CN112993059A - 太阳能电池叠层钝化结构及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了太阳能电池叠层钝化结构及制备方法。所述太阳能电池叠层钝化结构包括：P型硅衬底，以及在所述的P型硅衬底背面从里到外依次设置的第一介电层、第二介电层、第三介电层。所述制备方法包括：在P型硅衬底背面生成第一介电层，再在所述第一介电层上依次沉积第二介电层和第三介电层。本发明提供的太阳能电池背面叠层钝化结构含有丰富的氢离子或氢原子，具有非常好的化学钝化效果。

Description

太阳能电池叠层钝化结构及制备方法
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，涉及太阳能电池叠层钝化结构及制备方法。
背景技术
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。对于传统P型全铝背场太阳电池，背面金属和硅接触区的复合既背表面全铝掺杂所形成全铝背场是限制效率进一步提升的关键因素，同时全铝背场的长波反射率较低，光学损失较高。为了解决此问题，国内外各大研究机构专注于高效电池表面的钝化处理及结构改进，通过引入背面钝化膜及局域铝背场技术，减少金属与硅接触界面的复合同时提高了背面长波反射，极大的提高了电池的开路电压及短路电流，太阳电池光电转换效率提升1％以上，即P型PERC电池。该工艺路径相对简单且兼容现有的电池生产线。因此得到了快速的大面积推广应用，目前PERC电池的市场占有率达到90％以上。为了进一步提高PERC电池的转换效率，必须对电池表面进行良好的钝化，降低表面缺陷复合从而提高电池的开路电压。
CN111987191A公开了一种修复PERC电池激光开膜损伤的方法，包括对P型单晶硅片的正面和反面进行制绒且在正面和/或反面进行磷扩散形成磷掺杂面；使用激光器对P型单晶硅片的正面进行局域掺杂制作选择性发射极；经过背面刻蚀、热氧化、在背面沉积氧化铝与氮化硅叠层或氮化硅与氮氧化硅叠层和在正面沉积钝化减反射层，进行激光开膜和损伤修复，实现损伤区域的固相外延生长，使晶硅重新结晶恢复有序排列。
CN211929505U。该对比文件涉及晶硅太阳能电池片。其所述钝化层为氧化铝层和氮化硅层的叠层，且所述钝化层的厚度为110nm-140nm，所述氮化硅层设置在所述氧化铝层的底表面上。
目前产业化PERC电池是基于背面氧化铝和氮化硅的叠层钝化结果，氧化铝薄膜沉积过程中会用到TMA等特气，生产成本高且危险。在保证钝化效果的基础上，上述方案的生产成本及危险性有待进一步改善。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供太阳能电池叠层钝化结构及制备方法。所述太阳能电池叠层钝化结构具有良好的钝化效果，且生产成本低。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种太阳能电池叠层钝化结构，所述太阳能电池叠层钝化结构包括：P型硅衬底，以及在所述的P型硅衬底背面从里到外依次设置的第一介电层、第二介电层和第三介电层。
本发明提供的太阳能电池叠层钝化结构中，第一介电层的作用为该薄膜可降低悬挂键的密度，能够很好地控制界面陷阱，起到化学钝化作用；第二介电层的作用为该薄膜沉积的过程中，薄膜中有大量的氢存在，可以对硅片表面形成化学钝化及体钝化作用，同时低功率沉积第二介电层后，可以避免沉积第三介电层时的高功率等离子体对第一介电层的轰击；第三介电层和第二介电层的作用类似，但是第二介电层的折射率介于第一介电层和第三介电层之间，这样的膜层设计能更好的增加背面的光反射，提升电流；第二介电层和第三介电层中具有大量游离的氢原子及氢离子，其可以扩散到硅-氧化硅界面处，与界面处的硅悬挂键结合，降低表面的界面态密度以达到降低表面复合速率的效果，对电池表面进行钝化，同时氢也会扩散到硅片体内，对硅片体内的缺陷及杂质进行钝化。
本发明提供的太阳能电池叠层钝化结构中，背面叠层钝化结构含有丰富的氢离子或者原子，会在后续退火工艺或是烧结工艺中注入硅片表面和内部，对复合中心进行钝化，因此本发明提供的太阳能电池钝化结构具有良好的钝化效果。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述第一介电层包括含硅层。
优选地，所述第一介电层为氧化硅层。
优选地，所述第一介电层的厚度为1-10nm，例如1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm等。
本发明中，如果第一介电层的厚度过薄，会导致化学钝化效果不稳定；如果第一介电层的厚度过厚，会阻碍氢离子或者原子扩散到硅-氧化硅界面，影响钝化效果。
作为本发明优选的技术方案，所述第二介电层包括含硅层。
优选地，所述第二介电层为氮氧化硅层、氮化硅层或碳化硅层中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述第二介电层的厚度为1-150nm，例如1nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、100nm、125nm或150nm等。
