CN113113510A - 一种p型双面perc太阳电池及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种P型双面PERC太阳电池及其制备方法和应用，方法包括如：去损‑背面硼扩散‑背面沉积保护膜‑正面制绒‑去除背面保护膜‑双面沉积超薄氧化硅层‑正面沉积多晶硅层‑高温磷扩散掺杂硅片正面的多晶硅层‑正面沉积氮化硅减反射层‑背面沉积氧化铝层和氮化硅薄膜层‑丝网印刷银浆并烧结。本发明先多晶硅沉积，然后高温磷扩散扩散注入，这样既可以将N型掺杂多晶硅与衬底P型硅形成PN结，还可以对正面硅进行全区域钝化，有效降低载流子复合，提高开路电压和短路电流，从而提升太阳电池的转换效率；同时，通过引入钝化接触多晶硅薄膜不仅可以实现PN发射结、很好地对正面进行钝化，同时还可以将硅片与金属银浆烧结形成很好的欧姆接触。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池领域，具体涉及一种P型双面PERC太阳电池及其制备方法和应用。
背景技术
光伏行业最核心的竞争力是度电成本足够低，影响度电成本的关键因素是光伏组件的功率水平，而太阳电池转换效率的决定组件功率。P型PERC电池通过等离子体增强化学的气相沉积法在太阳电池背面附上介电钝化层的太阳电池。此种方式制作出的太阳能电池能将太阳电池绝对转换效率提升1～2％。目前，单晶PERC电池的量产效率已经从2014年的20％提升到2019年的22.5％以上。
现有的PERC电池效率在达到22.5％以上，进一步提高转换效率较困难；并且由于PERC电池背表面已经很好的进行钝化，而现有PERC电池正面载流子复合损失主要发生在发射极的均匀扩散区和选择性扩散区，因此要进一步地提升太阳电池的性能，则需要从如何提高正面钝化能力这一关键技术点来入手，从而进一步提高太阳电池转换效率。
同时，硅片尺寸变大可以降低整个光伏产业链的制造成本，从而有利于降低度电成本，因此行业内硅片变大是大势所趋。当前，单晶硅片已经从M2(156.75mm)开始变大到G1(158.75mm),并向M6(166mm)、M10(182mm)和G12(210mm)方向发展。而单晶硅片细线化、薄片化趋势渐起，不仅助力硅料用量减少，同时薄硅片有利于降低硅耗和电池成本。但是硅片变大和变薄后，PERC电池背面印刷铝浆料容易导致电池弓片，增加碎片率。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种P型双面PERC太阳电池及其制备方法和应用，解决了
通过引入钝化接触多晶硅薄膜可以实现PN发射结，并可以很好地对正面进行钝化，同时还可以与金属银浆烧结形成很好的欧姆接触。
本发明采用的技术方案如下：
一种P型双面PERC太阳电池制备方法，包括如下步骤：
S1、将P型硅片清洗、抛光，去除表面机械损伤；
S2、对硅片的背面进行单面硼扩散；
S3、在硅片的背面沉积一层氮化硅保护膜；
S4、对硅片的正面进行清洗制绒；
S5、对硅片进行清洗刻蚀，去除硅片背面的氮化硅保护膜；
S6、将硅片放入LPCVD设备中，通过LPCVD方式在硅片的正面和背面均沉积超薄氧化硅层；接着通过硅烷热分解在硅片正面沉积多晶硅层；随后高温磷扩散掺杂硅片正面的多晶硅层形成掺杂N型多晶硅层，得到形成全面积钝化接触的PN结的硅片；
S7、在硅片的正面沉积氮化硅减反射层；
S8、在硅片的背面沉积一层氧化铝层；
S9、在硅片的背面沉积一层氮化硅薄膜层；
S10、将硅片的正面和背面均制作电极，具体地，将硅片正面和背面均丝网印刷银浆，然后烧结形成欧姆接触。
进一步地，所述S6中，将硅片放入LPCVD设备中，通过LPCVD方式在硅片的正面、背面以及周边均沉积厚度在1.5-3nm的超薄氧化硅层。
