅片去除损伤层后采用碱制绒工艺制绒，并形成0.5μm-5μm高的金字塔绒面；
S2、将经步骤S1制绒处理后的硅片采用三氯氧磷(POCl3)高温扩散，反应温度为750-850℃，反应时间为30-60min，在硅片表面形成P掺杂N+发射结，即N型重掺杂硅层，同时形成磷硅玻璃(PSG)层。
S3、清洗硅片表面；
S31、采用HF溶液去除硅片表面的磷硅玻璃(PSG)层；
S32、采用RCA湿法化学法，清洗硅片表面；
S4、在硅片正面使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成二氧化硅层，再于二氧化硅层上形成N型重掺杂多晶硅层；
S5、采用丝网印刷方式进行印刷掩膜，将富含硼源的掩模浆料根据设计好的栅线网板印在硅片正面，采用红外或电阻丝加热烘干，温度为110-125℃，时间为50-130S；烘干之后再进行碱拨离，其采用1.5-2wt％NaOH或KOH，温度为30-45℃，时间为40-120S，形成P型重掺杂硅层。
S6、采用湿法刻蚀工艺，搭配HNO3/HF混合溶液，去除硅片背面P掺杂N+结，并对背面进行抛光处理；
S7、退火；
S8、采用原子层沉积(ALD)法在硅片背面形成三氧化二铝层(Al2O3钝化层)，再在三氧化二铝层上进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成氮化硅层(减反射层二)；
S9、采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法，在硅片正面形成氮化硅层(减反射层一)；
S10、采用丝网印刷法在硅片正面/背面印刷金属化浆料，经烧结后形成欧姆接触，制作得到P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
实施例1
一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，包括正面电极、减反射层一、N型重掺杂硅层、P型硅基底、Al2O3钝化层、减反射层二、背面电极，所述减反射层一、N型重掺杂硅层、P型硅基底、Al2O3钝化层、减反射层二、背面电极依次层叠设置，N型重掺杂硅层还层叠设置有N型重掺杂多晶硅层以及SiO2层，SiO2层与P型硅基底接触设置，正面电极穿透减反射层一与N型重掺杂多晶硅层相接触。
其中，P型硅基底靠近Al2O3钝化层的背面嵌设有P型重掺杂硅层，背面电极依次穿过减反射层二、Al2O3钝化层与P型重掺杂硅层相接触。
其中，所述Al2O3钝化层的厚度为3-10nm，减反射层一、减反射层二均为SiNx减反射层，其厚度均为100-150nm；所述N型重掺杂多晶硅层的厚度为15-300nm，SiO2层的厚度为0.3-3nm。
制备上述P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池包括以下步骤：
S1、先将硅片去除损伤层后采用碱制绒工艺制绒，并形成0.5μm高的金字塔绒面；
S2、将经步骤S1制绒处理后的硅片采用三氯氧磷(POCl3)高温扩散，反应温度为750℃，反应时间为30min，在硅片表面形成P掺杂N+发射结，即为N型重掺杂硅层，同时形成磷硅玻璃(PSG)层；
S3、清洗硅片表面；
S31、采用HF溶液去除硅片表面的磷硅玻璃(PSG)层；
S32、采用RCA湿法化学法，清洗硅片表面；
S4、在硅片正面使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成二氧化硅层，再于二氧化硅层上形成N型重掺杂多晶硅层；
S5、采用丝网印刷方式进行印刷掩膜，将富含硼源的掩模浆料根据设计好的栅线网板印在硅片正面，采用红外或电阻丝加热烘干，温度为110℃，时间为50S；烘干之后再进行碱拨离，其采用1.5wt％NaOH或KOH，温度为30℃，时间为40S，形成P型重掺杂硅层；
S6、采用湿法刻蚀工艺，搭配HNO3/HF混合溶液，去除硅片背面P掺杂N+结，并对背面进行抛光处理；
S7、退火；
S8、采用原子层沉积(ALD)法在硅片背面形成三氧化二铝层(Al2O3钝化层)，再在三氧化二铝层上进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成氮化硅层(减反射层二)；
S9、采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法，在硅片正面形成氮化硅层(减反射层一)；
S10、采用丝网印刷法在硅片正面/背面印刷金属化浆料，经烧结后形成欧姆接触，制作得到P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例中制备P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
S1、先将硅片去除损伤层后采用碱制绒工艺制绒，并形成3μm高的金字塔绒面；
S2、将经步骤S1制绒处理后的硅片采用三氯氧磷(POCl3)高温扩散，反应温度为800℃，反应时间为45min，在硅片表面形成P掺杂N+发射结，即为N型重掺杂硅层，同时形成磷硅玻璃(PSG)层；
S3、清洗硅片表面；
S31、采用HF溶液去除硅片表面的磷硅玻璃(PSG)层；
S32、采用RCA湿法化学法，清洗硅片表面；
S4、在硅片正面使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成二氧化硅层，再于二氧化硅层上形成N型重掺杂多晶硅层；
S5、采用丝网印刷方式进行印刷掩膜，将富含硼源的掩模浆料根据设计好的栅线网板印在硅片正面，采用红外或电阻丝加热烘干，温度为115℃，时间为90S；烘干之后再进行碱拨离，其采用1.8wt％NaOH或KOH，温度为38℃，时间为80S，形成P型重掺杂硅层；
S6、采用湿法刻蚀工艺，搭配HNO3/HF混合溶液，去除硅片背面P掺杂N+结，并对背面进行抛光处理；
S7、退火；
S8、采用原子层沉积(ALD)法在硅片背面形成三氧化二铝层(Al2O3钝化层)，再在三氧化二铝层上进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成氮化硅层(减反射层二)；
S9、采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法，在硅片正面形成氮化硅层(减反射层一)；
S10、采用丝网印刷法在硅片正面/背面印刷金属化浆料，经烧结后形成欧姆接触，制作得到P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
