CN112635607A - 一种n型单晶硅hbc太阳电池结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种N型单晶硅HBC太阳电池结构及其制备方法，该电池结构包括单晶硅衬底、正面结构以及背面结构，所述正面结构包括自上而下设置的氮化硅层、氧化硅层和n+型晶体硅层，所述背面结构包括左右相互交替排列的两种单元结构，一种单元结构包括自上而下设置的p+型晶体硅层、TCO导电膜和金属电极，另一种单元结构包括自上而下设置的本征非晶硅层、n+非晶硅层、TCO导电膜和金属电极，所述p+型晶体硅层的厚度等于本征非晶硅层和n+非晶硅层的厚度之和，该两种单元结构的TCO导电膜等厚且平齐设置，TCO导电膜之间留有间隙。该电池结构能够提高正面的钝化效果和减反射效果。本发明同时公开了该电池结构的制备方法。

Description

一种N型单晶硅HBC太阳电池结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及硅片及其制备方法，具体是指一种N型单晶硅HBC太阳电池结构及其制备方法。
背景技术
能源是现代社会发展的基石，随着全球经济社会的不断发展，能源消费也持续增长，随着时间的变迁，化石能源越来越来稀缺，在化石能源紧张的背景下，大规模的开发和发明可再生资源已成为未来能源的重要战略，太阳能是最洁净的清洁能源，可再生能源。
太阳能电池是太阳能发电的核心部分，现有HBC电池结构正面采用a-Si+SiNx膜层结构，缺少掺杂层进行场钝化；背面叉指状p-n结结构的制作需要反复多次制作掩膜再去除掩膜，而且需要多次沉积非晶硅薄膜，制作工艺难度高，生产成本高。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种N型单晶硅HBC太阳电池结构，该电池结构能够提高正面的钝化效果和减反射效果。
本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的：一种N型单晶硅HBC太阳电池结构，包括单晶硅衬底、位于单晶硅衬底正面的正面结构以及位于单晶硅衬底背面的背面结构，其特征在于：所述正面结构包括自上而下设置的氮化硅层、氧化硅层和n+型晶体硅层，所述背面结构包括左右相互交替排列的两种单元结构，一种单元结构包括自上而下设置的p+型晶体硅层、TCO导电膜和金属电极，另一种单元结构包括自上而下设置的本征非晶硅层、n+非晶硅层、TCO导电膜和金属电极，所述p+型晶体硅层的厚度等于本征非晶硅层和n+非晶硅层的厚度之和，该两种单元结构的TCO导电膜等厚且平齐设置，并且该两种单元结构的TCO导电膜之间留有间隙。
本发明中，氮化硅层即是SiNx层，氧化硅层即是SiO2层，n+型晶体硅层即是n+c-Si层，单晶硅衬底即是nc-Si层，p+型晶体硅层即是p+c-Si层，本征非晶硅层即是i a-Si层，n+非晶硅层即是n+a-Si层。
本发明的电池结构，背面叉指状p-n结，p+区(即p+型晶体硅层所对应的区域)材质为晶体硅，n+区(即n+非晶硅层所对应的区域)材质为非晶硅，避免多次使用掩膜层，多次沉积非晶硅，解决了工艺步骤繁多的问题。同时，该电池结构在背面n+区与基底之间加入了本征非晶硅过渡层，n+区材质为非晶硅，形成异质结结构的p-n结。因此，本发明的电池结构解决了现有HBC电池正面无掺杂层前场区钝化的问题，正面钝化膜层钝化效果继续提高的问题，同时解决了背面p+区与n+区同为非晶硅材质，需要多次使用掩膜层，多次沉积非晶硅的问题，能够提高正面的钝化效果和减反射效果，增加n+前场区，减少少子复合。
本发明中，所述氧化硅层的厚度范围为2nm-20nm，优选是2nm，所述氮化硅层的厚度范围为60nm-150nm，优选是80nm，所述本征非晶硅层的厚度范围为1-10nm，优选是1nm，所述n+非晶硅层的厚度范围为1-50nm，优选是5nm，所述TCO导电膜的厚度范围为40-150nm，优选是50nm，所述间隙为1-50um，优选是2um。
本发明的目的之二是提供上述N型单晶硅HBC太阳电池结构的制备方法。
本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的：制备上述N型单晶硅HBC太阳电池结构的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤(1)：选取N型单晶硅片，将其正面制绒，背面抛光；