进一步地，所述S6中，高温磷扩散掺杂硅片正面的多晶硅层形成掺杂N型多晶硅层后，通过退火提高多晶硅的晶化度，并充分激活磷离子得到具有N型多晶硅层，退火温度在780度，将该N型掺杂多晶硅与衬底P型硅，从而得到形成全面积钝化接触的PN结的硅片。
进一步地，所述S6中，通过硅烷热分解在硅片正面沉积多晶硅层时，沉积温度为610℃，沉积时间为3-5min，对应的沉积的多晶硅层厚度为20～30nm。
进一步地，所述S2中，将S1抛光后的硅片以两两背靠背放置在高温低压扩散炉中，在高温低压扩散炉中进行硼扩散。高温低压扩散炉优选地为高温低压管式炉。
进一步地，所述S2中，硼扩散的硼源采用三溴化硼，经过S2处理，在硅片背面形成表面薄层方阻在40-80Ω/㎡的P+背场。
进一步地，所述S2中的硅片硼扩散处理完成后，将其进行HF清洗，去除表面硼硅玻璃后再进行S3。
进一步地，所述S3中，使用PECVD的方式对硅片背面沉积一层氮化硅保护膜。
进一步地，所述氮化硅保护膜的厚度为60-120nm。
进一步地，所述S5中，使用HF和HNO3混合液或H2SO4溶液来单面刻蚀去除硅片背面的氮化硅保护膜。
进一步地，所述S6中，在硅片的表面均沉积超薄氧化硅层。
本发明公开了基于本发明所设计的制备方法所制备的P型双面PERC太阳电池。
本发明公开了基于所述方法制备的P型双面PERC太阳电池在太阳能转化为电能中的应用。
由于采用了本技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明一种P型双面PERC太阳电池及其制备方法和应用，先采用多晶硅沉积，然后高温磷扩散扩散注入，这样既可以将N型掺杂多晶硅与衬底P型硅形成PN结，还可以对正面硅进行全区域钝化，有效降低载流子复合，提高了开路电压和短路电流，从而提升太阳电池的转换效率；
2.本发明一种P型双面PERC太阳电池及其制备方法和应用，通过引入钝化接触多晶硅薄膜不仅可以实现PN发射结、很好地对正面进行钝化，同时还可以将硅片与金属银浆烧结形成很好的欧姆接触；
3.本发明一种P型双面PERC太阳电池及其制备方法和应用，在制作时，通过在硅片背面引入PECVD薄膜，即沉积一层氮化硅保护膜作为保护层，可以实现对硼扩散后的硅片硼扩散层很好的保护；同时，还可实现单面制绒，省去了后续的背面刻蚀的工序，继而实现了正面金字塔绒面、背面抛光的器件结构，工序简单、制造更为方便；
4.本发明一种P型双面PERC太阳电池及其制备方法和应用，硅片背面采用硼扩散取代丝网印刷铝浆料，可以有效降低硅片变大变薄后，印刷铝浆料带来的弓片导致的碎片。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：
图1是本发明的制备方法的主要流程示意图；
图2是本发明的太阳电池结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面结合图1和图2对本发明作详细说明。
实施例1
一种P型双面PERC太阳电池制备方法，如图1所示，其包括如下步骤：
S1、将P型硅片清洗、抛光，去除表面机械损伤，具体地，使用强碱溶液去除硅片表面的损伤层3～5um，形成镜面结构，得到硅片A；
S2、对硅片A的背面进行单面硼扩散，得到硅片B；具体地，将S1抛光后的硅片以两两背靠背放置在高温低压扩散炉中，在高温低压扩散炉中进行硼扩散；高温低压扩散炉优选地为高温低压管式炉；硼扩散的硼源采用三溴化硼，经过S2处理，在硅片背面形成表面薄层方阻在40-80Ω/㎡的P+背场；
S3、所述S2中的硅片硼扩散处理完成后，将其进行HF清洗，去除表面硼硅玻璃后，使用PECVD的方式对硅片背面沉积一层60-120nm厚度的氮化硅保护膜，得到硅片C；
