CN114613867A - 一种太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池其包括晶硅衬底，在晶硅衬底的正面制备有该扩散发射极、第一隧穿薄膜层、掺杂多晶硅层、第一钝化层、抗反射层、掩膜层和第一金属电极；在晶硅衬底的背面上从内到外依次制备有第二隧穿薄膜层、重掺杂多晶硅层、第二钝化层、超重掺杂的半导体层、透明导电膜层、第二金属电极和第三金属电极。本申请中通过基础钝化层即第一钝化层和第二钝化层的引入，实现对掺杂多晶硅层表面良好的化学钝化及场效应钝化，降低载流子在多晶硅层因复合造成的损失，提升了光生载流子的有效输出，从而有效提高了太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及光伏技术领域，特别是涉及一种太阳能电池及其制备方法。
背景技术
晶体硅太阳电池是技术最成熟、应用最广泛的太阳电池，在光伏市场中的比例超过90％，并且在未来相当长的时间内都将占据主导地位。在影响晶体硅太阳电池光电转换效率的诸多因素中，金属电极与晶体硅接触处的复合成为目前影响太阳电池效率的关键因素，被认为是接近理论极限效率的最后一个限制因素。隧穿氧化层钝化金属接触结构由一层超薄的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成，可以显著降低金属接触区域的复合，同时兼具良好的接触性能，可以极大地提升太阳电池的效率。
目前，国内外已有一些电池厂商将该钝化接触结构应该用到太阳电池中，但仍存在一定缺陷。本申请的发明人在实践中发现，目前行业内对钝化接触结构中的掺杂多晶硅层的表面钝化尚未进行足够的重视，多晶硅层虽然其作用为对晶体硅本身提供场效应钝化以及负责与外电路的电极形成欧姆接触，但实际其仍属于太阳电池光生载流子的传导载体，其本身的结构缺陷造成其存在大量的复合中心，这对载流子最终传输到外电路仍存在很大限制，导致转换效率偏低。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种太阳能电池及其制备方法，以提高转换效率。
为了解决上述问题，本申请公开了一种太阳能电池，包括第一导电类型的晶硅衬底，所述晶硅衬底包括正面和背面，其中：
所述正面上从内到外依次制备有第二导电类型的扩散发射极、第一隧穿薄膜层、所述第二导电类型的掺杂多晶硅层、第一钝化层、抗反射层和掩膜层；
在所述第一掩膜层上制备有第一金属电极，所述第一金属电极穿透所述第一抗反射层、所述第一钝化层后与所述掺杂多晶硅层相接触形成合金相；
所述背面上从内到外依次制备有第二隧穿薄膜层、所述第一导电类型的重掺杂多晶硅层、第二钝化层、所述第一导电类型的超重掺杂的半导体层和透明导电膜层；
在所述背面上还制备有第二金属电极和第三金属电极，所述第二金属电极与所述重掺杂多晶硅层相接触形成合金相，所述第三金属电极为与所述透明导电膜层通相接触的低温导电电极。
可选的，所述第一隧穿薄膜层和所述第二隧穿薄膜层为多种IVA族元素混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜，或者为金属氧化物薄膜；
所述第一隧穿薄膜层和所述第二隧穿薄膜层的厚度为1～5nm。
可选的，所述掺杂多晶硅层的厚度为20～200nm，其掺杂剂的掺杂浓度为1018-1022cm-3。
可选的，所述第一钝化层为多种IVA族元素的混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜，或者为金属氧化物薄膜；
所述第一钝化层的厚度为1～20nm。
可选的，所述掩膜层为多种IVA族元素的混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜。
可选的，所述重掺杂多晶硅层的厚度为20～200nm，其掺杂剂的掺杂浓度为1018-1022cm-3。
可选的，所述第二钝化层为多种IVA族元素的混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜，或者为金属氧化物薄膜；
所述第二钝化层的厚度为1～10nm。
可选的，所述半导体层的厚度为40～200nm，其掺杂剂的掺杂浓度为1022-1023cm-3。
还提供了一种制备方法，用于制备如上所述的太阳能电池，所述制备方法包括步骤：
对所述晶硅衬底进行清洗制绒处理；
在所述晶硅衬底的正面进行扩散处理，得到所述扩散发射极；
对所述晶硅衬底的正面和背面进行酸洗作业；
利用LPCVD方法制备所述第一隧穿薄膜层和第二隧穿薄膜层，并在所述第一隧穿薄膜层和所述第二隧穿薄膜层上制备本征非晶硅层；
在所述正面上的所述本征非晶硅层上利用PECVD方法沉积氮氧化硅掩膜层；
利用扩散炉对所述本征非晶硅层进行多晶化处理；
对所述背面进行扩散处理，得到所述重掺杂多晶硅层，同时在所述重掺杂多晶硅层上形成第一临时掩膜层；
去除所述氮氧化硅掩膜层；
对所述正面进行扩散处理，得到所述掺杂多晶硅层，同时在所述掺杂多晶硅层上伴随生成第二临时掩膜层；
去除所述第二临时掩膜层；
在所述掺杂多晶硅薄膜层上制备所述第一钝化层；
在所述第一钝化层上制备所述抗反射层
在所述正面上通过丝网印刷方式制备所述第一金属电极，在所述背面上通过丝网印刷方式制备所述第二金属电极；
通过PECVD方式在所述正面上制备所述掩膜层；