步骤(2)：将步骤(1)获得的硅片背面进行硼掺杂，形成p+型晶体硅层；
步骤(3)：将步骤(2)获得的硅片正面进行磷掺杂，形成n+型晶体硅层；
步骤(4)：将步骤(3)获得的硅片背面印刷掩膜并烘干，对硅片背面进行单面刻蚀切断，刻蚀切断后的p+型晶体硅层呈等间距间隔分布；
步骤(5)：使用碱液去除步骤(4)中的掩膜，然后使用酸液清洗中和残留的碱液，同时去除硅片上的PSG和BSG；
步骤(6)：将步骤(5)获得的硅片双面生长SiO2层，正面的SiO2层铺设在n+型晶体硅层上，背面的SiO2层铺设在p+型晶体硅层上以及p+型晶体硅层之间的间隙上；
步骤(7)：将步骤(6)获得的硅片正面生长SiNx薄膜，得到SiNx层；
步骤(8)：将步骤(7)获得的硅片背面印刷掩膜并烘干，去除背面位于p+型晶体硅层之间的间隙上的SiO2层；然后使用碱液去除掩膜；
步骤(9)：在步骤(8)获得的硅片背面生长本征非晶硅层和n+非晶硅层，本征非晶硅层和n+非晶硅层的厚度之和与p+型晶体硅层的厚度相等；
步骤(10)：去除硅片背面铺设在p+型晶体硅层上的SiO2层以及该SiO2层下方的本征非晶硅层和n+非晶硅层；
步骤(11)：在步骤(10)获得的硅片背面生长掺氢TCO导电膜；
然后先切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜、再在硅片背面TCO导电膜上印刷金属电极，烘干固化形成最终电池；
或者先在硅片背面TCO导电膜上制作金属电极、再切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜，形成最终电池。
本发明中，所述步骤(4)中，使用HF+HNO3混合液对硅片背面进行单面刻蚀切断，HF+HNO3混合液为体积比为20％的HF、体积比为60％的HNO3、其余为水的混合溶液；溶液温度是30℃；
所述步骤(5)和步骤(8)中，使用的碱液相同，均为体积比为10％的氨水溶液，溶液温度是60℃，时间为5min，去除掩膜；所述酸液为体积比为5％的HF水溶液。
所述步骤(6)中，将步骤(5)获得的硅片放置在氧化炉中双面生长SiO2层，炉管温度为850℃，通入工艺气体为氧气和氮气氮气和氧气的流量比范围为1/10～3，所得到的SiO2层的厚度为2nm-20nm，SiO2层即是氧化硅层。
所述步骤(7)中，将步骤(6)获得的硅片使用PECVD法在硅片正面生长SiNx薄膜，使用的PECVD设备为管式PECVD设备，温度450℃，工艺气体为SiH4和NH3，SiH4和NH3的流量比范围为1/5～1/15，所得到的正面SiNx层的厚度为60nm-150nm，SiNx层即是氮化硅层；
所述步骤(8)中，使用体积比为5％的HF水溶液，在温度30℃条件下背面单面浸泡1-2分钟，去除背面位于p+型晶体硅层之间的间隙上的SiO2层。
所述步骤(9)中，生长本征非晶硅层和n+非晶硅层的具体过程为：在温度200℃条件下，先通入工艺气体SiH4+H2，H2和SiH4的流量比范围为0～20，在硅片背面生长本征非晶硅层，本征非晶硅层的厚度为1-10nm；再通入SiH4+H2+PH3，PH3：H2：SiH4的流量比范围为1:99:1～1:99:10，在本征非晶硅层的表面继续生长n+非晶硅层，n+非晶硅层的厚度为1-50nm。
所述步骤(10)中，使用体积比为10％的HF水溶液，在温度30℃条件下背面单面浸泡5min，去除硅片背面铺设在p+型晶体硅层上的SiO2层以及该SiO2层下方的本征非晶硅层和n+非晶硅层；所述步骤(11)中，TCO导电膜的厚度为40-150nm。
本发明中，所述先切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜、再在硅片背面TCO导电膜上印刷金属电极，烘干固化形成最终电池的具体步骤如下：
步骤(12)：使用波长为266nm，脉冲宽度为皮秒，光斑为圆形，直径为1um，光斑重叠度为10％的紫外皮秒激光，切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜，切口间隙的宽度为1-50um；
步骤(13)：在步骤(12)获得的硅片背面TCO导电膜上采用丝网印刷方法印刷金属电极，印刷速度为450mm/s，压力为60N，线宽为120um，然后进入200℃的烘干炉固化并形成最终电池。
