CN114639744A - 太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种太阳能电池及其制备方法，属于光伏技术领域。太阳能电池的制备方法包括：在太阳能电池的正面形成选择性发射极，选择性发射极包括第一掺杂区和第二掺杂区，第一掺杂区中P型掺杂的浓度大于第二掺杂区中P型掺杂浓度；太阳能电池的正电极与第一掺杂区电性接触。太阳能电池的正面具有选择性发射极和正电极；选择性发射极包括第一掺杂区和第二掺杂区，第一掺杂区中P型掺杂浓度大于第二掺杂区中P型掺杂浓度；正电极与第一掺杂区电性接触。该太阳能电池在保证具有较低的俄歇复合并提升开压及短路电流的同时，能够有效提高填充因子，使得电池具有较高的转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种太阳能电池及其制备方法。
背景技术
近年来，以TOPCon电池为例的太阳能电池由于其优异的钝化性能备受青睐。在目前的TOPCon电池等工艺中，生产的电池成品为了减少俄歇复合并提升开压及短路电流，方阻较高，但是较高的方阻使得填充因子受到影响，从而影响了电池的转换效率。
发明内容
本申请的目的在于提供一种太阳能电池及其制备方法，在保证具有较低的俄歇复合并提升开压及短路电流的同时，能够有效提高填充因子，使得电池具有较高的转换效率。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法，包括：在太阳能电池的正面形成选择性发射极，选择性发射极包括第一掺杂区和第二掺杂区，第一掺杂区中P型掺杂的浓度大于第二掺杂区中P型掺杂浓度；太阳能电池的正电极与第一掺杂区电性接触。
第二方面，本申请实施例提供一种太阳能电池，太阳能电池的正面具有选择性发射极和正电极；选择性发射极包括第一掺杂区和第二掺杂区，第一掺杂区中P型掺杂浓度大于第二掺杂区中P型掺杂浓度；正电极与第一掺杂区电性接触。
本申请实施例提供的太阳能电池及其制备方法，有益效果包括：
在太阳能电池的正面形成选择性发射极，其中，配置P型掺杂的浓度相对较大的第一掺杂区，通过该第一掺杂区与正电极接触，能够降低接触电阻，从而能够有效提高填充因子；配置P型掺杂的浓度相对较大的第二掺杂区，通过该第二掺杂区分布在正电极之间，保证具有较低的俄歇复合并提升开压及短路电流。
因此，本申请提供的太阳能电池，能够较好地兼顾俄歇复合、开压、短路电流和填充因子该多方面的性能，使得电池具有较高的转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种太阳能电池的结构示意图。
图标：100-太阳能电池；110-选择性发射极；111-第一掺杂区；112-第二掺杂区；120-正电极。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有说明，“一种或多种”中的“多种”的含义是指两种及两种以上；“数值a～数值b”的范围包括两端值“a”和“b”，“数值a～数值b+计量单位”中的“计量单位”代表“数值a”和“数值b”二者的“计量单位”。
下面对本申请实施例的太阳能电池及其制备方法进行具体说明。
发明人研究发现，在目前的TOPCon电池中，电池表面整体为轻掺杂的发射极，从而能减少俄歇复合并提升开压及短路电流。但是，该设置方式下，方阻较高，较高的方阻使得正电极和发射极有较高的接触电阻，而较高的接触电阻会使得电池的填充因子受影响，从而会影响电池的转换效率。
基于上述研究发现，第一方面，本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法，包括：在太阳能电池的正面形成选择性发射极。
其中，选择性发射极包括第一掺杂区和第二掺杂区，第一掺杂区中P型掺杂的浓度大于第二掺杂区中P型掺杂浓度；太阳能电池的正电极与第一掺杂区电性接触，即该第二掺杂区为选择性发射极中位于正电极之间的区域。
