CN113035969A - 一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构,硅片的隧穿氧化层一侧至少沉积有两层掺杂非晶硅薄膜,且多层所述掺杂非晶硅薄膜的掺杂浓度由接触所述隧穿氧化层一侧起呈梯度增加。其中,每层所述掺杂非晶硅薄膜的厚度为10‑40nm,多层所述掺杂非晶硅薄膜的总厚度为60‑80nm。本发明提供的梯度掺杂非晶硅钝化结构,掺杂非晶硅层其掺杂浓度由接触隧穿氧化层的最里层至接触银浆的最外层呈梯度增长,最终获得低膜厚、高钝化性的掺杂非晶硅层,总厚度由常规100nm以上减薄至60‑80nm左右,不仅有效降低了由掺杂非晶硅引起的电池背面近红外光损耗,提升了光利用率,同时还降低了镀膜工艺成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域,特别涉及一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构及制备方法。
背景技术
TOPCon是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触太阳能电池技术,其电池结构主要为N型硅衬底电池,在电池背表面制备一层超薄氧化硅,然后再沉积一层磷掺杂非晶硅薄膜,二者共同形成了钝化接触结构,其中磷掺杂非晶硅层提供了良好的场钝化效果并对载流子选择性透过,对提升电池电流和填充因子起到了至关重要的作用。然而,掺杂非晶硅层会吸收近红外光,减少电池背表面对近红外光的有效反射,引起背表面的光损失,薄膜越厚带来的光损失越大。因此,从电池效率和制造成本综合考虑,低膜厚的磷掺杂非晶硅层无疑是TOPCon电池背接触钝化结构的最佳选择。
但受限于现有背面浆料,目前TOPCon电池其掺杂非晶硅厚度需要做到100nm以上才能避免烧穿现象。在印刷烧结时,银浆料中的辅助添加剂必须经过高温烧结才能与掺杂非晶硅层接触而导出电流,低膜厚的掺杂非晶硅层极易被浆料烧穿从而破坏电池结构产生漏电。为此,如果对浆料进行调整,降低银浆中辅助添加剂的含量,其烧穿性能下降的同时又会造成接触电阻的大幅增加,对电池发电性能产生不利影响。
综上所述,现有技术方案主要分为两种:
1、印刷烧结时仍使用常规的背面浆料,为避免烧穿现象,保证电池背面的钝化接触结构不被浆料烧结所破坏,将掺杂非晶硅层的厚度提高至100nm以上,此时,高膜厚的掺杂非晶硅层将造成电池背表面的光损失,降低光的利用效率;
2、制备低膜厚的掺杂非晶硅层并改用烧穿性能减弱的背表面主栅浆料,来避免烧穿现象,通过降低银浆中辅助添加剂的含量来减弱其烧穿性能,但浆料烧穿性能下降的同时又会造成接触电阻的大幅增加,使得电池FF下降,电池效率降低。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构,硅片的隧穿氧化层一侧至少沉积有两层掺杂非晶硅薄膜,且多层所述掺杂非晶硅薄膜的掺杂浓度由接触所述隧穿氧化层一侧起呈梯度增加。
其中,每层所述掺杂非晶硅薄膜的厚度为10-40nm,多层所述掺杂非晶硅薄膜的总厚度为60-80nm。
本发明还提供了一种上述TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构的制备方法,包括如下步骤:
首先采用PECVD原位掺杂或PVD原位掺杂方式在隧穿氧化层表面沉积一层低膜厚低掺杂浓度的掺杂非晶硅薄膜;
然后,重复上述掺杂沉积过程,以在第一层低膜厚低掺杂浓度的掺杂非晶硅薄膜表面连续沉积多层低膜厚且掺杂浓度梯度提升的掺杂非晶硅薄膜。
其中,掺杂沉积过程采用磷烷或其他含磷掺杂源;或,采用硼烷或其他含硼掺杂源。
本发明还提供了一种上述梯度掺杂非晶硅钝化结构的TOPCon太阳能电池。
通过上述技术方案,本发明提供了一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构,该结构中的掺杂非晶硅层其掺杂浓度由接触隧穿氧化层的最里层至接触银浆的最外层呈梯度增长,即底层采用低掺杂工艺保证了TOPCon背接触钝化的性能,外层采用高掺杂工艺,通过提高外层掺杂薄膜的掺磷浓度,降低掺杂层方阻,从而解决因浆料穿透性不佳导致烧结接触差,接触电阻偏高且电池效率降低的问题,还可有效避免直接提高单层薄膜的磷掺杂浓度而导致掺杂磷在退火后穿透隧穿氧化层破坏电池背面钝化结构的问题。本发明利用梯度掺杂的方式,最终获得低膜厚、高钝化性的掺杂非晶硅层,总厚度由常规100nm以上减薄至60-80nm左右,不仅有效降低了由掺杂非晶硅引起的电池背面近红外光损耗,提升了光利用率,同时还降低了镀膜工艺成本(如工艺耗材使用量、用气/电量均会下降),为TOPCon电池的降本提效提供了一条有效路径。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的具有双层磷掺杂非晶硅钝化结构的太阳能电池片截面结构示意图。
