CN110911503A - 晶硅太阳能电池片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶硅太阳能电池片及其制造方法。太阳能电池片包括基体片，基体片包括P型硅片、顶钝化层、隧穿层和底钝化层。隧穿层设置在P型硅片的底表面上并具有空穴传输能力；底钝化层为掺杂硼的钝化层，底钝化层设置在隧穿层的底表面上。本发明提供了基于P型硅片的钝化结构和方法，该结构和方法与现有的PERC钝化技术兼容度较高，有利于太阳能电池片的产业化发展。本发明还提供了将具有空穴传输能力的材料作为隧穿层的方案，使得隧穿层在选择空穴的同时阻挡电子传输，优化电池性能。
Description
技术领域
本发明涉及能源领域，尤其涉及一种晶硅太阳能电池片及其制造方法。
背景技术
随着全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源消耗速度加快，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。世界各国纷纷制定各自的能源发展战略，以应对常规化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题。太阳能凭借其可靠性、安全性、广泛性、长寿性、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，有望成为未来全球电力供应的主要支柱。
在新一轮能源变革过程中，我国光伏产业已成长为具有国际竞争优势的战略新兴产业。然而，光伏产业发展仍面临诸多问题与挑战，转换效率与可靠性是制约光伏产业发展的最大技术障碍，而成本控制与规模化又在经济上形成制约。
目前，异质结太阳能电池由于具备转换效率高、制造工艺流程短、硅片薄片化、温度系数低、无光致衰减、可双面发电且双面率高等一系列优势，被誉为最具产业化潜力的下一代超高效太阳能电池技术。但太阳能电池技术若要实现大规模发展也具有一定难度：一方面，异质结太阳能电池的制造成本相对较高，另一方面太阳能电池采用常规封装技术封装时，焊带拉力的稳定性难以控制，且一些太阳能电池不能采取传统晶体硅电池的高温焊接等工艺，需要低温焊接工艺和低温材料，因此封装工艺难度较高。
为了弥补以上缺陷，可以在一些场景下使用其他高效晶硅太阳能电池而不使用异质结太阳能电池。
近几年，各种新型晶硅技术层出不穷。目前市场上以PERC太阳能电池为主，主流量产效率可以超过22％，然而PERC太阳能电池转换效率再往上提升会受到较多限制。目前一种新型的钝化接触结构可以在现有PERC技术基础上通过叠加2-3道工序将电池转换效率提升至23％以上。钝化接触技术由于与现有的PERC技术兼容性强，越来越受到市场和各研究机构的青睐。
然而，现有的钝化接触技术是基于在N型晶硅而完成的，但是由于N型硅片成本比P型硅片高，且目前市场上九成以上的量产电池技术都是基于P型硅片，若改造N型的钝化接触技术，需要增加硼扩散或者离子注入等技术，从而增加了电池制造成本，从而不利于钝化接触电池技术的发展。
因而需要提供一种晶硅太阳能电池片及其制造方法，以至少部分地解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种晶硅太阳能电池片及其制造方法，其提供了基于P型硅片的钝化结构和方法，该结构和方法与现有的 PERC钝化技术兼容度较高，有利于太阳能电池片的产业化发展。本发明还提供了将具有空穴传输能力的材料作为隧穿层的方案，使得隧穿层在选择空穴的同时阻挡电子传输，优化电池性能。
并且，本发明所提供的晶硅太阳能电池片结构较为简单、易于生产制造，本发明所提供的制造方法工艺路线简单、易于实现。
根据本发明的一个方面，提供了一种晶硅太阳能电池片，所述晶硅太阳能电池片包括基体片和设置在所述基体片的顶表面和底表面上的栅线，所述基体片包括：
P型硅片，所述P型硅片的顶表面为n型表面；
顶钝化层，所述顶钝化层设置在所述n型表面上，且所述顶钝化层为二氧化硅钝化层；
隧穿层，所述隧穿层设置在所述P型硅片的底表面上并具有空穴传输能力；
底钝化层，所述底钝化层设置在所述隧穿层的底表面上，且所述底钝化层为掺杂硼的钝化层。
在一种实施方式中，所述P型硅片的厚度为100μm-220μm；并且/或者
所述顶钝化层的厚度为1nm-20nm；并且/或者
所述隧穿层的厚度为0.5nm-2nm；并且/或者