P型掺杂浓度就是指P型掺杂的粒子的浓度，代表掺杂区的P型掺杂程度高低。
本申请中，在太阳能电池的正面形成选择性发射极，其中，配置P型掺杂的浓度相对较大的第一掺杂区，通过该第一掺杂区与正电极接触，能够降低接触电阻，从而能够有效提高填充因子；配置P型掺杂的浓度相对较大的第二掺杂区，通过该第二掺杂区分布在正电极之间，保证具有较低的俄歇复合并提升开压及短路电流。
因此，本申请提供的太阳能电池，能够较好地兼顾俄歇复合、开压、短路电流和填充因子该多方面的性能，使得电池具有较高的转换效率。
可选地，第一掺杂区为重掺杂区，第二掺杂区为轻掺杂区。
在一些实施例中，第二掺杂区为通过硼扩散形成的掺杂区，第一掺杂区为在硼扩散的基础上推入硼浆形成的掺杂区。
为了方便可控地制备得到以重掺杂区作为第一掺杂区且以轻掺杂区作为第二掺杂区的选择性发射极，作为示例，在太阳能电池的正面形成选择性发射极的步骤包括：提供形成有P-N结的N型硅片；然后在硅片正面印刷硼浆；再在硅片正面的预设区域将硼浆推进硅片正面的P型掺杂部位，以形成第一掺杂区；以P型掺杂部位的剩余区域作为第二掺杂区。
其中，在硅片正面的预设区域可以根据电池网版进行确定，选择硅片正面用于形成正电极的区域作为预设区域。
基于上述示例，可选地，硼浆的质量浓度为2.5～7％，例如但不限于为2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％和7％中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
按照上述标准控制硼浆的浓度，使得作为重掺杂区的第一掺杂具有合适的P型掺杂浓度，能够更可靠地降低发射极与正电极的接触电阻，从而更可靠地提高填充因子。
发明人研究发现，由于N型硅片在硼扩散形成P-N结时，会在硅片的表面形成硼硅玻璃(BSG)。而硼硅玻璃的存在会阻碍将硼浆推进硅片正面的P型掺杂部位的过程，导致需要很高的能量才能够将硼浆推进硅片正面的P型掺杂部位。
基于上述研究发现，可选地，在太阳能电池的正面形成选择性发射极的步骤还包括：在硅片正面印刷硼浆之前，去除硅片正面的硼硅玻璃。
上述技术方案中，先去除硅片正面的硼硅玻璃，再在硅片正面印刷硼浆，使得在硼浆推进硅片正面的P型掺杂部位的过程中不受正面硼硅玻璃的影响，因此用很低的能量即可将硼浆推进硅片正面的P型掺杂部位。
在去除了硼硅玻璃再印刷硼浆的实施例中，为了方便地进行硼浆推进的操作，可选地，在形成第一掺杂区时，采用激光推进硼浆。也就是说，在硅片正面的预设区域通过激光将硼浆推进硅片正面的P型掺杂部位，以形成第一掺杂区。
其中，例如采用纳秒激光设备。
为了保证较好的硼浆推进效果，对激光推进过程的参数做出以下示例性的要求。
激光功率为20～40W，例如但不限于为20W、30W和40W中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
激光功率百分比为70～90％，例如但不限于为70％、80％和90％中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
激光扫描速度为20～30m/s，例如但不限于20m/s、25m/s和30m/s中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
激光扫描次数为2～4次，例如为2次、3次或4次。
发明人研究发现，如果仅在预设区域印刷硼浆，在推进硼浆时，易导致硼浆线与激光线、正电极对不齐的问题，从而会影响第一掺杂区位置的准确性，进而影响第一掺杂区发挥降低接触电阻的作用。
基于上述研究发现，可选地，在硅片正面印刷硼浆时，在硅片正面的整个表面印刷硼浆；在形成第一掺杂区时，在硅片正面选择印刷有硼浆的一部分区域作为预设区域。也就是说，选择整个硼浆印刷面的其中一部分作为预设区域。
可以理解的是，由于硼浆印刷面的剩余部分的硼浆残余在硅片正面，在太阳能制备的后续工序中，还包括对剩余部分的硼浆进行去除，即对与第二掺杂区对应的硼浆进行去除。
