CN114373808A - 一种高效晶硅电池 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高效晶硅电池,涉及均质电池的技术领域,包括N型单晶基片,所述N型单晶基片的一侧设有P型晶硅扩散层,所述P型晶硅扩散层背离N型单晶基片的一侧设有钝化部,所述钝化部背离P型晶硅扩散层的一侧设有第一减反射膜,所述第一减反射膜上连接有第一电极,所述第一电极靠近N型单晶基片的一端延伸至与P型晶硅扩散层相接触,所述第一电极的发射级做P型重掺杂处理,所述N型单晶基片背离P型晶硅扩散层设有连接部,所述连接部背离N型单晶基片的一侧设有第二减反射膜,所述第二减反射膜上连接有第二电极。在第一电极上做高掺杂的处理,可以减小电极与电池接触时欧姆接触的电阻,便于电流的收集以及电极位置电流的导出。
Description
技术领域
本申请属于电池的技术领域,尤其是涉及一种高效晶硅电池。
背景技术
晶硅电池,即常见的太阳能电池,属于一种环保的能源转化方式。伴随着人类对环境的日益重视,主要依靠火力的发电方式会逐渐离开历史舞台,因此,近些年对晶硅电池的研究日益深入。
晶硅电池的主要基体为N型硅层和P型硅层,N型硅层和P型硅层会相互接触,并形成界面,从而形成有PN结,PN结内会形成有内部电场。此时,界面附近因吸收光子而激发出的自由电子和空穴在复合前会被电场分离,进而被电极收集。
而电极与电池内部形成良好的欧姆接触,才能将这部分电流导出利用。但常规技术中,电极与电池接触的欧姆电阻较大,会直接影响电流的导出效果。
发明内容
为了降低电极与P型掺硼层欧姆接触的电阻,便于电流的收集以及电极位置电流的导出,本申请提供一种高效晶硅电池。
本申请提供的一种高效晶硅电池,采用了如下的技术方案;
一种高效晶硅电池,包括N型单晶基片,所述N型单晶基片的一侧设有P型晶硅扩散层,所述P型晶硅扩散层背离N型单晶基片的一侧设有钝化部,所述钝化部背离P型晶硅扩散层的一侧设有第一减反射膜,所述第一减反射膜上连接有第一电极,所述第一电极靠近N型单晶基片的一端延伸至与P型晶硅扩散层相接触,所述第一电极与P型晶硅扩散层相接触的一端做P型重掺杂处理,所述N型单晶基片背离P型晶硅扩散层设有连接部,所述连接部背离N型单晶基片的一侧设有第二减反射膜,所述第二减反射膜上连接有第二电极。
通过采用上述技术方案,在P型晶硅扩散层背离N型单晶基片的一侧设有钝化部,可以起到钝化保护的作用,延长电池的实用寿命。通过设置有第一减反射膜和第二减反射膜,可以减小太阳光反射,增大对太阳能的利用率。在第一电极与P型晶硅扩散层相接触的一端做P型重掺杂处理,可以减小欧姆接触过程中复合中心的损耗,降低欧姆接触的电阻,从而便于便于电流的收集以及电极位置电流的导出。
可选的,所述P型重掺杂包括以下步骤:
S1.将P型硅片清洗后放入沉积室内,再通过加热炉对沉积室进行加热,直至P型硅片升温至760℃-780℃;
S2.将沉积室内部抽至真空,再向沉积室内通入氮气;
S3.通过直流脉冲电源对P型硅片表面进行离子渗氮处理;
S4.向沉积室内以450-800sccm通入三氧氯磷、以300-500sccm通入氧气,维持5-10min,直至P型硅片表面形成有玻璃层;
S5.停止向沉积室内通入气体,并提高加热炉温度,直至P型硅片升温至850℃-900℃,并维持25-40min;
S6.控制加热炉温度使得P型硅片温度下降至760℃-780℃,并重复S2、S3、S4完成第二次磷元素掺杂;
S7.控制加热炉使得P型硅片温度下降至100摄氏度,静置30min后冷却至常温,得到粗品P型硅片,并对粗品P型硅片进行蚀刻处理。
通过采用上述技术方案,通过清洗剂对P型硅片进行清洗,可以减少P型硅片表面的杂质,提升P型硅片表面的平整度;然后通过直流脉冲电对P型硅片进行离子渗氮的处理,可以进一步提升P型硅片表面的洁净程度,便于后续进行掺杂处理;然后向沉积室内通入三氧氯磷和氧气,会使得P型硅片的表面形成有一层磷硅玻璃层,磷硅玻璃层内会分散有磷元素。此时,停止通入气体,并将温度升高,会使得磷硅玻璃层内的磷元素向P型硅片内扩散,形成一层较浅较轻的掺杂层。接着,再次通入气体,会使得磷硅玻璃层内再次充斥有磷元素。最后,对非发射级区域进行蚀刻处理,使得非发射级区域的磷硅玻璃层被去除,仅存留有一层较浅较轻的掺杂层,而发射级区域呈现高掺杂状态。
