CN110246905B - 一种硅太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能电池技术领域。该太阳能电池自下而上依次包括：背面电极、第一氮化硅层、氧化铝层、第一氧化硅层、硅基体、发射极层、第二氧化硅层、第二氮化硅层、第三氧化硅层以及正面电极。通过在电池正面氮化硅层上进一步增加氧化硅层，可以降低正面膜层的反射率，提升光的利用率，通过在背面氧化铝层与硅基体之间增加氧化硅层，有利于增强氧化铝固定负电荷的作用，增强了氧化铝的场钝化和化学钝化效果，从而提高了电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种硅太阳能电池及其制备方法。
背景技术
近年来，随着太阳能电池技术的进步以及发展的高要求，低成本、高转化效率已成为太阳能电池的必然趋势。钝化发射极背面接触(PERC)电池在常规单晶电池制备流程中增加背面钝化氧化铝和氮化硅以及激光开孔工艺，从而实现电池效率的提升。由于高的转换效率，PERC电池被广泛推广。
目前常规PERC背面钝化膜层结构为3～20nm的氧化铝和100～130nm的氮化硅结构，正面采用多层氮化硅进行钝化减反膜设计，正表面反射率一般在3～5％。
然而，硅片背表面与氧化铝之间存在较高的界面态密度，在一定程度上会削弱钝化膜层的钝化效果，另外，正面的多层氮化硅减反膜设计难以进一步降低反射率，从而导致难以进一步提升电池效率。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种硅太阳能电池及其制备方法，以解决难以进一步提升电池效率的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种硅太阳能电池，该电池自下而上依次包括：背面电极、第一氮化硅层、氧化铝层、第一氧化硅层、硅基体、发射极层、第二氧化硅层、第二氮化硅层、第三氧化硅层以及正面电极。
可选地，在背面电极与第一氮化硅层之间还设置有第四氧化硅层。
可选地，第二氧化硅层的厚度在1nm至5nm的范围内，第二氮化硅层的厚度在40nm至70nm的范围内，并且第二氮化硅层的折射率在2.08至2.15的范围内。
可选地，第三氧化硅层的厚度在10nm至30nm的范围内。
可选地，第一氧化硅层的厚度在1nm至5nm的范围内，氧化铝层的厚度在4nm至20nm的范围内，第一氮化硅层的厚度在60nm至90nm的范围内，并且第一氮化硅层的折射率在2.08至2.2的范围内。
可选地，第四氧化硅层的厚度在10nm至30nm的范围内。
可选地，硅基体为P型单晶硅基体。
第二方面，本发明提供了一种硅太阳能电池的制备方法，该方法包括：
a)提供P型单晶硅片，并进行双面制绒，绒面尺寸在1μm至3μm的范围内；
b)对制绒后的硅片正面进行单面扩散，扩散方阻在70欧姆至100欧姆的范围内；
c)对单面扩散后的硅片进行背面抛光，使得背面反射率在35％以上；
d)对背面抛光后的硅片进行单面热氧化，在硅片正面形成第一氧化硅层，第一氧化硅层的厚度在1nm至5nm的范围内；
e)对单面热氧化后的硅片背面依次连续沉积第二氧化硅层、氧化铝层、第一氮化硅层、第三氧化硅层，第二氧化硅层的厚度在1nm至5nm的范围内，氧化铝层的厚度在4nm至20nm的范围内，第一氮化硅层的厚度在60nm至90nm的范围内，并且第一氮化硅层的折射率在2.08至2.2的范围内，第三氧化硅层的厚度在10nm至30nm的范围内；
f)在进行背面沉积之后的硅片的正面依次沉积第二氮化硅层和第四氧化硅层，第二氮化硅层的厚度在40nm至70nm的范围内，第二氮化硅层的折射率在2.08至2.15的范围内，第四氧化硅层的厚度在10nm至30nm的范围内；
g)在进行正面沉积之后的硅片背面进行激光开槽，以露出硅片表面用于形成电极接触的区域；
h)对激光开槽后的硅片进行丝网印刷和烧结，以形成电极。
可选地，步骤d)中进行的热氧化的温度在600℃至750℃的范围内，并且氧气流量在1SLM至5SLM的范围内，热氧化的时间在10分钟至30分钟的范围内。
