CN114388633A - 太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种太阳能电池及其制备方法。所述太阳能电池包括：P型硅基体，P型硅基体具有正面和背面，背面为光面结构，且背面从上至下依次设置有隧穿氧化硅层、磷掺杂的多晶硅层、第一钝化层和背面电极，背面电极和磷掺杂的多晶硅层接触；正面为绒面结构，正面从下至上依次设置有第二钝化层和正面电极，正面电极与P型硅基体接触，且正面电极与P型硅基体的区域形成有P+层。本申请公开的太阳能电池结构具有较高的开路电压和电池效率，并且其工艺简单，适合大规模量产。

Description

太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明一般涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池及其制备方法。
背景技术
Perc电池得益于氧化铝被钝化技术的发展，极大的降低了电池背表面的复合，目前作为光伏市场的主流电池产品。随着工艺、设备技术的升级，Perc电池的效率提升遇到瓶颈。
相关技术中发现Topcon电池的遂穿氧化层结构对金属接触的钝化作用，能够降低了背面金属接触下的复合，但是，如何进一步提升电池背面钝化效果，提高开路电压，最终提升电池效率实现Perc电池的升级换代仍然是一个研究难点。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种太阳能电池及其制备方法，其开路电压和电池效率高，工艺简单，适于大规模量产。
第一方面，本申请实施例提供的一种太阳能电池，包括：P型硅基体，P型硅基体具有正面和背面，背面为光面结构，且背面从上至下依次设置有隧穿氧化硅层、磷掺杂的多晶硅层、第一钝化层和背面电极，背面电极和磷掺杂的多晶硅层接触；
正面为绒面结构，正面从下至上依次设置有第二钝化层和正面电极，正面电极与P型硅基体接触，且正面电极与P型硅基体接触的区域形成有P+层。
根据本申请实施例的太阳能电池，一方面通过在P型硅基体背面沉积氧化硅层和磷掺杂的多晶硅层，使得背面钝化效果好，并且背面电极不直接与P型硅基体接触，有效降低了金属复合，进而提高电池的开路电压，另一方面正面电极与钝化层接触的同时形成P+层，有效传导电流的同时起到场钝化作用，有利于增强PN结分流光生载流子的效应，减少复合损失，提高电池效率。
在一些实施例中，氧化硅层厚度小于2nm，磷掺杂的多晶硅层厚度为110nm-130nm。
进一步地，氧化硅层厚度为1.3nm-1.7nm。
在一些实施例中，第一钝化层为氮化硅层。
在一些实施例中，第二钝化层为氧化铝和氮化硅层。
在一些实施例中，背面电极为银电极，正面电极为铝电极。
第二方面，本申请的实施例提供一种第一方面的太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
对P型硅基体的背面在低压化学气相沉积炉中依次沉积隧穿氧化硅层以及沉积多晶硅层；
对多晶硅层进行磷掺杂，得到磷掺杂的多晶硅层；
将P型硅基体的正面进行制绒，形成绒面结构；
在制绒后的P型硅基体的正面沉积氧化铝和氮化硅层，形成第二钝化层；
在磷掺杂的多晶硅层上沉积氮化硅层，形成第一钝化层；
在P型硅基体的正面和P型硅基体的背面分别印刷正面电极和背面电极。
在一些实施例中，在对P型硅基体的背面依次沉积隧穿氧化硅层以及沉积多晶硅层之前，还包括：
将P型硅基体盛有抛光液的清洗机中进行抛光处理，其中，抛光液包括水、碱液和添加剂，添加剂包括表面活性剂，柠檬酸钠，苯甲酸钠，抛光处理的温度为53℃-57℃，时间为215s-225s。
进一步地，在将P型硅基体盛有抛光液的清洗机中进行抛光处理后，P型硅基体的正面和背面的反射率为38％-44％。
在一些实施例中，在将P型硅基体的正面进行制绒，形成绒面结构之前，还包括：
将P型硅基体的正面在室温下，置于盛有氢氟酸的洗液中，去除P型硅基体的正面的PSG；其中，氢氟酸的洗液质量浓度为8％-12％。