基于去除了硼硅玻璃再印刷硼浆的实施例，作为示例，在太阳能电池的正面形成选择性发射极的步骤还包括：在形成第一掺杂区后，在硅片正面重新形成硼硅玻璃。也就是说，在硅片正面的预设区域通过激光将硼浆推进硅片正面的P型掺杂部位形成第一掺杂区后，在选择性发射极的表面重新形成硼硅玻璃。
由于在太阳能电池的制备工艺中，在制备完成发射极的后续操作中，通常还会进行RCA清洗操作。上述技术方案中，在制备完成选择性发射极后重新形成硼硅玻璃，能有效防止RCA清洗操作时对正面造成过刻，能有效保护正面的选择性发射极等结构。
可选地，重新形成硼硅玻璃的操作包括：先沉积厚度为50～100nm的氧化硅，然后在900～1300℃的温度条件下加热30～60min。
氧化硅的沉积厚度例如但不限于为50nm、60nm、70nm、80nm、90nm和100nm中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
加热温度例如但不限于为900℃、1000℃、1100℃、1200℃和1300℃中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
加热时间例如但不限于为30min、40min、50min和60min中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
在本申请提供的太阳能电池的制备工艺中，可以根据需要增加制备其他功能结构的步骤，其他功能层结构例如但不限于为减反射绒面、P-N结、隧穿氧化层、多晶硅薄膜、正面减反射膜、背面氢钝化膜等中的至少一种的步骤。
以制备TOPCon电池为例，在太阳能电池的正面形成选择性发射极的步骤之后还包括依次进行的以下步骤：
去除硅片背面的硼硅玻璃、硅片背面和边缘的P-N结以及硅片正面剩余的硼浆；在硅片背面形成掺杂氧化层和非晶硅钝化膜；退火使非晶硅钝化膜的晶体结构转变，以形成多晶硅薄膜；去除形成掺杂氧化层时绕镀到硅片正面的氧化层及退火处理时形成的氧化层，并去除绕镀到硅片正面的非晶硅钝；在硅片正面形成正面钝化膜和正面减反射膜并在硅片背面形成背面氢钝化膜；以及制作电极。
可以理解的是，制作电极包括制作正电极和负电极。其中，在制作正电极时，根据配置要求，将正电极与第一掺杂区电性接触，并使得第二掺杂区位于正电极之间。
本申请上述实施例提供的太阳能电池的制备方法，至少包括以下效果：
1、在太阳能电池的正面形成选择性发射极，能够较好地兼顾俄歇复合、开压、短路电流和填充因子该多方面的性能，使得电池具有较高的转换效率。
2、先去除硅片正面的硼硅玻璃，再在硅片正面印刷硼浆，用很低的能量即可将硼浆推进硅片正面的P型掺杂部位。
3、在硅片正面印刷硼浆时，在硅片正面的整个表面印刷硼浆，在推进硼浆时，有效避免出现硼浆线与激光线、正电极对不齐的问题。
参见图1，第二方面，本申请实施例提供一种太阳能电池100，能够通过上述太阳能电池的制备方法制备得到。
太阳能电池100的正面具有选择性发射110极和正电极120。
选择性发射极110包括第一掺杂区111和第二掺杂区112，第一掺杂区111中P型掺杂的浓度大于第二掺杂区112中P型掺杂浓度.正电极120与第一掺杂区111电性接触。
在硅片正面的整个表面印刷硼浆，该印刷硼浆的整个表面即如图1所示的第一掺杂区111和第二掺杂区112对应的整个区域。
以TOPCon电池为例，TOPCon电池包括层叠分布的负电极、背面氢钝化膜、多晶硅薄膜、掺杂氧化层、N型硅片、选择性发射极110、正面钝化膜、正面减反射膜以及正电极。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种太阳能电池的制备方法，包括：
(1)制绒：选用N型硅片，采用1％的碱液进行制绒，再采用双氧水和碱清洗硅片。
(2)硼扩：采用管式硼扩散炉，利用BCl3在高温下扩散形成轻掺杂P-N结。
(3)去BSG：采用链式HF机去除正面BSG。