本发明中，如果第二介电层的厚度过厚，则导致背面激光开槽时需要用高能量激光才能打开，激光的高能量导致硅片体寿命降低，降低电池转换效率。第二介电层的厚度过厚或者过薄，同时也会导致背反射效果减弱。
优选地，所述第二介电层为PECVD法沉积，厚度为1nm-100nm。
优选地，所述第二介电层的折射率为1.5-2.4，例如1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3或2.4等。
优选地，所述第二介电层为不同折射率的叠层膜结构。
优选地，所述第二介电层为折射率范围为1.6-2.2的氮氧化硅(例如折射率为1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1或2.2等)与折射率范围为1.7-2.4的氮氧化硅(例如折射率为1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3或2.4等)的叠层膜结构。
优选地，所述第二介电层为折射率范围为1.6-2.2的氮氧化硅(例如折射率为1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1或2.2等)与折射率范围为1.7-2.4的碳化硅(例如折射率为1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3或2.4等)的叠层膜结构。
优选地，第二介电层的叠层膜结构中，沿着远离P型硅衬底的方向，所述叠层膜的各膜折射率依次升高。
本发明中，在第二介电层中采用折射率这样排布的叠层膜，可以提升短路电流，这是因为高低折射率排布的叠层膜结构可以增强背面光的反射，保证长波段光的吸收利用。
示例性地，第二介电层的叠层膜结构可以为3层膜结构，沿着远离P型硅衬底的方向分别为第二介电层第一膜、第二介电层第二膜和第二介电层第三膜，所述第二介电层第一膜的折射率为1.5-2.2，所述第二介电层第二膜的折射率为1.6-2.3，所述第二介电层第三膜的折射率为1.7-2.4。
作为本发明优选的技术方案，所述第三介电层包括含硅层。
优选地，所述第三介电层为氧化硅层、氮氧化硅层、氮化硅层或碳化硅层中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述第三介电层的厚度为1-200nm，例如20nm、50nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm、135nm、140nm、160nm、180nm或200nm等。
本发明中，如果第三介电层厚度过薄，会导致薄膜对背面铝浆或者银浆的腐蚀性的阻挡作用减弱，影响叠层膜的钝化效果。如果第三介电层厚度过厚，则导致背面激光开槽时需要用高能量激光才能打开，激光的高能量导致硅片体寿命降低，降低电池转换效率。薄膜过厚或者过薄同时也会导致背反射效果减弱。
优选地，所述第三介电层的折射率为1.5-2.4，例如1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3或2.4等。
优选地，所述第三介电层为不同折射率的叠层膜结构。
优选地，所述第三介电层为折射率范围为1.6-2.2的氮化硅(例如折射率为1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1或2.2等)与折射率范围为1.9-2.4(例如折射率为1.9、2.0、2.1、2.2、2.3或2.4等)的氮化硅的叠层膜结构。
优选地，所述第四介电层为折射率范围为1.6-2.2的氮氧化硅(例如折射率为1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1或2.2等)与折射率范围为1.9-2.4(例如折射率为1.9、2.0、2.1、2.2、2.3或2.4等)的氮化硅的叠层膜结构。
优选地，所述第三介电层的叠层膜结构中，沿着远离P型硅衬底的方向，所述叠层膜的各膜折射率依次升高。
本发明中，在第三介电层中采用折射率这样排布的叠层膜，可以提升短路电流，这是因为高低折射率排布的叠层膜结构可以增强背面光的反射，保证长波段光的吸收利用。
示例性地，第三介电层的叠层膜结构可以为3层膜结构，沿着远离P型硅衬底的方向分别为第三介电层第一膜、第三介电层第二膜和第三介电层第三膜，所述第三介电层第一膜的折射率为1.5-2.2，所述第三介电层第二膜的折射率为1.6-2.3，所述第四介电层第三膜的折射率为1.7-2.4。
作为本发明所述的太阳能电池叠层钝化结构又一优选的技术方案，所述第一介电层为氧化硅层，其厚度为1-10nm(例如1nm、5nm、8nm或10nm等)，第二介电层为氮氧化硅层，其厚度为1-80nm(例如1nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm或80nm等)，第三介电层为氮化硅层，其厚度为1-100nm(例如1nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或100nm等)。
作为本发明所述的太阳能电池叠层钝化结构又一优选的技术方案，所述第一介电层为氧化硅层，其厚度为1-10nm，第二介电层为碳化硅层，其厚度为1-80nm，第三介电层为氮化硅层，其厚度为1-100nm。