具体的，将P型硅基体的正面进行制绒，形成绒面结构，包括：
将P型硅基体浸入制绒液中，进行制绒；其中，制绒液包括KOH溶液，KOH溶液的质量浓度为0.5％-1.5％；制绒液温度为77℃-83℃，P型硅基体浸入制绒液的时间为495s-505s。
进一步地，将P型硅基体的正面进行制绒，形成绒面结构，其中，绒面结构的反射率为8.7％-9.3％。
在一些实施例中，在P型硅基体的正面印刷正面电极之前，包括：
将P型硅基体的正面需要设置正面电极的区域，进行激光处理，以打开第二钝化层；
在一些实施例，P型硅基体的正面印刷正面电极，其中，正面电极浆料采用铝浆。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的太阳能电池的结构示意图。
图中，
1.P型硅基体，2.隧穿氧化硅层，3.磷掺杂的多晶硅层，4.第一钝化层，5.背面电极，6.第二钝化层，7.正面电极，8.P+层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面参考图1描述根据本发明实施例的太阳能电池。
根据本申请实施例的太阳能电池，如图1所示，包括：P型硅基体1，P型硅基体1具有正面和背面，背面为光面结构，且在所述背面依次层叠设置有隧穿氧化硅层2、磷掺杂的多晶硅层3、第一钝化层4和背面电极5，背面电极5和磷掺杂的多晶硅层3接触；
正面为绒面结构，在所述正面依次层叠设置有第二钝化层6和正面电极7，正面电极7与P型硅基体1接触，且正面电极7与P型硅基体1接触的区域形成有P+层8。
可以理解的是，背面的第一钝化层4主要起保护作用，减少金属复合，第一钝化层4具体的种类不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如第一钝化层4可以是氮化硅层，或其他金属氧化物与氮化硅的混合物层；背面的光面结构，使得背面具有良好的钝化效果；正面的绒面结构有利于增大正面电极7与硅基体的接触面积，改善接触电阻，降低表面复合；其中，正面的绒面结构可以是金字塔绒面结构。另外，背面电极5和正面电极7可以是常用的金属电电极，例如银金属栅线电极和铝金属栅线电极。
还可以理解的是，正面电极在印刷过程中，一般可以是采用铝浆或者银铝浆，由于铝的价电子数为3，铝浆在与硅基体在印刷、烧结的过程中形成铝硅合金，如此形成P+层，一方面起到传导电流作用，另一方面起到场钝化作用，进而增强PN结分流光生载流子的效应，减少复合损失，提高电池效率。
根据本申请实施例的的太阳能电池，一方面通过在P型硅基体背面沉积氧化硅层和磷掺杂的多晶硅层，使得背面钝化效果好，并且背面电极不直接与P型硅基体接触，有效降低了金属复合，进而提高电池的开路电压，另一方面正面电极与钝化层接触的同时形成P+层，有效传导电流的同时起到场钝化作用，有利于增强PN结分流光生载流子的效应，减少复合损失，提高电池效率。
在一些实施例中，隧穿氧化硅层2厚度小于2nm，磷掺杂的多晶硅层3厚度为110nm-130nm。
在优选的实施例中，隧穿氧化硅层2厚度为1.3nm-1.7nm，例如可以是1.3nm，1.5nm，1.7nm；磷掺杂的多晶硅层3厚度为110nm-130nm，例如可以是110nm，115nm，120nm，125nm，130nm。本实施例中的氧化硅层厚度和磷掺杂的多晶硅层厚度，保证硅基体背面对金属接触具有优异的钝化作用，有效降低了背面金属接触下的复合，进而提高开路电压。
在优选的实施例中，第一钝化层为氮化硅层。
在优选的实施例中，第二钝化层为氧化铝和氮化硅层。
进一步地，背面电极为银电极，正面电极为铝电极。
根据本申请实施例的一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
S1、对P型硅基体的背面在低压化学气相沉积炉中依次沉积隧穿氧化硅层以及沉积多晶硅层，其中，P型硅基体边长182mm，厚度175um，倒角247mm；