所述底钝化层的厚度为40nm-250nm。
在一种实施方式中，所述底钝化层为掺杂硼的多晶硅薄膜层、掺杂硼的非晶薄膜层或掺杂硼的微晶薄膜层。
在一种实施方式中，所述顶钝化层的顶表面和所述底钝化层的底表面设置有减反膜。
在一种实施方式中，所述减反膜为由氮化硅制成的整体膜结构；或者
所述减反膜为由氮氧化硅制成的整体膜结构；或者
所述减反膜为氮氧化硅层和氮化硅层共同形成的叠层结构。
在一种实施方式中，所述减反膜的厚度为70nm-200nm。
在一种实施方式中，所述n型表面为含磷表面。
在一种实施方式中，所述隧穿层包括氧化铝层、氧化钼层、氧化锡层、氧化硅层和氧化镍层中的至少一者。
本发明的另一方面，提供了一种制造晶硅太阳能电池片的方法，所述方法包括设置基体片以及在所述基体片的顶表面、底表面上施加栅线，所述设置基体片的步骤包括如下步骤：
设置P型硅片；
在所述P型硅片的底表面上设置具有空穴隧穿能力的隧穿层；
在所述隧穿层的底表面上设置掺杂硼的底钝化层；
对所述P型硅片的边缘和顶表面刻蚀以去除其上的硼；
在所述P型硅片的顶表面上设置由二氧化硅制成的顶钝化层。
在一种实施方式中，设置P型硅片的步骤包括如下步骤：
用氢氧化钠或氢氧化钾溶液对所述P型硅片进行清洗和制绒；
在所述P型硅片的顶表面和底表面上用热扩散或离子注入的方式形成掺杂磷的N型表面，构成PN结；
利用干法或湿法刻蚀去除所述P型硅片边缘和底表面的磷，以及去除所述P型硅片的底表面和顶表面的磷硅玻璃。
在一种实施方式中，设置隧穿层的步骤通过PECVD方法、ALD 方法、LPCVD方法、热氧化法、蒸镀法或PEALD方法实现，且将所述隧穿层设置为使其厚度为0.5nm-2nm。
在一种实施方式中，设置底钝化层的步骤通过PECVD方法或 LPCVD方法实现，且将所述底钝化层设置为使其厚度为40nm-250nm。
在一种实施方式中，所述底钝化层为掺杂硼的多晶硅薄膜层、掺杂硼的非晶薄膜层或掺杂硼的微晶薄膜层。
在一种实施方式中，设置顶钝化层的步骤包括：利用热氧化、臭氧、湿法氧化和ALD方法中的至少一种制备所述顶钝化层，且使所述顶钝化层的厚度为1nm-20nm。
在一种实施方式中，设置基体片的步骤还包括如下步骤：在所述顶钝化层的顶表面和所述底钝化层的底表面上设置减反膜。
在一种实施方式中，设置减反膜的步骤包括：采用PECVD的方法设置包括氮化硅层和氮氧化硅层中的至少一者的减反膜，并使所述减反膜的厚度形成为70nm-200nm。
在一种实施方式中，所述隧穿层包括氧化铝层、氧化钼层、氧化锡层、氧化硅层和氧化镍层中的至少一者。
根据本发明，晶硅太阳能电池片为基于P型硅片的电池片，其与现有的PERC钝化技术兼容度较高，有利于太阳能电池片的产业化发展。本发明还提供了将具有空穴传输能力的材料作为隧穿层的方案，使得隧穿层在选择空穴的同时阻挡电子传输，优化电池性能。并且，本发明所提供的晶硅太阳能电池片结构较为简单、易于生产制造，本发明所提供的制造方法工艺路线简单、易于实现。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1为根据本发明一个优选实施方式的晶硅太阳能电池片的俯视图；
图2为图1中沿A-A线截取的截面图顺时针旋转90°之后的示意图；
图3为根据本发明的一个优选实施方式的制造方法的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
本发明提供了一种晶硅太阳能电池片及其制造方法。图1至图2 示出了根据本发明的一个优选实施方式的晶硅太阳能电池片的示意图，图3为制造方法的流程示意图。
如图1所示，太阳能电池片1包括基体片和设置在基体片顶表面和底表面上的栅线。参考图2，基体片包括P型硅片2、顶钝化层4、隧穿层6和底钝化层7。栅线又包括副栅线和主栅线，其可以由银、金、铜、铝、镍等金属中的一种或多种制成。图2中示出了位于P型硅片2顶侧的顶侧副栅线8和位于P型硅片2底侧的底侧副栅线9。
其中，P型硅片2的顶表面为n型表面3，可为含磷表面，且P 型硅片2的厚度为100μm-220μm。顶钝化层4设置在n型表面3上且顶钝化层4为二氧化硅钝化层，其厚度大致为1nm-20nm。
隧穿层6设置在P型硅片2的底表面上并具有空穴传输能力，例如，隧穿层6可以包括氧化铝层、氧化钼层、氧化锡层、氧化硅层和氧化镍层中的至少一者，例如隧穿层6可以为单层结构或上述几种层的叠层结构。由于氧化铝、氧化钼、氧化锡、氧化硅和氧化镍具有空穴传输能力，其选择空穴同时阻挡电子传输的功能，能够优化晶硅太阳能电池片1的性能。隧穿层6的厚度大致为0.5nm-2nm。