本发明中，所述先在硅片背面TCO导电膜上制作金属电极、再切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜，形成最终电池的具体步骤如下：
步骤(12)：在步骤(11)获得的硅片背面TCO导电膜上使用磁控溅射设备溅射一层厚度为100nm的Cu种子层，在Cu种子层上印刷一层掩膜并烘干，掩膜宽度30um，将硅片浸入质量浓度为5g/L的CuSO4溶液中进行电镀，在Cu种子层上电镀生长Cu电极，获得宽度为150um，高度为30um的Cu电极；
然后将硅片浸入质量浓度为5g/L的烷基磺酸锡溶液，在Cu电极上电镀一层厚度为10um的锡；使用体积浓度为5％的KOH水溶液将掩膜清洗掉，使用体积比为5％的HCL水溶液将掩膜下面的Cu种子层清洗掉，获得的Cu电极即为电池的金属电极；
步骤(13)：将步骤(12)获得的硅片使用波长为266nm，脉冲宽度为皮秒，光斑为圆形，直径为1um，光斑重叠度为10％的紫外皮秒激光，切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜，切口间隙的宽度为1-50um，形成最终电池。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明
图1是本发明N型单晶硅HBC太阳电池结构制备过程中结构之一的示意图；
图2是本发明N型单晶硅HBC太阳电池结构制备过程中结构之二的示意图；
图3是本发明N型单晶硅HBC太阳电池结构制备过程中结构之三的示意图；
图4是本发明N型单晶硅HBC太阳电池结构制备过程中结构之四的示意图；
图5是本发明N型单晶硅HBC太阳电池结构制备过程中结构之五的示意图；
图6是本发明N型单晶硅HBC太阳电池结构制备过程中结构之六的示意图；
图7是本发明N型单晶硅HBC太阳电池结构制备过程中结构之七的示意图；
图8是本发明N型单晶硅HBC太阳电池结构的结构示意图。
附图标记说明
1、氮化硅层； 2、氧化硅层； 3、n+型晶体硅层； 4、单晶硅衬底；
5、p+型晶体硅层； 6、本征非晶硅层； 7、n+非晶硅层；
8、TCO导电膜； 9、金属电极； 10、间隙。
具体实施方式
如图8所示的一种N型单晶硅HBC太阳电池结构，包括单晶硅衬底4、位于单晶硅衬底4正面的正面结构以及位于单晶硅衬底4背面的背面结构，正面结构包括自上而下设置的氮化硅层1、氧化硅层2和n+型晶体硅层3，背面结构包括左右相互交替排列的两种单元结构，一种单元结构包括自上而下设置的p+型晶体硅层5、TCO导电膜8和金属电极9，另一种单元结构包括自上而下设置的本征非晶硅层6、n+非晶硅层7、TCO导电膜8和金属电极9，p+型晶体硅层5的厚度等于本征非晶硅层6和n+非晶硅层7的厚度之和，该两种单元结构的TCO导电膜8等厚且平齐设置，并且该两种单元结构的TCO导电膜8之间留有间隙10。
本实施例中，氧化硅层2的厚度是2nm，氮化硅层1的厚度是80nm，本征非晶硅层6的厚度是1nm，n+非晶硅层7的厚度是5nm，TCO导电膜8的厚度是50nm，间隙10为2um。
作为本实施例的变换，氧化硅层2的厚度也可以在2nm-20nm范围内取值，氮化硅层1的厚度也可以在60nm-150nm范围内取值，本征非晶硅层6的厚度也可以在1-10nm范围内取值，n+非晶硅层7的厚度也可以在1-50nm范围内取值，TCO导电膜8的厚度也可以在40-150nm范围内取值，间隙10也可以在1-50um范围内取值。
实施例一
本发明上述N型单晶硅HBC太阳电池结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)：选取N型单晶硅片，采用现有的常规方法进行正面制绒、背面抛光，得到正面反射率在9％-15％、背面抛光的硅片，得到的硅片即为电池的单晶硅衬底4；抛光技术采用化学药液抛光，也可以采用物理抛光；
步骤(2)：将步骤(1)获得的硅片放置于950℃的炉管中进行硼扩散，硅片面对面摆放，扩散时间65分钟，扩散时间也可以在60-70分钟范围内取值，在硅片背面扩散形成p+型晶体硅层5，扩散方阻150Ω±10Ω；
步骤(3)：将步骤(2)获得的硅片放置于850℃的炉管中进行硼扩散，硅片背对背摆放，扩散时间65分钟，扩散时间也可以在60-70分钟范围内取值，在硅片正面扩散形成n+型晶体硅层3，扩散方阻150Ω±5Ω，得到如图1所示的结构；
