一种P型钝化接触太阳能电池及其制备方法
技术领域
本申请涉及太阳能电池制备技术领域,更具体地说,涉及一种P型钝化接触太阳能电池及其制备方法。
背景技术
钝化接触太阳能电池技术是由Fraunhofer研究提出并在之后得到广泛应用。
目前,在将钝化接触技术应用在P型衬底上以得到P型钝化接触太阳能电池时,通常是在P型硅正面采用全钝化接触技术,并叠加钝化层实现电池制备,具体地,是在P型硅的整个正表面设置SiO2隧穿层和掺杂多晶硅层,并在多晶硅层表面设置钝化层,但是,由于多晶硅层对光存在寄生损失,因此,多晶硅层会吸收照射至电池上的部分太阳光而转换为热能,而这则会降低P型钝化接触太阳能电池对太阳光的利用率,从而会降低P型钝化接触太阳能电池的电流密度和转换效率。
综上所述,如何提高P型钝化接触太阳能电池对太阳光的利用率,以提高P型钝化接触太阳能电池的电流密度和转换效率,是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本申请的目的是提供一种P型钝化接触太阳能电池及其制备方法,用于提高P型钝化接触太阳能电池对太阳光的利用率,以提高P型钝化接触太阳能电池的电流密度和转换效率。
为了实现上述目的,本申请提供如下技术方案:
一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法,包括:
在制绒后的P型硅衬底的正表面进行扩散沉积预处理,以得到用于形成N+层的扩散沉积层;
去除用于制备正面金属栅线的位置处的所述扩散沉积层,并在用于制备正面金属栅线的位置处制备SiO2隧穿层,且在所述SiO2隧穿层表面设置N型多晶硅层,以得到位于用于制备正面金属栅线的位置处的N型钝化接触结构;其中,在设置所述N型多晶硅层的同时使所述扩散沉积层形成N+层;
在所述N+层表面及所述N型钝化接触结构表面沉积第一钝化层,在所述P型硅衬底的背表面沉积第二钝化层,对所述第二钝化层进行裸露处理,以将所述P型硅衬底背表面用于制备背面电场的位置裸露出来;
在所述N型多晶硅层上制备正面金属栅线,并在所述P型硅衬底背表面制备背面电场,以得到P型钝化接触太阳能电池。
优选的,去除用于制备正面金属栅线的位置处的所述扩散沉积层,包括:
在所述扩散沉积层表面设置掩膜层,并利用激光去除用于制备正面金属栅线的位置处的所述掩膜层;
相应地,在所述N+层表面及所述N型钝化接触结构表面沉积第一钝化层之前,还包括:
去除所述N+层表面所设置的所述掩膜层。
优选的,在所述SiO2隧穿层表面设置N型多晶硅层,其中,在设置所述N型多晶硅层的同时使所述扩散沉积层形成N+层,包括:
将所述P型硅衬底放置在LPCVD沉积炉中,通过原位掺杂在用于制备正面电极的位置处形成N型非晶硅层,并对所述N型非晶硅层进行退火处理,以使所述N型非晶硅层晶化为所述N型多晶硅层,且通过对所述N型非晶硅层的退火处理对所述扩散沉积层进行推进,以形成所述N+层。
优选的,在所述SiO2隧穿层表面设置N型多晶硅层之后,还包括:
在所述N型多晶硅层表面印刷保护层,以利用所述保护层对所述N型多晶硅层进行保护;
利用HF去除所述P型硅衬底正表面除所述保护层之外的区域的SiO2和背表面的SiO2,并利用碱溶液去除绕镀多晶硅;
去除所述保护层。
优选的,在制绒后的P型硅衬底的正表面进行扩散沉积预处理,以得到用于形成N+层的扩散沉积层,包括:
利用扩散炉在制绒后的P型硅衬底的正表面沉积磷源,以得到用于形成N+层的磷源层;其中,扩散沉积的温度为770-790℃,扩散沉积时的小氮流量为700-900sccm,扩散沉积的时间为500-800s,以确保金属栅线下N型非晶硅退火后所形成的所述N+层的方阻为90-180Ω.sq-1;
通过原位掺杂在用于制备正面金属栅线的位置处形成N型非晶硅层,包括:
通过原位掺杂在用于制备正面金属栅线的位置处形成厚度为50-200nm、方阻为30-70Ω.sq-1的N型非晶硅层。
优选的,在利用激光去除用于制备正面金属栅线的位置处的所述掩膜层之后,还包括:
利用碱溶液对所述P型硅衬底表面用于制备正面金属栅线的位置进行抛光处理,以使所述P型硅衬底表面用于制备正面金属栅线的位置处形成抛光平面结构。
优选的,在利用碱溶液对所述P型硅衬底表面用于制备正面金属栅线的位置进行抛光处理之后,还包括:
利用HCl溶液对所述P型硅衬底进行清洗。