S2、对多晶硅层进行磷掺杂，得到磷掺杂的多晶硅层；
S3、将P型硅基体的正面进行制绒，形成绒面结构；
S4、在制绒后的P型硅基体的正面沉积氧化铝和氮化硅层，形成第二钝化层；
S5、在磷掺杂的多晶硅层上沉积氮化硅层，形成第一钝化层；
S6、在P型硅基体的正面和P型硅基体的背面分别印刷正面电极和背面电极。
需要说明的是，本申请实施例中S1步骤在低压化学气相沉积炉中对P型硅基体表面依次进行隧穿氧化硅层的沉积和多晶硅层的沉积，低压化学气相沉积炉能够分别实现隧穿氧化硅层的沉积和多晶硅层的沉积，无需在隧穿氧化硅层沉积完之后，取出硅基体再进行多晶硅层的沉积，操作简单方便，节省工艺流程；
步骤S2中将经过步骤S1处理有的硅基体放入磷扩散炉中，在硅基体的背面进行磷掺杂，形成PSG层，进一步提高了背面的钝化效果，并且PSG能够有效保护背面，在后续制绒处理中无需背面进行掩模保护，即可保证背面结构不被蚀刻，相比传统工艺路线省去了去绕度工艺，进一步缩短工艺步骤，进而有利于降低电池制造成本；
步骤S3中对硅基体进行正面制绒，将硅基体浸入盛放有制绒液的槽式制绒清洗机，制绒液对硅基体的正面进行蚀刻，其中控制蚀刻时间和温度，保证蚀刻量在0.6±0.05g，形成正面绒面结构。此处，控控制温度和时间应当避免时间过长或者温度过高影响背面结构，同时延长整个工艺的时间；
在上述步骤完成后，依次执行步骤S4、S5和S6即可得到太阳能电池。
根据本申请实施例的方法，具有如下优势：
(1)基于本申请的太阳能电池结构，该电池是背结电池，PN结在背面，光生载流子在正表面至PN结范围内主要是纵向传输，横向传输较少，所以正面电极与硅基体接触足够好的情况下，无需对硅基体正面进行硼掺杂，简化了工艺流程，降低了制造成本，同时避免了硼扩散路线高温工艺对硅基体寿命的影响，也避免了硼浆+激光路线激光对硅基体造成损伤的难题；
(2)制绒处理可以去除正面PSG层同时实现正面单面制绒，并且背面PSG层为掩膜保护背面结构不被刻蚀，相比传统工艺路线省去了去绕镀工艺，进一步缩短工艺步骤，降低了电池制造成本；
(3)能够有效突破Perc电池的效率瓶颈，经过实验对比发现本申请实施例方法可产出平均量产效率大约24.5％abs的太阳能电池；并且工艺简单，在传统Perc电池线的基础上进行升级改造，投资成本较低，收益较大。
进一步地，在S1、对P型硅基体的背面依次沉积隧穿氧化硅层以及沉积多晶硅层之前，还包括：
将P型硅基体盛有抛光液的清洗机中进行抛光处理，其中，抛光液包括水、碱液和添加剂，添加剂包括表面活性剂，柠檬酸钠，苯甲酸钠，抛光处理的温度为53℃-57℃，时间为215s-225s；其中添加剂的厂家可以是拓邦BP51，在具体使用时，抛光液中H2O：KOH：添加剂的配比可以是340：16：4。
其中，抛光液中碱液可以是质量浓度为大约4％的氢氧化钾溶液，当然也可以是其他碱液；本实施方式中公开的抛光处理温度和时间，有利于保证对硅基体的蚀刻量0.2±0.02g，有利于清洗干净硅基体表面，使得硅基体表面的反射率达到一定要求，同时保证后续步骤的可靠进行。
进一步地，在将P型硅基体盛有抛光液的清洗机中进行抛光处理后，P型硅基体的正面和背面的反射率为38％-44％。
在一些实施例中，在将P型硅基体的正面进行制绒，形成绒面结构之前，还包括：
将P型硅基体的正面在室温下，置于盛有氢氟酸的洗液中，去除P型硅基体的正面的PSG；其中，氢氟酸的洗液质量浓度为8％-12％。
需要说明的是，在上述步骤S2中，对多晶硅层进行磷掺杂时，在硅基体的正面同样形成了PSG层，为了保证硅基体表面形成可靠的绒面结构，降低制绒步骤的工艺条件，因此，将可将硅基体至于链式去PSG清洗机中，使得硅基体正面接触清洗机中的制绒液，同时对背面进喷水保护，保证氢氟酸洗液只蚀刻硅基体正面的PSG，在正面形成绒面结构，保证背面的光面结构。
在优选的实施例中，将P型硅基体的正面进行制绒，形成绒面结构，包括：
将P型硅基体浸入制绒液中，进行制绒；其中，制绒液包括KOH溶液，KOH溶液的质量浓度为0.5％-1.5％；制绒液温度为77℃-83℃，P型硅基体浸入制绒液的时间为495s-505s。