步骤(4)：将步骤(3)获得的硅片背面印刷掩膜浆料并烘干，使用HF+HNO3混合液对硅片背面进行单面刻蚀切断，刻蚀切断后的p+型晶体硅层5呈等间距间隔分布，得到如图2所示的结构；
掩膜浆料为有机材料制作，烘干后致密绝缘，直接在市场上购买即可；
HF+HNO3混合液为体积比为20％的HF、体积比为60％的HNO3、其余为水的混合溶液；溶液温度是30℃；
步骤(5)：使用体积比为10％的氨水溶液在60℃温度下，时间为5min，去除步骤(4)中的掩膜，然后使用体积比为5％的HF水溶液清洗中和残留的碱液，同时去除硅片上的PSG(PSG是磷硅玻璃)和BSG(BSG是硼硅玻璃)；
步骤(6)：将步骤(5)获得的硅片放置在氧化炉中进行正面和背面双面生长SiO2层，炉管温度为850℃，时间为30min，通入工艺气体为氧气和氮气，氮气和氧气的流量比为1:1，所得到的SiO2层的厚度为2nm，SiO2层即是氧化硅层2，正面的SiO2层铺设在n+型晶体硅层3上，背面的SiO2层铺设在p+型晶体硅层5上以及p+型晶体硅层5之间的间隙10上，根据工艺时间的不同，氮气和氧气的流量比也可以在1:10～3范围内取值，SiO2层的厚度也可以在2nm-20nm范围内取值；
步骤(7)：将步骤(6)获得的硅片使用PECVD法(PECVD为化学气相沉积法)在硅片正面生长SiNx薄膜，得到如图3所示的结构；
使用的PECVD设备为管式PECVD设备，温度450℃，工艺时间为20min，工艺气体为SiH4和NH3，SiH4和NH3的流量比1:13，所得到的正面SiNx层的厚度为80nm，SiNx层即是氮化硅层1，根据工艺时间的不同，SiH4和NH3的流量比也可以在1:5～1:15范围内取值，SiNx层的厚度也可以在60nm-150nm范围内取值；
步骤(8)：将步骤(7)获得的硅片背面印刷掩膜并烘干，在链式清洗设备上使用体积比为5％的HF水溶液，在温度30℃条件下背面单面浸泡1.5min，浸泡时间也可以在1-2分钟范围内取值，去除背面位于p+型晶体硅层5之间的间隙10上的SiO2层，使用体积比为10％的氨水溶液在60℃温度下，时间为5min，去除背面掩膜，得到如图4所示的结构；
步骤(9)：使用管式PECVD设备，在温度200℃条件下，先通入工艺气体SiH4+H2，H2和SiH4的流量比1:10，在硅片背面生长本征非晶硅层6，本征非晶硅层6的厚度为1nm；再通入SiH4+H2+PH3PH3：H2：SiH4的流量比为1:99:5，在本征非晶硅层6的表面继续生长n+非晶硅层7，n+非晶硅层7的厚度为5nm，本征非晶硅层6和n+非晶硅层7的厚度之和与p+型晶体硅层5的厚度相等，得到如图5所示的结构，其中，根据工艺时间的不同，H2和SiH4的流量比也可以在0～20范围内取值，PH3：H2：SiH4的流量比也可以在1:99:1～1:99:10范围内取值，本征非晶硅层6的厚度也可以在1-10nm范围内取值，n+非晶硅层7的厚度也可以在1-50nm范围内取值；
步骤(10)：在链式清洗设备上使用体积比为10％的HF水溶液，在温度30℃条件下背面单面浸泡5min，去除硅片背面铺设在p+型晶体硅层5上的SiO2层以及该SiO2层下方的本征非晶硅层6和n+非晶硅层7，得到如图6所示的结构；
步骤(11)：在磁控溅射设备上，使用氧化铟锡靶材，在硅片背面沉积厚度为50nm的掺氢TCO导电膜8；
TCO导电膜8可以通过PVD或RPD方法制备，靶材材料为氧化铟锡薄膜、氧化铟薄膜、掺钛氧化铟、掺铝氧化锌、掺钨氧化铟薄膜中的任何一种，工艺过程中通入流量为50sccm-200sccm的氢气，根据工艺时间的不同，TCO导电膜8的厚度也可以在40-150nm范围内取值；
步骤(12)：使用波长为266nm，脉冲宽度为皮秒，光斑为圆形，直径为1um，光斑重叠度为10％的紫外皮秒激光，切断n+非晶硅层7和p+型晶体硅层5之间的TCO导电膜8，切口间隙10的宽度为2um，得到如图7所示的结构，间隙10的宽度也可以在1-50um范围内取值；
步骤(13)：在步骤(12)获得的硅片背面TCO导电膜8上采用丝网印刷方法印刷金属电极9，印刷速度为450mm/s，压力为60N，线宽为120um，然后进入200℃的烘干炉固化并形成最终电池，得到如图8所示的结构。
实施例二