可选的,所述蚀刻处理包括以下步骤:
M1.将P型硅片发射级区域做一层氧化硅薄膜;
M2.将P型硅片非发射级区域的玻璃层通过化学蚀刻法去除;
M3.将P型硅片发射级区域的氧化硅薄膜也通过化学蚀刻法去除,得到发射级区域高掺杂、非发射级区域低掺杂的成品高掺P型硅片。
通过采用上述技术方案,由于发射级区域通过氧化硅进行保护,当非发射级区域进行化学蚀刻时,氧化硅薄膜的存在可以保证发射级区域的磷元素不被去除。当磷硅玻璃层蚀刻完成后,再对氧化硅薄膜进行第二次蚀刻,使得氧化硅薄膜被去除,发射级区域的磷硅玻璃层显现,从而实现了P型硅片高掺杂的最终处理。
可选的,所述S1中P型硅片采用清洗剂清洗,所述清洗剂包括以下质量分数的组分:
氢氧化钾5-15份;
硅酸钠10-15份;
磷酸氢钾1-2份;
十二烷基聚氧乙烯醚10-20份;
去离子水200-300份。
通过采用上述技术方案,由于P型硅片的表面会掺杂有污垢和杂质,如果直接使用会影响电池的质量,降低电池的使用效率和使用寿命。同时在处理过程中,硅片的表面会形成若干层膜结构,清洗剂的清洗,可以保证层膜结构的稳定性,避免杂质对层膜结构造成污染。而通过清洗剂进行清洗后,可以提升P型硅片表面的洁净程度。氢氧化钾可以保证清洗剂整体呈现碱性,在碱性条件下油污会被皂化;而将硅酸钠掺和在清洗剂中,减少清洗剂中有效成分在水中的损耗,起到助洗、防腐和稳定泡沫的作用;磷酸氢钾是为了提升硅酸钠在清洗剂中分散的均匀程度;十二烷基聚氧乙烯醚是起到表面活性剂的作用。
可选的,所述钝化部由硅氧化物钝化层和氧化铝钝化层构成,所述硅氧化物钝化置于P型晶硅扩散层背离N型单晶基片的一侧,所述氧化铝钝化层置于硅氧化物钝化层背离P型晶硅扩散层的一侧。
通过采用上述技术方案,硅和氧在氧化过程中,大量的氧原子会与硅表面未饱和的硅原子结合形成SiO2,从而形成了硅氧化物的钝化层膜。该薄膜可降低悬挂键的密度,对界面陷阱和表面效应都有很好的控制作用,此外高质量SiO2薄膜可把表面态密度降低至1010/cm2,Si-SiO2界面的复合速率可以降到100cm/s以下,从而降低了悬挂键的密度,起到了表面钝化作用。而氧化铝薄膜在形成过程中,薄膜中会有大量的氢存在,从而起到硅片表面的钝化作用。另外,Al2O3薄膜与其他介质薄膜的主要区别在于其与硅接触面具有高的固定负电荷,密度约为1012~1013cm-2,可以通过屏蔽p型硅表面的少数载流子–电子表现出良好的场钝化特性。氧化铝钝化层和硅氧化物钝化层的协同作用,能够很大程度上提升钝化部的钝化作用,从而提升电池的综合性能和使用寿命。
可选的,所述连接部包括设置于N型单晶基片背离P型晶硅扩散层一侧的硅氧化物遂穿氧化层,所述硅氧化物遂穿氧化层背离N型单晶基片的一侧设有掺磷多晶硅层,所述硅氧化物遂穿氧化层和掺磷多晶硅层之间还设有本征多晶硅层。
通过采用上述技术方案,由于硅晶体都存在表面态缺陷,而本征多晶硅层的氢键可以与部分悬挂键相结合,从而起到良好的钝化作用。
可选的,所述第一减反射膜和第二减反射膜均设为SiNx减反射膜,所述第一减反射膜的膜厚范围为60-90μm,折射率为1.8-2.4,所述第二减反射膜的膜厚≥60μm。
通过采用上述技术方案,通过设置有减反射膜,可以提升晶硅电池对太阳能的利用率,减少能量的损耗。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益效果:
1.通过在第一电极上做高掺杂的处理,可以减小电极与电池接触时欧姆接触的电阻,便于电流的收集以及电极位置电流的导出。
2.通过本申请所提供的高掺杂处理方法,保证电极可以形成稳定的高掺杂区域。
3.通过本申请所提供的清洗剂对硅片进行清洗,提升了硅片的清洁程度,保证了硅片在处理过程中层膜结构的稳定性。
