CN114050206B - 一种太阳能电池及其氢钝化方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种太阳能电池氢钝化方法，包括获得的金属化后的预制太阳能电池；预制太阳能电池包括含有氢的钝化层；采用预设方式对预制太阳能电池进行退火处理，得到退火后太阳能电池，预设方式为非光加热式退火或者使用预设波长的光加热退火，预设波长处于硅基体弱响应波段；对退火后太阳能电池进行光诱导处理，得到氢钝化的太阳能电池。本申请中使用非光加热式退火方式或者使用处于硅基体弱响应波段的预设波长的光进行加热退火，可以使得钝化层中的氢脱离出来成为游离态的活化氢，且主要是处在中间能级，价态为H0，降低界面表面态密度，增加界面钝化的效果，然后再进行光诱导处理，提升电池的转换效率。本申请还提供一种太阳能电池。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种太阳能电池及其氢钝化方法。
背景技术
太阳能电池在制作过程中总是不可避免的引入更多的缺陷限制太阳能电池效率的进一步提升，缺陷多半集中在Si的界面层和高掺杂区。为了改善缺陷、提升太阳能电池的效率，对太阳能电池进行氢钝化处理。
目前，在对金属化后的太阳能电池进行氢钝化处理以降低电池的缺陷态密度，从而降低电池的J0值时，通常采用红外灯管对太阳能电池片进行加热，以达到退火的效果，再配合单一波段的LED灯进行光诱导钝化发射极。直接采用红外灯管进行加热，当红外灯管对应的波长、加热时间和加热温度设置不合理，导致H无法完全处在活化状态，对Si界面缺陷态的钝化不够充分，从而导致太阳能电池效率提升不明显。
因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。
发明内容
本申请的目的是提供一种太阳能电池及其氢钝化方法，以提升太阳能电池的转换效率。
为解决上述技术问题，本申请提供一种太阳能电池氢钝化方法，包括：
获得的金属化后的预制太阳能电池；所述预制太阳能电池包括含有氢的钝化层；
采用预设方式对所述预制太阳能电池进行退火处理，得到退火后太阳能电池，所述预设方式为非光加热式退火或者使用预设波长的光加热退火，所述预设波长处于硅基体弱响应波段；
对所述退火后太阳能电池进行光诱导处理，得到氢钝化的太阳能电池。
可选的，所述对所述退火后太阳能电池进行光诱导处理包括：
采用全光谱光对所述退火后太阳能电池进行光诱导处理。
可选的，光诱导处理时光照时间在0.1min~10min之间，光照温度在50℃~300℃之间，光谱能量在1suns~10suns之间。
可选的，当所述预设方式为所述非光加热式退火时，退火温度在200℃~600℃之间，退火时间在5min~40min。
可选的，当所述预设方式为使用预设波长的光加热退火时，退火温度在200℃~600℃之间，退火时间在0.1min~10min之间。
可选的，所述获得的金属化后的预制太阳能电池之前，还包括：
在硅基体的正面形成第一扩散层；
在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成含有氢的第一钝化层；
在所述硅基体的背面形成第二扩散层；
在所述第二扩散层远离所述硅基体的表面形成隧穿层；
在所述隧穿层远离所述第二扩散层的表面形成掺杂型多晶硅层；
在所述掺杂型多晶硅层远离所述隧穿层的表面形成含有氢的第二钝化层；
在所述第一钝化层远离所述扩散层的表面、所述第二钝化层远离所述掺杂型多晶硅层的表面分别印刷电极并烧结，得到所述预制太阳能电池。
可选的，在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成含有氢的第一钝化层包括：
在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成氧化铝层；
在所述氧化铝层远离所述第一扩散层的表面形成氮化硅层。
可选的，在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成氧化铝层包括：
采用原子层沉积方式，在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成氧化铝层。
可选的，在所述掺杂型多晶硅层远离所述隧穿层的表面形成含有氢的第二钝化层包括：
采用低压力化学气相沉积法，在所述掺杂型多晶硅层远离所述隧穿层的表面形成含有氢的第二钝化层。