去除所述第一临时掩膜层；
通过板式PECVD方式在所述重掺杂多晶硅层上依次制备所述第二钝化层和所述半导体层；
通过磁控溅射设备在所述半导体层上制备所述透明导电膜层；
去除所述第一金属电极所在位置的所述掩膜层，并去除所述第二金属电极所在位置的所述第二钝化层、所述半导体层和所述透明导电膜层；
在所述背面的局部通过低温印刷工艺制备所述第三金属电极。
可选的，在制备所述第一金属电极和所述第二金属电极时的烧结温度为300～900℃，在制备所述低温印刷工艺的低温工艺温度为250℃。
从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池其包括晶硅衬底，在晶硅衬底的正面制备有该扩散发射极、第一隧穿薄膜层、掺杂多晶硅层、第一钝化层、抗反射层、掩膜层和第一金属电极；在晶硅衬底的背面上从内到外依次制备有第二隧穿薄膜层、重掺杂多晶硅层、第二钝化层、超重掺杂的半导体层、透明导电膜层、第二金属电极和第三金属电极。本申请中通过基础钝化层即第一钝化层和第二钝化层的引入，实现对掺杂多晶硅层表面良好的化学钝化及场效应钝化，降低载流子在多晶硅层因复合造成的损失，提升了光生载流子的有效输出，从而有效提高了太阳能电池的转换效率。
另外，进一步通过超重掺杂的半导体层的引入，进一步实现对背面的加强场效应钝化效果，通过半导体不同掺杂浓度产生的电势差值，为光生载流子向外电路输出图提供了一定的动力，进而再次增大载流子的有效输出，从而进一步增加了太阳能电池的转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，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为本申请实施例的一种太阳能电池的剖面图；
图2a为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2b为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2c为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2d为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2e为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2f为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2g为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2h为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2i为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2j为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2k为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2l为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2m为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2n为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2o为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2p为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2q为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2r为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
图2s为本申请实施例的太阳能电池的制备过程中的剖面图；
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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。
实施例一
图1为本申请实施例的一种太阳能电池的剖面图。
参照图1所示，本实施例提供的太阳能电池，包括第一导电类型的晶硅衬底1，在本申请中第一导电类型和第二导电类型属于相对概念，即第一导电类型如果为N型的话，第二导电类型则为P型，相反，如果第一导电类型为P型，则第二导电类型为N型。本申请中以第一导电类型为N型为例对方案进行描述，即以N型晶硅衬底进行描述。该N型晶硅衬底包括正面和背面，正面和背面同样为相对概念，将该N型晶硅衬底的一面选定为正面后，另一面则为背面。
该N型晶硅衬底的正面上从内到外依次制备有第二导电类型即P型扩散发射极1’、第一隧穿薄膜层2、P型掺杂多晶硅层3、第一钝化层5、抗反射层8和掩膜层IV。在第一掩膜层上制备有第一金属电极10，第一金属电极穿透第一抗反射层、第一钝化层后与P型掺杂多晶硅层相接触形成合金相。