4.通过在遂穿氧化层和掺磷多晶硅层之间添加有本征多晶硅层,可以起到良好的钝化作用。
附图说明
图1是本申请实施例6晶硅电池的基本结构示意图。
附图标记:1、第一减反射膜;2、氧化铝钝化层;3、氧化硅钝化层;4、P型扩散层;5、N型单晶基片;6、遂穿氧化层;7、本征多晶硅层;8、含磷N+型多晶硅层;9、第二减反射膜;10、第一电极;11、第二电极;12、P型重掺发射级。
具体实施方式
在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本申请发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
制备例1-5
制备例1:本制备例提供了一种用于P型硅片清洗的清洗剂,由以下质量比例的组分搅拌溶解制得:
氢氧化钾:硅酸钠:磷酸氢钾:十二烷基聚氧乙烯醚:去离子水=5:6:1:7:100。
制备例2:本制备例提供的一种P型重掺杂发射级12,由以下步骤制得:
A1-1将P型硅片通过RCA清洗法清洗30min,然后将清洗后的P型硅片放置在沉积室内,再将加热炉罩至沉积室上,升温直至P型硅片到达770℃;
A1-2通过真空泵将沉积室内抽至真空,然后向真空沉积室内通入氮气,重复五次;
A1-3通过平均电流为3000A、最大峰值电流为10000A的直流脉冲电源对P型硅片的表面进行离子渗氮处理;
A1-4向沉积室内通入三氧氯磷和氧气,三氧氯磷的流量控制在600sccm,氧气流量控制在400sccm,持续7分钟,直至P型硅片表面出现磷硅玻璃层。
A1-5停止通入三氧氯磷和氧气,并通过加热炉将P型硅片以10℃/min升温至850℃,保持30min。
A1-6控制加热炉将P型硅片以10℃/min降低温度至770℃,并重复A1-2至A1-4一次,完成第二次磷元素的掺杂;
A1-7控制加热炉使P型硅片以20℃/min降温至100℃,并静置30min后,以10℃/min冷却至常温;
A1-8将P型硅片的发射级区域氧化形成有氧化硅薄膜;然后通过化学蚀刻法对非发射级区域的磷硅玻璃层进行腐蚀;
A1-9再次通过化学蚀刻法去除发射级区域的氧化硅薄膜,得到成品P型高掺发射级。
制备例3:本制备例与制备例2的区别在于,本制备例采用制备例1制得的清洗剂对P型硅片清洗30min。
制备例4:本制备例提供的一种P型重掺杂发射级12,由以下步骤制得:
A2-1将P型硅片通过RCA清洗法清洗30min,然后将清洗后的P型硅片放置在沉积室内,再将加热炉罩至沉积室上,升温直至P型硅片到达760℃;
A2-2通过真空泵将沉积室内抽至真空,然后向真空沉积室内通入氮气,重复五次;
A2-3通过平均电流为3000A、最大峰值电流为10000A的直流脉冲电源对P型硅片的表面进行离子渗氮处理;
A2-4向沉积室内通入三氧氯磷和氧气,三氧氯磷的流量控制在450sccm,氧气流量控制在500sccm,持续10分钟,直至P型硅片表面出现磷硅玻璃层。
A2-5停止通入三氧氯磷和氧气,并通过加热炉将P型硅片以10℃/min升温至870℃,保持25min。
A2-6控制加热炉将P型硅片以10℃/min降低温度至760℃,并重复A2-2至A2-4一次,完成第二次磷元素的掺杂;
A2-7控制加热炉使P型硅片以20℃/min降温至100℃,并静置30min后,以10℃/min冷却至常温;
A2-8将P型硅片的发射级区域氧化形成有氧化硅薄膜;然后通过化学蚀刻法对非发射级区域的磷硅玻璃层进行腐蚀;
A2-9再次通过化学蚀刻法去除发射级区域的氧化硅薄膜,得到成品P型高掺发射级。
制备例5:本制备例提供的一种P型重掺杂发射级12,由以下步骤制得:
A3-1将P型硅片通过RCA清洗法清洗30min,然后将清洗后的P型硅片放置在沉积室内,再将加热炉罩至沉积室上,升温直至P型硅片到达780℃;
A3-2通过真空泵将沉积室内抽至真空,然后向真空沉积室内通入氮气,重复五次;
A3-3通过平均电流为3000A、最大峰值电流为10000A的直流脉冲电源对P型硅片的表面进行离子渗氮处理;