作为本发明优选的技术方案，所述太阳能电池叠层钝化结构还包括在P型硅衬底正面从里到外依次设置的N型发射极，即N++重扩散区、N+轻扩散区、第四介电层和第五介电层。
本发明中，所述N+轻扩散区是指通过磷掺杂形成的磷浓度相对比较低的区域，所述N++重扩散区是指为了得到较好的金属接触电阻及较低的金属区复合电流而通过激光掺杂或者高温扩散形成的磷掺杂浓度比较高的区域。
优选地，所述第四介电层(9)为SiO2层。
优选地，所述第四介电层(9)的厚度为1-10nm，例如1nm、2nm、4nm、6nm、8nm或10nm等。
优选地，所述第五介电层(6)为氧化硅层、氮氧化硅层、氮化硅层或碳化硅层中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述第五介电层(6)为厚度为25-100nm(例如25nm、50nm、75nm或100nm等)的SiNx层。
优选地，所述太阳能电池叠层钝化结构还包括穿过第五介电层、第四介电层和N++重扩散区接触的正面Ag电极。
优选地，所述太阳能电池叠层钝化结构还包括依次穿过第三介电层、第二介电层和第一介电层后连接P型硅衬底的铝背场。
优选地，所述N+轻扩散区(8)的扩散方阻为120-300ohm/sq，例如120ohm/sq、150ohm/sq、180ohm/sq、200ohm/sq、150ohm/sq或300ohm/sq等。
优选地，所述N++重扩散区(7)的扩散方阻为40-100ohm/sq，例如40ohm/sq、50ohm/sq、60ohm/sq、70ohm/sq、80ohm/sq、90ohm/sq或100ohm/sq等。
作为本发明所述太阳能电池叠层钝化结构的一个优选技术方案，所述太阳能电池叠层钝化结构包括：P型硅衬底，P型硅衬底正面从里到外依次设有发射结区和第一SiNx膜，Ag电极穿过第一SiNx膜后连接发射结区，所述的P型硅衬底背面从里到外依次设有第二SiO2膜、SiOxNy膜和第二SiNx膜，铝背场依次穿过第二SiNx膜、SiOxNy膜和第二SiO2膜后与P型硅衬底接触。
优选地，所述的第二SiO2膜厚度为0-10nm，例如1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm等。
优选地，所述的SiOxNy膜为PECVD法沉积，厚度为1nm-100nm，例如1nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或100nm等。
优选地，所述的第二SiNx膜为PECVD法沉积的SiNx层，厚度为10nm-150nm，例如10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、100nm、120nm、130nm或150nm等。
优选地，所述的第二SiNx膜厚度为10nm-150nm，例如10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、100nm、120nm、130nm或150nm等。
优选地，所述的SiOxNy膜不同折射率的SiOxNy叠层膜。
优选地，所述的第二SiNx膜为单独的SiNx钝化层或是不同折射率的SiNx叠层膜。
优选地，发射结区包括位于P型硅衬底正面由内而外设置的N++重扩散区、N+轻扩散区和第一SiO2膜。
优选地，所述的N+轻扩散区的扩散方阻在120-180ohm/sq之间，例如120ohm/sq、130ohm/sq、145ohm/sq、160ohm/sq或180ohm/sq等；所述N++重扩散区的扩散方阻在40-100ohm/sq，例如40ohm/sq、65ohm/sq、85ohm/sq或100ohm/sq等。
优选地，第一SiO2膜厚度为1-10nm，例如1nm、5nm或10nm等；第一SiNx膜厚度为25-100nm，例如30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或100nm等。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的太阳能电池叠层钝化结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：
在P型硅衬底背面生成第一介电层，再在所述第一介电层上依次沉积第二介电层和第三介电层。
本发明提供的方法操作简单，流程短，成本低廉，易于进行大规模产业化生产，可以使得第一方面提供的太阳能电池叠层钝化结构具有良好的产业化前景。
作为本发明优选的技术方案，所述第一介电层的生长方法为热氧化法，溶液法或等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)。
优选地，沉积第二介电层的方法为PECVD。
优选地，沉积第三介电层的方法为PECVD。
作为本发明优选的技术方案，所述方法还包括：制备N++重扩散区和N+轻扩散区以及沉积第四介电层和第五介电层。
优选地，沉积第四介电层的方法为PECVD。
优选地，沉积第五介电层的方法为PECVD。
作为本发明所述制备方法的进一步优选技术方案，所述方法包括以下步骤：
