CN112542519A - 太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种太阳能电池及其制备方法，所述太阳能电池包括硅片、分别设置在所述硅片两侧的正面电极与背面电极，所述硅片的正面形成有扩散层，且所述硅片具有第一区域与第二区域；所述太阳能电池还包括依次设置在所述第一区域正面的隧穿层与掺杂碳化硅层、设置在所述掺杂碳化硅层及所述第二区域的扩散层上的减反射层，所述正面电极穿透所述减反射层并与所述掺杂碳化硅层相接触。本申请太阳能电池降低了正面电极位置的复合损失与接触电阻，保证太阳能电池表面对光线的吸收，提高转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着光伏技术的快速发展，市场对于高效电池与组件的需求也不断增长。就晶体硅太阳能电池而言，近年广受瞩目的PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)电池主要通过背面钝化膜降低表面载流子的复合，提高电池转换效率，该类电池的研究亦多集中在上述背面钝化膜结构的设计与改进。
上述PERC电池的正面通常在沉积一层钝化减反射层后，再进行印刷、烧结，得到穿透该钝化减反射层并与硅片实现欧姆接触的正面电极，所述正面电极与硅片结合位置的复合损失已成为限制PERC电池效率进一步提升的重要制约因素。另一方面，业内近年公开的隧穿钝化膜、多晶硅薄膜相结合的钝化结构能够降低金属接触复合与接触电阻，但多晶硅薄膜的光吸收系数较大，其超出金属电极的部分会影响电池对外界辐射的吸收，降低短路电流；并且，所述多晶硅薄膜沉积完成后通过还需进行高温退火，以保证膜层性能。
鉴于此，有必要提供一种新的太阳能电池及其制备方法。
发明内容
本申请目的在于提供一种太阳能电池及其制备方法，能够降低正面电极位置的复合损失与接触电阻，提高转换效率。
为实现上述目的，本申请实施例提供一种太阳能电池，包括硅片、分别设置在所述硅片相对两侧的正面电极与背面电极，所述硅片的正面形成有扩散层，且所述硅片具有第一区域与第二区域，所述太阳能电池还包括层叠设置在所述第一区域正面的隧穿层与掺杂碳化硅层、设置在所述掺杂碳化硅层及所述第二区域的扩散层上的减反射层，所述正面电极穿透所述掺杂碳化硅层上的减反射层并与所述掺杂碳化硅层相接触。
作为本申请实施例的进一步改进，所述掺杂碳化硅层与扩散层两者的掺杂类型一致，且所述扩散层的掺杂浓度小于掺杂碳化硅层的掺杂浓度。
作为本申请实施例的进一步改进，所述扩散层的方阻设置为70～160ohm/squ。
作为本申请实施例的进一步改进，所述掺杂碳化硅层的掺杂浓度设置为1E19～1E21cm-3。
作为本申请实施例的进一步改进，所述掺杂碳化硅层的厚度设置为10～500nm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述隧穿层的厚度设置为0.5～5nm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述太阳能电池还具有设置在所述硅片背面的背面钝化层，所述背面电极穿透所述背面钝化层并与所述硅片相接触。
本申请还提供一种太阳能电池的制备方法，主要包括：
在硅片的正面制备形成扩散层，所述硅片具有第一区域与第二区域；
在第一区域正面制得隧穿层与掺杂碳化硅层；
在所述掺杂碳化硅层及第二区域的扩散层表面沉积得到减反射层；
在硅片正面、背面分别印刷相应的浆料，并经烧结得到正面电极与背面电极，所述正面电极穿透所述减反射层并与所述掺杂碳化硅层相接触。
作为本申请实施例的进一步改进，所述“在第一区域正面制得隧穿层与掺杂碳化硅层”，包括制备覆盖所述硅片正面的隧穿膜，再于所述隧穿膜上制得掺杂碳化硅膜；刻蚀去除第二区域表面的部分隧穿膜与掺杂碳化硅膜，得到层叠设置在第一区域正面的隧穿层与掺杂碳化硅层。
作为本申请实施例的进一步改进，所述制备方法还包括在所述硅片的背面制得背面钝化层；
在所述背面钝化层上开设背电极窗口，在所述背电极窗口位置印刷相应的浆料，并经所述烧结步骤得到背面电极，所述背面电极经所述背电极窗口与所述硅片相接触。
作为本申请实施例的进一步改进，所述制备方法还包括在所述硅片的背面制得背面钝化层；
在所述背面钝化层表面印刷相应的浆料，烧结使得该浆料穿透所述背面钝化层，得到与所述硅片相接触的背面电极。
本申请的有益效果是：采用本申请太阳能电池及其制备方法，通过在正面电极与硅片之间设置隧穿层与掺杂碳化硅层，避免正面电极与扩散层直接接触，降低界面复合与接触电阻，提高转换效率；所述掺杂碳化硅层具有较好的热稳定性及光学性能，利于电池产品性能的提升。
附图说明
图1是本申请太阳能电池第一实施例的结构示意图；
图2是本申请太阳能电池第二实施例的结构示意图；
图3是本申请太阳能电池第三实施例的结构示意图；
图4是本申请太阳能电池的制备方法的主要流程示意图。
100-太阳能电池；10-硅片；11-扩散层；20-正面电极；30-背面电极；40-隧穿层；50-掺杂碳化硅层；60-减反射层；61-第一部分；62-第二部分；70-背面钝化层。
具体实施方式
以下将结合附图所示的实施方式对本申请进行详细描述。但该实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据该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。