本申请还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池采用上述任一种所述的太阳能电池氢钝化方法得到。
本申请所提供的一种太阳能电池氢钝化方法，包括：获得的金属化后的预制太阳能电池；所述预制太阳能电池包括含有氢的钝化层；采用预设方式对所述预制太阳能电池进行退火处理，得到退火后太阳能电池，所述预设方式为非光加热式退火或者使用预设波长的光加热退火，所述预设波长处于硅基体弱响应波段；对所述退火后太阳能电池进行光诱导处理，得到氢钝化的太阳能电池。
可见，本申请中的太阳能电池氢钝化方法对金属化后的预制太阳能电池进行退火处理时，使用非光加热式退火方式或者使用处于硅基体弱响应波段的预设波长的光进行加热退火，本申请中的退火处理可以使得预制太阳能电池钝化层中的氢脱离出来成为游离态的活化氢，且主要是处在中间能级，价态为H0，降低界面表面态密度，增加界面钝化的效果，然后再进行光诱导处理，提升氢钝化的太阳能电池的转换效率。
此外，本申请还提供一种具有上述优点的太阳能电池。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种太阳能电池氢钝化方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术部分所述，目前，通常采用红外灯管对金属化后的太阳能电池进行加热退火，当红外灯管对应的波长、加热时间和加热温度设置不合理，导致H无法完全处在活化状态，对Si界面缺陷态的钝化不够充分，从而导致太阳能电池效率提升不明显。
有鉴于此，本申请提供了一种太阳能电池氢钝化方法，请参考图1，该方法包括：
步骤S101：获得的金属化后的预制太阳能电池；所述预制太阳能电池包括含有氢的钝化层。
预制太阳能电池既可以为双面电池，也可以为单面电池，本申请中不进行限定。
优选地，预制太阳能电池为双面电池，发电效率更高。以双面电池为例，预制太阳能电池包括硅基体，位于硅基体正面的第一扩散层、含有氢的第一钝化层、正面电极，位于硅基体背面的第二扩散层、隧穿层、掺杂型多晶硅层、含有氢的第二钝化层、背电极。
进一步地，本申请中对预制太阳能中硅基体的类型也不做具体限定，例如硅基体可以为N型硅基体，或者P型硅基体。优选地，硅基体为N型硅基体，相对P型硅基体电池，N型硅基体电池的少子寿命高，无光致衰减，弱光效应好，温度系数小，转换效率更高。
步骤S102：采用预设方式对所述预制太阳能电池进行退火处理，得到退火后太阳能电池，所述预设方式为非光加热式退火或者使用预设波长的光加热退火，所述预设波长处于硅基体弱响应波段。
需要指出的是，本申请对非光加热式退火的具体方式不做限定，可自行选择。例如，热辐射加热、加热板加热、陶瓷加热管加热等等。
当所述预设方式为所述非光加热式退火时，退火温度在200℃~600℃之间，退火时间在5min~40min。例如，退火温度可以为250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃等等，退火时间可以为10min、15 min、20 min、25 min、30 min、35 min等等。
还需要指出的是，本申请中对预设波长不做限定，只要处于硅基体若响应波段即可。例如，预设波长可以小于300nm，或者预设波长大于1100nm。
当所述预设方式为使用预设波长的光加热退火时，退火温度在200℃~600℃之间，退火时间在0.1min~10min之间。例如，退火温度可以为250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃等等，退火时间可以为0.5min、1min、3 min、5min、7 min、9 min等等。
步骤S103：对所述退火后太阳能电池进行光诱导处理，得到氢钝化的太阳能电池。
可选的，作为一种具体实施方式，对退火后太阳能电池进行光诱导处理时，可以使用单一波段的LED灯进行光诱导钝化发射极，但是本申请对此并不做具体限定，还可以采用其他方式进行光诱导处理，例如：采用全光谱光对所述退火后太阳能电池进行光诱导处理。
其中全光谱光的波长在300nm~1200nm之间，光诱导处理时光照时间在0.1min~10min之间，光照温度在50℃~300℃之间，光谱能量在1suns~10suns之间。光照时间可以为0.5min、1min、3 min、5min、7 min、9 min等等，光照温度可以为80℃、100℃、150℃、200℃、250℃等等，光谱能量可以为3suns、5 suns、7 suns、9 suns等等。