用碱性腐蚀液去除P型硅衬底的机械损伤层，再用所述碱性腐蚀液对所述硅衬底的表面进行腐蚀，在所述P型硅衬底正面形成金字塔结构，之后在P型硅衬底正面扩散形N+轻扩散区，进行激光掺杂得到N++重扩散区，去除所述P型硅衬底的背结，对所述P型硅衬底的背面进行抛光，在所述P型硅衬底上氧化生成第一介电层和第四介电层，再在所述第一介电层上依次沉积第二介电层和第三介电层，在所述第四介电层上沉积第五介电层，印刷背面Ag电极烘干后，再印刷背面Al浆料，形成铝背场，印刷正面Ag电极。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的太阳能电池背面叠层钝化结构具有很好界面化学钝化效果，薄膜中丰富的氢离子和氢原子能有效的钝化体内的杂质及缺陷，同时通过各介质膜折射率的优化大大增强了电池背面光反射效果。本发明提供的太阳能电池叠层钝化结构的开路电压可以达到690mV以上，短路电流在40.7mA/cm2以上，转换效率高达22.89％以上。因此本发明的太阳能电池钝化结构具有和传统方案一样的钝化效果及光反射效果。
附图说明
图1为实施例1提供的太阳能电池背面叠层钝化结构的示意图，其中，
图1A-1G示出实施例1的制备方法的不同阶段中太阳能电池的示意图(电池正面为绒面结构，为简单示意特画为平面)
其中
1-P型硅衬底，
2-第一介电层，
3-第二介电层，
4-第三介电层，
6-第五介电层，
7-N++重扩散区，
8-N+轻扩散区，
9-第四介电层。
图2示出实施例1提供的太阳能电池叠层钝化结构的截面示意图(电池正面为绒面结构，为简单示意特画为平面)
其中
1-P型硅衬底，
2-第一介电层，
3-第二介电层，
4-第三介电层，
5-铝背场，
6-第五介电层，
7-N++重扩散区，
8-N+轻扩散区，
9-第四介电层，
10-正面Ag电极。
图3示出实施例1提供的太阳能电池的背面叠层钝化结构截面示意图(电池正面为绒面结构，为简单示意特画为平面)
其中
1-P型硅衬底，
2-第一介电层，
3-第二介电层，
4-第三介电层。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明中，作为一种具体实施方式，所述太阳能电池叠层钝化结构，包括P型硅衬底，P型硅衬底正面从里到外依次设有发射结区和第一SiNx膜，Ag电极穿过第一SiNx膜后连接发射结区，所述的P型硅衬底背面从里到外依次设有第二SiO2膜、SiOxNy膜和第二SiNx膜，铝背场依次穿过第二SiNx膜、SiOxNy膜和第二SiO2膜后与P型硅衬底接触。
发射结区包括位于P型硅衬底正面由内而外设置的N++重扩散区、N+轻扩散区和第一SiO2膜。
第二SiO2膜厚度为0-10nm。SiOxNy膜为PECVD法沉积，厚度为1nm-100nm。第二SiNx膜为PECVD法沉积的SiNx层，厚度为10nm-150nm。第二SiNx膜厚度为10nm-150nm。第一SiO2膜厚度为0-10nm，第一SiNx膜厚度为25-100nm。
第二SiOxNy膜为单独的SiOxNy钝化层或是不同折射率的SiOxNy叠层膜。
第二SiNx膜为单独的SiNx钝化层或是不同折射率的SiNx叠层膜。
N+轻扩散区的扩散方阻在120-180ohm/sq之间，N++重扩散区的扩散方阻在40-100ohm/sq。
在本实施例中，P型硅衬底背面的膜中含有大量的H+，会在后续退火工艺或是烧结工艺中注入硅片表面和内部，对复合中心进行钝化。
作为另一具体实施方式，所述太阳能电池叠层钝化结构，包括P型硅衬底，P型硅衬底正面从里到外依次设有发射结区和第一SiNx膜，Ag电极穿过第一SiNx膜后连接发射结区，所述的P型硅衬底背面从里到外依次设有第二SiO2膜、SiOxNy膜和第二SiNx膜，铝背场依次穿过第二SiNx膜、SiOxNy膜和第二SiO2膜后与P型硅衬底接触。发射结区2包括位于P型硅衬底正面由内而外设置的N++重扩散区、N+轻扩散区和第一SiO2膜。
具体地说，用体积比为47％的KOH溶液去除P型硅衬底的机械损伤层2-3μm，然后用体积比为47％的KOH溶液对硅片表面进行腐蚀，形成2-3μm的金字塔结构。
采用POCl3液态低压扩散进行扩散，形成p-n结，为N+轻扩散区，扩散温度为810C，工艺时长为90min，扩散方阻控制在120-180ohm/sq之间。
激光SE掺杂，通过激光高温将扩散后磷硅玻璃中的P原子进行激光掺杂，形成局部重掺杂区域，为N++重扩散区，扩散方阻为40-100ohm/sq。
链式清洗机去除P型硅衬底背结，并对硅片背面进行3-4μm的抛光，去除周边的p-n结。
氧化在P型硅衬底片的正面背面和边缘生成薄的SiO2膜，第一SiO2膜和第二SiO2膜，厚度分别为0-10nm。
PECVD沉积背面SiOxNy膜，厚度为1-100nm。
PECVD沉积背面第二SiNx膜，厚度为10-150nm。
PECVD沉积正面第一SiNx膜，厚度为25-100nm。
采用532nm的ns激光器在背面叠层膜上进行局部开槽，打开叠层钝化膜。
印刷背面Ag电极烘干后，再印刷背面Al浆料。
印刷正面Ag电池并在875℃快速烧结，形成Ag电极的良好的欧姆接触。
作为再一具体实施方式，所述太阳能电池叠层钝化结构，包括P型硅衬底，P型硅衬底正面从里到外依次设有发射结区和第一SiNx膜，Ag电极穿过第一SiNx膜后连接发射结区，所述的P型硅衬底背面从里到外依次设有SiOxNy膜和第二SiNx膜，铝背场依次穿过第二SiNx膜、SiOxNy膜与P型硅衬底接触。发射结区包括位于P型硅衬底1正面由内而外设置的N++重扩散区、N+轻扩散区和第一SiO2膜。
