CN111009583A - Topcon结构电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种Topcon结构太阳能电池及其制备方法，Topcon结构太阳能电池包括位于硅片背面的遂穿层、位于所述遂穿层背面的掺杂多晶硅层、位于所述掺杂多晶硅层背面的背面减反射层、位于所述减背面反射层背面的背面电极；所述Topcon结构电池还包括位于所述掺杂多晶硅层与所述背面减反射层之间的浆料阻挡层和背面透明导电膜，所述背面明导电膜位于所述浆料阻挡层与所述掺杂多晶硅层之间，或所述背面透明导电膜位于所述浆料阻挡层与所述背面减反射层之间。本发明的Topcon结构电池及其制备方法，通过设置所述浆料阻挡层与所述背面透明导电膜，可以避免电极浆料烧结穿透掺杂多晶硅层、隧穿层，不但有效改善电池结构，还能降低掺杂多晶硅层厚度，改善电池效率，提高生产良率；同时通过所述背面透明导电膜提高电流收集作用。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种Topcon结构电池及其制备方法。
背景技术
TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)技术是在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的非晶硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构。Topcon结构电池，可以阻挡少子空穴复合，提升电池开路电压及短路电流，且无需背面开孔和对准，无效额外增加具备掺杂工艺，极大地简化了电池生产工艺，提高能量产出，具有进一步提升转换效率的空间。
TOpcon结构电池作为新型高效钝化接触技术，通常经过如下工序即可完成完整电池制作，主要工序及步骤如下：1、制绒清洗；2、硼扩散；3、隧穿层及多晶硅薄膜制作；4、n+层制作；5、减反射膜及钝化层制作；6、金属化。
现有Topcon电池结构的核心部分隧穿层及多晶硅层的制作是整个电池高效的关键，但是由于现有背面浆料搭配问题，目前topcon电池的背面多晶硅层厚度通常要做到100nm以上，甚至200nm，由于多晶硅层对光的吸收率非常高，这对于topcon电池的效率具有较大影响，如果将这层多晶硅膜做薄，现有的浆料将轻易烧穿多晶硅层及隧穿层，破坏电池结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Topcon结构太阳能电池及其制备方法。
为实现上述发明目的之一，本发明提供一种Topcon结构电池，包括位于硅片背面的遂穿层、位于所述遂穿层背面的掺杂多晶硅层、位于所述掺杂多晶硅层背面的背面减反射层、位于所述减背面反射层背面的背面电极；所述Topcon结构电池还包括位于所述掺杂多晶硅层与所述背面减反射层之间的浆料阻挡层和背面透明导电膜，所述背面明导电膜位于所述浆料阻挡层与所述掺杂多晶硅层之间，或所述背面透明导电膜位于所述浆料阻挡层与所述背面减反射层之间。
为实现上述发明目的之一，本发明还提供一种Topcon结构电池的制备方法，包括如下步骤：在硅片背面依次制作隧穿层、掺杂多晶硅层、浆料阻挡层、背面透明导电膜、背面减反射层、背面电极；或，在硅片背面依次制作隧穿层、掺杂多晶硅层、背面透明导电膜、浆料阻挡层、背面减反射层、背面电极。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的Topcon结构电池及其制备方法，通过设置所述浆料阻挡层，可以避免电极浆料烧结穿透掺杂多晶硅层、隧穿层，不但有效改善电池结构，还能降低掺杂多晶硅层厚度，改善电池效率，提高生产良率；同时通过所述背面透明导电膜提高电流收集作用。
附图说明
图1是本发明一实施例的Topcon结构电池。
图2是本发明另一实施例的Topcon结构电池。
具体实施方式
以下将以具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