底钝化层7设置在隧穿层6的底表面上，且底钝化层7为掺杂硼的钝化层，其能够保护隧穿层6并能够对晶硅太阳能电池片1提供钝化作用。底钝化层7优选地为掺杂硼的多晶硅薄膜层。或者，底钝化层7也可以为掺杂硼的非晶硅薄膜层或掺杂硼的多晶硅薄膜层。底钝化层7的厚度例如可以为40nm-250nm。
优选地，顶钝化层4的顶表面和底钝化层7的底表面上还可以设置减反膜5。减反膜5例如可以由氮化硅制成或氮氧化硅制成，或减反膜5可以为氮化硅层和氮氧化硅层共同形成的叠层结构，减反膜5 的厚度例如可以为70nm-200nm。
本实施方式另一方面还提供了一种制造晶硅太阳能电池片1的方法。参考图3，该方法依次包括如下步骤S1至S5。
S1为设置P型硅片2的步骤。该步骤还包括如下子步骤：
用氢氧化钠或氢氧化钾溶液对P型硅片2进行清洗和制绒，去除 P型硅片2表面的金属离子和切割损伤层，并形成金字塔绒面，该金字塔的尺寸例如为2μm-10μm；
在P型硅片2的顶表面和底表面上用热扩散或离子注入的方式形成掺杂磷的N型表面，构成PN结(表面方阻为80Ω/□-240Ω/□)；
用干法或湿法刻蚀去除P型硅片2边缘和底表面的磷，以及去除 P型硅片2底表面和顶表面的磷硅玻璃。
S2为在P型硅片2底表面上设置隧穿层6的步骤，该隧穿层6 包括氧化物层。该步骤可以通过PECVD方法、ALD方法、LPCVD 方法、热氧化法、蒸镀法或PEALD方法实现，且可以将隧穿层6设置为使其厚度为0.5nm-2nm。优选地，在该步骤中，可以将氧化铝层、氧化钼层、氧化锡层、氧化硅层和氧化镍层中的一者的单层结构或两者以上的叠层结构设置为隧穿层6。由于氧化铝、氧化钼、氧化锡、氧化硅和氧化镍具有选择空穴同时阻挡电子传输的功能，其能够优化晶硅太阳能电池片1的性能。
S3为在隧穿层6的底表面上设置掺杂硼的底钝化层7的步骤。该步骤通过PECVD方法或LPCVD方法实现，且将所述底钝化层7 设置为使其厚度为40nm-250nm。优选地可以将掺杂硼的多晶硅薄膜层设置为底钝化层7，或者将掺杂硼的非晶硅薄膜层或掺杂硼的微晶薄膜层设置为底钝化层7。
S4为对P型硅片2的边缘和顶表面刻蚀的步骤。该步骤能够用干法或湿法去除P型硅片2的边缘和顶表面上绕镀到的硼。
S5为之后的后续处理步骤。其中，S5可以包括例如如下所述的 S51-S53(图中未示出)的子步骤。
在S51中，在P型硅片2的顶表面上，即在P型硅片2顶表面的含磷的n型表面3上设置由二氧化硅制成的顶钝化层4。在该步骤中，可选择利用热氧化、臭氧、湿法氧化和ALD方法中的至少一种制备顶钝化层4，且使顶钝化层4的厚度为1nm-20nm。
S52例如为在顶钝化层4的顶表面、底钝化层7的底表面上设置减反膜5的步骤。该步骤可以包括：采用PECVD的方法设置包括氮化硅层和氮氧化硅层中的至少一者的减反膜5，并使减反膜5的厚度形成为70nm-200nm。
S53例如为印刷栅线的步骤，或称为印刷电极的步骤。在该步骤中，可以用银、金、铜、铝、镍中的一种或多种在基体片的顶表面和底表面上印刷主栅线和副栅线，图2中所示的栅线为副栅线。
本发明提供了基于P型硅片的钝化结构和方法，该结构和方法与现有的PERC钝化技术兼容度较高，有利于太阳能电池片的产业化发展。本发明还提供了将具有空穴传输能力的材料作为隧穿层的方案，使得隧穿层在选择空穴的同时阻挡电子传输，优化电池性能。并且，本发明所提供的晶硅太阳能电池片结构较为简单、易于生产制造，本发明所提供的制造方法工艺路线简单、易于实现。
本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。
附图标记：
晶硅太阳能电池片 1
P型硅片 2
n型表面 3
顶钝化层 4
减反膜 5
隧穿层 6
底钝化层 7
顶侧副栅线 8
底侧副栅线 9 。
Claims (17)
1.一种晶硅太阳能电池片，所述晶硅太阳能电池片包括基体片和设置在所述基体片的顶表面和底表面上的栅线，所述基体片包括：
P型硅片，所述P型硅片的顶表面为n型表面；
顶钝化层，所述顶钝化层设置在所述n型表面上，且所述顶钝化层为二氧化硅钝化层，
其特征在于，所述基体片还包括：
隧穿层，所述隧穿层设置在所述P型硅片的底表面上并具有空穴传输能力；
底钝化层，所述底钝化层设置在所述隧穿层的底表面上，且所述底钝化层为掺杂硼的钝化层。