可选地，步骤e)和步骤f)中的沉积均采用等离子体增强化学气相沉积法来进行。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的太阳能电池自下而上依次包括：背面电极、第一氮化硅层、氧化铝层、第一氧化硅层、硅基体、发射极层、第二氧化硅层、第二氮化硅层、第三氧化硅层以及正面电极。通过在电池正面氮化硅层上进一步增加氧化硅层，可以降低正面膜层的反射率，提升光的利用率，通过在背面氧化铝层与硅基体之间增加氧化硅层，有利于增强氧化铝固定负电荷的作用，增强了氧化铝的场钝化和化学钝化效果，从而提高了电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了常规PERC太阳能电池的结构示意图；
图2示出了本发明一实施例提供的太阳能电池的结构示意图；
图3示出了本发明另一实施例提供的太阳能电池的结构示意图；
图4示出了本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了常规PERC太阳能电池的结构示意图，如图1所示，该太阳能电池自下而上依次包括：背面电极101、第一氮化硅层102、氧化铝层103、硅基体104、发射极层105、氧化硅层106、第二氮化硅层107、以及正面电极108。该结构中硅基体104背表面与氧化铝层103之间存在较高的界面态密度，在一定程度上会削弱钝化膜层的钝化效果，并且正面的氧化硅层106和第二氮化硅层107的减反射效果有限。这些都制约太阳能电池效率的提高。
为了进一步提高太阳能电池的效率，本发明实施例提出了一种新型的太阳能电池结构，如图2所示，该电池自下而上依次包括：背面电极201、第一氮化硅层202、氧化铝层203、第一氧化硅层204、硅基体205、发射极层206、第二氧化硅层207、第二氮化硅层208、第三氧化硅层209以及正面电极210。
与图1中所示的常规技术相比，通过在电池正面氮化硅层上进一步增加氧化硅层，可以降低正面膜层的反射率，提升光的利用率，通过在背面氧化铝层与硅基体之间增加氧化硅层，有利于增强氧化铝固定负电荷的作用，增强了氧化铝的场钝化和化学钝化效果，从而提高了电池效率。与常规结构的太阳能电池相比，本发明实施例提供的太阳能电池的开路电压提升2mV以上，减反膜层加权平均反射率能达到0.5％～2％。
另外，该电池结构的制备与现有制备工艺兼容，无需提供另外的制造设备。
可选地，如图3所示，可以在背面电极201与第一氮化硅层202之间还设置有第四氧化硅层211。在背面外层引入氧化硅层可以在电池背面形成高低折射率膜层，从而提升电池对长波段的光谱响应。
可选地，第二氧化硅层207的厚度在1nm至5nm的范围内，第二氮化硅层208的厚度在40nm至70nm的范围内，并且第二氮化硅层208的折射率在2.08至2.15的范围内。
可选地，第三氧化硅层209的厚度在10nm至30nm的范围内。
可选地，第一氧化硅层204的厚度在1nm至5nm的范围内，氧化铝层203的厚度在4nm至20nm的范围内，第一氮化硅层202的厚度在60nm至90nm的范围内，并且第一氮化硅层202的折射率在2.08至2.2的范围内。
可选地，第四氧化硅层211的厚度在10nm至30nm的范围内。
可选地，硅基体205可以为P型单晶硅基体。
本发明实施例还提供了太阳能电池的制备方法，本方法可以用于制备本发明上述实施例中提供的太阳能电池。下面参照图4详细描述该制备方法。该方法包括：
a)提供P型单晶硅片，并进行双面制绒，绒面尺寸在1μm至3μm的范围内；
b)对制绒后的硅片正面进行单面扩散，扩散方阻在70欧姆至100欧姆的范围内；
c)对单面扩散后的硅片进行背面抛光，使得背面反射率在35％以上；
d)对背面抛光后的硅片进行单面热氧化，在硅片正面形成第一氧化硅层，第一氧化硅层的厚度在1nm至5nm的范围内；在该步骤中，在将硅片放入片槽以进行热氧化时，可以将两个硅片背靠背放置在一个片槽中，使得两个硅片的正面均外露，以同时进行热氧化。与硅片双面热氧化相比，本步骤中所采用的单面热氧化使得产量提高一倍；