如图1和图2所示，为本发明较佳实施例的Topcon结构电池，包括位于硅片背面的遂穿层、位于所述遂穿层背面的掺杂多晶硅层、位于掺杂多晶硅层背面的背面减反射层、位于所述减背面反射层背面的背面电极、位于所述掺杂多晶硅层与所述背面减反射层之间的浆料阻挡层和背面透明导电膜，所述背面明导电膜位于所述浆料阻挡层与所述掺杂多晶硅层之间，或所述背面透明导电膜位于所述浆料阻挡层与所述背面减反射层之间。
所述Topcon结构电池通过设置所述浆料阻挡层，可以避免电极浆料烧结穿透掺杂多晶硅层、隧穿层，不但有效改善电池结构，还能降低掺杂多晶硅层厚度，改善电池效率，提高生产良率；同时通过所述背面透明导电膜提高电流收集作用。
所述背面透明导电膜不耐高温，因此优选地实施例中，如图1所示，所述背面明导电膜位于所述浆料阻挡层与所述掺杂多晶硅层之间，利用所述浆料阻挡层作为盖帽，有效避免电极浆料烧结穿透掺杂多晶硅层、隧穿层，同时可以在一定程度上保护所述背面透明导电膜不被高温破坏。
其中，所述遂穿层、所述掺杂多晶硅层、所述背面减反射层、所述背面电极的材料及其他性能均采用现有技术，于此不再赘述。
所述浆料阻挡层为氧化铝层、或TiO2层、或ZrO2层、或HfO2层、或Ta2O5层、或Nb2O5层、或Sc2O3层、或Y2O3层、或MgO层、或B2O3层、或SiO2层、或GeO2层、或La2O3层、或CeO2层、或PrOx层、或Nd2O3层、或Sm2O3层、或EuOx层、或Gd2O3层、或Dy2O3层、或Ho2O3层、或Er2O3层、或Tm2O3层、或Yb2O3层、或Lu2O3层、或SrTiO3层、或BaTiO3层、或PbTiO3层、或PbZrO3层、或BixTiyO层、或BixSiyO层、或SrTa2O6层、或SrBi2Ta2O9层、或YScO3层、或LaAlO3层、或NdAlO3层、或GdScO3层、或LaScO3、或LaLuO3层、或Er3Ga5O13层中的至少一种或多种，可由ALD等工艺获得。
所述浆料阻挡层的厚度介于0.1nm～100nm之间，优选地，所述浆料阻挡层的厚度介于1nm～20nm之间，在能够避免浆料烧结穿透掺杂多晶硅层、隧穿层的前提下，越薄越好。
所述背面透明导电膜为掺杂氧化锌薄膜或纳米银薄膜或氧化铟锡或掺钨氧化铟或掺铯氧化铟或掺钼氧化铟或掺氟氧化锡。
另外，所述背面透明导电膜的厚度介于50nm～150nm之间。优选地，所述背面透明导电膜的厚度为100nm。
通过设有所述浆料阻挡层与所述背面透明导电膜，使得所述掺杂多晶硅层的厚度为小于200nm，优选地，所述掺杂多晶硅层的厚度为小于100nm，更进一步地，所述掺杂多晶硅层的厚度介于40nm～70nm之间，相较于传统的Topcon结构电池，厚度大大减小，一方面，减少了所述掺杂多晶硅层对太阳光的吸收，大大提到了电池效率；另一方面，所述掺杂多晶硅层减薄后，可以改善电池翘曲，提高良品率。
基于上述任意结构，所述Topcon结构电池还包括位于硅片正面的PN节、位于所述PN节正面的钝化层、位于所述钝化层正面的正面透明导电膜、位于所述正面透明导电膜正面的正面减反射层、位于正面减反射层正面的正面电极；通过所述正面透明导电膜提高正面电流收集，其他结构及其方法均采用现有技术，于此不再赘述。
本发明还提供一种Topcon结构电池的制备方法，包括如下步骤：在硅片背面依次制作隧穿层、掺杂多晶硅层、浆料阻挡层、背面透明导电膜、背面减反射层、背面电极；或，在硅片背面依次制作隧穿层、掺杂多晶硅层、背面透明导电膜、浆料阻挡层、背面减反射层、背面电极。
上述两个方案的区别在于，所述背面透明导电膜与所述浆料阻挡层的制备顺序不同；所述浆料阻挡层和所述背面透明导电膜的制作顺序可以互换，且优选地先制作所述背面透明导电膜，再制作所述浆料阻挡层，以耐高温性好的所述浆料阻挡层作为盖帽，有效避免电极浆料烧结穿透掺杂多晶硅层、隧穿层，同时可以在一定程度上保护所述背面透明导电膜不被高温破坏。
其中，所述隧穿层、所述掺杂多晶硅层、所述背面减反射层、所述背面电极的制备工艺均采用本领域常用的技术手段，于此不在赘述。
