CN113571592A - 一种薄化晶硅电池及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄化晶硅电池及制备方法，本发明一种薄化晶硅电池，从上到下依次包括第一SiOx薄膜，第一SiNx薄膜、第二SiNx薄膜、SiO2钝化薄膜、p型单晶硅片、Al2O3薄膜、第三SiNx薄膜、第二SiOx薄膜；所述的p型单晶硅片上表面织构化，且p型单晶硅形成n+发射极，得到p‑n结，p型单晶硅片背面采用激光打孔，并在孔内形成p+局部背表面场，并设置金属触点；p型单晶硅片上表面设有选择性发射结，选择性发射结上设有金属电极；通过本发明，可以使晶硅电池在厚度减薄的情况下，有效解决电池的光吸收及效率损失。
Description
技术领域
本发明所述领域为光伏新能源技术领域，具体涉及一种薄化晶硅电池制备方法，本发明针对晶硅电池在晶硅厚度在减薄的情况下，提出了光吸收损失和电学优化解决 方案。预计设计采用合适的方法进行电池制备，在电池减薄带来的成本降低的情况下， 实现了晶硅太阳能电池转换效率的提高。
背景技术
作为一种可持续的清洁新能源，光伏太阳能电池正在被快速应用和普及。近些年来，晶硅太阳能电池由于自身独特的优势，一直占据了光伏市场的主导地位。当前， 产业上的晶硅电池的典型厚度在170-180微米。然而，由于硅材料占据了电池成本的 60％之高。2021年，硅片成本暴涨150％。因此，发展薄化的晶硅电池是显著降低成本 的主要途径之一。通过降低晶硅的厚度，能够带领成本降低的显著受益。但是，目前， 薄晶硅电池制备技术上并不成熟。降低晶硅电池的厚度，带来了光学吸收的损失，致 使电池的转换效率下降。本发明选择了当前的主流晶硅电池结构PERC(钝化发射极背 面接触电池)电池为基础，对薄化的晶硅厚度在100-140微米之间的晶单硅电池采用 前后表面的光学及电学设计方案，采用本发明工艺可将100-140微米厚的薄化电池在 转换效率上有明显提升，实现电池更高的性价比。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种薄化晶硅电池及制备方法。
本发明一种薄化晶硅电池，从上到下依次包括第一SiOx薄膜，第一SiNx薄膜、第二SiNx薄膜、SiO2钝化薄膜、p型单晶硅片、Al2O3薄膜、第三SiNx薄膜、第二SiOx薄膜； 所述的p型单晶硅片上表面织构化，且p型单晶硅形成n+发射极，得到p-n结，其中n+ 发射极的掺杂浓度为(1.2±0.8)×1019/cm3，p型单晶硅片背面采用激光打孔，并在孔 内形成p+局部背表面场，并设置金属触点；p型单晶硅片上表面设有选择性发射结，选 择性发射结上设有金属电极；其中第二SiNx薄膜折射因子高于第一SiNx薄膜；
所述的第一SiOx薄膜厚度为10-15纳米、第一SiNx薄膜厚度为35-40纳米、第二SiNx薄膜厚度为20-25纳米、SiO2钝化薄膜厚度为8-12纳米、p型单晶硅片厚度为100-140 微米、Al2O3薄膜厚度为8-15纳米、第三SiNx薄膜厚度为30-45纳米，第二SiOx薄膜厚 度为200-250纳米。
作为优选，所述的p型单晶硅片通过切片方法获得。
一种薄化晶硅电池的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一：在厚度为100-140微米的p型单晶硅片背面依次制备Al2O3薄膜、第三SiNx薄膜和第二SiOx薄膜；所述的Al2O3薄膜厚度为8-15纳米，第三SiNx薄膜厚度为30-45 纳米，第二SiOx薄膜厚度为200-250纳米；
步骤二：对步骤一得到的p型单晶硅片背面采用激光打孔，并在孔内形成p+局部背表面场，通过丝网印刷法形成铝电极；
步骤三：将步骤二得到的产物上表面进行织构化，形成了特征尺寸为1-2um的随机分 布的金字塔；
步骤四：在步骤三得到的产物上，在840-900℃温度下用POCl3扩散法形成了形成n+ 发射极，得到p-n结，其中n+发射极的掺杂浓度为(1.2±0.8)×1019/cm3；
步骤五：在步骤四得到的产物上表面从下到上依次制备了SiO2钝化薄膜、第二SiNx薄膜、第一SiNx薄膜和第一SiOx薄膜；其中第二SiNx薄膜折射因子高于第一SiNx薄膜， 第一SiOx薄膜厚度为10-15纳米、第一SiNx薄膜厚度为35-40纳米、第二SiNx薄膜厚度 为20-25纳米、SiO2钝化薄膜厚度为8-12纳米；