在N型晶硅衬底的背面上从内到外依次制备有第二隧穿薄膜层2’、第一导电类型即N型重掺杂多晶硅层4、第二钝化层6、第一导电类型的超重掺杂的半导体层即N型半导体层7和透明导电膜层9；在背面上还制备有第二金属电极11和第三金属电极12，第二金属电极与重掺杂多晶硅层相接触形成合金相，第三金属电极为与透明导电膜层通相接触的低温导电电极。
其中，第一隧穿薄膜层和第二隧穿薄膜层为多种IVA族元素混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜，或者为金属氧化物薄膜；第一隧穿薄膜层和第二隧穿薄膜层的厚度为1～5nm。
掺杂多晶硅层的厚度为20～200nm，其掺杂剂的掺杂浓度为1018-1022cm-3。第一钝化层为多种IVA族元素的混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜，或者为金属氧化物薄膜；第一钝化层的厚度为1～20nm。
掩膜层为多种IVA族元素的混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜。重掺杂多晶硅层的厚度为20～200nm，其掺杂剂的掺杂浓度为1018-1022cm-3。
第二钝化层为多种IVA族元素的混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜，或者为金属氧化物薄膜；第二钝化层的厚度为1～10nm。半导体层的厚度为40～200nm，其掺杂剂的掺杂浓度为1022-1023cm-3。
从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种太阳能电池，其包括晶硅衬底，在晶硅衬底的正面制备有该扩散发射极、第一隧穿薄膜层、掺杂多晶硅层、第一钝化层、抗反射层、掩膜层和第一金属电极；在晶硅衬底的背面上从内到外依次制备有第二隧穿薄膜层、重掺杂多晶硅层、第二钝化层、超重掺杂的半导体层、透明导电膜层、第二金属电极和第三金属电极。本申请中通过基础钝化层即第一钝化层和第二钝化层的引入，实现对掺杂多晶硅层表面良好的化学钝化及场效应钝化，降低载流子在多晶硅层因复合造成的损失，提升了光生载流子的有效输出，从而有效提高了太阳能电池的转换效率。
另外，进一步通过超重掺杂的半导体层的引入，进一步实现对背面的加强场效应钝化效果，通过半导体不同掺杂浓度产生的电势差值，为光生载流子向外电路输出图提供了一定的动力，进而再次增大载流子的有效输出，从而进一步增加了太阳能电池的转换效率。
实施例二
本实施例提供了一种制备方法，该制备方法用于制备上一实施例中所提供的太阳能电池，具体包括如下步骤：
步骤1：对电阻率为0.5-3Ω.cm的N型晶硅衬底1进行清洗、去损伤层并制绒，从而在晶体硅片表面形成随机金字塔结构，如图2a所示，该晶硅衬底为尺寸为158.78*158.75mm2的单晶硅片，。
步骤2：利用硼扩散炉，对制绒后的晶硅衬底的正面进行硼扩散，如图2b所示，形成p型扩散发射极1’，其最高掺杂浓度为1020cm-3，硼浓度为1017cm-3处的扩散结深为0.5μm；
步骤3：通过清洗机台去正面硼硅玻璃及背面绕扩，得到如图2c所示的太阳能电池的中间状态。
步骤4：利用LPCVD方法对N型晶硅衬底1的正面和背面进行超薄隧穿氧化硅层生长，得到如图2d所示的第一隧穿薄膜层2和第二隧薄膜层2’，以及双面本征非晶硅层3’和4’,如图2E所示。第一隧穿薄膜层和第二隧穿薄膜层的厚度为1-3nm，本征非晶硅层3’和4’厚度为100nm。
步骤5：在N型晶硅衬底的正面上利用PECVD方式沉积氮氧化硅掩膜层I，如图2f所示，该掩膜层厚度为80nm，沉积工艺温度为300-400℃。
步骤6：通过扩散炉对双面本征非晶硅3’和4’进行多晶化处理，形成本征多晶硅层，对背面的本征多晶硅层进行磷扩散形成n+型的N型的重掺杂多晶硅层4’，其磷掺杂浓度为1021cm-3，同时伴随在背面掺磷多晶硅层4’上掺磷氧化硅形成第一临时掩膜层II，如图2g所示。
步骤7：通过链式清洗机台去除正面的氮化硅掩膜层I，如图2h所示。
步骤8：通过扩散方式对正面的本征多晶硅3”进行硼扩散形成P型多晶硅层3，硼掺杂浓度为8×1020cm-3，同时伴随硼掺杂多晶硅层上形成掺硼氧化硅的第二掩膜层III，如图2i所示。
步骤9：通过链式清洗剂去除正面上的第二掩膜层III，如图2j所示。
步骤10：通过ALD设备在正面的P型掺硼多晶硅上沉积氧化铝钝化层，如图2k，形成第一钝化层5，该第一钝化层的厚度为3nm。
步骤11：利用PECVD设备在正面的氧化铝层上沉积氮化硅与氮氧化硅叠层的抗反射层8，如图2l所示，抗反射层总厚度为75nm，沉积工艺温度为430-500℃。
步骤12：在正面和背面的局部区域上通过丝网印刷方式印刷铝电极和银电极，通过对铝电极的烧结形成第一电极10，通过对银电极的烧结形成第二金属电极11，如图2m所示，最高烧结温度为820℃。
步骤13：通过PECVD方式在正面上沉积氧化硅掩膜层IV，如图2n所示，掩膜层厚度为30nm，沉积工艺温度为300-400℃。
步骤14：通过链式清洗方式去除背面上重磷掺杂多晶硅层4上的第一临时掩膜层II，如图2o所示。