A3-4向沉积室内通入三氧氯磷和氧气,三氧氯磷的流量控制在800sccm,氧气流量控制在500sccm,持续5分钟,直至P型硅片表面出现磷硅玻璃层。
A3-5停止通入三氧氯磷和氧气,并通过加热炉将P型硅片以10℃/min升温至900℃,保持30min。
A3-6控制加热炉将P型硅片以10℃/min降低温度至780℃,并重复A3-2至A3-4一次,完成第二次磷元素的掺杂;
A3-7控制加热炉使P型硅片以20℃/min降温至100℃,并静置30min后,以10℃/min冷却至常温;
A3-8将P型硅片的发射级区域氧化形成有氧化硅薄膜;然后通过化学蚀刻法对非发射级区域的磷硅玻璃层进行腐蚀;
A2-9再次通过化学蚀刻法去除发射级区域的氧化硅薄膜,得到成品P型高掺发射级。
实施例1-8
实施例1:本实施例提供一种高效晶硅电池,包括N型单晶基片5,N型单晶基片5的电阻率范围在1-7Ω.cm(考虑半导体的扩散运动),少子寿命为1200μs,间隙氧含量为8E+17at/cm3。
N型单晶基片5的一侧使用硼源扩散形成有P型扩散层4,P型扩散层4背离N型单晶基片5的一侧氧化形成有氧化硅钝化层3。氧化硅化层背离P型扩散层4的一侧做氮化硅第一减反射膜1,第一减反射膜1的膜厚为60μm,折射率为2.0。
第一减反射膜1上连接有第一电极10,第一电极10包括银质集电极和P型重掺杂发射级12,该P型重掺杂发射级12是由P型硅片经RCA法清洗30min后通过离子扩散法制得,且P型重掺杂发射级12设置于集电极区靠近N型单晶基片5的一端并与P型扩散区相接触。
N型单晶基片5背离P型扩散层4的一侧设有连接部,连接部由依次设置于N型单晶基片5背离P型扩散层4一侧的氧化硅遂穿氧化层6和含磷N+型多晶硅层组成。含磷N+型多晶硅层背离遂穿氧化层6的一侧设氮化硅第二减反射膜9,且第二减反射膜9的膜厚为90μm,第二减反射膜9上连接有第二电极11,第二电极11靠近N型单晶基片5的一端延伸至与含磷N+型多晶硅层相接触。
实施例2:本实施例与实施例1的区别在于,实施例2采用了制备例2中制得的P型重掺杂发射级12。
实施例3:本实施例与实施例2的区别在于,实施例3采用了制备例3中制得的P型重掺杂发射级12。
实施例4:本实施例与实施例3的区别在于,本实施例中钝化部由双层氧化硅薄膜复合而成。
实施例5:本实施例与实施例4的区别在于,本实施例中的钝化部由氧化硅钝化层3和氧化铝钝化层2复合而成,且氧化铝钝化层2位于氧化硅钝化层3背离N型单晶基片5的一侧。
实施例6:本实施例与实施例5的区别在于,本实施例中遂穿氧化层6和含磷N+型多晶硅层之间还设有i-Si:H本征多晶硅层7,图1为本实施例晶硅电池的整体结构示意图。
实施例7:本实施例与实施例6的区别在于,本实施例中采用了制备例4制得的P型高掺发射级。
实施例8:本实施例与实施例6的区别在于,本实施例中采用了制备例5制得的P型高掺发射级。
对比例1:对比例1与实施例1的区别在于,对比例1中第一电极10的发射级区未做高掺杂处理。
晶硅电池性能测试
为了能够直观反映晶硅电池的综合性能,本申请对实施例1-6和对比例1提供的晶硅电池进行性能测试,得到晶硅电池了有关Voc、Jsc、FF、Eff等性能参数。具体如表1所示:
表1晶硅电池的性能测试参数
通过比对对比例1和实施例1的数据可知,当晶硅电池中的电极与P型扩散层4的接触区域做高掺杂处理,可以有效的提升晶硅电池的综合性能参数,其原理是降低了欧姆接触时的电阻,从而提升了欧姆接触效果。
通过比对实施例1和实施例2的数据可知,实施例2采用了本申请中提供的P型重掺杂的处理方法,实施例2中晶硅电池的各项参数均由于实施例1中的晶硅电池,由此可以证明本申请的高掺杂处理方法优于常规的离子扩散法。
通过比对实施例2和实施例3的数据可知,实施例3采用了制备例3中的P型硅片是采用制备例1所制得的清洗剂清洗的,可以有效的减少P型硅片表面的杂质,提升P型硅片上的掺杂效果,从而有效的提升晶硅电池的综合性能。