所述浆料阻挡层为氧化铝层、或TiO2层、或ZrO2层、或HfO2层、或Ta2O5层、或Nb2O5层、或Sc2O3层、或Y2O3层、或MgO层、或B2O3层、或SiO2层、或GeO2层、或La2O3层、或CeO2层、或PrOx层、或Nd2O3层、或Sm2O3层、或EuOx层、或Gd2O3层、或Dy2O3层、或Ho2O3层、或Er2O3层、或Tm2O3层、或Yb2O3层、或Lu2O3层、或SrTiO3层、或BaTiO3层、或PbTiO3层、或PbZrO3层、或BixTiyO层、或BixSiyO层、或SrTa2O6层、或SrBi2Ta2O9层、或YScO3层、或LaAlO3层、或NdAlO3层、或GdScO3层、或LaScO3、或LaLuO3层、或Er3Ga5O13层中的至少一种或多种，优选任意一种，可以通过ALD工艺制备所得。ALD工艺本质上就是原子层沉积，就是通过氧源和其他金属有机源交替通入腔体进行沉积，核心是有机源的反应温度和设备的设计。氧源主要有水，笑气，臭氧等；金属有机源种类众多，比如做氧化铝的是，三甲基铝。不同的有机源，反应温度不一样。ALD工艺的具体步骤为本领域技术人员习知的技术，本发明不再赘述。
具体地，制备厚度介于0.1nm～100nm之间的所述浆料阻挡层，优选地，制备厚度介于1nm～20nm之间的所述浆料阻挡层，以有效阻挡电极浆料穿透所述掺杂多晶硅层。
所述背面透明导电膜为掺杂氧化锌薄膜或纳米银薄膜或氧化铟锡或掺钨氧化铟或掺铯氧化铟或掺钼氧化铟或掺氟氧化锡。具体地，制备的所述背面透明导电膜的厚度介于50nm～150nm之间。优选地，所述背面透明导电膜的厚度为100nm。
掺杂多晶硅层的制备工艺为，制备厚度小于200nm所述掺杂多晶硅层，选地，制备厚度小于100nm所述掺杂多晶硅层，更进一步地，制备厚度介于40nm～70nm之间的所述掺杂多晶硅层，即可避免被电极浆料穿透，且减少了所述掺杂多晶硅层对太阳光的吸收，大大提到了电池效率；另一方面，所述掺杂多晶硅层减薄后，可以改善电池翘曲，提高良品率。其他的制备工艺参数采用现有技术，于此不再赘述。
进一步地，在上述Topcon结构电池制备方法的基础上，还包括如下步骤：在硅片的正面依次制备PN节、钝化层、正面透明导电膜、正面减反射层、正面电极；通过所述正面透明导电膜提高正面电流收集，其他结构层的制备工艺采用现有技术，于此不再赘述。
一参考实施例中，Topcon结构电池制备方法包括如下方法：S1、硅片清洗、制绒；S2、在硅片的正面依次制备PN节、钝化层、正面透明导电膜、正面减反射层；S3、在硅片背面依次制作隧穿层、掺杂多晶硅层、所述浆料阻挡层和所述背面透明导电膜、背面减反射层；S4、制作正面电极、背面电极。
另一参考实施例中，Topcon结构电池制备方法包括如下方法：S1、硅片清洗、制绒；S2、在硅片正面进行硼扩散制备P+层、并于P+层表面形成硼硅玻璃；S3、背面清洗抛光，保留正面硼硅玻璃；S4、在硅片背面依次制作隧穿氧化硅、掺杂多晶硅层、所述背面透明导电膜和所述浆料阻挡层；S5、清洗绕镀的掺杂多晶硅层，再清洗正面BSG；S6、在背面制备所述背面减反射层，在正面制备钝化层、所述正面透明导电膜、所述正面减反射层；S7、分别再正背面制作电极。
综上所述，本发明的Topcon结构电池及其制备方法，通过设置所述浆料阻挡层和所述背面透明导电膜，可以避免电极浆料烧结穿透掺杂多晶硅层、隧穿层，不但有效改善电池结构，还能降低掺杂多晶硅层厚度，改善电池效率，提高生产良率；同时能够提高导电性和电流收集效果。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。并且，上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种Topcon结构电池，包括位于硅片背面的遂穿层、位于所述遂穿层背面的掺杂多晶硅层、位于所述掺杂多晶硅层背面的背面减反射层、位于所述减背面反射层背面的背面电极；其特征在于，所述Topcon结构电池还包括位于所述掺杂多晶硅层与所述背面减反射层之间的浆料阻挡层和背面透明导电膜，所述背面明导电膜位于所述浆料阻挡层与所述掺杂多晶硅层之间，或所述背面透明导电膜位于所述浆料阻挡层与所述背面减反射层之间。