图中:10.硅片;11.正面沉积层;121.背面隧穿氧化层;122.里层低浓度掺杂非晶硅薄膜;123.外层高浓度掺杂非晶硅薄膜;124.银浆;13.电极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1:
参考图1,本实施例1提供了一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构,硅片10的隧穿氧化层121一侧沉积有两层掺杂浓度呈梯度增加的掺杂非晶硅薄膜;其中,里层低浓度掺杂非晶硅薄膜122采用磷烷或其他含磷掺杂源,掺杂浓度为9E+19cm3至1.5E+20cm3,薄膜厚度为10-40nm;其中,外层高浓度掺杂非晶硅薄膜123采用磷烷或其他含磷掺杂源,掺杂浓度为1.5E+20cm3至2.5E+20cm3,薄膜厚度为10-40nm;两层掺杂非晶硅薄膜的总厚度为60-80nm。
实施例2:
本实施例2提供了一种实施例1所述TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构的制备方法,包括如下步骤:
首先采用PECVD原位掺杂或PVD原位掺杂方式并采用磷烷或其他含磷掺杂源,在隧穿氧化层121表面沉积里层低浓度掺杂非晶硅薄膜122;
然后,重复上述掺杂沉积过程,以在里层低浓度掺杂非晶硅薄膜122表面沉积外层高浓度掺杂非晶硅薄膜123。
实施例3:
参考图1,本实施例3提供了一种基于实施例1及实施例2所述梯度掺杂非晶硅钝化结构的TOPCon太阳能电池或其他具有类似钝化结构的太阳能电池,电池类型不做具体限定。其中,依次完成具有梯度浓度的里层低浓度掺杂非晶硅薄膜122及外层高浓度掺杂非晶硅薄膜123沉积后,在外层高浓度掺杂非晶硅薄膜123的表面涂覆一层银浆124并制作电极13,且硅片10的正面沉积层11结构参照现有技术。
本发明提供了一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构,该结构中的掺杂非晶硅层其掺杂浓度由接触隧穿氧化层的最里层至接触银浆的最外层呈梯度增长,即底层采用低掺杂工艺保证了TOPCon背接触钝化的性能,外层采用高掺杂工艺,通过提高外层掺杂薄膜的掺磷浓度,降低掺杂层方阻,从而解决因浆料穿透性不佳导致烧结接触差,接触电阻偏高且电池效率降低的问题,还可有效避免直接提高单层薄膜的磷掺杂浓度而导致掺杂磷在退火后穿透隧穿氧化层破坏电池背面钝化结构的问题。本发明利用梯度掺杂的方式,最终获得低膜厚、高钝化性的掺杂非晶硅层,总厚度由常规100nm以上减薄至60-80nm左右,不仅有效降低了由掺杂非晶硅引起的电池背面近红外光损耗,提升了光利用率,同时还降低了镀膜工艺成本(如工艺耗材使用量、用气/电量均会下降),为TOPCon电池的降本提效提供了一条有效路径。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业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发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明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。
Claims (6)
1.一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构,其特征在于,硅片的隧穿氧化层一侧至少沉积有两层掺杂非晶硅薄膜,且多层所述掺杂非晶硅薄膜的掺杂浓度由接触所述隧穿氧化层一侧起呈梯度增加。
2.根据权利要求1所述的一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构,其特征在于,每层所述掺杂非晶硅薄膜的厚度为10-40nm,多层所述掺杂非晶硅薄膜的总厚度为60-80nm。
3.一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
首先在隧穿氧化层表面沉积一层低膜厚低掺杂浓度的掺杂非晶硅薄膜;
然后,重复上述掺杂沉积过程,以在第一层低膜厚低掺杂浓度的掺杂非晶硅薄膜表面连续沉积多层低膜厚且掺杂浓度梯度提升的掺杂非晶硅薄膜。
4.根据权利要求3所述的一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构的制备方法,其特征在于,掺杂沉积过程采用磷烷或其他含磷掺杂源。
5.根据权利要求3所述的一种TOPCon电池梯度掺杂非晶硅钝化结构的制备方法,其特征在于,掺杂沉积过程采用硼烷或其他含硼掺杂源。
6.一种TOPCon太阳能电池,其特征在于,包括权利要求1-5任一项所述的梯度掺杂非晶硅钝化结构。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210625 |
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