参图1所示，本申请提供的太阳能电池100包括硅片10、分别设置在所述硅片10相对两侧的正面电极20与背面电极30，所述硅片10的正面形成有扩散层11。此处，所述硅片10采用P型硅片，并经反向掺杂得到N型的所述扩散层11；所述正面电极20设置为银电极；所述背面电极30设置为银铝电极。
所述硅片10具有第一区域与第二区域，所述太阳能电池100还包括依次层叠设置在所述第一区域正面的隧穿层40与掺杂碳化硅层50、设置在所述掺杂碳化硅层50及所述第二区域的扩散层11上的减反射层60，所述正面电极20穿透所述减反射层60并与所述掺杂碳化硅层50形成欧姆接触。其中，所述掺杂碳化硅层50与扩散层11两者的掺杂类型一致，且所述扩散层11的掺杂浓度小于所述掺杂碳化硅层50的掺杂浓度，也就是说，所述掺杂碳化硅层50形成N++重掺杂发射极，其与正面电极20的接触电阻相对较低，且利于提高该太阳能电池100的填充因子。
所述掺杂碳化硅层50的掺杂浓度介于1E19～1E21cm-3，且所述掺杂碳化硅层50的厚度设置为10～500nm。本实施例中，所述扩散层11的方阻设置为70～160ohm/squ；所述掺杂碳化硅层50的方阻设置为10～200ohm/squ，优选为20～60ohm/squ。所述隧穿层40通常可采用氧化硅膜层，其厚度设置为0.5～5nm，所述隧穿层40太厚会增大载流子传输阻力，所述隧穿层40太薄则难以起到较好的钝化效果。
考虑实际制程工艺的限制与需求，所述第一区域通常设置大于所述正面电极20所对应的电极区域，以使得所述正面电极20不超出所述掺杂碳化硅层50。所述掺杂碳化硅层50的透光性较好，照射至所述正面电极20旁侧的掺杂碳化硅层50上的光线能够更顺利穿透该掺杂碳化硅层50，增加光生载流子数量，提高转换效率。
所述减反射层60用以降低硅片10表面的光线反射，其具有位于所述掺杂碳化硅层50上的第一部分61、位于第二区域的扩散层11上的第二部分62，所述第一部分61、第二部分62构成一致，所述第二部分62同时也对所述扩散层11表面起着钝化作用。所述减反射层60根据产品需求，可采用现有的单层、多层或渐变设计的减反射膜层结构，如采用SiNx膜层作为减反射层60，其实现减反射效果的同时，还通过自身的正电荷，减少N型扩散层表面的少子浓度，起着钝化作用。
所述太阳能电池100还具有设置在所述硅片10背面的背面钝化层70，所述背面电极30穿透所述背面钝化层70并与所述硅片10相接触。所述背面钝化层70可采用AlOx膜层，所述AlOx膜层与SiNx膜层一样可以钝化硅片10表面缺陷，其拥有与SiNx膜层相反的负电荷，适于P型硅片表面钝化，避免形成反转层，还会增加P型硅片表面的多子浓度，降低少子浓度，降低表面复合速率。
所述太阳能电池100也可以设置为双面电池，此种情况下，所述背面钝化层70可采用AlOx、SiNx叠层结构，实现所述硅片10背面钝化的同时，减少硅片10背面对入射光线的反射，提高背面转换效率。除此，所述背面电极30与硅片10之间亦可设置另一隧穿层与另一掺杂碳化硅层，减小背面复合损失的同时，提高背面光线利用率。另，所述硅片10也可设置为N型硅片，所述扩散层11与掺杂碳化硅层50的掺杂类型进行相应调整，此处不再赘述。
参图2与图3所示，所述硅片10进行局部扩散得到所述扩散层11，所述扩散层11形成在第二区域表面或形成于第二区域及部分第一区域的表面。此种情况下，所述硅片10在扩散制程中通过掩膜对至少部分第一区域进行遮挡，使得该部分硅片10未经扩散掺杂，能够有效降低复合损失，利于所述太阳能电池100的转换效率提升。
参图4所示，所述太阳能电池100的制备主要包括：
提供硅片10，进行表面制绒；
在所述硅片10的正面制备形成扩散层11；
所述硅片10具有第一区域与第二区域，在第一区域正面制得隧穿层40与掺杂碳化硅层50；
在所述掺杂碳化硅层50及第二区域的扩散层11表面沉积得到减反射层60，在所述硅片10的背面沉积制备得到背面钝化层70；
在硅片10正面、背面分别印刷相应的浆料，并经烧结得到正面电极20与背面电极30，所述正面电极20穿透所述减反射层60并与所述掺杂碳化硅层50相接触，所述背面电极30穿透所述背面钝化层70并与所述硅片10相接触。
此处，所述硅片10设置为P型单晶硅片，采用碱溶液对所述硅片10制绒后得到表面呈金字塔状的绒面结构。所述扩散层11通常可在高温条件下，通入POCl3与硅片10反应、渗透得到，通过反应时间、温度等工艺条件的控制能够得到控制该扩散层11的扩散深度与表面方阻。表面清洗后，依次沉积制备覆盖硅片10正面的隧穿膜与掺杂碳化硅膜；再于第一区域正面涂覆耐腐蚀层，并经刻蚀去除所述第二区域表面的部分隧穿膜与掺杂碳化硅膜，得到层叠设置在第一区域正面的隧穿层40与掺杂碳化硅层50。当然，也可以预先在所述第二区域制备相应的掩膜层，再进行所述隧穿层40与掺杂碳化硅层50的沉积制备。