本发明上述N型单晶硅HBC太阳电池结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)：选取N型单晶硅片，采用现有的常规方法进行正面制绒、背面抛光，得到正面反射率在9％-15％、背面抛光的硅片，得到的硅片即为电池的单晶硅衬底4；
步骤(2)：将步骤(1)获得的硅片放置于950℃的炉管中进行硼扩散，硅片面对面摆放，扩散时间70分钟，在硅片背面扩散形成p+型晶体硅层5，扩散方阻150Ω±10Ω；
步骤(3)：将步骤(2)获得的硅片放置于850℃的炉管中进行硼扩散，硅片背对背摆放，扩散时间70分钟，在硅片正面形成n+型晶体硅层3，扩散方阻150Ω±5Ω，得到如图1所示的结构；
步骤(4)：将步骤(3)获得的硅片背面印刷掩膜浆料并烘干，使用HF+HNO3混合液对硅片背面进行单面刻蚀切断，刻蚀切断后的p+型晶体硅层5呈等间距间隔分布，得到如图2所示的结构；
HF+HNO3混合液为体积比为20％的HF、体积比为60％的HNO3、其余为水的混合溶液；溶液温度是30℃；
步骤(5)：使用体积比为10％的氨水溶液在60℃温度下，时间为5min，去除步骤(4)获得的掩膜，然后使用体积比为5％的HF水溶液清洗中和残留的碱液，同时去除硅片上的PSG和BSG；
步骤(6)：将步骤(5)获得的硅片放置在氧化炉中进行正面和背面双面生长SiO2层，炉管温度为850℃，时间为30min，通入工艺气体为氧气和氮气氮气和氧气的流量比为1:1，所得到的SiO2层的厚度为2nm，SiO2层即是氧化硅层2，正面的SiO2层铺设在n+型晶体硅层3上，背面的SiO2层铺设在p+型晶体硅层5上以及p+型晶体硅层5之间的间隙10上；
步骤(7)：将步骤(6)获得的硅片使用PECVD法在硅片正面生长SiNx薄膜，得到如图3所示的结构；
使用的PECVD设备为管式PECVD设备，温度450℃，工艺时间为20min，工艺气体为SiH4和NH3，SiH4和NH3的流量比为1:10，所得到的正面SiNx层的厚度为80nm，SiNx层即是氮化硅层1，；
步骤(8)：将步骤(7)获得的硅片背面印刷掩膜并烘干，在链式清洗设备上使用体积比为5％的HF水溶液，在温度30℃条件下背面单面浸泡1.5min，去除背面位于p+型晶体硅层5之间的间隙10上的SiO2层，使用体积比为10％的氨水溶液在60℃温度下，时间为5min，去除背面掩膜，得到如图4所示的结构；
步骤(9)：使用链式PECVD设备，在温度200℃条件下，先通入工艺气体SiH4+H2，H2和SiH4的流量比为1:1，在硅片背面生长本征非晶硅层6，本征非晶硅层6的厚度为1nm；再通入SiH4+H2+PH3，PH3：H2：SiH4的流量比为1:99:10，在本征非晶硅层6的表面继续生长n+非晶硅层7，n+非晶硅层7的厚度为5nm，本征非晶硅层6和n+非晶硅层7的厚度之和与p+型晶体硅层5的厚度相等，得到如图5所示的结构；
步骤(10)：在链式清洗设备上使用体积比为10％的HF水溶液，在温度30℃条件下背面单面浸泡5min，去除硅片背面铺设在p+型晶体硅层5上的SiO2层以及该SiO2层下方的本征非晶硅层6和n+非晶硅层7，得到如图6所示的结构；
步骤(11)：在磁控溅射设备上，使用氧化铟锡靶材，在硅片背面沉积厚度为50nm的掺氢TCO导电膜8；
TCO导电膜8可以通过PVD或RPD方法制备，靶材材料为氧化铟锡薄膜、氧化铟薄膜、掺钛氧化铟、掺铝氧化锌、掺钨氧化铟薄膜中的任何一种，工艺过程中通入流量为50sccm-200sccm的氢气，根据工艺时间的不同，TCO导电膜8的厚度也可以在40-150nm范围内取值；
步骤(12)：使用波长为266nm，脉冲宽度为皮秒，光斑为圆形，直径为1um，光斑重叠度为10％的紫外皮秒激光，切断n+非晶硅层7和p+型晶体硅层5之间的TCO导电膜8，切口间隙10的宽度为2um，得到如图7所示的结构；
步骤(13)：在步骤(12)获得的硅片背面TCO导电膜8上采用丝网印刷方法印刷金属电极9，印刷速度为450mm/s，压力为60N，线宽为100um，然后进入200℃的烘干炉固化并形成最终电池，得到如图8所示的结构。
实施例三
本发明上述N型单晶硅HBC太阳电池结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)：选取N型单晶硅片，采用现有的常规方法进行正面制绒、背面抛光，得到正面反射率在9％-15％、背面抛光的硅片，得到的硅片即为电池的单晶硅衬底4；抛光技术采用化学药液抛光，也可以采用物理抛光；