用体积比为47％的KOH溶液去除P型衬底的机械损伤层2-3μm，然后用体积比为47％的KOH溶液对硅片表面进行腐蚀，形成2-3μm的金字塔结构。
采用POCl3液态低压扩散进行扩散，形成N+轻扩散区，扩散温度为810C，工艺时长为90min，扩散方阻控制在120-180ohm/sq之间。
激光SE掺杂，通过激光高温将扩散后磷硅玻璃中的P原子进行激光掺杂，形成局部N++重扩散区，扩散方阻为40-100ohm/sq.
链式清洗机去除背结，并对硅片背面进行3-4μm的抛光，去除周边的p-n结。
氧化在硅片的正面和边缘生成薄的SiO2膜，第一SiO2膜，厚度为0-10nm。
PECVD沉积背面SiOxNy膜和第二SiNx膜，厚度分别为1-100nm和10-150nm。PECVD法沉积正面第一SiNx膜，厚度为25-100nm。
采用532nm的ns激光器在背面叠层膜上进行局部开槽，打开叠层钝化膜。
印刷背面Ag电极烘干后，再印刷背面Al浆料。印刷正面Ag电池并在875C快速烧结，形成良好的欧姆接触。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1
本实施例提供了一种太阳能电池叠层钝化结构，如图2和图3所示，该太阳能电池钝化结构包括P型硅衬底1，在P型硅衬底1背面从里到外依次设置第一介电层2、第二介电层3及第三介电层4，依次穿过第三介电层4、第二介电层3和第一介电层2后连接P型硅衬底1的铝背场5，在P型硅衬底1正面从里到外依次设置的N++重扩散区7、N+轻扩散区8、第四介电层9和第五介电层6。本实施例提供的一种太阳能电池叠层钝化结构中还包括正面Ag电极10，所述正面Ag电极10穿过第五介电层6及第四介电层9进入N++重扩散区7中。
本实施例提供的太阳能电池叠层钝化结构中，第一介电层2为氧化硅膜，膜的厚度为2nm，第二介电层3为氮氧化硅膜叠层膜，叠层膜总厚度为20nm，折射率为1.7，第三介电层4为氮化硅膜叠层膜，叠层膜总厚度为70nm，折射率为2.1，N+轻扩散区8的扩散方阻为150ohm/sq，N++重扩散区7的扩散方阻为75ohm/sq，第四介电层9为氧化硅膜，厚度为2nm，第五介电层6为氮化硅膜，厚度为75nm，折射率为2.0。
所述第二介电层3为三层氮氧化硅叠层膜，沿着远离P型硅衬底1的方向分别为第二介电层3第一膜、第二介电层3第二膜和第二介电层3第三膜，所述第二介电层3第一膜的折射率为1.7，所述第二介电层3第二膜的折射率为1.8，所述第二介电层3第三膜的折射率为1.9。
所述第三介电层4为三层氮化硅叠层膜，沿着远离P型硅衬底1的方向分别为第三介电层4第一膜、第三介电层4第二膜和第三介电层4第三膜，所述第三介电层4第一膜的折射率为2.0，所述第三介电层(4)第二膜的折射率为2.1，所述第三介电层(4)第三膜的折射率为2.2
本实施例提供的太阳能电池叠层钝化结构中，N+轻扩散区8为管式液态磷源扩散得到，N++重扩散区7为激光掺杂得到。
一种制备本实施例提供的电池叠层钝化结构的方法，其具体步骤为：
(1)用质量比为2％KOH溶液去除P型硅片的机械损伤层1.5μm，然后用质量比为3％的KOH溶液对硅片表面进行腐蚀，形成尺寸为1.5μm的金字塔结构。
(2)采用POCl3液态扩散进行扩散，形成N+轻扩散区8，扩散温度为810℃，工艺时长为90min。
(3)激光SE掺杂，通过激光高温将扩散后磷硅玻璃中的磷原子进行激光掺杂，形成局部N++重扩散区7。
(4)链式清洗机去除背结，并对硅片背面进行3.5μm的抛光，去除周边的p-n结。
(5)热氧化在硅片的背面正面和边缘生成薄的氧化硅膜，为第一介电层2和第四介电层10，厚度为2nm。
(6)PECVD沉积背面氮氧化硅膜，为第二介电层3。PECVD沉积背面氮化硅膜，为第三介电层4。
(7)PECVD法沉积正面氮化硅膜，为第五介电层6。
(8)采用532nm的ns激光器在背面叠层膜上进行局部开槽，打开叠层钝化膜。
(9)印刷背面Ag浆料烘干后，再印刷背面Al浆料5烘干后，印刷正面Ag浆料10并在875℃快速烧结，形成良好的欧姆接触。
图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F和图1G为上述制备方法的不同阶段中太阳能电池的示意图。
实施例2
本实施例提供的太阳能电池叠层钝化结构参照实施例1，区别在于，第一介电层2为氧化硅膜，膜的厚度为2nm，第二介电层3为氮氧化硅膜、氮化硅膜和碳化硅膜组成的叠层膜，叠层膜总厚度为20nm，折射率为1.7，第三介电层4为两层氮化硅膜，厚度分别为20nm及40nm，N+轻扩散区8的扩散方阻为150ohm/sq，N++重扩散区7的扩散方阻为75ohm/sq，第四介电层9为SiO2膜，厚度为2nm，第五介电层6为氮化硅膜，厚度为75nm，折射率为2.0。
所述第二介电层3为氮氧化硅膜、氮化硅膜和碳化硅膜组成的叠层膜，沿着远离P型硅衬底1的方向分别为第二介电层3第一膜(氮氧化硅膜)、第二介电层3第二膜(氮化硅膜)和第二介电层3第三膜(碳化硅膜)，所述第二介电层3第一膜的折射率为1.7，所述第二介电层3第二膜的折射率为1.9，所述第二介电层3第三膜的折射率为2.0。
所述第三介电层4为两层氮化硅膜，沿着远离P型硅衬底1的方向分别为第三介电层4第一膜和第三介电层4第二膜，所述第三介电层4第一膜的折射率为2.0，所述第三介电层4第二膜的折射率为2.1。