e)对单面热氧化后的硅片背面依次连续沉积第二氧化硅层、氧化铝层、第一氮化硅层、第三氧化硅层，第二氧化硅层的厚度在1nm至5nm的范围内，氧化铝层的厚度在4nm至20nm的范围内，第一氮化硅层的厚度在60nm至90nm的范围内，并且第一氮化硅层的折射率在2.08至2.2的范围内，第三氧化硅层的厚度在10nm至30nm的范围内；
f)在进行背面沉积之后的硅片的正面依次沉积第二氮化硅层和第四氧化硅层，第二氮化硅层的厚度在40nm至70nm的范围内，第二氮化硅层的折射率在2.08至2.15的范围内，第四氧化硅层的厚度在10nm至30nm的范围内；
g)在进行正面沉积之后的硅片背面进行激光开槽，以露出硅片表面用于形成电极接触的区域；
h)对激光开槽后的硅片进行丝网印刷和烧结，以形成电极。
可选地，步骤d)中进行的热氧化的温度在600℃至750℃的范围内，并且氧气流量在1SLM至5SLM的范围内，热氧化的时间在10分钟至30分钟的范围内。
可选地，步骤e)和步骤f)中的沉积均采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)来进行。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种硅太阳能电池，其特征在于，自下而上依次包括：背面电极、第一氮化硅层、氧化铝层、第一氧化硅层、硅基体、发射极层、第二氧化硅层、第二氮化硅层、第三氧化硅层以及正面电极；
在所述背面电极与所述第一氮化硅层之间还设置有第四氧化硅层；
所述第一氧化硅层的厚度在1 nm至5 nm的范围内，所述氧化铝层的厚度在4 nm至20nm的范围内，所述第一氮化硅层的厚度在60 nm至90 nm的范围内，并且所述第一氮化硅层的折射率在2.08至2.2的范围内；
所述第四氧化硅层的厚度在10 nm至30 nm的范围内；
所述第二氧化硅层的厚度在1 nm至5 nm的范围内，所述第二氮化硅层的厚度在40 nm至70 nm的范围内，并且所述第二氮化硅层的折射率在2.08至2.15的范围内；
所述第三氧化硅层的厚度在10 nm至30 nm的范围内；
所述硅基体为P型单晶硅基体。
2.一种硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
a）提供P型单晶硅片，并进行双面制绒，绒面尺寸在1 μm至3 μm的范围内；
b）对制绒后的硅片正面进行单面扩散，扩散方阻在70 欧姆至100欧姆的范围内；
c）对单面扩散后的硅片进行背面抛光，使得背面反射率在35%以上；
d）对背面抛光后的硅片进行单面热氧化，在硅片正面形成第一氧化硅层，所述第一氧化硅层的厚度在1 nm至5 nm的范围内；
e）对单面热氧化后的硅片背面依次连续沉积第二氧化硅层、氧化铝层、第一氮化硅层、第三氧化硅层，所述第二氧化硅层的厚度在1 nm至5 nm的范围内，所述氧化铝层的厚度在4nm至20 nm的范围内，所述第一氮化硅层的厚度在60 nm至90 nm的范围内，并且所述第一氮化硅层的折射率在2.08至2.2的范围内，所述第三氧化硅层的厚度在10 nm至30 nm的范围内；
f）在进行背面沉积之后的硅片的正面依次沉积第二氮化硅层和第四氧化硅层，所述第二氮化硅层的厚度在40 nm至70 nm的范围内，所述第二氮化硅层的折射率在2.08至2.15的范围内，所述第四氧化硅层的厚度在10 nm至30 nm的范围内；
g）在进行正面沉积之后的硅片背面进行激光开槽，以露出硅片表面用于形成电极接触的区域；
h）对激光开槽后的硅片进行丝网印刷和烧结，以形成电极；
步骤d）中进行的热氧化的温度在600℃至750℃的范围内，并且氧气流量在1 SLM至5SLM的范围内，热氧化的时间在10分钟至30分钟的范围内；
步骤e）和步骤f）中的沉积均采用等离子体增强化学气相沉积法来进行。
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