一种P型钝化接触太阳能电池,包括P型硅衬底、位于所述P型硅衬底正表面的N+层、位于用于制备正面金属栅线的位置处且与所述P型硅衬底相接触的SiO2隧穿层、位于所述SiO2隧穿层表面的N型多晶硅层、位于所述N+层表面的第一钝化层、位于所述N型多晶硅层表面的正面金属栅线、位于所述P型硅衬底背表面的第二钝化层、位于所述第二钝化层表面且与所述P型硅衬底背表面用于制备背面电场的位置相接触的背面电场,其中,所述SiO2隧穿层和所述N型多晶硅层共同形成N型钝化接触结构。
优选的,所述第一钝化层为SiNX层,所述第二钝化层包括与所述P型硅衬底背表面相接触的AlOX层、位于所述AlOX层下表面的SiNX层。
本申请提供了一种P型钝化接触太阳能电池及其制备方法,其中,该制备方法包括:在制绒后的P型硅衬底的正表面进行扩散沉积预处理,以得到用于形成N+层的扩散沉积层;去除用于制备正面金属栅线的位置处的扩散沉积层,并在用于制备正面金属栅线的位置处制备SiO2隧穿层,且在SiO2隧穿层表面设置N型多晶硅层,以得到位于用于制备正面金属栅线的位置处的N型钝化接触结构;其中,在设置N型多晶硅层的同时使扩散沉积层形成N+层;在N+层表面及N型钝化接触结构表面沉积第一钝化层,在P型硅衬底的背表面沉积第二钝化层,对第二钝化层进行裸露处理,以将P型硅衬底背表面用于制备背面电场的位置裸露出来;在N型多晶硅层上制备正面电极,并在P型硅衬底背表面制备背面电场,以得到P型钝化接触太阳能电池。
本申请公开的上述技术方案,仅在P型硅衬底正表面用于制备正面金属栅线的位置处设置SiO2隧穿层和N型多晶硅层,而在P型硅衬底正表面其余区域不设置N型钝化接触结构,以减少N型多晶硅层对太阳光的吸收,从而提高P型钝化接触太阳能电池对太阳光的利用率,进而提高P型钝化接触太阳能电池的电流密度和转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例,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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法的流程图;
图2为本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
参见图1,其示出了本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法的流程图,本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法,可以包括:
S11:在制绒后的P型硅衬底的正表面进行扩散沉积预处理,以得到用于形成N+层的扩散沉积层。
选取P型硅衬底,其中,在选取时可以将氧含量控制在7ppma以下,碳含量控制在1ppma以下,电阻率控制在0.3-1.2Ω·cm,以便于选取到高质量的P型硅衬底,从而便于制备出高质量的P型钝化接触太阳能电池。另外,需要说明的是,这里提及的P型硅衬底具体可以为P型单晶硅衬底或P型多晶硅衬底。
利用KOH溶液对选取出的P型硅衬底的正表面进行制绒,以得到金字塔绒面结构,其中,制绒减薄量可以为0.30-0.35g。
在制绒完成之后,可以在P型硅衬底的正表面进行磷扩散沉积预处理等,以在P型衬底的正表面得到用于形成N+层的扩散沉积层(具体可以为由磷源形成),从而便于形成P-N结。
S12:去除用于制备正面金属栅线的位置处的扩散沉积层,并在用于制备正面金属栅线的位置处制备SiO2隧穿层,且在SiO2隧穿层表面设置N型多晶硅层,以得到位于用于制备正面金属栅线的位置处的N型钝化接触结构;其中,在设置N型多晶硅层的同时使扩散沉积层形成N+层。
在P型硅衬底的正表面得到扩散沉积层之后,可以去除P型硅衬底正表面上用于制备正面金属栅线的位置处的扩散沉积层,之后,可以将P型硅衬底放置在氧化炉中,以在去除扩散沉积层的位置处沉积一层致密的SiO2隧穿层(厚度可以为0.5-2nm),即在P型硅衬底正表面用于制备正面金属栅线的位置处沉积一层致密的SiO2隧穿层,并可以在SiO2隧穿层表面(即在用于制备正面金属栅线的位置处的SiO2隧穿层表面)设置N型多晶硅层(具体可以通过掺磷来得到N型多晶硅层),以通过SiO2隧穿层和N型多晶硅层在正面金属栅线位置处共同形成N型钝化接触结构,从而实现对P型钝化接触太阳能电池的钝化。