可以理解的是，为了改善绒面结构的形貌，制绒液还包括一些添加剂，添加剂包括表面活性剂，成核剂，分散剂，催化剂以及消泡剂，例如，厂家是时创TS53的添加剂。
本实施方式中，制绒液温度可以是77℃、78℃、80℃、81℃、83℃，P型硅基体浸入制绒液的时间可以是495s、497s、499s、501s、503s、505s。本实施方式公开的温度和时间有利于保证在正面形成合适的绒面结构，同时不会对背面进行蚀刻，条件温和，易于实现。
进一步地，将P型硅基体的正面进行制绒，形成绒面结构，其中，绒面结构的反射率为8.7％-9.3％。
在一些实施例中，在P型硅基体的正面印刷正面电极之前，包括：
将P型硅基体的正面需要设置正面电极的区域，进行激光处理，以打开第二钝化层。
本实施例中通过激光打开第二钝化层，方便印刷正面电极，保证正面电极和硅基体接触。
在优选的实施例中，P型硅基体的正面印刷正面电极，其中，正面电极浆料采用铝浆。本实施例中，铝浆代替传统的银铝浆，成本低，进一步降低电池制造成本。
下面通过一个具体实施例对本发明进行说明，需要说明的是，下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围，另外，如无特殊说明，未具体记载条件或者步骤的方法均为常规方法，所采用的试剂和材料均可从商业途径获得。
实施例1
通过如下步骤制备一种太阳能电池：
第一步、将P型硅基体置于盛有抛光液的清洗机中进行抛光处理，P型硅基体边长182mm，厚度175um，倒角247mm，其中，抛光液包括水、KOH和添加剂，添加剂为拓邦BP51，抛光处理的温度为55℃，时间为220s，抛光前后称重得出蚀刻量为大约0.2g，硅基体正面和背面的反射率均大约在41％；
第二步、对P型硅基体的背面在低压化学气相沉积炉中依次沉积隧穿氧化硅层以及沉积多晶硅层；其中，隧穿氧化硅层厚度为1.5nm，P多晶硅层厚度为120nm；
第三步、将硅基体置于在磷扩散炉中对多晶硅层进行磷掺杂，得到磷掺杂的多晶硅层；
第四步、室温下在链式去PSG清洗机中，使用质量浓度为10％的氢氟酸，使得硅基体正面进入氢氟酸中，背面喷水保护，去除正面PSG层；
第五步、将上述处理后的硅基体投入盛放有制绒液的槽式制绒清洗机中进行正面碱制绒处理，其中，制绒液为质量浓度大约1％的KOH溶液，以及制绒添加剂溶液，制绒液的配比为H2O：KOH：添加剂＝354：5.5：2，添加剂的型号为时创TS53；温度80℃，时间500s；制绒前后称重得出单片硅基体蚀刻量大约0.6g，经过测试，正面的反射率大约为9％；
第六步、在制绒后的P型硅基体的正面沉积氧化铝和氮化硅层，形成第二钝化层；
第七步、在磷掺杂的多晶硅层上沉积氮化硅层，形成第一钝化层；
第八步、对P型硅基体的正面进行激光处理，打开第二钝化层；
第九步、在P型硅基体的正面打开第二钝化层处和P型硅基体的背面分别丝网印刷及烧结铝电极和银电极，测试分选。
经过测试，实施例1制备的电池与常规Perc电池对比，结果如表1所示：
表1实施例1制备的电池与常规Perc电池的性能结果
Eta(％) Isc(A) Uoc(V) FF(％)
实施例1 24.50 13.57 0.723 82.41
Perc电池 23.50 13.35 0.707 82.23
上述表格中，Eta代表转化效率，Isc代表短路电流，Uoc代表开路电压，FF代表填充因子。
从上述表格中可得出，本申请实施例的方法制备得到的电池，在转化效率、短路电流、开路电压以及填充因子方面均优于现有的Perc电池，进一步说明本申请实施例的制备方法制备的得到的电池，能够有效改善现有Perc电池的性能，突破了Perc电池的效率瓶颈，有望替代Perc电池。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.太阳能电池，其特征在于，包括：P型硅基体，所述P型硅基体具有正面和背面，所述背面为光面结构，且在所述背面依次层叠有隧穿氧化硅层、磷掺杂的多晶硅层、第一钝化层和背面电极，所述背面电极和所述磷掺杂的多晶硅层接触；