采用单一波段的LED灯进行光诱导钝化发射极时，由于退火后太阳能电池前表面和背表面在不同波长下的吸收不同，因此单一波段的光只能作用于电池的前表面或是背表面，很难同时对电池前表面和背表面的H进行诱导钝化高掺杂区的Auger复合，而采用全光谱光对退火后电池中活化氢进行光诱导处理时，短波波段的光作用于电池的前表面，前表面和背表面诱导H的价态是不同的，前表面H主要处在施主能级（H-）和H0，用于钝化硼掺杂引起的Auger复合，长波段作用于背表面，背表面H主要处在受主能级（H+）和H0，用于钝化磷掺杂引起的Auger复合，进一步提升电池转换效率。
本申请中的太阳能电池氢钝化方法对金属化后的预制太阳能电池进行退火处理时，使用非光加热式退火方式或者使用处于硅基体弱响应波段的预设波长的光进行加热退火，本申请中的退火处理可以使得预制太阳能电池钝化层中的氢脱离出来成为游离态的活化氢，且主要是处在中间能级，价态为H0，降低界面表面态密度，增加界面钝化的效果，然后再进行光诱导处理，提升氢钝化的太阳能电池的转换效率。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，太阳能电池氢钝化方法在所述获得的金属化后的预制太阳能电池之前，还包括：
在硅基体的正面形成第一扩散层；
在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成含有氢的第一钝化层；
在所述硅基体的背面形成第二扩散层；
在所述第二扩散层远离所述硅基体的表面形成隧穿层；
在所述隧穿层远离所述第二扩散层的表面形成掺杂型多晶硅层；
在所述掺杂型多晶硅层远离所述隧穿层的表面形成含有氢的第二钝化层；
在所述第一钝化层远离所述扩散层的表面、所述第二钝化层远离所述掺杂型多晶硅层的表面分别印刷电极并烧结，得到所述预制太阳能电池。
第一扩散层和第二扩散层的形成方式包括但不限于扩散法、离子注入法。
作为一种实施方式，在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成含有氢的第一钝化层包括：
在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成氧化铝层；
在所述氧化铝层远离所述第一扩散层的表面形成氮化硅层。
本申请中对氧化铝的形成方式不做限定，可自行选择。例如，采用原子层沉积方式，在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成氧化铝层，或者，采用等离子体增强化学气相沉积在第一扩散层远离硅基体的表面形成氧化铝层。
氮化硅层的形成方式包括但不限于等离子体增强化学气相沉积、化学气相沉积。
可选的，在所述掺杂型多晶硅层远离所述隧穿层的表面形成含有氢的第二钝化层包括：采用低压力化学气相沉积法，在所述掺杂型多晶硅层远离所述隧穿层的表面形成含有氢的第二钝化层，或者，采用等离子增强化学气相沉积的方式形成含有氢的第二钝化层，或者采用其他方式形成含有氢的第二钝化层，本申请中不做具体限定。
为了进一步提升太阳能电池的效率，优选地，在硅基体的正面形成扩散层之前，对硅基体进行制绒处理。
下面以N型单晶硅片为硅基体，制备双面电池为例，对本申请中的太阳能电池氢钝化方法进行阐述。
步骤1、对N型硅基体进行制绒处理；
步骤2、在N型硅基体的正面通过硼扩散形成P+层（第一扩散层）；
步骤3、采用在P+层的上表面使用原子层沉积或者等离子体增强化学气相沉积方式沉积AlOxHy层，采用等离子体增强化学气相沉积方式在AlOxHy层上表面形成SiNxHy层；其中，AlOxHy层的厚度在2nm~15nm，SiNxHy层的厚度在50nm~100nm；
步骤4、在N型硅基体的背面磷扩散形成N+层（第二扩散层）；
步骤5、在N+层表面形成二氧化硅隧穿层；其中，二氧化硅隧穿层的厚度在1nm~8nm；
步骤6、在二氧化硅隧穿层表面通过低压力化学气相沉积方式依次形成掺杂多晶硅层、SiNxHy层；其中，掺杂多晶硅层的厚度在50nm~200nm，SiNxHy层的厚度在50nm~100nm；
步骤7、在电池的正面使用银/铝浆印刷烧结形成H型金属栅线电极，其中，细栅根数为106~122，宽度为25 um~40um，高度为10 um~16um；主栅根数为5~12，宽度为0.1 mm ~3mm，高度为6 um ~15um；
步骤8、在电池的背面使用银浆印刷烧结形成金属栅线电极，得到金属化电池，其中，细栅根数为106~122，宽度为25 um ~40um，高度为5~12um；主栅根数为5~12，宽度为0.1mm 3mm，高度为6 um ~15um；