其中,在设置N型钝化接触结构的同时,可以使扩散沉积层向P型硅衬底推进而形成N+层,以避免多次高温处理对P型硅衬底造成损伤。
相较于现有技术中在P型硅衬底的整个表面制备N型多晶硅层,本申请仅在用于制备正面金属栅线的位置处设置N型多晶硅层,而在不用于制备正面金属栅线的位置处不设置N型多晶硅层,以在通过所形成的N型钝化接触结构降低正面金属栅线的接触电阻及复合速率,提升开路电压的同时,尽量降低因N型多晶硅层对太阳光的吸收而造成的损失,以提高P型钝化接触太阳能电池对太阳光的利用率,进而增加P型钝化接触太阳能电池的短路电流密度和转换效率。
S13:在N+层表面及N型钝化接触结构表面沉积第一钝化层,在P型硅衬底的背表面沉积第二钝化层,对第二钝化层进行裸露处理,以将P型硅衬底背表面用于制备背面电场的位置裸露出来。
在制备完N型钝化接触结构之后,可以在N+层表面及N型钝化接触结构表面沉积第一钝化层,同时,可以在P型硅衬底的背表面沉积第二钝化膜层,以通过第二钝化膜层对背表面起到钝化的作用,之后,则可以对预设位置处(具体为P型硅衬底背表面用于制备背面电场的位置)处的第二钝化层进行裸露处理,以将P型硅衬底表面用于制备背面电场的位置裸露出来,从而便于在裸露位置处制备与P型硅衬底的背表面相接触的背面电场。
具体可以通过激光开孔来对预设位置处进行裸露处理,以提高裸露处理的精度。
S14:在N型多晶硅层上制备正面金属栅线,并在P型硅衬底背表面制备背面电场,以得到P型钝化接触太阳能电池。
在沉积完钝化层之后,可以通过丝网印刷法在N型多晶硅层上制备正面金属栅线,并可以通过丝网印刷法在P型硅衬底背表面制备背面电极,从而得到P型钝化接触太阳能电池。
本申请公开的上述技术方案,仅在P型硅衬底正表面用于制备正面金属栅线的位置处设置SiO2隧穿层和N型多晶硅层,而在P型硅衬底正表面其余区域不设置N型钝化接触结构,以减少N型多晶硅层对太阳光的吸收,从而提高P型钝化接触太阳能电池对太阳光的利用率,进而提高P型钝化接触太阳能电池的电流密度和转换效率。
本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法,去除用于制备正面金属栅线的位置处的扩散沉积层,可以包括:
在扩散沉积层表面设置掩膜层,并利用激光去除用于制备正面金属栅线的位置处的掩膜层;
相应地,在N+层表面及N型钝化接触结构表面沉积第一钝化层之前,还可以包括:
去除N+层表面所设置的掩膜层。
在制备SiO2隧穿层之前,可以先在扩散沉积层的表面设置掩膜层,并可以通过激光开孔的方式去除用于制备正面金属栅线的位置处的掩膜层(其中,激光开口的宽度具体可以为100-200μm),这种利用激光去除掩膜层的方式的精度比较高,而且可控性比较好,可以尽量避免对P型硅衬底造成损伤。在去除用于制备正面金属栅线的位置处的掩膜层之后,则可以在去除掩膜层的位置处制备SiO2隧穿层,并可以在SiO2隧穿层的表面设置N型多晶硅层。在沉积第一钝化层之前,可以利用标准RCA清洗后去除N+层表面所设置的掩膜层并得到洁净的表面,以避免杂质对第一钝化层的制备造成影响。
其中,所设置的掩膜层可以对除用于制备正面金属栅线的位置之外的位置进行保护,以避免在P型硅衬底表面的其余位置处(具体为不用于制备正面金属栅线的位置处)沉积到N型多晶硅层。另外,可以利用SiOxNy作为掩膜层,且可以采用PECVD(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition,等离子体增强化学气相沉积法)技术来进行掩膜层的制备,同时其厚度可以为30-70nm,以使其可以起到较好的保护作用。
需要说明的是,对于SiO2隧穿层的制备,具体可以将已去除位于用于制备正面金属栅线的位置处的掩膜层的P型硅衬底放置在LPCVD(Low Pressure Chemical VaporDeposition,低压力化学气相沉积法)炉中,以在LPCVD炉中制备SiO2隧穿层。在制备完SiO2隧穿层之后,可以在上述LPCVD炉中进行N型非晶硅层的制备。
本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法,在SiO2隧穿层表面设置N型多晶硅层,其中,在设置N型多晶硅层的同时使扩散沉积层形成N+层,可以包括:
将P型硅衬底放置在LPCVD沉积炉中,通过原位掺杂技术在用于制备正面金属栅线的位置处形成N型非晶硅层,并对N型非晶硅层进行退火处理,以使N型非晶硅层晶化为N型多晶硅层,且通过对N型非晶硅层的退火处理对扩散沉积层进行推进,以形成N+层。
在设置N型多晶硅层时,可以将P型硅衬底放置在LPCVD沉积炉中,并可以通过原位掺杂技术在用于制备正面金属栅线的位置处形成N型非晶硅层(具体可以为掺杂磷的N型非晶硅层),之后,则可以对N型非晶硅层进行高温退火处理(通过退火激活钝化性能),以使得N型非晶硅层可以晶化而得到N型多晶硅层,其中,高温退火的温度可以为880-950℃,时间可以为20-40min。
其中,对非晶化的N型非晶硅层的退火处理不仅可以使其晶化,而且可以对扩散沉积预处理得到的扩散沉积层进行推进,以避免多次高温处理对P型硅衬底造成损伤。
另外,除了通过原位掺杂技术来形成N型非晶硅层之外,还可以通过离子注入、后扩散掺杂等方式在形成N型非晶硅层。
本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法,在SiO2隧穿层表面设置N型多晶硅层之后,还可以包括:
在N型多晶硅层表面印刷保护层,以利用保护层对N型多晶硅层进行保护;
利用HF去除P型硅衬底正表面除保护层之外的区域的SiO2和背表面的SiO2,并利用碱溶液去除绕镀多晶硅;
去除保护层。
在SiO2隧穿层表面设置N型多晶硅层之后,可以在N型多晶硅层表面印刷保护层,具体可以通过丝网印刷技术在N型多晶硅层表面印刷蜡层,以利用所印刷的保护层对N型多晶硅层和SiO2隧穿层进行保护,从而避免后续在处理过程中对N型钝化接触结构造成损伤。其中,所设置的保护层的宽度(具体可以为200-250μm)可以大于用于正面金属栅线的宽度(具体可以为20-40μm),以使得保护层可以起到更好的保护作用。
在印刷完保护层之后,可以对P型硅衬底进行HF-dip,以利用HF去除P型硅衬底正表面除保护层之外的SiO2和背表面的SiO2,同时保留正表面的掩膜层及PSG(磷硅玻璃),处理之后,可以将P型硅衬底置于KOH碱溶液中,并可以添加一定的添加剂,以刻蚀P型硅衬底正表面除保护层之外的区域所绕镀的N型多晶硅层和背表面所绕镀的N型多晶硅层,以避免绕镀的N型多晶硅层对效率造成影响,进而提高P型钝化接触太阳能电池的转换效率。
在刻蚀P型硅衬底正表面除保护层之外的绕镀多晶硅层和背表面的绕镀多晶硅层之后,可以去除保护层(对于所印刷的蜡层,可以采用有机溶剂进行清洗去除),之后,可以利用标准RCA清洗后去除N+层表面所设置的掩膜层,以得到洁净的表面。
本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法,在制绒后的P型硅衬底的正表面进行扩散沉积预处理,以得到得到用于形成N+层的扩散沉积层,可以包括:
利用扩散炉在制绒后的P型硅衬底的正表面沉积磷源,以得到用于形成N+层的磷源层;其中,扩散沉积的温度为770-790℃,扩散沉积时的小氮流量为700-900sccm,扩散沉积的时间为500-800s,以确保金属栅线下N型非晶硅退火后所形成的N+层的方阻为90-180Ω.sq-1;
通过原位掺杂在用于制备正面金属栅线的位置处形成N型非晶硅层,可以包括:
通过原位掺杂在用于制备正面金属栅线的位置处形成厚度为50-200nm、方阻为30-70Ω.sq-1的N型非晶硅层。
在对P型硅衬底进行扩散处理时,具体可以利用扩散炉在制绒后的P型硅衬底的正表面沉积磷源,以得到N+层,其中,扩散沉积的温度可以为770-790℃,扩散沉积时的小氮流量为700-900sccm,扩散沉积的时间为500-800s,以确保所形成的N+层的方阻为90-180Ω.sq-1,以便于得到质量比较高的N+层;在N型多晶硅层制备时,所制备的N型多晶硅层的厚度可以为50-200nm,以确保非晶硅退火后的方阻可以为30-70Ω.sq-1。
在上述过程中,通过对原位扩散磷源进行控制,以在正面金属栅线位置处实现重掺,对扩散沉积磷源的控制可在正面金属栅线之间的位置实现轻掺,即实现SE(Selectiveemitter,选择性发射极)结构,从而提高P型钝化接触太阳能电池的转换效率。