步骤(2)：将步骤(1)获得的硅片放置于950℃的炉管中进行硼扩散，硅片面对面摆放，扩散时间65分钟，扩散时间也可以在60-70分钟范围内取值，在硅片背面扩散形成p+型晶体硅层5，扩散方阻150Ω±10Ω；
步骤(3)：将步骤(2)获得的硅片放置于850℃的炉管中进行硼扩散，硅片背对背摆放，扩散时间65分钟，扩散时间也可以在60-70分钟范围内取值，在硅片正面扩散形成n+型晶体硅层3，扩散方阻150Ω±5Ω，得到如图1所示的结构；
步骤(4)：将步骤(3)获得的硅片背面印刷掩膜浆料并烘干，使用HF+HNO3混合液对硅片背面进行单面刻蚀切断，刻蚀切断后的p+型晶体硅层5呈等间距间隔分布，得到如图2所示的结构；
掩膜浆料为有机材料制作，烘干后致密绝缘，直接在市场上购买即可；
HF+HNO3混合液为体积比为20％的HF、体积比为60％的HNO3、其余为水的混合溶液；溶液温度是30℃；
步骤(5)：使用体积比为10％的氨水溶液在60℃温度下，时间为5min，去除步骤(4)中的掩膜，然后使用体积比为5％的HF水溶液清洗中和残留的碱液，同时去除硅片上的PSG(PSG是磷硅玻璃)和BSG(BSG是硼硅玻璃)；
步骤(6)：将步骤(5)获得的硅片放置在氧化炉中进行正面和背面双面生长SiO2层，炉管温度为850℃，时间为30min，通入工艺气体为氧气和氮气氮气和氧气的流量比为1:1，所得到的SiO2层的厚度为2nm，SiO2层即是氧化硅层2，正面的SiO2层铺设在n+型晶体硅层3上，背面的SiO2层铺设在p+型晶体硅层5上以及p+型晶体硅层5之间的间隙10上，根据工艺时间的不同，氮气和氧气的流量比也可以在1:10～3范围内取值，SiO2层的厚度也可以在2nm-20nm范围内取值；
步骤(7)：将步骤(6)获得的硅片使用PECVD法(PECVD为化学气相沉积法)在硅片正面生长SiNx薄膜，得到如图3所示的结构；
使用的PECVD设备为管式PECVD设备，温度450℃，工艺时间为20min，工艺气体为SiH4和NH3，SiH4和NH3的流量比为1:10，所得到的正面SiNx层的厚度为80nm，SiNx层即是氮化硅层1，根据工艺时间的不同，SiH4和NH3的流量比也可以在1:5～1:15范围内取值，SiNx层的厚度也可以在60nm-150nm范围内取值；
步骤(8)：将步骤(7)获得的硅片背面印刷掩膜并烘干，在链式清洗设备上使用体积比为5％的HF水溶液，在温度30℃条件下背面单面浸泡1.5min，浸泡时间也可以在1-2分钟范围内取值，去除背面位于p+型晶体硅层5之间的间隙10上的SiO2层，使用体积比为10％的氨水溶液在60℃温度下，时间为5min，去除背面掩膜，得到如图4所示的结构；
步骤(9)：使用管式PECVD设备，在温度200℃条件下，先通入工艺气体SiH4+H2，H2和SiH4的流量比为1:1，在硅片背面生长本征非晶硅层6，本征非晶硅层6的厚度为1nm；再通入SiH4+H2+PH3，PH3：H2：SiH4的流量比为1:99:10，在本征非晶硅层6的表面继续生长n+非晶硅层7，n+非晶硅层7的厚度为5nm，本征非晶硅层6和n+非晶硅层7的厚度之和与p+型晶体硅层5的厚度相等，得到如图5所示的结构，其中，根据工艺时间的不同，H2和SiH4的流量比也可以在0～20范围内取值，PH3：H2：SiH4的流量比也可以在1:99:1～1:99:10范围内取值，本征非晶硅层6的厚度也可以在1-10nm范围内取值，n+非晶硅层7的厚度也可以在1-50nm范围内取值；
步骤(10)：在链式清洗设备上使用体积比为10％的HF水溶液，在温度30℃条件下背面单面浸泡5min，去除硅片背面铺设在p+型晶体硅层5上的SiO2层以及该SiO2层下方的本征非晶硅层6和n+非晶硅层7，得到如图6所示的结构；
步骤(11)：在磁控溅射设备上，使用氧化铟锡靶材，在硅片背面沉积厚度为50nm的掺氢TCO导电膜8；
TCO导电膜8可以通过PVD或RPD方法制备，靶材材料为氧化铟锡薄膜、氧化铟薄膜、掺钛氧化铟、掺铝氧化锌、掺钨氧化铟薄膜中的任何一种，工艺过程中通入流量为50sccm-200sccm的氢气，根据工艺时间的不同，TCO导电膜8的厚度也可以在40-150nm范围内取值；