步骤9、将金属化电池先置于暗环境下进行非光加热式退火，退火的温度在200℃~600℃，退火的时间在5min~40min；或使用硅基体弱响应波段的光灯管加热进行退火，退火温度保持在200℃~600℃，退火时间保持在0.1 min~10min；
步骤10、将退火后的电池片置于300nm~1200nm左右全光谱下进行光诱导进一步提升H钝化的效果，光谱能量保持在1suns~10suns左右的能量，光照时间保持在0.1min-10min，光照温度保持在50℃~300℃。
上述制得的太阳能电池J01可以降低4 fA/cm2~15fA/cm2，J02可以降低0.5 nA/cm2~3nA/cm2，开路电压Voc可以提升2 mV ~8mV，填充因子FF可以提升0.15%~0.9%，太阳能电池最终的转换效率可提升0.15%~0.60%。
本申请还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池采用上述任一实施例所述的太阳能电池氢钝化方法得到。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本申请所提供的太阳能电池及其氢钝化方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种太阳能电池氢钝化方法，其特征在于，包括：
获得的金属化后的预制太阳能电池；所述预制太阳能电池包括含有氢的钝化层；
采用预设方式对所述预制太阳能电池进行退火处理，得到退火后太阳能电池，所述预设方式为使用预设波长的光加热退火，所述预设波长处于硅基体弱响应波段；所述预设波长小于300nm；光加热退火时的退火温度在200℃~600℃之间，退火时间在0.1min~10min之间，光加热退火处理使得所述预制太阳能电池的所述钝化层中的氢脱离出来成为游离态的活化氢，且处在中间能级，价态为H0，降低界面表面态密度，增加界面钝化的效果；
对所述退火后太阳能电池进行光诱导处理，得到氢钝化的太阳能电池；
其中，所述对所述退火后太阳能电池进行光诱导处理包括：
采用全光谱光对所述退火后太阳能电池进行光诱导处理。
2.如权利要求1所述的太阳能电池氢钝化方法，其特征在于，光诱导处理时光照时间在0.1min~10min之间，光照温度在50℃~300℃之间，光谱能量在1suns~10suns之间。
3.如权利要求1至2任一项所述的太阳能电池氢钝化方法，其特征在于，所述获得的金属化后的预制太阳能电池之前，还包括：
在硅基体的正面形成第一扩散层；
在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成含有氢的第一钝化层；
在所述硅基体的背面形成第二扩散层；
在所述第二扩散层远离所述硅基体的表面形成隧穿层；
在所述隧穿层远离所述第二扩散层的表面形成掺杂型多晶硅层；
在所述掺杂型多晶硅层远离所述隧穿层的表面形成含有氢的第二钝化层；
在所述第一钝化层远离所述扩散层的表面、所述第二钝化层远离所述掺杂型多晶硅层的表面分别印刷电极并烧结，得到所述预制太阳能电池。
4.如权利要求3所述的太阳能电池氢钝化方法，其特征在于，在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成含有氢的第一钝化层包括：
在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成氧化铝层；
在所述氧化铝层远离所述第一扩散层的表面形成氮化硅层。
5.如权利要求4所述的太阳能电池氢钝化方法，其特征在于，在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成氧化铝层包括：
采用原子层沉积方式，在所述第一扩散层远离所述硅基体的表面形成氧化铝层。
6.如权利要求3所述的太阳能电池氢钝化方法，其特征在于，在所述掺杂型多晶硅层远离所述隧穿层的表面形成含有氢的第二钝化层包括：
采用低压力化学气相沉积法，在所述掺杂型多晶硅层远离所述隧穿层的表面形成含有氢的第二钝化层。
7.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池采用如权利要求1至6任一项所述的太阳能电池氢钝化方法得到。
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