所述硅片10正面所采用的浆料可在烧结过程中直接烧穿减反射层60并与所述掺杂碳化硅层50形成欧姆接触。而为使得该硅片10背面所采用的浆料能够与硅片10相接触，所述制备方法还包括在所述背面钝化层70上开设背电极窗口，并在所述背电极窗口位置印刷相应的浆料，并经所述烧结步骤得到背面电极30，所述背电极窗口的宽度多小于背面电极30的宽度，有效控制硅片10背面复合所带来的损失。在本申请的其它实施例中，所述背面电极30亦可采用“烧穿”型浆料，并通过烧结温度的调节，使得该浆料经烧结穿透所述背面钝化层70，得到与所述硅片10背面相接触的背面电极30。
综上所述，本申请太阳能电池100及其制备方法，通过将所述掺杂碳化硅层50进行重掺杂，并在该掺杂碳化硅层50与硅片10之间设置隧穿层40，能够降低正面电极20位置的接触电阻，减少载流子复合，提高填充因子。所述掺杂碳化硅层50的透光性更好，使得照射在硅片10第一区域的光线能够顺利穿透该掺杂碳化硅层50，增大载流子浓度与短路电流。除此，所述掺杂碳化硅层50具有较好的热稳定性及光学性能，成膜后无需退火，经后续烧结便可形成致密的膜层结构，简化工艺。
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。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种太阳能电池，包括硅片、分别设置在所述硅片相对两侧的正面电极与背面电极，所述硅片的正面形成有扩散层，其特征在于：所述硅片具有第一区域与第二区域，所述太阳能电池还包括层叠设置在所述第一区域正面的隧穿层与掺杂碳化硅层、设置在所述掺杂碳化硅层及所述第二区域的扩散层上的减反射层，所述正面电极穿透所述掺杂碳化硅层上的减反射层并与所述掺杂碳化硅层相接触。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述掺杂碳化硅层与扩散层两者的掺杂类型一致，且所述扩散层的掺杂浓度小于掺杂碳化硅层的掺杂浓度。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于：所述扩散层的方阻设置为70～160ohm/squ。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于：所述掺杂碳化硅层的掺杂浓度设置为1E19～1E21cm-3。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述掺杂碳化硅层的厚度设置为10～500nm。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述隧穿层的厚度设置为0.5～5nm。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池还具有设置在所述硅片背面的背面钝化层，所述背面电极穿透所述背面钝化层并与所述硅片相接触。
8.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：
在硅片的正面制备形成扩散层，所述硅片具有第一区域与第二区域；
在第一区域正面制得隧穿层与掺杂碳化硅层；
在所述掺杂碳化硅层及第二区域的扩散层表面沉积得到减反射层；
在硅片正面、背面分别制得正面电极与背面电极，所述正面电极穿透所述减反射层并与所述掺杂碳化硅层相接触。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述“在第一区域正面制得隧穿层与掺杂碳化硅层”，包括制备覆盖所述硅片正面的隧穿膜，再于所述隧穿膜上制得掺杂碳化硅膜；刻蚀去除第二区域表面的部分隧穿膜与掺杂碳化硅膜，得到层叠设置在第一区域正面的隧穿层与掺杂碳化硅层。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括在所述硅片的背面制得背面钝化层；
在所述背面钝化层上开设背电极窗口，在所述背电极窗口位置印刷相应的浆料，并经所述烧结步骤得到背面电极，所述背面电极经所述背电极窗口与所述硅片相接触。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括在所述硅片的背面制得背面钝化层；
在所述背面钝化层表面印刷相应的浆料，烧结使得该浆料穿透所述背面钝化层，得到与所述硅片相接触的背面电极。
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| CN201910897581.6A CN112542519A (zh) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | 太阳能电池及其制备方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2023155473A1 (zh) * | 2022-02-16 | 2023-08-24 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 钝化接触电池及其制备工艺 |
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2019
- 2019-09-23 CN CN201910897581.6A patent/CN112542519A/zh active Pending
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