步骤15：通过板式PECVD方式在背面的重掺杂多晶硅上依次沉积本征非晶硅钝化层作为第二钝化层6，并在第二钝化层上沉积n++型的超重磷掺杂非晶硅层7，如图2p所示，其工艺温度为200-220℃，第二钝化层的厚度为5nm，超重掺杂非晶硅层的厚度为20nm。
步骤16：通过磁控溅射设备在背面的超重掺杂非晶硅上沉积铟锡氧化钛透明导电膜层，如图2q所示，其厚度为100nm。
步骤17：通过链式清洗法以及调整片子浸入溶液深度去除正面上第一金属电极上的掩膜层IV和背面上第二金属电极表面的第二钝化层、超重掺杂磷掺杂非晶硅层和透明导电膜层，如图2r所示。
步骤18：在背面的局部区域印刷低温银电极作为第三金属电极12，如图2s所示，印刷工艺最高温度为180℃。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，其特征在于，包括第一导电类型的晶硅衬底，所述晶硅衬底包括正面和背面，其中：
所述正面上从内到外依次制备有第二导电类型的扩散发射极、第一隧穿薄膜层、所述第二导电类型的掺杂多晶硅层、第一钝化层、抗反射层和掩膜层；
在所述第一掩膜层上制备有第一金属电极，所述第一金属电极穿透所述第一抗反射层、所述第一钝化层后与所述掺杂多晶硅层相接触形成合金相；
所述背面上从内到外依次制备有第二隧穿薄膜层、所述第一导电类型的重掺杂多晶硅层、第二钝化层、所述第一导电类型的超重掺杂的半导体层和透明导电膜层；
在所述背面上还制备有第二金属电极和第三金属电极，所述第二金属电极与所述重掺杂多晶硅层相接触形成合金相，所述第三金属电极为与所述透明导电膜层通相接触的低温导电电极。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一隧穿薄膜层和所述第二隧穿薄膜层为多种IVA族元素混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜，或者为金属氧化物薄膜；
所述第一隧穿薄膜层和所述第二隧穿薄膜层的厚度为1～5nm。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述掺杂多晶硅层的厚度为20～200nm，其掺杂剂的掺杂浓度为1018-1022cm-3。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层为多种IVA族元素的混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜，或者为金属氧化物薄膜；
所述第一钝化层的厚度为1～20nm。
5.如权利1所述的太阳能电池，其特征在于，所述掩膜层为多种IVA族元素的混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述重掺杂多晶硅层的厚度为20～200nm，其掺杂剂的掺杂浓度为1018-1022cm-3。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二钝化层为多种IVA族元素的混合物薄膜，或者为IVA族元素的氧化物薄膜、氮化物薄膜或氮氧化物薄膜，或者为金属氧化物薄膜；
所述第二钝化层的厚度为1～10nm。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述半导体层的厚度为40～200nm，其掺杂剂的掺杂浓度为1022-1023cm-3。
9.一种制备方法，用于制备如权利要求1～8任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述制备方法包括步骤：
对所述晶硅衬底进行清洗制绒处理；
在所述晶硅衬底的正面进行扩散处理，得到所述扩散发射极；
对所述晶硅衬底的正面和背面进行酸洗作业；
利用LPCVD方法制备所述第一隧穿薄膜层和第二隧穿薄膜层，并在所述第一隧穿薄膜层和所述第二隧穿薄膜层上制备本征非晶硅层；
在所述正面上的所述本征非晶硅层上利用PECVD方法沉积氮氧化硅掩膜层；
利用扩散炉对所述本征非晶硅层进行多晶化处理；
对所述背面进行扩散处理，得到所述重掺杂多晶硅层，同时在所述重掺杂多晶硅层上形成第一临时掩膜层；
去除所述氮氧化硅掩膜层；
对所述正面进行扩散处理，得到所述掺杂多晶硅层，同时在所述掺杂多晶硅层上伴随生成第二临时掩膜层；
去除所述第二临时掩膜层；
在所述掺杂多晶硅薄膜层上制备所述第一钝化层；
在所述第一钝化层上制备所述抗反射层
在所述正面上通过丝网印刷方式制备所述第一金属电极，在所述背面上通过丝网印刷方式制备所述第二金属电极；
通过PECVD方式在所述正面上制备所述掩膜层；
去除所述第一临时掩膜层；
通过板式PECVD方式在所述重掺杂多晶硅层上依次制备所述第二钝化层和所述半导体层；
通过磁控溅射设备在所述半导体层上制备所述透明导电膜层；
去除所述第一金属电极所在位置的所述掩膜层，并去除所述第二金属电极所在位置的所述第二钝化层、所述半导体层和所述透明导电膜层；
在所述背面的局部通过低温印刷工艺制备所述第三金属电极。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在制备所述第一金属电极和所述第二金属电极时的烧结温度为300～900℃，在制备所述低温印刷工艺的低温工艺温度为250℃。
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