CN113471305B - 一种选择性钝化接触结构电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性钝化接触结构电池及其制备方法,其技术方案要点是包括N型硅基体，所述N型硅基体的上下表面设置有电极，所述N型硅基体正面覆盖有AlOx钝化层或SiNx减反层，在所述N型硅基体的背面制备隧穿氧化层及n+poly层，在所述N型硅基体与电极接触区域为重掺杂的n++poly层，非电极接触区域为轻掺杂的n+poly层。本发明通过电池片在非金属区域轻掺杂，减少n+poly层寄生吸收效应，提高短路电流；金属区域重掺杂，降低金属接触复合及接触电阻，提升开路电压及填充因子，进一步提高电池效率。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及一种选择性钝化接触结构电池及其制备方法。
背景技术
TOPCon结构由一层超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成，可显著降低金属接触复合，同时兼具良好的接触性能，能极大地提升光伏电池的效率。该技术采用n型硅片作为基底，在硅片正面和背面先沉积一层隧穿层，然后再覆盖一层掺杂多晶硅(n+poly)层，从而形成隧穿氧化层钝化接触。隧穿氧化层钝化技术能隔绝金属电极与基底接触，减少接触复合损失，并且电子能隧穿薄膜不会影响电流传递。
然而隧穿氧化层上的n+poly层虽然能起到很好的场钝化作用，但是其本身对光有很强的寄生吸收效应能力，其会降低电池的电流密度，进而影响太阳能电池的转换效率以及背面的电池效率。掺杂越重的n+poly层寄生吸收效应的影响越显著，但是轻掺杂会影响与金属电极的接触电阻，两者较难平衡。
因此，开发新型的钝化接触结构，使其既能发挥钝化接触技术的优势，又能避免n+poly层光吸收问题而导致电流变低，从而充分提高电池转换效率及背面效率，成为研究者关注的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种选择性钝化接触结构电池及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种选择性钝化接触结构电池，包括N型硅基体，所述N型硅基体的上下表面设置有电极，所述N型硅基体正面覆盖有AlOx钝化层或SiNx减反层，在所述N型硅基体的背面制备隧穿氧化层及n+poly层，在所述N型硅基体与电极接触区域为重掺杂的n++poly层，非电极接触区域为轻掺杂的n+poly层。
优选的，所述N型硅基体正面上设置有发射极。
优选的，所述隧穿氧化层的厚度设置为0.5-3nm,所述n+poly层的厚度设置为30-200nm。
优选的，所述电极为含银、含铜或含铝中的一种或多种组合。
优选的，所述隧穿氧化层为二氧化硅层。
本发明还提供了一种选择性钝化接触结构电池制备方法，其制备方法包括以下步骤：
电池片背面制备隧穿氧化层及n+poly层；
电池片背面设置磷浆栅线，磷浆栅线区域与后续金属化区域位置对应；
电池片进行磷扩散，磷浆栅线区域扩散形成局域重掺杂的n++poly层；
电池片表面清洗；
电池片正面沉积AlOx钝化层或SiNx减反层，电池片背面沉积SiNx减反层；
电池片双面金属化，烧结，电池片背面金属化区域与磷浆栅线区域对应。
优选的，所述电池片选用N型硅基体。
优选的，在制备所述隧穿氧化层及n+poly层前，将电池片进行制绒、硼扩散和清洗处理。
优选的，所述磷浆栅线宽度为40-100um，宽于电极宽度。
优选的，所述电池片在管式炉中进行磷扩散，所述管式炉中采用N2/O2氛围，温度设置为800-900℃，扩散时间为20-80min。
优选的，所述电池片表面清洗去除磷硅玻璃及残留浆料。
优选的，所述沉积AlOx厚度为1-10nm，SiNx厚度为60-100nm。
优选的，所述金属化浆料为银浆，所述电池片背面金属化区域宽度设置为20-70um，窄于磷浆栅线宽度。
本发明的技术效果和优点：在电池片金属接触区域采用选择性钝化接触结构的方法，所述金属接触区域为重掺杂的n++poly层，非金属接触区域为轻掺杂的n+poly层，既发挥了钝化接触的优势，又避免了正面多n+poly层光吸收带来的电流损失。同时电池制备n+poly层时，做较浅的掺杂，之后n+poly层上将掺磷的浆料通过丝网印刷或者喷墨打印的方式制备成栅线形状，该形状与后续金属化区域位置对应，栅线宽度略宽；将电池片在管式炉中进行扩散，磷浆区域经扩散形成局域的n++重掺区；在非金属区域轻掺杂，减少n+poly层寄生吸收效应，提高短路电流，从而提高电池效率，金属区域重掺杂，可以降低金属接触复合及接触电阻，提升开路电压及填充因子，进一步提高电池效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明的选择性钝化接触结构电池结构示意图；