一种制备本实施例提供的电池叠层钝化结构的方法，其具体步骤为：
(1)用质量比为2％KOH溶液去除P型硅片的机械损伤层1.5μm，然后用质量比为3％的KOH溶液对硅片表面进行腐蚀，形成尺寸为1.5μm的金字塔结构。
(2)采用POCl3液态扩散进行扩散，形成N+轻扩散区8，扩散温度为810℃，工艺时长为90min。
(3)激光SE掺杂，通过激光高温将扩散后磷硅玻璃中的磷原子进行激光掺杂，形成局部N++重扩散区7。
(4)链式清洗机去除背结，并对硅片背面进行3.5μm的抛光，去除周边的p-n结。
(5)热氧化在硅片的背面正面和边缘生成薄的氧化硅膜，为第一介电层2和第四介电层10，厚度为2nm。
(6)PECVD沉积背面氮氧化硅膜、氮化硅膜和碳化硅膜，为第二介电层3。PECVD沉积背面双层氮化硅膜，为第三介电层4。
(7)PECVD法沉积正面氮化硅膜，为第五介电层6。
(8)采用532nm的ns激光器在背面叠层膜上进行局部开槽，打开叠层钝化膜。
(9)印刷背面Ag浆料烘干后，再印刷背面Al浆料5烘干后，印刷正面Ag浆料10并在875℃快速烧结，形成良好的欧姆接触。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例提供的太阳能电池叠层钝化结构中不设有第一介电层2。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例提供的太阳能电池叠层钝化结构中不设有第二介电层3。
对比例3
本对比例与实施例2的区别在于，本对比例提供的太阳能电池叠层钝化结构中不设有叠层结构的第三介电层4。
不同方案电池的结果如下表所示：
表1
开路电压 短路电流 填充因子 转换效率
[mV] [mA/cm2] [％] [％]
实施例1 690 40.7 81.5 22.89
对比例1 688 40.68 81.45 22.80
对比例2 688 40.6 81.45 22.75
实施例2 690 40.8 81.5 22.94
对比例3 690 40.7 81.5 22.89
上述电池效率测试为标准测试条件:辐照度(Irradiance)1000W/m2，电池温度(Cell Temperature)25℃，大气质量(Air Mass)AM1.5
对比例1相比实施例1因为不设有第一介电层2，导致其化学钝化效果减弱，电池Voc偏低2mV，效率偏低0.09％。
对比例2相比实施例1因为不设有第二介电层3，导致背面光反射效果也减弱，同时无法减弱沉积第三介电层(4)时高功率等离子体对第一介电层(2)的轰击，电池开路电压偏低2mV，电流密度偏低0.1mA/cm2，效率偏低0.14％。
对比例3相比实施例2因为不设有叠层结构的第三介电层4，导致背面光反射效果也减弱，电流密度偏低0.1mA/cm2，效率偏低0.05％。
综合上述结果可知，实施例1-2提供的太阳能电池背面叠层钝化结构具有非常好的化学钝化及背反射效果。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (51)

1.太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述太阳能电池叠层钝化结构包括：P型硅衬底(1)，以及在所述P型硅衬底(1)背面从里到外依次设置的第一介电层(2)、第二介电层(3)和第三介电层(4)。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第一介电层(2)包括含硅层。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第一介电层(2)为氧化硅层。
4.根据权利要求1-3任一项所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第一介电层(2)的厚度为1-10nm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第二介电层(3)包括含硅层。
6.根据权利要求1或5所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第二介电层(3)为氮氧化硅层、氮化硅层或碳化硅层中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1、5或6所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第二介电层(3)的厚度为1-150nm。
8.根据权利要求1、5-7任一项所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第二介电层(3)为PECVD法沉积，厚度为1nm-100nm。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第二介电层(3)的折射率为1.5-2.4。
10.根据权利要求1或9所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第二介电层(3)为不同折射率的叠层膜结构。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第二介电层(3)为折射率范围为1.6-2.2的氮氧化硅与折射率范围为1.7-2.4的氮氧化硅的叠层膜结构。