实施例3
在实施例1的基础上，本实施例中制备P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
S1、先将硅片去除损伤层后采用碱制绒工艺制绒，并形成5μm高的金字塔绒面；
S2、将经步骤S1制绒处理后的硅片采用三氯氧磷(POCl3)高温扩散，反应温度为850℃，反应时间为60min，在硅片表面形成P掺杂N+发射结，即为N型重掺杂硅层，同时形成磷硅玻璃(PSG)层；
S3、清洗硅片表面；
S31、采用HF溶液去除硅片表面的磷硅玻璃(PSG)层；
S32、采用RCA湿法化学法，清洗硅片表面；
S4、在硅片正面使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成二氧化硅层，再于二氧化硅层上形成N型重掺杂多晶硅层；
S5、采用丝网印刷方式进行印刷掩膜，将富含硼源的掩模浆料根据设计好的栅线网板印在硅片正面，采用红外或电阻丝加热烘干，温度为125℃，时间为130S；烘干之后再进行碱拨离，其采用2wt％NaOH或KOH，温度为45℃，时间为120S，形成P型重掺杂硅层；
S6、采用湿法刻蚀工艺，搭配HNO3/HF混合溶液，去除硅片背面P掺杂N+结，并对背面进行抛光处理；
S7、退火；
S8、采用原子层沉积(ALD)法在硅片背面形成三氧化二铝层(Al2O3钝化层)，再在三氧化二铝层上进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成氮化硅层(减反射层二)；
S9、采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法，在硅片正面形成氮化硅层(减反射层一)；
S10、采用丝网印刷法在硅片正面/背面印刷金属化浆料，经烧结后形成欧姆接触，制作得到P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
需要说明的是，本实施例中不限定各个步骤的具体工艺方法，只要能够实现的工艺方法均落入本发明的保护范围。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，其特征在于：包括正面电极(1)、减反射层一(2)、N型重掺杂硅层(5)、P型硅基底(6)、Al2O3钝化层(8)、减反射层二(9)、背面电极(10)，所述减反射层一(2)、N型重掺杂硅层(5)、P型硅基底(6)、Al2O3钝化层(8)、减反射层二(9)、背面电极(10)依次层叠设置，N型重掺杂硅层(5)还层叠设置有N型重掺杂多晶硅层(3)以及SiO2层(4)，SiO2层(4)与P型硅基底(6)接触设置，正面电极(1)穿透减反射层一(2)与N型重掺杂多晶硅层(3)相接触。
2.如权利要求1所述的一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，其特征在于：P型硅基底(6)靠近Al2O3钝化层(8)的背面嵌设有P型重掺杂硅层(7)，背面电极(10)依次穿过减反射层二(9)、Al2O3钝化层(8)与P型重掺杂硅层(7)相接触。
3.如权利要求1或2所述的一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，其特征在于：所述Al2O3钝化层(8)的厚度为3-10nm，减反射层一(2)、减反射层二(9)均为SiNx减反射层，SiNx减反射层的厚度为100-150nm。
4.如权利要求1所述的一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，其特征在于：所述N型重掺杂多晶硅层(3)的厚度为15-300nm，SiO2层(4)的厚度为0.3-3nm。
5.一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备如权利要求1所述的P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池包括以下步骤：
S1、制绒；
S2、在硅片表面形成P掺杂N+发射结；
S3、清洗硅片表面；
S4、在硅片正面形成二氧化硅层，再于二氧化硅层上形成N型重掺杂多晶硅层；
S5、印刷掩膜；
S6、去除硅片背面P掺杂N+结，并对背面进行抛光处理；
S7、退火；
S8、在硅片背面形成三氧化二铝层，再在三氧化二铝层上形成氮化硅层；
S9、在硅片正面形成氮化硅层；
S10、丝网印刷。
6.如权利要求4所述的一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S2具体为：将经步骤S1处理后的硅片采用三氯氧磷(POCl3)高温扩散，反应温度为750-850℃，反应时间为30-60min，在硅片表面形成P掺杂N+发射结。
7.如权利要求4所述的一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S3还包括以下分步骤：
S31：采用HF溶液去除硅片表面的磷硅玻璃(PSG)层；
S32：采用RCA湿法化学法，清洗硅片表面。
8.如权利要求4所述的一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S4在硅片正面形成二氧化硅层时使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD)法进行。
9.如权利要求4所述的一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S5采用丝网印刷方式，将富含硼源的掩模浆料根据设计好的栅线网板印在硅片正面，采用红外或电阻丝加热烘干，温度为110-125℃，时间为50-130S；烘干之后再进行碱拨离，其采用1.5-2wt％NaOH或KOH，温度为30-45℃，时间为40-120S，形成P型重掺杂硅层。
10.如权利要求4所述的一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S8中采用原子层沉积(ALD)法在硅片背面形成三氧化二铝层，再在三氧化二铝层上进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成氮化硅层。
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