所述正面为绒面结构，在所述正面依次层叠有第二钝化层和正面电极，所述正面电极与所述P型硅基体接触，且所述正面电极与所述P型硅基体接触的区域形成有P+层。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述隧穿氧化硅层厚度小于2nm，所述磷掺杂的多晶硅层厚度为110nm-130nm。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述隧穿氧化硅层厚度为1.3nm-1.7nm。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一钝化层为氮化硅层。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第二钝化层为氧化铝和氮化硅层。
6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述背面电极为银电极，所述正面电极为铝电极。
7.一种权利要求1-6任一项所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
对所述P型硅基体的背面在低压化学气相沉积炉中依次沉积隧穿氧化硅层以及沉积多晶硅层；
对所述多晶硅层进行磷掺杂，得到所述磷掺杂的多晶硅层；
将所述P型硅基体的正面进行制绒，形成所述绒面结构；
在制绒后的所述P型硅基体的正面沉积氧化铝和氮化硅层，形成所述第二钝化层；
在所述磷掺杂的多晶硅层上沉积氮化硅层，形成所述第一钝化层；
在所述P型硅基体的正面和所述P型硅基体的背面分别印刷所述正面电极和所述背面电极。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在对所述P型硅基体的背面依次沉积隧穿氧化硅层以及沉积多晶硅层之前，还包括：
将所述P型硅基体盛有抛光液的清洗机中进行抛光处理，其中，所述抛光液包括水、碱液和添加剂，所述添加剂包括表面活性剂，柠檬酸钠，苯甲酸钠，所述抛光处理的温度为53℃-57℃，时间为215s-225s。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将所述P型硅基体置于盛有抛光液的清洗机中进行抛光处理后，所述P型硅基体的正面和背面的反射率为38％-44％。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在将所述P型硅基体的正面进行制绒，形成所述绒面结构之前，还包括：
将所述P型硅基体的正面在室温下，置于盛有氢氟酸的洗液中，去除所述P型硅基体的正面的PSG；其中，所述氢氟酸的洗液质量浓度为8％-12％；
或；
所述将所述P型硅基体的正面进行制绒，形成所述绒面结构，包括：
将所述P型硅基体浸入制绒液中，进行制绒；其中，所述制绒液包括KOH溶液，所述KOH溶液的质量浓度为0.5％-1.5％；所述制绒液温度为77℃-83℃，所述P型硅基体浸入制绒液的时间为495s-505s。或；
所述将所述P型硅基体的正面进行制绒，形成所述绒面结构，其中，所述绒面结构的反射率为8.7％-9.3％。
或；
在所述P型硅基体的正面印刷所述正面电极之前，包括：
将所述P型硅基体的正面需要设置所述正面电极的区域，进行激光处理，以打开所述第二钝化层。
或；
所述P型硅基体的正面印刷所述正面电极，其中，所述正面电极浆料采用铝浆。
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CN112420855A (zh) * 2020-11-16 2021-02-26 苏州腾晖光伏技术有限公司 一种基于p型硅片的太阳能电池片及其制备方法

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