图2为本发明实施例制备方法中步骤一效果图；
图3为本发明实施例制备方法中步骤二效果图；
图4为本发明实施例制备方法中步骤三效果图；
图5为本发明实施例制备方法中步骤四效果图；
图6为本发明实施例制备方法中步骤五效果图；
图7为本发明实施例制备方法中步骤六效果图。
图中：1-N型硅基体；2-电极；3-AlOx钝化层或SiNx减反层；4-隧穿氧化层；5-n+poly层；6-n++poly层；7-发射极；8-磷浆栅线。
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，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种选择性钝化接触结构电池，具体如图1所示，其包括N型硅基体1、电极2、AlOx钝化层或SiNx减反层3、发射极7、隧穿氧化层4、n+poly层5和n++poly层6。所述N型硅基体1正面上设置有发射极7，所述发射极7上表面覆盖有AlOx钝化层或SiNx减反层3，在其所述N型硅基体1的背面制备隧穿氧化层4及n+poly层5，所述隧穿氧化层4的厚度设置为0.5-3nm,所述n+poly层5的厚度设置为30-200nm。所述N型硅基体1的上下表面分别设置有电极2，具体地，所述N型硅基体1的正面设置有正电极2，所述N型硅基体1背面设置有负电极。所述AlOx钝化层或SiNx减反层3与发射极7接触，在所述N型硅基体与电极2金属接触区域为重掺杂的n++poly层6，非金属接触区域为轻掺杂的n+poly层5。所述n+poly层5为多晶硅层。
优选的，金属接触区域采用选择性钝化接触结构，金属接触区域为重掺杂的n++poly层6，非金属接触区域为轻掺杂的n+poly层5，既发挥了钝化接触的优势，又避免了正面多n+poly层5光吸收带来的电流损失。
具体地，所述电极2为含银、含铜或含铝中的一种或多种组成的电极，所述电极2可设置为银电极、铜电极或铝电极以及混合电极。本发明采用钝化隧穿技术，在硅片与负电极之间沉积了二氧化硅层；其能够使得能带弯曲，阻拦空穴向正向移动；然而多子电子能够隧穿此二氧化硅层；这样就实现了电子与空穴的分离，从而减少了填充因子的损失，提升了太阳能电池的效率。
本发明还提供一种选择性钝化接触结构电池制备方法，其包括以下步骤：
步骤一：电池片背面制备隧穿氧化层4及n+poly层5；
步骤二：电池片背面设置磷浆栅线8，所述磷浆栅线8区域与后续金属化区域位置对应；
步骤三：电池片进行磷扩散，磷浆栅线8区域扩散形成重掺杂的n++poly层6；
步骤四：电池片表面清洗；
步骤五：电池片正面沉积AlOx钝化层或SiNx减反层3，电池片背面沉积SiNx减反层；
步骤六：电池片双面金属化，烧结，电池片背面金属化区域与磷浆栅线8区域对应。
接下来，结合附图进行具体说明，具体参考图2所示，在上述步骤一中，在制备所述隧穿氧化层4及n+poly层5前，将电池片进行制绒、硼扩散和清洗处理，所述电池片选用N型硅基体1，进行制绒操作；具体地，采用湿法刻蚀技术，在硅片正面形成绒面，制绒后，硅片减重0.55-0.88g，硅片反射率10.5％-11.5％。控制制绒后硅片的反射率有利于后期控制太阳能电池对于太阳光的反射率，有效增加太阳能电池对太阳光的吸收率，提升太阳能电池转换效率。然后进行硼扩散处理，具体地，采用旋涂SiO2纳米浆料作为硼源，能够改善太阳能电池片扩散区域方块电阻的均匀性，粒径越小，均匀性越好；改善管内进气方式，增大硼源进气口距离太阳能电池片的距离，能够改善太阳能电池片扩散区域方块电阻的均匀性；在BBr3液态源高温扩散过程中引入二氯乙烯，能够提高硼扩散的片内均匀性和片间均匀性。接下来进行清洗，将硅片进行清洗，去除表面有机物及损伤层，然后在处理后的N型原硅片背面制备隧穿氧化层4及n+poly层5，其中隧穿氧化层4为二氧化硅层，所述n+poly层5为掺杂多晶硅层；隧穿氧化层4能够有效地分离电子与空穴，减少表面填充因子的损失，提升太阳能电池的效率。所述隧穿氧化层4和n+poly层5能够有效保证电子的传输，提升太阳能电池的效率，更好的发挥钝化作用，同时也能降低沉降难度。