步骤六：采用局部激光掺杂在步骤五得到的产物上表面形成局域选择性发射结，局 域选择性发射结的宽度为200-250微米，片电阻为55±8/sq；并在发射结上设置金属电极。
作为优选，所述的SiO2钝化薄膜通过850-950℃温度下热生长形成。
作为优选，所述的第一SiNx薄膜、第二SiNx薄膜、第一SiOx薄膜通过通过PECVD法制备。
作为优选，所述的Al2O3薄膜采用原子层沉积法制备。
作为优选，所述的第三SiNx薄膜、第二SiOx薄膜采用PECVD法沉积制备。
作为优选，所述的发射结上设置金属电极为银。
作为优选，所述的前表面进行织构化，为在温度为82-85℃的NaOH溶液中处理。
作为优选，p型单晶硅片基底电阻率为0.9±0.2Ω.cm。
发明的有益效果：通过本发明，可以使晶硅电池在厚度减薄的情况下，有效解决电池的光吸收及效率损失。从而可以达到更高性价比的晶硅电池。采用本发明的方法， 制备的在100-140微米的电池效率与商业典型结构的厚度为180微米晶硅电池的转换 效率相当。其受益来源于本发明中采用的前后表面解决方案，一方面可以提高光在晶 硅中的吸收，包括短波长区域和长波长区域两部分；另一方面，通过前面采用热氧化 形成SiO2薄膜，使得晶硅前表面有更好的钝化，这样可以提升电池的开路电压；本发 明制备的表面金字塔尺寸在1-2微米，远小于商业电池制绒的金字塔平均尺寸，更有 利于的电池的表面陷光，有助于获得更高的短路电流密度；这些综合因素的叠加，可 以导致晶硅厚度在降低(即，成本降低)的情况下，仍可获得提高的转换效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为薄化晶硅电池中前表面反射和电池内光吸收随波长的关系图；
图3为测量的140微米、薄化晶硅电池的电流密度与电压的关系图。
具体实施方式
实施例一，如图1所示：
步骤一：在厚度为100微米的p型单晶硅片背面依次制备Al2O3薄膜、第三SiNx薄膜和第二SiOx薄膜；所述的Al2O3薄膜厚度为8纳米，第三SiNx薄膜厚度为30纳米，第二 SiOx薄膜厚度为200纳米；
步骤二：对步骤一得到的p型单晶硅片背面采用激光打孔，并在孔内形成p+局部背表面场，通过丝网印刷法形成铝电极；p型单晶硅片基底电阻率为0.9Ωcm。
步骤三：将步骤二得到的产物上表面进行织构化，形成了特征尺寸为1-2um的随机分 布的金字塔；
步骤四：在步骤三得到的产物上，在840℃温度下用POCl3扩散法形成了形成n+发射 极，得到p-n结，其中n+发射极的掺杂浓度为1.2×1019/cm3；
步骤五：在步骤四得到的产物上表面从下到上依次制备了SiO2钝化薄膜、第二SiNx薄膜、第一SiNx薄膜和第一SiOx薄膜；其中第二SiNx薄膜折射因子高于第一SiNx薄膜， 第一SiOx薄膜厚度为10纳米、第一SiNx薄膜厚度为35纳米、第二SiNx薄膜厚度为20 纳米、SiO2钝化薄膜厚度为8纳米；
步骤六：采用局部激光掺杂在步骤五得到的产物上表面形成局域选择性发射结，局 域选择性发射结的宽度为200微米，片电阻为55/sq；并在选择性发射结上设置银金属电极。标准厚度和实施例一薄化晶硅电池的光伏参数测量比较如表1所示：
表1 标准厚度和实施例一薄化晶硅电池的光伏参数测量比较(各100片电池)如表2所示：
表2
如图2所示，为实施例一硅电池中前表面反射和电池内光吸收随波长的关系。
如图3所示，为140微米和实施例一的电池的电流密度与电压的关系图。
实施例二：
步骤一：在厚度为120微米的p型单晶硅片背面依次制备Al2O3薄膜、第三SiNx薄膜和第二SiOx薄膜；所述的Al2O3薄膜厚度为10纳米，第三SiNx薄膜厚度为38纳米，第二 SiOx薄膜厚度为220纳米；
步骤二：对步骤一得到的p型单晶硅片背面采用激光打孔，并在孔内形成p+局部背表面场，通过丝网印刷法形成铝电极；
步骤三：将步骤二得到的产物上表面进行织构化，形成了特征尺寸为1-2um的随机分 布的金字塔；
步骤四：在步骤三得到的产物上，在880℃温度下用POCl3扩散法形成了形成n+发射 极，得到p-n结，其中n+发射极的掺杂浓度为1.2×1019/cm3；