本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法,在利用激光去除用于制备正面金属栅线的位置处的掩膜层之后,还可以包括:
利用碱溶液对所述P型硅衬底表面用于制备正面金属栅线的位置进行抛光处理,以使P型硅衬底表面用于制备正面金属栅线的位置处形成抛光平面结构。
在利用激光去除用于制备正面金属栅线的位置处的掩膜层之后,可以利用碱溶液(具体可以为KOH溶液,溶液温度可以为70-85℃,KOH浓度可以为20-45%,反应时间可以为100-400s)对P型硅衬底表面用于制备正面金属栅线的位置进行抛光处理,以使P型硅衬底正表面用于制备正面金属栅线的位置处形成抛光平面结构,从而使得SiO2隧穿层可以制备在抛光平面结构上,进而提高钝化效果。
本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法,在利用碱溶液对P型硅衬底表面用于制备正面金属栅线的位置进行抛光处理之后,还可以包括:
利用HCl溶液对P型硅衬底进行清洗。
在利用碱溶液对P型硅衬底表面用于制备正面金属栅线的位置进行抛光处理之后,可以利用HCl溶液对P型硅衬底进行清洗,以去除P型硅衬底表面所残留的碱溶液及金属等,之后,则可以进行SiO2隧穿层和N型非晶硅层的制备。
本申请实施例还提供了一种P型钝化接触太阳能电池,参见图2,其示出了本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的结构示意图,可以包括P型硅衬底1、位于P型硅衬底1正表面的N+层2、位于用于制备正面金属栅线6的位置处且与P型硅衬底1相接触的SiO2隧穿层3、位于SiO2隧穿层3表面的N型多晶硅层5、位于N+层2表面的第一钝化层4、位于N型多晶硅层5表面的正面金属栅线6、位于P型硅衬底1背表面的第二钝化层7、位于第二钝化层7表面且与P型硅衬底1背表面用于制备背面电场8的位置相接触的背面电场8,其中,SiO2隧穿层3和N型多晶硅层5形成N型钝化接触结构。
在本申请所提供的P型钝化接触太阳能电池中,SiO2隧穿层层3位于用于制备正面金属栅线6的位置处且与P型硅衬底1相接触,第一钝化层4位于N+层2表面及N型钝化接触结构的表面,N型多晶硅层5位于SiO2隧穿层3表面,第二钝化层7位于P型硅衬底1背表面,背面电场8位于第二钝化层7表面且与P型硅衬底1背表面用于制备背面电场8的位置相接触。
由于本申请仅在正面金属栅线6的下方设置了N型多晶硅层5,而其余位置不设置N型多晶硅层5,因此,则可以N型多晶硅层5对太阳光的吸收,从而可以提高P型钝化接触太阳能电池对太阳光的利用率,进而可以提高P型钝化接触太阳能电池的电流密度和转换效率。
本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池,第一钝化层4为SiNX层,第二钝化层7可以包括与P型硅衬底1背表面相接触的AlOX层71、位于AlOX层71下表面的SiNX层72。
第一钝化层4具体可以为SiNX层,而第二钝化层7具体可以包括与P型硅衬底1背表面相接触的AlOX层71、位于AlOX层71下表面且与背面电场8相接触的SiNX层72。
需要说明的是,本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池中相关部分的说明可以参见本申请实施例提供的一种P型钝化接触太阳能电池的制备方法中对应部分的详细说明,在此不再赘述。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外,本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明,以免过多赘述。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域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申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请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。