12.根据权利要求10所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第二介电层(3)为折射率范围为1.6-2.2的氮氧化硅与折射率范围为1.7-2.4的碳化硅的叠层膜结构。
13.根据权利要求10-12任一项所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，第二介电层(3)的叠层膜结构中，沿着远离P型硅衬底(1)的方向，所述叠层膜的各膜折射率依次升高。
14.根据权利要求1所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第三介电层(4)包括含硅层。
15.根据权利要求1或14所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第三介电层(4)为氧化硅层、氮氧化硅层、氮化硅层或碳化硅层中的任意一种或至少两种的组合。
16.根据权利要求1、14-15任一项所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第三介电层(4)的厚度为1-200nm。
17.根据权利要求1、14-16任一项所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第三介电层(4)为PECVD法沉积，厚度为10-150nm。
18.根据权利要求1、14-17任一项所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第三介电层(4)的折射率为1.5-2.4。
19.根据权利要求1、14-18任一项所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第三介电层(4)为不同折射率的叠层膜结构。
20.根据权利要求19所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第三介电层(4)为折射率范围为1.6-2.2的氮化硅与折射率范围为1.9-2.4的氮化硅的叠层膜结构。
21.根据权利要求19所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第四介电层(5)为折射率范围为1.6-2.2的氮氧化硅与折射率范围为1.9-2.4的氮化硅的叠层膜结构。
22.根据权利要求19-21任一项所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第三介电层(4)的叠层膜结构中，沿着远离P型硅衬底(1)的方向，所述叠层膜的各膜折射率依次升高。
23.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一介电层(2)为氧化硅层，其厚度为1-10nm，第二介电层(3)为氮氧化硅层，其厚度为1-80nm，第三介电层(4)为氮化硅层，其厚度为1-100nm。
24.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一介电层(2)为氧化硅层，其厚度为1-10nm，第二介电层(3)为碳化硅层，其厚度为1-80nm，第三介电层(4)为氮化硅层，其厚度为1-100nm。
25.根据权利要求1所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述太阳能电池叠层钝化结构还包括在P型硅衬底(1)正面从里到外依次设置的N++重扩散区(7)、N+轻扩散区(8)、第四介电层(9)和第五介电层(6)。
26.根据权利要求25所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第四介电层(9)为SiO2层。
27.根据权利要求25或26所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第四介电层(9)的厚度为1-10nm。
28.根据权利要求25所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第五介电层(6)为氧化硅层、氮氧化硅层、氮化硅层或碳化硅层中的任意一种或至少两种的组合。
29.根据权利要求25或28所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述第五介电层(6)为厚度为25-100nm的SiNx层。
30.根据权利要求25所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述太阳能电池叠层钝化结构还包括穿过第五介电层(6)、第四介电层(9)和与N++重扩散区(7)的正面Ag电极(10)。
31.根据权利要求1所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述太阳能电池叠层钝化结构还包括依次穿过第三介电层(4)、第二介电层(3)和第一介电层(2)后连接P型硅衬底(1)的铝背场(5)。