步骤五：在步骤四得到的产物上表面从下到上依次制备了SiO2钝化薄膜、第二SiNx薄膜、第一SiNx薄膜和第一SiOx薄膜；其中第二SiNx薄膜折射因子高于第一SiNx薄膜， 第一SiOx薄膜厚度为12纳米、第一SiNx薄膜厚度为38纳米、第二SiNx薄膜厚度为22 纳米、SiO2钝化薄膜厚度为10纳米；
步骤六：采用局部激光掺杂在步骤五得到的产物上表面形成局域选择性发射结，局 域选择性发射结的宽度为230微米，片电阻为47/sq；并在选择性发射结上设置银电极。
实施例三：
一种薄化晶硅电池的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一：在厚度为140微米的p型单晶硅片背面依次制备Al2O3薄膜、第三SiNx薄膜和第二SiOx薄膜；所述的Al2O3薄膜厚度为15纳米，第三SiNx薄膜厚度为45纳米，第 二SiOx薄膜厚度为250纳米；
步骤二：对步骤一得到的p型单晶硅片背面采用激光打孔，并在孔内形成p+局部背表面场，通过丝网印刷法形成铝电极；
步骤三：将步骤二得到的产物上表面进行织构化，形成了特征尺寸为1-2um的随机分 布的金字塔；
步骤四：在步骤三得到的产物上，在900℃温度下用POCl3扩散法形成了形成n+发射 极，得到p-n结，其中n+发射极的掺杂浓度为2×1019/cm3；
步骤五：在步骤四得到的产物上表面从下到上依次制备了SiO2钝化薄膜、第二SiNx薄膜、第一SiNx薄膜和第一SiOx薄膜；其中第二SiNx薄膜折射因子高于第一SiNx薄膜， 第一SiOx薄膜厚度为15纳米、第一SiNx薄膜厚度为40纳米、第二SiNx薄膜厚度为25 纳米、SiO2钝化薄膜厚度为12纳米；
步骤六：采用局部激光掺杂在步骤五得到的产物上表面形成局域选择性发射结，局 域选择性发射结的宽度为250微米，片电阻为63/sq；并在选择性发射结上设置金属电极。
Claims (10)
1.一种薄化晶硅电池，其特征在于：从上到下依次包括第一SiOx薄膜，第一SiNx薄膜、第二SiNx薄膜、SiO2钝化薄膜、p型单晶硅片、Al2O3薄膜、第三SiNx薄膜、第二SiOx薄膜；所述的p型单晶硅片上表面织构化，且p型单晶硅形成n+发射极，得到p-n结，其中n+发射极的掺杂浓度为(1.2±0.8)×1019/cm3，p型单晶硅片背面采用激光打孔，并在孔内形成p+局部背表面场，并设置金属触点；p型单晶硅片上表面设有选择性发射结，选择性发射结上设有金属电极；其中第二SiNx薄膜折射因子高于第一SiNx薄膜；
所述的第一SiOx薄膜厚度为10-15纳米、第一SiNx薄膜厚度为35-40纳米、第二SiNx薄膜厚度为20-25纳米、SiO2钝化薄膜厚度为8-12纳米、p型单晶硅片厚度为100-140微米、Al2O3薄膜厚度为8-15纳米、第三SiNx薄膜厚度为30-45纳米，第二SiOx薄膜厚度为200-250纳米。
2.根据权利要求1所述的一种薄化晶硅电池，其特征在于：所述的p型单晶硅片通过切片方法获得。
3.根据权利要求1所述的一种薄化晶硅电池的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤一：在厚度为100-140微米的p型单晶硅片背面依次制备Al2O3薄膜、第三SiNx薄膜和第二SiOx薄膜；所述的Al2O3薄膜厚度为8-15纳米，第三SiNx薄膜厚度为30-45纳米，第二SiOx薄膜厚度为200-250纳米；
步骤二：对步骤一得到的p型单晶硅片背面采用激光打孔，并在孔内形成p+局部背表面场，通过丝网印刷法形成铝电极；
步骤三：将步骤二得到的产物上表面进行织构化，形成了特征尺寸为1-2um的随机分布的金字塔；
步骤四：在步骤三得到的产物上，在840-900℃温度下用POCl3扩散法形成了形成n+发射极，得到p-n结，其中n+发射极的掺杂浓度为(1.2±0.8)×1019/cm3；
步骤五：在步骤四得到的产物上表面从下到上依次制备了SiO2钝化薄膜、第二SiNx薄膜、第一SiNx薄膜和第一SiOx薄膜；其中第二SiNx薄膜折射因子高于第一SiNx薄膜，第一SiOx薄膜厚度为10-15纳米、第一SiNx薄膜厚度为35-40纳米、第二SiNx薄膜厚度为20-25纳米、SiO2钝化薄膜厚度为8-12纳米；
