CN110890432A - 一种高效多晶硅太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效多晶硅太阳能电池，包括衬底、掺杂层、钝化减反射层、第一金属电极、钝化层、保护层、铝背场以及第二金属电极，掺杂层设于衬底正面，钝化层设于衬底背面，保护层设于钝化层表面、铝背场设于保护层表面，钝化减反射层包括第一钝化膜和氮氧化硅薄膜，第一钝化膜设于掺杂层表面，氮氧化硅薄膜设于第一钝化膜表面，钝化层包括第二钝化膜；第一金属电极设于第一叠层结构上，第二金属电极设于第二叠层结构上。本发明相比于传统的黑硅+PERC电池，能进一步降低短波光的反射，从而达到提升短路电流的效果；采用隧穿氧化硅/多晶硅叠层的选择性载流子输运特性来提供钝化，从而实现该区域减少复合的目的。

Description

一种高效多晶硅太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明设计太阳能电池领域，具体涉及一种高效多晶硅太阳能电池。

背景技术

太阳能电池技术发展至今，平价越来越成为其关键，多晶硅硅成本优势明显，进一步提升多晶硅太阳能电池转换效率，对于太阳能电池成本的进一步降低、实现平价是一个有效的研究方向。行业多晶高效电池的主流制备方式为黑硅+PERC电池，黑硅，纳米绒面结构，可极大降低光的反射，提高短路电流；PERC电池背面氧化铝钝化，可有效降低背表面复合，提高开路电压。基于此，进一步提升多晶效率，主要方向仍在于对光反射的降低及表面复合的降低。目前多晶硅电池正面减反射膜系主要为氮化硅，其短波反射仍有下降空间，光学上对于电池，仍有提升短路电流的空间；另外，多晶背面钝化，仍有局部未钝化的区域，特别正、背面电极区，存在极大的复合，制约着电池的转换效率。

现有方案的局限性在于：1、目前多晶产业化电池，通过氧化铝钝化背面，可以大大降低表面复合，但是氧化铝钝化结构的电池，其正、背面电极区域仍然没有避开金属与硅的直接接触，而总所周知的，金属与硅直接接触会导致极大的金属区复合，如何减少甚至完全避开金属与硅的直接接触，是产业化多晶硅电池的研究方向；2、目前多晶产业化电池，通过黑硅绒面的技术，对短波光的减反射方面已经有了极大的提升，通过绒面方面的研究已经很难再进一步改善短波光的减反射，而在绒面上镀减反射膜是可以研究的方向。传统的多晶产业化电池，多使用氮化硅膜系作为减反射膜，而氮化硅膜系，短波光减反射方面仍然较大，特别叠加到多晶黑硅绒面上时，其全波段减反射达到8％以上，光的反射是光的损失，在电池端表现未短路电流的下降；。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效多晶硅太阳能电池及其制备方法，降低短波光反射率，减少复合。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高效多晶硅太阳能电池，包括衬底、掺杂层、钝化减反射层、第一金属电极、钝化层、保护层、铝背场以及第二金属电极，所述掺杂层设于所述衬底正面，所述钝化层设于所述衬底背面，所述保护层设于所述钝化层表面、所述铝背场设于所述保护层表面，

所述钝化减反射层包括第一钝化膜和氮氧化硅薄膜，所述第一钝化膜设于所述掺杂层表面，所述氮氧化硅薄膜设于所述第一钝化膜表面，所述钝化层包括第二钝化膜；

所述第一金属电极设于第一叠层结构上，所述第一叠层结构贯穿所述钝化减反射层并包括第一遂穿氧化层和第一掺杂多晶硅薄膜，所述第一遂穿氧化层、所述第一掺杂多晶硅薄膜以及所述第一金属电极沿渐远所述衬底的方向依次设置，所述第二金属电极设于第二叠层结构上，所述第二叠层结构贯穿所述钝化层、所述保护层以及所述铝背场并包括第二遂穿氧化层和第二掺杂多晶硅薄膜，所述第二遂穿氧化层、所述第二掺杂多晶硅薄膜以及所述第二金属电极沿渐远所述衬底的方向依次设置。