在本实施例中，所述隧穿氧化层4和n+poly层5采用低压气相沉积法在硅片表面沉积所述隧穿氧化层4与n+poly层5。低压化学气相沉降法，可在较低温度下通过化学反应在硅片基地上沉积厚度均匀、结合紧密的二氧化硅层；且其反应温度较低，反应温度小于500℃；沉积速度快，节省能量；采用低压气相沉积法能够制备致密的隧穿层与n+poly层5，保证后期太阳能电池的高效性。同时在表面沉积隧穿氧化层4与n+poly层5能够有效的降低硅片表面方阻，使得负电极与硅片基底的欧姆接触更加充分，进而提升太阳能电池的转化效率。
优选的，沉积隧穿氧化层4与n+poly层5可有效的降低硅片表面方阻，使得负电极与硅片基底的欧姆接触更加充分，提升太阳能电池的转化效率。
在上述步骤二中，具体如图3所示，背面丝网印刷(或者喷墨打印)磷浆栅线8，所述磷浆栅线8区域与后续金属化区域位置对应，磷浆栅线8宽度设置为40-100um，略宽于电极2宽度。其中丝网印刷装置用于在电池片背面精确印刷背面栅线。电池片背面沉积有沉积隧穿氧化层4与n+poly层5，且在沉积隧穿氧化层4与n+poly层5上具有通过激光工艺或其他开槽开孔工艺形成供背面栅线穿过的开槽，同时所述钝化膜上还具有向外暴露电池片背面的定位图形。所述定位图形可以为上述供背面栅线穿过的开槽，也可以为专门开设于所述隧穿氧化层4上的对位孔，也可以同时包括所述开槽与所述对位孔。
在本实施例中，所述丝网印刷装置利用红外光在硅片中的吸收系数较小，从而在电池片中有较大的穿透深度，使得电池片对红外光的反射不受表面的绒面结构以及硅片内部晶界或者缺陷的影响，即使是多晶硅片，也不会影响位置识别装置对反射光线的识别，以能够精确地定位所述定位图形的位置，以在双面电池背面的开槽处精确印刷背面栅线，使得背面栅线与硅片形成良好的欧姆接触。
其中红外光源距所述电池片的距离小于30cm，优选5cm～15cm，具体可根据所述红外光源的功率适应性调整，以能够提供足够的光源。
所述红外光源于所述电池片的边缘向其发射红外光，而位置识别装置于所述电池片的正上方获取红外光在电池片背面的反射光，以保证接受到均匀的反射光。利用电池片背面对红外光的反射情况不同，能够精准地获取定位图形的位置，从而精准定位电池片，精准印刷背面栅线。
在上述步骤三中，具体如图4所示，将电池片在管式炉中进行磷扩散，磷浆区域经扩散形成重掺杂的n++poly层6。具体地，通过低表面浓度扩散工艺技术，在硅片表面进行磷扩散。经过磷掺杂后，不仅可以提升硅片表面的方阻，还可降低表面掺杂浓度。不仅可以提高电池的短波效应，提高短路电流；而且可以使表面复合导致的暗饱和电流减小开路电压增大，优化电池性能。所述管式炉采用N2/O2氛围，温度设置为800-900℃，维持温度时间为20-80min。
在上述步骤四中，具体如图5所示，清洗去除磷硅玻璃及残留浆料；去除硅片背面、周边以及正面的磷硅玻璃和残留浆料。
在上述步骤五中，具体如图6所示，电池片正面沉积AlOx钝化层或SiNx减反层3，电池片背面沉积SiNx减反层。所述SiNx减反层可有效降低硅片表面对于太阳光的反射，提升太阳光的吸收，从而提升太阳能电池的效率；同时氮化硅业能够起到良好的钝化作用。本发明采用等离子气化学气相沉降法在硅片正面沉积减反膜层。优选的，AlOx厚度为1-10nm，SiNx厚度为60-100nm；二氧化硅隧穿氧化层4、掺杂n+poly层与SiNx减反层和AlOx钝化层能够使得电池片正面形成良好的钝化作用，同时保证载流子的有效传输，提升了太阳能电池的效率。
在上述步骤6中，具体如图7所示，丝网印刷金属化浆料，烧结，电池片背面金属化区域与第2步中的磷浆印刷区域对应。具体地，将经过步骤5得到的硅片背面丝网印刷背电极2浆料、铝浆；正面印刷正电极2浆料并烘干；将得到的电池片进行高温烧成，形成背电极2、铝背电场和正电极2，得到选择性钝化接触结构电池成品。所述金属化浆料为银浆，电池片背面金属化区域宽度设置为20-70um，窄于磷浆栅线8宽度。