(4)硼浆印刷：采用丝网印刷机在硅片表面整面印刷质量浓度7％的硼浆，再采用链氧机在80℃的温度条件下烘干浆料6min。
(5)激光推料：在硼浆印刷区域中与正电极对应的区域作为预设区域，采用纳秒激光设备将预设区域的硼通过激光推进，形成选择性发射极。发射极中，激光推进对应区域为第一掺杂区，未推进激光的区域为第二掺杂区。
其中，激光功率为30W，激光功率百分比为70％，激光扫描速度为30m/s，激光扫描次数为2次。
(6)热氧化：先采用PECVD沉积100nm的氧化硅，再采用管式扩散炉进行900℃、30min热氧化在硅片正面形成BSG。
(7)碱抛：采用链式HF机去除背面硼扩绕镀BSG，再采用槽式碱抛机去除背面和边缘的P-N结及正面轻掺杂区对应的硼浆。
(8)形成背面的掺杂氧化层和非晶硅钝化膜：采用管式PECVD设备在硅片背面实现薄膜沉积。
(9)退火：采用管式退火炉，利用氮气或氧气使沉积的非晶硅钝化膜晶体结构转变，形成多晶硅薄膜。
(10)RCA清洗：采用链式HF机去除步骤(8)中沉积时绕镀到正面的氧化层以及退火过程中生成的氧化层，再采用槽式碱抛机去除正面绕镀非晶硅。
(11)正面氧化铝膜和氮化硅膜沉积：采用PEALD或PECVD方式沉积氧化铝(AlOx)薄膜用于钝化，PECVD沉积氮化硅(SiNx)薄膜用于减反射。
(12)PECVD沉积背面氮化硅膜：采用PECVD沉积SiNx薄膜，用于背膜氢钝化。
(13)丝网印刷正背面浆料，制作电极。其中，正电极与第一掺杂区电性接触。
(14)电注入、测试效率和分选。
实施例2
一种太阳能电池的制备方法，其与实施例1的不同之处在于：
步骤(4)中，硼浆质量浓度为2.5％。
步骤(5)中，激光功率百分比为90％，激光扫描次数为4次。
实施例3
一种太阳能电池的制备方法，其与实施例1的不同之处在于：
步骤(5)中，激光扫描速度为20m/s，激光扫描次数为4次。
实施例4
一种太阳能电池的制备方法，其与实施例1的不同之处在于：
步骤(6)中，沉积厚度为50nm的氧化硅，然后在900℃的温度条件下加热30min。
实施例5
一种太阳能电池的制备方法，其与实施例1的不同之处在于：
步骤(6)中，沉积厚度为50nm的氧化硅，然后在1300℃的温度条件下加热30min。
实施例6
一种太阳能电池的制备方法，其与实施例1的不同之处在于：
步骤(6)中，沉积厚度为50nm的氧化硅，然后在1300℃的温度条件下加热60min。
对比例1
一种太阳能电池的制备方法，包括：
(1)制绒：选用N型硅片，采用1％的碱液进行制绒，再采用双氧水和碱清洗硅片。
(2)硼扩：采用管式硼扩散炉，利用BCl3在高温下扩散形成轻掺杂P-N结。
(3)碱抛：采用链式HF机去除背面硼扩绕镀BSG，再采用槽式碱抛机去除背面和边缘的P-N结。
(4)形成背面的掺杂氧化层和非晶硅钝化膜：采用管式PECVD设备在硅片背面实现薄膜沉积。
(5)退火：采用管式退火炉，利用氮气或氧气使沉积的非晶硅钝化膜晶体结构转变，形成多晶硅薄膜。
(6)RCA清洗：采用链式HF机去除步骤(4)中沉积时绕镀到正面的氧化层以及退火过程中生成的氧化层，再采用槽式碱抛机去除正面绕镀非晶硅。
(7)正面氧化铝膜和氮化硅膜沉积：采用PEALD或PECVD方式沉积氧化铝(AlOx)薄膜用于钝化，PECVD沉积氮化硅(SiNx)薄膜用于减反射。
(8)PECVD沉积背面氮化硅膜：采用PECVD沉积SiNx薄膜，用于背膜氢钝化。
(9)丝网印刷正背面浆料，制作电极。
(10)电注入、测试效率和分选。
试验例
对各实施例和对比例制得的太阳能电池的电性能进行检测。
1、根据结果显示，实施例1～6中制得的太阳能电池，在俄歇复合、开压、短路电流、填充因子和转换效率方面，均具有较好的性能。
2、实施例1和对比例1制得的太阳能电池的电性能测试结果如表1所示。
表1.太阳能电池的电性能测试结果
其中，Eta代表俄歇复合，Voc代表开压，Isc代表短路电流，FF代表填充因子。
根据实施例1、对比例1和表1可知：