2.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池片，其特征在于，
所述P型硅片的厚度为100μm-220μm；并且/或者
所述顶钝化层的厚度为1nm-20nm；并且/或者
所述隧穿层的厚度为0.5nm-2nm；并且/或者
所述底钝化层的厚度为40nm-250nm。
3.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述底钝化层为掺杂硼的多晶硅薄膜层、掺杂硼的非晶薄膜层或掺杂硼的微晶薄膜层。
4.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述顶钝化层的顶表面和所述底钝化层的底表面设置有减反膜。
5.根据权利要求4所述的晶硅太阳能电池片，其特征在于，
所述减反膜为由氮化硅制成的整体膜结构；或者
所述减反膜为由氮氧化硅制成的整体膜结构；或者
所述减反膜为氮氧化硅层和氮化硅层共同形成的叠层结构。
6.根据权利要求4所述的晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述减反膜的厚度为70nm-200nm。
7.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述n型表面为含磷表面。
8.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池片，其特征在于，所述隧穿层包括氧化铝层、氧化钼层、氧化锡层、氧化硅层和氧化镍层中的至少一者。
9.一种制造晶硅太阳能电池片的方法，所述方法包括设置基体片以及在所述基体片的顶表面、底表面上施加栅线，其特征在于，所述设置基体片的步骤包括如下步骤：
设置P型硅片；
在所述P型硅片的底表面上设置具有空穴隧穿能力的隧穿层；
在所述隧穿层的底表面上设置掺杂硼的底钝化层；
对所述P型硅片的边缘和顶表面刻蚀以去除其上的硼；
在所述P型硅片的顶表面上设置由二氧化硅制成的顶钝化层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，设置P型硅片的步骤包括如下步骤：
用氢氧化钠或氢氧化钾溶液对所述P型硅片进行清洗和制绒；
在所述P型硅片的顶表面和底表面上用热扩散或离子注入的方式形成掺杂磷的N型表面，构成PN结；
利用干法或湿法刻蚀去除所述P型硅片边缘和底表面的磷，以及去除所述P型硅片的底表面和顶表面的磷硅玻璃。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，设置隧穿层的步骤通过PECVD方法、ALD方法、LPCVD方法、热氧化法、蒸镀法或PEALD方法实现，且将所述隧穿层设置为使其厚度为0.5nm-2nm。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，设置底钝化层的步骤通过PECVD方法或LPCVD方法实现，且将所述底钝化层设置为使其厚度为40nm-250nm。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述底钝化层为掺杂硼的多晶硅薄膜层、掺杂硼的非晶薄膜层或掺杂硼的微晶薄膜层。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，设置顶钝化层的步骤包括：利用热氧化、臭氧、湿法氧化和ALD方法中的至少一种制备所述顶钝化层，且使所述顶钝化层的厚度为1nm-20nm。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，设置基体片的步骤还包括如下步骤：在所述顶钝化层的顶表面和所述底钝化层的底表面上设置减反膜。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，设置减反膜的步骤包括：采用PECVD的方法设置包括氮化硅层和氮氧化硅层中的至少一者的减反膜，并使所述减反膜的厚度形成为70nm-200nm。
17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述隧穿层包括氧化铝层、氧化钼层、氧化锡层、氧化硅层和氧化镍层中的至少一者。
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