步骤(12)：在步骤(11)获得的硅片背面TCO导电膜8上使用磁控溅射设备溅射一层厚度为100nm的Cu种子层，在Cu种子层上印刷一层掩膜并烘干，掩膜宽度30um，将硅片浸入质量浓度为5g/L的CuSO4溶液中进行电镀，在Cu种子层上电镀生长Cu电极，获得宽度为150um，高度为30um的Cu电极；
然后将硅片浸入质量浓度为5g/L的烷基磺酸锡溶液，在Cu电极上电镀一层厚度为10um的锡；使用体积浓度为5％的KOH水溶液将掩膜清洗掉，使用体积比为5％的HCL水溶液将掩膜下面的Cu种子层清洗掉，获得的Cu电极即为电池的金属电极9；
步骤(13)：将步骤(12)获得的硅片使用波长为266nm，脉冲宽度为皮秒，光斑为圆形，直径为1um，光斑重叠度为10％的紫外皮秒激光，切断n+非晶硅层7和p+型晶体硅层5之间的TCO导电膜8，切口间隙10的宽度为2um，形成最终电池，得到如图8所示的结构，间隙10的宽度也可以在1-50um范围内取值。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种N型单晶硅HBC太阳电池结构，包括单晶硅衬底(4)、位于单晶硅衬底(4)正面的正面结构以及位于单晶硅衬底(4)背面的背面结构，其特征在于：所述正面结构包括自上而下设置的氮化硅层(1)、氧化硅层(2)和n+型晶体硅层(3)，所述背面结构包括左右相互交替排列的两种单元结构，一种单元结构包括自上而下设置的p+型晶体硅层(5)、TCO导电膜(8)和金属电极(9)，另一种单元结构包括自上而下设置的本征非晶硅层(6)、n+非晶硅层(7)、TCO导电膜(8)和金属电极(9)，所述p+型晶体硅层(5)的厚度等于本征非晶硅层(6)和n+非晶硅层(7)的厚度之和，该两种单元结构的TCO导电膜(8)等厚且平齐设置，并且该两种单元结构的TCO导电膜(8)之间留有间隙(10)。
2.根据权利要求1所述的N型单晶硅HBC太阳电池结构，其特征在于：所述氧化硅层(2)的厚度范围为2nm-20nm，优选是2nm，所述氮化硅层(1)的厚度范围为60nm-150nm，优选是80nm，所述本征非晶硅层(6)的厚度范围为1-10nm，优选是1nm，所述n+非晶硅层(7)的厚度范围为1-50nm，优选是5nm，所述TCO导电膜(8)的厚度范围为40-150nm，优选是50nm，所述间隙(10)为1-50um，优选是2um。
3.制备权利要求1或2所述的N型单晶硅HBC太阳电池结构的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤(1)：选取N型单晶硅片，将其正面制绒，背面抛光；
步骤(2)：将步骤(1)获得的硅片背面进行硼掺杂，形成p+型晶体硅层；
步骤(3)：将步骤(2)获得的硅片正面进行磷掺杂，形成n+型晶体硅层；
步骤(4)：将步骤(3)获得的硅片背面印刷掩膜并烘干，对硅片背面进行单面刻蚀切断，刻蚀切断后的p+型晶体硅层呈等间距间隔分布；
步骤(5)：使用碱液去除步骤(4)中的掩膜，然后使用酸液清洗中和残留的碱液，同时去除硅片上的PSG和BSG；
步骤(6)：将步骤(5)获得的硅片双面生长SiO2层，正面的SiO2层铺设在n+型晶体硅层上，背面的SiO2层铺设在p+型晶体硅层上以及p+型晶体硅层之间的间隙上；
步骤(7)：将步骤(6)获得的硅片正面生长SiNx薄膜，得到SiNx层；
步骤(8)：将步骤(7)获得的硅片背面印刷掩膜并烘干，去除背面位于p+型晶体硅层之间的间隙上的SiO2层，然后使用碱液去除掩膜；
步骤(9)：在步骤(8)获得的硅片背面生长本征非晶硅层和n+非晶硅层，本征非晶硅层和n+非晶硅层的厚度之和与p+型晶体硅层的厚度相等；
步骤(10)：去除硅片背面铺设在p+型晶体硅层上的SiO2层以及该SiO2层下方的本征非晶硅层和n+非晶硅层；
步骤(11)：在步骤(10)获得的硅片背面生长TCO导电膜；
然后先切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜、再在硅片背面TCO导电膜上印刷金属电极，烘干固化形成最终电池；
或者先在硅片背面TCO导电膜上制作金属电极、再切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜，形成最终电池。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，使用HF+HNO3混合液对硅片背面进行单面刻蚀切断，HF+HNO3混合液为体积比为20％的HF、体积比为60％的HNO3、其余为水的混合溶液；溶液温度是30℃；