32.根据权利要求25所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述N+轻扩散区(8)的扩散方阻为120-300ohm/sq。
33.根据权利要求25所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述N++重扩散区(7)的扩散方阻为40-100ohm/sq。
34.根据权利要求1所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，P型硅衬底(1)正面从里到外依次设有发射结区和第一SiNx膜，Ag电极穿过第一SiNx膜后连接发射结区，所述的P型硅衬底背面从里到外依次设有第二SiO2膜、SiOxNy膜和第二SiNx膜，铝背场(5)依次穿过第二SiNx膜、SiOxNy膜和第二SiO2膜后与P型硅衬底(1)接触。
35.根据权利要求34所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述的第二SiO2膜厚度为0-10nm。
36.根据权利要求34所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述的SiOxNy膜为PECVD法沉积，厚度为1-100nm。
37.根据权利要求34所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述的第二SiNx膜为PECVD法沉积的SiNx层，厚度为10-150nm。
38.根据权利要求34所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述的第二SiNx膜厚度为10-150nm。
39.根据权利要求34所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述的SiOxNy膜为不同折射率的SiOxNy叠层膜。
40.根据权利要求34所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述的第二SiNx膜为单独的SiNx钝化层或是不同折射率的SiNx叠层膜。
41.根据权利要求34所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，发射结区包括位于P型硅衬底(1)正面由内而外设置的N++重扩散区(7)、N+轻扩散区(8)和第一SiO2膜。
42.根据权利要求41所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，所述的N+轻扩散区(8)的扩散方阻在120-180ohm/sq之间，所述N++重扩散区(7)的扩散方阻在40-100ohm/sq。
43.根据权利要求34所述的太阳能电池叠层钝化结构，其特征在于，第一SiO2膜厚度为1-10nm，第一SiNx膜厚度为25-100nm。
44.一种如权利要求1-43任一项所述的太阳能电池叠层钝化结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在P型硅衬底(1)背面生成第一介电层(2)，再在所述第一介电层(2)上依次沉积第二介电层(3)和第三介电层(4)。
45.根据权利要求44所述的方法，其特征在于，所述第一介电层(2)的生长方法为热氧化法，溶液法或PECVD。
46.根据权利要求44所述的方法，其特征在于，沉积第二介电层(3)的方法为PECVD。
47.根据权利要求44所述的方法，其特征在于，沉积第三介电层(4)的方法为PECVD。
48.根据权利要求44所述的太阳能电池叠层钝化结构的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：制备N++重扩散区(7)和N+轻扩散区(8)以及沉积第四介电层(9)和第五介电层(6)。
49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，沉积第四介电层(9)的方法为PECVD。
50.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，沉积第五介电层(6)的方法为PECVD。
51.根据权利要求44所述的太阳能电池叠层钝化结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：用碱性腐蚀液去除P型硅衬底(1)的机械损伤层，再用所述碱性腐蚀液对所述硅衬底(1)的表面进行腐蚀，在所述P型硅衬底(1)正面形成金字塔结构，之后在P型硅衬底(1)正面扩散形N+轻扩散区(8)，进行激光掺杂得到N++重扩散区(7)，去除所述P型硅衬底(1)的背结，对所述P型硅衬底(1)的背面进行抛光，在所述P型硅衬底(1)上氧化生成第一介电层(2)和第四介电层(9)，再在所述第一介电层(2)上依次沉积第二介电层(3)和第三介电层(4)，在所述第四介电层(9)上沉积第五介电层(6)，印刷背面Ag电极烘干后，再印刷背面Al浆料，形成铝背场(5)，印刷正面Ag电极(10)。
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