步骤六：采用局部激光掺杂在步骤五得到的产物上表面形成局域选择性发射结，局域选择性发射结的宽度为200-250微米，片电阻为55±8/sq；并在发射结上设置金属电极。
4.根据权利要求3所述的一种薄化晶硅电池的制备方法，其特征在于：所述的SiO2钝化薄膜通过850-950℃温度下热生长形成。
5.根据权利要求3所述的一种薄化晶硅电池的制备方法，其特征在于：所述的第一SiNx薄膜、第二SiNx薄膜、第一SiOx薄膜通过通过PECVD法制备。
6.根据权利要求3所述的一种薄化晶硅电池的制备方法，其特征在于：所述的Al2O3薄膜采用原子层沉积法制备。
7.根据权利要求3所述的一种薄化晶硅电池的制备方法，其特征在于：所述的第三SiNx薄膜、第二SiOx薄膜采用PECVD法沉积制备。
8.根据权利要求3所述的一种薄化晶硅电池的制备方法，其特征在于：所述的选择性发射结上设置金属电极为银。
9.根据权利要求3所述的一种薄化晶硅电池的制备方法，其特征在于：所述的前表面进行织构化，为在温度为82-85℃的NaOH溶液中处理。
10.根据权利要求3所述的一种薄化晶硅电池的制备方法，其特征在于：p型单晶硅片基底电阻率为0.9±0.2Ωcm。
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|---|---|---|---|
| CN202110736558.6A CN113571592B (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种薄化晶硅电池及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113571592A true CN113571592A (zh) | 2021-10-29 |
| CN113571592B CN113571592B (zh) | 2024-08-30 |
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ID=78163188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110736558.6A Active CN113571592B (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种薄化晶硅电池及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113571592B (zh) |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN104022183A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-09-03 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种超薄柔性晶体硅电池的制备方法 |
| CN105244411A (zh) * | 2015-08-27 | 2016-01-13 | 陕西师范大学 | 一种硅基太阳能电池及其单晶硅片钝化方法 |
| CN109216473A (zh) * | 2018-07-20 | 2019-01-15 | 常州大学 | 一种高效晶硅太阳电池的表界面钝化层及其钝化方法 |
-
2021
- 2021-06-30 CN CN202110736558.6A patent/CN113571592B/zh active Active
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN104022183A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-09-03 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种超薄柔性晶体硅电池的制备方法 |
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