所述步骤(5)和步骤(8)中，使用的碱液相同，均为体积比为10％的氨水溶液，溶液温度是60℃，时间为5min，去除掩膜；所述酸液为体积比为5％的HF水溶液。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中，将步骤(5)获得的硅片放置在氧化炉中双面生长SiO2层，炉管温度为850℃，通入工艺气体为氧气和氮气，氮气和氧气的流量比范围为1:10～3，所得到的SiO2层的厚度为2nm-20nm，SiO2层即是氧化硅层。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中，将步骤(6)获得的硅片使用PECVD法在硅片正面生长SiNx薄膜，使用的PECVD设备为管式PECVD设备，温度450℃，工艺气体为SiH4和NH3，SiH4和NH3的流量比范围为1:5～1:15，所得到的正面SiNx层的厚度为60nm-150nm，SiNx层即是氮化硅层；
所述步骤(8)中，使用体积比为5％的HF水溶液，在温度30℃条件下背面单面浸泡1-2分钟，去除背面位于p+型晶体硅层之间的间隙上的SiO2层。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(9)中，生长本征非晶硅层和n+非晶硅层的具体过程为：在温度200℃条件下，先通入工艺气体SiH4+H2，H2和SiH4的流量比范围为0～20，在硅片背面生长本征非晶硅层，本征非晶硅层的厚度为1-10nm；再通入SiH4+H2+PH3，PH3：H2：SiH4的流量比范围为1:99:1～1:99:10，在本征非晶硅层的表面继续生长n+非晶硅层，n+非晶硅层的厚度为1-50nm。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(10)中，使用体积比为10％的HF水溶液，在温度30℃条件下背面单面浸泡5min，去除硅片背面铺设在p+型晶体硅层上的SiO2层以及该SiO2层下方的本征非晶硅层和n+非晶硅层；所述步骤(11)中，TCO导电膜的厚度为40-150nm。
9.根据权利要求3至8任一项所述的制备方法，其特征在于：所述先切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜、再在硅片背面TCO导电膜上印刷金属电极，烘干固化形成最终电池的具体步骤如下：
步骤(12)：使用波长为266nm，脉冲宽度为皮秒，光斑为圆形，直径为1um，光斑重叠度为10％的紫外皮秒激光，切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜，切口间隙的宽度为1-50um；
步骤(13)：在步骤(12)获得的硅片背面TCO导电膜上采用丝网印刷方法印刷金属电极，印刷速度为450mm/s，压力为60N，线宽为120um，然后进入200℃的烘干炉固化并形成最终电池。
10.根据权利要求3至8任一项所述的制备方法，其特征在于：所述先在硅片背面TCO导电膜上制作金属电极、再切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜，形成最终电池的具体步骤如下：
步骤(12)：在步骤(11)获得的硅片背面TCO导电膜上使用磁控溅射设备溅射一层厚度为100nm的Cu种子层，在Cu种子层上印刷一层掩膜并烘干，掩膜宽度30um，将硅片浸入质量浓度为5g/L的CuSO4溶液中进行电镀，在Cu种子层上电镀生长Cu电极，获得宽度为150um，高度为30um的Cu电极；
然后将硅片浸入质量浓度为5g/L的烷基磺酸锡溶液，在Cu电极上电镀一层厚度为10um的锡；使用体积浓度为5％的KOH水溶液将掩膜清洗掉，使用体积比为5％的HCL水溶液将掩膜下面的Cu种子层清洗掉，获得的Cu电极即为电池的金属电极；
步骤(13)：将步骤(12)获得的硅片使用波长为266nm，脉冲宽度为皮秒，光斑为圆形，直径为1um，光斑重叠度为10％的紫外皮秒激光，切断n+非晶硅层和p+型晶体硅层之间的TCO导电膜，切口间隙的宽度为1-50um，形成最终电池。
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