通过比对实施例3和实施例4的数据可知,实施例4中采用了双层氧化硅钝化膜,良好的钝化膜设置可以提升晶硅电池的导电性能、使用寿命和综合性能。
通过比对实施例4和实施例5的数据可知,实施例5中采用了氧化硅和氧化铝的复合钝化部设置,二者的互补协同有效的提升了钝化部的钝化效果。
通过比对实施例5和实施例6的数据可知,实施例6中添加了i-Si:H本征多晶硅层7,本征多晶硅层7的添加优化了遂穿氧化层6和含磷N+型多晶硅层之间的界面缺陷,提升了晶硅电池的综合性能。
以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式,但是,本申请并不限于上述实施方式中的具体细节,在本申请的技术构思范围内,可以对本申请的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种高效晶硅电池,包括N型单晶基片,其特征在于,所述N型单晶基片的一侧设有P型晶硅扩散层,所述P型晶硅扩散层背离N型单晶基片的一侧设有钝化部,所述钝化部背离P型晶硅扩散层的一侧设有第一减反射膜,所述第一减反射膜上连接有第一电极,所述第一电极靠近N型单晶基片的一端延伸至与P型晶硅扩散层相接触,所述第一电极的发射级做P型重掺杂处理,所述N型单晶基片背离P型晶硅扩散层设有连接部,所述连接部背离N型单晶基片的一侧设有第二减反射膜,所述第二减反射膜上连接有第二电极。
2.根据权利要求1所述的一种高效晶硅电池,其特征在于,所述P型重掺杂处理包括以下步骤:
S1.将P型硅片清洗后放入沉积室内,再通过加热炉对沉积室进行加热,直至P型硅片升温至760℃-780℃;
S2.将沉积室内部抽至真空,再向沉积室内通入氮气;
S3.通过直流脉冲电源对P型硅片表面进行离子渗氮处理;
S4.向沉积室内以450-800sccm通入三氧氯磷、以300-500sccm通入氧气,维持5-10min,直至P型硅片表面形成有玻璃层;
S5.停止向沉积室内通入气体,并提高加热炉温度,直至P型硅片升温至850℃-900℃,并维持25-40min;
S6.控制加热炉温度使得P型硅片温度下降至760℃-780℃,并重复S2、S3、S4完成第二次磷元素掺杂;
S7.控制加热炉使得P型硅片温度下降至100摄氏度,静置30min后冷却至常温,得到粗品P型硅片,并对粗品P型硅片进行蚀刻处理。
3.根据权利要求2所述的一种高效晶硅电池,其特征在于,所述蚀刻处理包括以下步骤:
M1.将P型硅片发射级区域做一层氧化硅薄膜;
M2.将P型硅片非发射级区域的玻璃层通过化学蚀刻法去除;
M3.将P型硅片发射级区域的氧化硅薄膜也通过化学蚀刻法去除,得到发射级区域高掺杂、非发射级区域低掺杂的成品高掺P型硅片。
4.根据权利要求2所述的一种高效晶硅电池,其特征在于,所述S1中采用清洗剂清洗P型硅片,所述清洗剂包括以下质量分数的组分:
氢氧化钾5-15份;
硅酸钠10-15份;
磷酸氢钾1-2份;
十二烷基聚氧乙烯醚10-20份;
去离子水300-500份。
5.根据权利要求1所述的一种高效晶硅电池,其特征在于,所述钝化部由硅氧化物钝化层和氧化铝钝化层构成,所述硅氧化物钝化置于P型晶硅扩散层背离N型单晶基片的一侧,所述氧化铝钝化层置于硅氧化物钝化层背离P型晶硅扩散层的一侧。
6.根据权利要求1所述的一种高效晶硅电池,其特征在于,所述连接部包括设置于N型单晶基片背离P型晶硅扩散层一侧的硅氧化物遂穿氧化层,所述硅氧化物遂穿氧化层背离N型单晶基片的一侧设有掺磷多晶硅层,所述硅氧化物遂穿氧化层和掺磷多晶硅层之间还设有本征多晶硅层。
7.根据权利要求1所述的一种高效晶硅电池,其特征在于,所述第一减反射膜和第二减反射膜均设为SiNx减反射膜,所述第一减反射膜的膜厚范围为60-90μm,折射率为1.8-2.4,所述第二减反射膜的膜厚≥60μm。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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