进一步的，所述衬底为P型多晶硅。

进一步的，所述掺杂层为磷扩散层。

进一步的，所述第一钝化膜为氧化硅层。

进一步的，所述第二钝化膜为氧化铝层。

进一步的，所述保护层为氮化硅层。

进一步的，所述第一金属电极和所述第二金属电极均为银电极。

进一步的，所述第一掺杂多晶硅薄膜为掺磷掺杂多晶硅薄膜。

进一步的，所述第二掺杂多晶硅薄膜为掺硼掺杂多晶硅薄膜。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明公开的高效多晶硅太阳能电池，相比于传统的黑硅+PERC电池，其正面利用PECVD沉积一层氮氧化硅膜(含氮量0％-80％)，氮氧化硅膜相比于氮化硅，能进一步降低短波光的反射，从而达到提升短路电流的效果；对于多晶硅电池正、背面电极区，采用隧穿氧化硅/多晶硅叠层的选择性载流子输运特性来提供钝化，从而实现该区域减少复合的目的。对比原有产业化多晶电池结构，可以进一步降低表面反射，提高对光的吸收，增加电池的短路电流，对比已有产业化多晶电池结构，可以进一步降低表面复合，提高电池的开路电压，且本发明，未改变现有多晶产业化电池工厂结构，只在原基础上增加部分设备，即可与目前的产业化生产线兼容，容易产业化推广应用。

附图说明

图1是本发明公开的高效多晶硅太阳能电池的结构示意图。

其中：100、衬底；210、掺杂层；221、第一钝化膜；222、氮氧化硅薄膜；230、第一金属电极；241、第一遂穿氧化层；242、第一掺杂多晶硅薄膜；311、第二钝化膜；320、保护层；330、铝背场；340、第二金属电极；351、第二遂穿氧化层；352、第二掺杂多晶硅薄膜。

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一

参见图1，如其中的图例所示，一种高效多晶硅太阳能电池，包括：

衬底100；

掺杂层210，掺杂层210设于衬底100正面；

钝化减反射层，钝化减反射层220包括第一钝化膜221和氮氧化硅薄膜222，第一钝化膜221设于掺杂层210表面，氮氧化硅薄膜222设于第一钝化膜221表面；

第一金属电极230，第一金属电极230设于第一叠层结构上，第一叠层结构贯穿钝化减反射层220并包括第一遂穿氧化层241和第一掺杂多晶硅薄膜242，第一遂穿氧化层241、第一掺杂多晶硅薄膜242以及第一金属电极230沿渐远衬底100的方向依次设置；

钝化层，钝化层包括第二钝化膜311，钝化层311设于衬底100背面；

保护层320，保护层320设于第二钝化膜311表面；

铝背场330，铝背场330设于保护层320表面；

第二金属电极340，第二金属电极340设于第二叠层结构上，第二叠层结构贯穿钝化层310、保护层320以及铝背场330并包括第二遂穿氧化层351和第二掺杂多晶硅薄膜352，第二遂穿氧化层351、第二掺杂多晶硅薄膜352以及第二金属电极340沿渐远衬底100的方向依次设置。

本实施例中优选的实施方式，衬底100为P型多晶硅。

本实施例中优选的实施方式，掺杂层210为磷扩散层。

本实施例中优选的实施方式，第一钝化膜221为氧化硅层。

本实施例中优选的实施方式，第二钝化膜为氧化铝层。

本实施例中优选的实施方式，保护层320为氮化硅层。

本实施例中优选的实施方式，第一金属电极230和第二金属电极340均为银电极。

本实施例中优选的实施方式，第一掺杂多晶硅薄膜242为掺磷掺杂多晶硅薄膜。

本实施例中优选的实施方式，第二掺杂多晶硅薄膜352为掺硼掺杂多晶硅薄膜。

下面介绍上述高效多晶硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

(1)制绒：以P型多晶硅作为衬底，使用HNO₃+HF(质量比5:1)混合溶液进行酸腐蚀，去除表面切片损伤层，再用2％-5％的KOH溶液进行碱洗，再经过5％左右质量浓度的HF进行酸洗后，使用SF₆、Cl₂、O₂的混合气体，对硅片表面进行等离子刻蚀，再使用5％-8％质量浓度的NH₃·HF溶液进行等离子刻蚀后的表面去损伤处理，获得绒面；获得衬底；