S4、对硅片C的正面进行清洗制绒，具体地在碱性溶液如氢氧化钠、异丙醇和制绒添加剂条件下，利用氢氧化钠对不同晶面的腐蚀速率差异，硅片C的正面随机形成金字塔绒面，得到硅片D；
S5、使用HF和HNO3混合液或H2SO4溶液来对硅片D进行清洗刻蚀，单面刻蚀去除硅片背面的氮化硅保护膜，得到硅片E；然后用去除金属离子和氧化层；
S6、将硅片E进行低压化学气相沉积处理：将硅片放入LPCVD设备中，通过LPCVD方式在硅片的正面、背面以及周边均沉积厚度在1.5-3nm的超薄氧化硅层，得到硅片F；接着利用硅烷热分解在硅片F正面沉积单面本征多晶硅层，沉积温度为610℃、沉积时间3-5min，对应的沉积的多晶硅层厚度为25nm；随后高温磷扩散掺杂硅片正面的多晶硅层形成掺杂N型多晶硅层，并通过退火提高多晶硅的晶化度，并充分激活磷离子得到具有N型多晶硅层，退火温度在780度，将该N型掺杂多晶硅与衬底P型硅，从而得到形成全面积钝化接触的PN结的硅片G；
S7、在硅片H的正表面采用PECVD方式沉积氮化硅减反射层，得到硅片I；
S8、在硅片I的背面采取原子层沉积(ALD)方法或PECVD方式淀积形成5-10nm的氧化铝薄膜，得到硅片J；
S9、在硅片J的背面沉积一层80-120nm厚的氮化硅薄膜层，得到硅片K；
S10、将硅片K的双面均丝网印刷银浆，然后高温890度烧结形成欧姆接触，从而形成欧姆接触双面PERC+太阳电池。
本发明中，先采用多晶硅沉积，然后高温磷扩散扩散注入，这样既可以将N型掺杂多晶硅与衬底P型硅形成PN结，还可以对正面硅进行全区域钝化，有效降低载流子复合，提高了开路电压和短路电流，从而提升太阳电池的转换效率。经过实验证明，采用本方法制作的P型双面PERC太阳电池的量产效率为24％～26％，在目前的瓶颈量产效率22.5％的现状上，本发明具有突破性提升。
同时，本发明通过上述方式引入钝化接触多晶硅薄膜不仅可以实现PN发射结、很好地对正面进行钝化，同时还可以将硅片与金属银浆烧结形成很好的欧姆接触。
在制作时，通过在硅片背面引入PECVD薄膜，即沉积一层氮化硅保护膜作为保护层，可以实现对硼扩散后的硅片硼扩散层很好的保护；同时，还可实现单面制绒，省去了后续的背面刻蚀的工序，继而实现了正面金字塔绒面、背面抛光的器件结构，工序简单、制造更为方便。
而本发明中，硅片背面采用硼扩散取代丝网印刷铝浆料，可以有效降低硅片变大变薄后，印刷铝浆料带来的弓片导致的碎片。通过实验比对，采用本方式制作的同等大小的大、薄硅片，较之现有技术来说，碎片率降为原来的1/5～1/4，降低了不良率和制造成本，保证了硅片质量。
实施例2
在制造太阳电池时，需要对其进行切割，切割步骤设置在S9和S10之间，具体地为：
S1、将P型硅片清洗、抛光，去除表面机械损伤；
S2、对硅片的背面进行单面硼扩散；
S3、在硅片的背面沉积一层氮化硅保护膜；
S4、对硅片的正面进行清洗制绒；
S5、对硅片进行清洗刻蚀，去除硅片背面的氮化硅保护膜；
S6、将硅片放入LPCVD设备中，通过LPCVD方式在硅片的正面和背面均沉积超薄氧化硅层；接着通过硅烷热分解在硅片正面沉积多晶硅层；随后高温磷扩散掺杂硅片正面的多晶硅层形成掺杂N型多晶硅层，得到形成全面积钝化接触的PN结的硅片；
S7、在硅片的正面沉积氮化硅减反射层；
S8、在硅片的背面沉积一层氧化铝层；
S9、在硅片的背面沉积一层氮化硅薄膜层；
S9-1、使用激光在硅片背表面进行激光开槽，通过532～1064nm的ps或ns激光在上述叠层镀膜的硅片背面进行局部开槽，开槽区域占比0.5％～6％，开槽图形包括但不局限于点状，线状、虚线、矩形和六边等图形，槽深为能将局部的叠层膜去除。