实施例1和对比例1的条件在与，实施例1中，增加了实施例1中的步骤(3)～步骤(6)。
从制得的太阳能电池的电性能来看，实施例1和对比例1在保持俄歇复合相当的情况下，开压、短路电流和填充因子均出现提高。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
在太阳能电池的正面形成选择性发射极，所述选择性发射极包括第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区中P型掺杂浓度大于所述第二掺杂区中P型掺杂浓度；
所述太阳能电池的正电极与所述第一掺杂区电性接触。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在太阳能电池的正面形成选择性发射极的步骤包括：
提供形成有P-N结的N型硅片；
然后在所述硅片正面印刷硼浆；
再在所述硅片正面的预设区域将所述硼浆推进所述硅片正面的P型掺杂部位，以形成所述第一掺杂区；以所述P型掺杂部位的剩余区域作为所述第二掺杂区。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硼浆的质量浓度为2.5～7％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述在太阳能电池的正面形成选择性发射极的步骤还包括：
在所述硅片正面印刷所述硼浆之前，去除所述硅片正面的硼硅玻璃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在形成所述第一掺杂区时，采用激光推进所述硼浆；
可选地，激光功率为20～40W，激光功率百分比为70～90％，激光扫描速度为20～30m/s，激光扫描次数为2～4次。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述在太阳能电池的正面形成选择性发射极的步骤还包括：在形成所述第一掺杂区后，在所述硅片正面重新形成硼硅玻璃；
可选地，所述重新形成硼硅玻璃的操作包括：先沉积厚度为50～100nm的氧化硅，然后在900～1300℃的温度条件下加热30～60min。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述硅片正面印刷所述硼浆时，在所述硅片正面的整个表面印刷所述硼浆；
在形成所述第一掺杂区时，在所述硅片正面选择印刷有所述硼浆的一部分区域作为所述预设区域。
8.根据权利要求2～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述在太阳能电池的正面形成选择性发射极的步骤之后还包括依次进行的以下步骤：
去除所述硅片背面的硼硅玻璃、所述硅片背面和边缘的P-N结以及所述硅片正面剩余的所述硼浆；
在所述硅片背面形成掺杂氧化层和非晶硅钝化膜；
退火使所述非晶硅钝化膜的晶体结构转变，以形成多晶硅薄膜；
去除形成所述掺杂氧化层时绕镀到所述硅片正面的氧化层及所述退火处理时形成的氧化层，并去除绕镀到所述硅片正面的非晶硅；
在所述硅片正面形成正面钝化膜和正面减反射膜，并在所述硅片背面形成背面氢钝化膜；以及
制作电极。
9.根据权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一掺杂区为重掺杂区，所述第二掺杂区为轻掺杂区。
10.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池的正面具有选择性发射极和正电极；
所述选择性发射极包括第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区中P型掺杂的浓度大于所述第二掺杂区中P型掺杂浓度；
所述正电极与所述第一掺杂区电性接触。
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