(2)扩散：使用低压扩散管，在800-900℃条件下，通过沉积磷的方式，形成pn结，形成的方块电阻在150ohm/sq左右；获得掺杂层

(3)去背结：使用HF+HNO₃的混合溶液，去除背表面场区域的磷硅玻璃及背面扩散层，再用2％-5％的KOH溶液进行碱洗，再经过5％左右质量浓度的HF进行酸洗后去除正面磷硅玻璃；

(4)正面隧穿氧化层：使用氧化炉氧化，形成2nm左右的薄氧化层；

(5)正面掺磷多晶硅：使用LPCVD沉积掺杂多晶硅薄膜，沉积的薄膜厚度在20-200nm左右，在通过低压扩散炉，在800-900℃的条件下通磷，使沉积的掺杂多晶硅薄膜晶化并掺磷，形成掺磷掺杂多晶硅薄膜，形成的掺磷薄膜方块电阻在40-120ohm/sq左右；

(6)背面隧穿氧化层：使用氧化炉氧化，形成2nm左右的薄氧化层；

(7)背面掺硼多晶硅：使用LPCVD沉积掺杂多晶硅薄膜，沉积厚度在50-100nm左右，通过硼扩散炉，在1000℃左右的条件下通三溴化硼，使沉积的掺杂多晶硅薄膜晶化并掺硼，形成掺硼掺杂多晶硅薄膜，形成的掺硼薄膜方块电阻在60-120ohm/sq左右；

(8)去除正面非电极栅线区和背面非电极区的掺杂多晶硅薄膜及隧穿氧化层，得到第一遂穿氧化层、第二遂穿氧化层、第一掺杂多晶硅薄膜以及第二掺杂多晶硅薄膜；

(9)使用丝网印刷设备，丝网印刷图形同于正面电极栅线图形和背面电极图形，在正面电极栅线区和背面电极区印刷一层蜡材料，对印蜡区域的磷硅玻璃和硼硅玻璃进行保护；

(10)使用10％左右质量浓度的HF溶液，去除非印蜡区域、掺杂多晶硅薄膜上的磷硅玻璃和硼硅玻璃；

(11)使用15％左右的KOH溶液，在80℃的条件下，对非印蜡区域的掺杂多晶硅薄膜进行腐蚀，并同时去除蜡，利用磷硅玻璃、硼硅玻璃有一定耐碱性的特性，将正面电极栅线区和背面电极区的隧穿氧化层和掺杂多晶硅薄膜进行保护；

(12)使用5％左右质量浓度的HF溶液，对经过上述步骤的硅片进行清洗；

(13)正面氧化层：使用管式氧化炉，在600-800℃时，在硅片正面形成一层钝化氧化层，获得第一钝化膜；

(14)正面氮氧化硅层：使用PECVD，硅烷、氨气、笑气按流量比1：1：6的比例，在400～600℃条件下，沉积的一层减反射膜，获得氮氧化硅减反射膜；

(15)背面氧化铝：使用ALD设备，在硅片背面沉积一层6nm左右的氧化铝钝化层，获得第二钝化膜；

(16)背面氮化硅：使用PECVD，在硅片背面沉积一层氮化硅钝化层；获得保护层；

(17)激光开膜：使用激光，打开背面局部的氮化硅膜，形成局域铝背场和金属区欧姆接触，并使用激光，打开背面电极区的氮化硅和氧化铝，使背面电极区的掺硼多晶硅和银形成接触

(18)丝网印刷：A、正面印刷银浆，银浆印刷在正面掺磷掺杂多晶硅薄膜区域；B、背面印刷银浆，银浆印刷在背面掺硼掺杂多晶硅薄膜区域；C、背面印刷铝浆；D、完成上述步骤后，在750～780℃时，进行共烧，使形成接触。