S10、将硅片的正面和背面均丝网印刷银浆，然后烧结形成欧姆接触，从而形成欧姆接触双面PERC+太阳电池。
实施例3
一种基于上述P型双面PERC太阳电池制备方法制备的P型双面PERC太阳电池结构，如图1所示，其包括作为基体的P型硅，在P型硅正面成型有金字塔绒面，且在其正面依次沉积薄氧化硅层、掺杂N型多晶硅层、氮化硅减反射层。在P型硅背面依次沉积的硼扩散层、氧化铝薄膜、氮化硅薄膜层。同时，在其正面和背面均丝网印刷银浆，然后高温890度烧结形成欧姆接触。
实施例4
本发明公开了基于所述方法制备的P型双面PERC太阳电池在太阳能转化为电能中的应用：本发明所公开的P型双面PERC太阳电池放置在阳光下，其效吸收太阳能，并将其转化成电能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种P型双面PERC太阳电池制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将P型硅片清洗、抛光，去除表面机械损伤；
S2、对硅片的背面进行单面硼扩散；
S3、在硅片的背面沉积一层氮化硅保护膜；
S4、对硅片的正面进行清洗制绒；
S5、对硅片进行清洗刻蚀，去除硅片背面的氮化硅保护膜；
S6、将硅片放入LPCVD设备中，通过LPCVD方式在硅片的正面和背面均沉积超薄氧化硅层；接着通过硅烷热分解在硅片正面沉积多晶硅层；随后高温磷扩散掺杂硅片正面的多晶硅层形成掺杂N型多晶硅层，得到形成全面积钝化接触的PN结的硅片；
S7、在硅片的正面沉积氮化硅减反射层；
S8、在硅片的背面沉积一层氧化铝层；
S9、在硅片的背面沉积一层氮化硅薄膜层；
S10、将硅片的正面和背面均制作电极。
2.根据权利要求1所述的一种P型双面PERC太阳电池制备方法，其特征在于：所述S6中，将硅片放入LPCVD设备中，通过LPCVD方式在硅片的正面、背面以及周边均沉积厚度在1.5-3nm的超薄氧化硅层。
3.根据权利要求1所述的一种P型双面PERC太阳电池制备方法，其特征在于：所述S6中，高温磷扩散掺杂硅片正面的多晶硅层形成掺杂N型多晶硅层后，通过退火提高多晶硅的晶化度，并充分激活磷离子得到具有N型多晶硅层，退火温度在780度，将该N型掺杂多晶硅与衬底P型硅，从而得到形成全面积钝化接触的PN结的硅片。
4.根据权利要求1所述的一种P型双面PERC太阳电池制备方法，其特征在于：所述S6中，通过硅烷热分解在硅片正面沉积多晶硅层时，沉积温度为610℃，沉积时间为3-5min，对应的沉积的多晶硅层厚度为20～30nm。
5.根据权利要求1所述的一种P型双面PERC太阳电池制备方法，其特征在于：所述S2中，将S1抛光后的硅片以两两背靠背放置在高温低压扩散炉中，在高温低压扩散炉中进行硼扩散。
6.根据权利要求1所述的一种P型双面PERC太阳电池制备方法，其特征在于：所述S2中，硼扩散的硼源采用三溴化硼，经过S2处理，在硅片背面形成表面薄层方阻在40-80Ω/㎡的P+背场。
7.根据权利要求1所述的一种P型双面PERC太阳电池制备方法，其特征在于：所述S2中的硅片硼扩散处理完成后，将其进行HF清洗，去除表面硼硅玻璃后再进行S3。
8.根据权利要求1所述的一种P型双面PERC太阳电池制备方法，其特征在于：所述S3中，使用PECVD的方式对硅片背面沉积一层氮化硅保护膜，所述氮化硅保护膜的厚度为60-120nm。
9.一种基于权利要求1～8中任一项所述方法制备的P型双面PERC太阳电池。
10.一种基于权利要求1～8中任一项所述方法制备的P型双面PERC太阳电池在太阳能转化为电能中的应用。
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