2.根据权利要求1所述的Topcon结构电池，其特征在于，所述浆料阻挡层为氧化铝层、或TiO2层、或ZrO2层、或HfO2层、或Ta2O5层、或Nb2O5层、或Sc2O3层、或Y2O3层、或MgO层、或B2O3层、或SiO2层、或GeO2层、或La2O3层、或CeO2层、或PrOx层、或Nd2O3层、或Sm2O3层、或EuOx层、或Gd2O3层、或Dy2O3层、或Ho2O3层、或Er2O3层、或Tm2O3层、或Yb2O3层、或Lu2O3层、或SrTiO3层、或BaTiO3层、或PbTiO3层、或PbZrO3层、或BixTiyO层、或BixSiyO层、或SrTa2O6层、或SrBi2Ta2O9层、或YScO3层、或LaAlO3层、或NdAlO3层、或GdScO3层、或LaScO3、或LaLuO3层、或Er3Ga5O13层中的至少一种或多种。
3.根据权利要求1所述的Topcon结构电池，其特征在于，所述浆料阻挡层的厚度介于0.1nm～100nm之间。
4.根据权利1所述的Topcon结构电池，其特征在于，所述背面透明导电膜为掺杂氧化锌薄膜或纳米银薄膜或氧化铟锡或掺钨氧化铟或掺铯氧化铟或掺钼氧化铟或掺氟氧化锡。
5.根据权利1所述的Topcon结构电池，其特征在于，所述背面透明导电膜的厚度介于50nm～150nm之间。
6.根据权利要求1所述的Topcon结构电池，其特征在于，所述掺杂多晶硅层的厚度小于200nm。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的Topcon结构电池，其特征在于，所述Topcon结构电池还包括位于硅片正面的PN节、位于所述PN节正面的钝化层、位于所述钝化层正面的正面透明导电膜、位于所述正面透明导电膜正面的正面减反射层、位于正面减反射层正面的正面电极。
8.一种Topcon结构电池的制备方法，包括如下步骤：在硅片背面依次制作隧穿层、掺杂多晶硅层、浆料阻挡层、背面透明导电膜、背面减反射层、背面电极；
或，在硅片背面依次制作隧穿层、掺杂多晶硅层、背面透明导电膜、浆料阻挡层、背面减反射层、背面电极。
9.根据权利要求8所述的Topcon结构电池的制备方法，其特征在于，所述浆料阻挡层为氧化铝层、或TiO2层、或ZrO2层、或HfO2层、或Ta2O5层、或Nb2O5层、或Sc2O3层、或Y2O3层、或MgO层、或B2O3层、或SiO2层、或GeO2层、或La2O3层、或CeO2层、或PrOx层、或Nd2O3层、或Sm2O3层、或EuOx层、或Gd2O3层、或Dy2O3层、或Ho2O3层、或Er2O3层、或Tm2O3层、或Yb2O3层、或Lu2O3层、或SrTiO3层、或BaTiO3层、或PbTiO3层、或PbZrO3层、或BixTiyO层、或BixSiyO层、或SrTa2O6层、或SrBi2Ta2O9层、或YScO3层、或LaAlO3层、或NdAlO3层、或GdScO3层、或LaScO3、或LaLuO3层、或Er3Ga5O13层中的至少一种或多种。
10.根据权利要求8所述的Topcon结构电池的制备方法，其特征在于，采用ALD工艺制备所述浆料阻挡层。
11.根据权利要求8所述的Topcon结构电池的制备方法，其特征在于，所述浆料阻挡层的制备过程为：制备厚度介于0.1nm～100nm之间的所述浆料阻挡层。
12.根据权利要求8所述的Topcon结构电池的制备方法，其特征在于，所述背面透明导电膜为掺杂氧化锌薄膜或纳米银薄膜或氧化铟锡或掺钨氧化铟或掺铯氧化铟或掺钼氧化铟或掺氟氧化锡。
13.根据权利要求8所述的Topcon结构电池的制备方法，其特征在于，所述背面透明导电膜的厚度介于50nm～150nm之间。
14.根据权利要求8所述的Topcon结构电池的制备方法，其特征在于，掺杂多晶硅层的制备过程为：制备厚度小于200nm的所述掺杂多晶硅层。
15.根据权利要求8～14任意一项所述的Topcon结构电池的制备方法，其特征在于，还包括，在硅片的正面依次制备PN节、钝化层、正面透明导电膜、正面减反射层、正面电极。
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