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)

1.一种高效多晶硅太阳能电池，包括衬底、掺杂层、钝化减反射层、第一金属电极、钝化层、保护层、铝背场以及第二金属电极，所述掺杂层设于所述衬底正面，所述钝化减反射层设于所述掺杂层表面，所述钝化层设于所述衬底背面，所述保护层设于所述钝化层表面、所述铝背场设于所述保护层表面，其特征在于：

所述第一金属电极设于第一叠层结构上，所述第一叠层结构贯穿所述钝化减反射层并包括第一遂穿氧化层和第一掺杂多晶硅薄膜，所述第一遂穿氧化层、所述第一掺杂多晶硅薄膜以及所述第一金属电极沿渐远所述衬底的方向依次设置，所述第二金属电极设于第二叠层结构上，所述第二叠层结构贯穿所述钝化层、所述保护层以及所述铝背场并包括第二遂穿氧化层和第二掺杂多晶硅薄膜，所述第二遂穿氧化层、所述第二掺杂多晶硅薄膜以及所述第二金属电极沿渐远所述衬底的方向依次设置。

2.如权利要求1所述的高效多晶硅太阳能电池，其特征在于，所述钝化减反射层包括第一钝化膜和氮氧化硅薄膜，所述第一钝化膜设于所述掺杂层表面，所述氮氧化硅薄膜设于所述第一钝化膜表面，所述钝化层包括第二钝化膜。

3.如权利要求1所述的高效多晶硅太阳能电池，其特征在于，所述衬底为P型多晶硅。

4.如权利要求1所述的高效多晶硅太阳能电池，其特征在于，所述掺杂层为磷扩散层。

5.如权利要求1所述的高效多晶硅太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化膜为氧化硅层，所述第二钝化膜为氧化铝层。

6.如权利要求1所述的高效多晶硅太阳能电池，其特征在于，所述保护层为氮化硅层。

7.如权利要求1所述的高效多晶硅太阳能电池，其特征在于，所述第一金属电极和所述第二金属电极均为银电极。

8.如权利要求1所述的高效多晶硅太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂多晶硅薄膜为掺磷掺杂多晶硅薄膜。

9.如权利要求1所述的高效多晶硅太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂多晶硅薄膜为掺硼掺杂多晶硅薄膜。

10.用于制备如权利要求1-9任一所述的高效多晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制绒：对硅片衬底进行等离子刻蚀，获得绒面；

(2)扩散：在硅片绒面上制备pn结，获得掺杂层；

(3)去背结：去除硅片背面的玻璃层和掺杂层及硅片正面的玻璃层；

(4)正面氧化及沉积和背面氧化及沉积：对硅片正面和背面分别依次进行氧化和沉积，获得硅片正面的氧化层、硅片正面的掺杂多晶硅薄膜、硅片背面的氧化层以及硅片背面的掺杂多晶硅薄膜；

(5)去氧化层和掺杂多晶硅薄膜，去除硅片正面非电极栅线区和背面非电极栅线区的掺杂多晶硅薄膜和氧化层，获得第一遂穿氧化层、第二遂穿氧化层、第一掺杂多晶硅薄膜以及第二掺杂多晶硅薄膜；

(6)丝网印刷保护层，在硅片正面电极栅线区和背面电极栅线区印刷蜡层；

(7)去除玻璃层，去除硅片正面非电极栅线区和背面非电极栅线区的玻璃层后进行腐蚀后清洗；

(8)正面钝化减反射层和背面钝化层及保护层：在硅片正面制备钝化减反射层，在硅片背面依次制备钝化层和保护层；

(9)激光开膜：打开硅片正面电极栅线区的钝化减反射层和硅片背面电极栅线区的保护层和钝化层；

(10)丝网印刷：在硅片正面电极栅线区印刷正极栅线，在硅片背面电极栅线区和其他区域分别印刷电极栅线和铝背场，获得第一金属电极、第二金属电极以及铝背场；

(11)共烧。

Images