发明原理：在金属接触区域采用选择性钝化接触结构的方法，金属接触区域为重掺杂的n++poly层6，非金属接触区域为轻掺杂的n+poly层5，既发挥了钝化接触的优势，又避免了正面多n+poly层5光吸收带来的电流损失，电池制备n+poly层5时，做较浅的掺杂，之后n+poly层5上将掺磷的浆料通过丝网印刷或者喷墨打印的方式制备成栅线形状，该形状与后续金属化区域位置对应，栅线宽度略宽；将电池片在管式炉中进行扩散，磷浆区域经扩散形成局域的n++重掺区；非金属区域轻掺杂，减少n+poly层5寄生吸收效应，提高短路电流，从而提高电池效率，金属区域重掺杂，降低金属接触复合及接触电阻，提升开路电压及填充因子，进一步提高电池效率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种选择性钝化接触结构电池，其特征在于：包括N型硅基体(1)，构成所述N型硅基体(1)的硅片的反射率为10.5％-11.5％，所述硅片在硼扩散过程中引入了二氯乙烯，所述N型硅基体(1)的上下表面设置有电极(2)，所述N型硅基体(1)正面覆盖有AlOx钝化层或SiNx减反层(3)，在所述N型硅基体(1)的背面制备隧穿氧化层(4)及n+poly层(5)，在所述N型硅基体(1)与电极(2)接触区域为重掺杂的n++poly层(6)，非电极接触区域为轻掺杂的n+poly层(5)；所述N型硅基体(1)背面印刷有磷浆栅线(8)，所述重掺杂的n++poly层(6)经磷扩散形成，所述隧穿氧化层(4)及n+poly层(5)上具有供所述磷浆栅线(8)穿过的开槽，所述选择性钝化接触结构电池具有向外暴露电池片背面的定位图形，所述定位图形包括所述开槽或开设于所述隧穿氧化层(4)上的对位孔。
2.根据权利要求1所述的一种选择性钝化接触结构电池，其特征在于：所述N型硅基体(1)正面上设置有发射极(7)。
3.根据权利要求1所述的一种选择性钝化接触结构电池，其特征在于：所述隧穿氧化层(4)的厚度设置为0.5-3nm,所述n+poly层(5)的厚度设置为30-200nm。
4.根据权利要求1所述的一种选择性钝化接触结构电池，其特征在于：所述电极(2)为含银、含铜或含铝中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的一种选择性钝化接触结构电池，其特征在于：所述隧穿氧化层(4)为二氧化硅层。
6.一种选择性钝化接触结构电池制备方法，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
将电池片进行制绒和硼扩散，在制绒过程中，将硅片反射率设为10.5％-11.5％，在硼扩散过程中，将硼源进气口距离太阳能电池片的距离增大至设定范围，在BBr3液态源高温扩散过程中引入二氯乙烯；
电池片背面制备隧穿氧化层(4)及n+poly层(5)；
电池片背面设置磷浆栅线(8)，所述磷浆栅线(8)区域与后续金属化区域位置对应；
在所述隧穿氧化层(4)及n+poly层(5)上形成供所述磷浆栅线(8)穿过的开槽，在所述选择性钝化接触结构电池上设置向外暴露电池片背面的定位图形，所述定位图形包括所述开槽或开设于所述隧穿氧化层(4)上的对位孔；
电池片进行磷扩散，所述磷浆栅线(8)区域扩散形成局域重掺杂的n++poly层(6)；
电池片表面清洗；
电池片正面沉积AlOx钝化层或SiNx减反层(3)，电池片背面沉积SiNx减反层；
电池片双面金属化，烧结，电池片背面金属化区域与磷浆栅线(8)区域对应。
7.根据权利要求6所述的一种选择性钝化接触结构电池制备方法，其特征在于：所述电池片选用N型硅基体(1)。
8.根据权利要求6所述的一种选择性钝化接触结构电池制备方法，其特征在于：在制备所述隧穿氧化层(4)及n+poly层(5)前，将电池片进行制绒、硼扩散和清洗处理。
9.根据权利要求6所述的一种选择性钝化接触结构电池制备方法，其特征在于：所述磷浆栅线(8)宽度为40-100um，宽于电极(2)宽度。
10.根据权利要求6所述的一种选择性钝化接触结构电池制备方法，其特征在于：所述电池片在管式炉中进行磷扩散，所述管式炉中采用N2/O2氛围，温度设置为800-900℃，扩散时间为20-80min。
11.根据权利要求6所述的一种选择性钝化接触结构电池制备方法，其特征在于：所述电池片表面清洗去除磷硅玻璃及残留浆料。
12.根据权利要求6所述的一种选择性钝化接触结构电池制备方法，其特征在于：所述沉积AlOx厚度为1-10nm，SiNx厚度为60-100nm。
13.根据权利要求6所述的一种选择性钝化接触结构电池制备方法，其特征在于：所述金属化的浆料为银浆，所述电池片背面金属化区域宽度设置为20-70um，窄于磷浆栅线(8)宽度。
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