CN115394863A - 一种太阳电池及其制备方法 - Google Patents
一种太阳电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115394863A CN115394863A CN202211201633.XA CN202211201633A CN115394863A CN 115394863 A CN115394863 A CN 115394863A CN 202211201633 A CN202211201633 A CN 202211201633A CN 115394863 A CN115394863 A CN 115394863A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- doped
- silicon nitride
- solar cell
- nitride film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 84
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 50
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 167
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 63
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 32
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 32
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 27
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 17
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 16
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 16
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 6
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 abstract description 21
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 11
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101001073212 Arabidopsis thaliana Peroxidase 33 Proteins 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101001123325 Homo sapiens Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-beta Proteins 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102100028961 Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-beta Human genes 0.000 description 2
- 239000005922 Phosphane Substances 0.000 description 2
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000064 phosphane Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 235000013842 nitrous oxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1856—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising nitride compounds, e.g. GaN
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本申请实施例提供一种太阳电池及其制备方法，涉及光伏领域。太阳电池包括晶硅基体，晶硅基体的正面上依次设置有正面氧化铝薄膜和正面氮化硅薄膜，最外层设置有正面金属电极；晶硅基体的背面上依次设置有掺杂氧化硅层、掺杂多晶硅薄膜、背面氧化铝薄膜和背面氮化硅薄膜，最外层设置有背面金属电极。该电池结构基于超薄的掺杂poly‑Si薄膜，减少了掺杂poly‑Si对近红外光的寄生吸收，降低了太阳电池的电流损失；同时掺杂poly‑Si薄膜与背面氮化硅薄膜之间存在致密的氧化铝薄膜，用于减少背面金属浆料对掺杂poly‑Si的损伤，保证钝化接触性能。
Description
技术领域
本申请涉及光伏领域，具体而言，涉及一种太阳电池及其制备方法。
背景技术
近些年，钝化接触技术逐渐广泛应用在晶体硅太阳电池中，其基本方法是采用超薄氧化隧穿层与掺杂多晶硅(poly-Si)薄膜作为太阳电池背面的钝化层与金属接触层，金属电极与重掺杂的掺杂poly-Si薄膜形成欧姆接触，从而降低金属复合，提升电池性能。N型隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池，是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触技术的太阳电池，是由德国Fraunhofer研究所的Frank Feldmann博士在2013年提出的电池概念。在TOPCon太阳电池结构中，高掺杂浓度的多晶硅(poly-Si)与晶体硅的电子准费米能级差异，致使n-Si界面能带向下弯曲，界面电子势垒低，有利于界面电子积累，同时阻挡空穴到达SiO2/Si界面，实现电子选择收集，有效地降低了背面电子空穴对的复合；同时，高掺杂浓度的poly-Si还具有一定的吸杂效应，大大提高了钝化效果，从而提高太阳电池的开路电压。
大规模工业化生产隧穿氧化钝化接触(TOPCon)太阳电池大多采用丝网印刷金属浆料，再通过高温烧结的方法来实现金属化。但是在高温烧结过程中，部分金属浆料会穿透掺杂poly-Si薄膜达到晶硅基体，对其隧穿钝化效果造成一定的负面影响。目前，拓宽金属浆料烧结窗口的主要方式是增加掺杂poly-Si薄膜的厚度，行业内已量产的TOPCon太阳电池中多晶硅薄膜的厚度范围是100-200nm。然而增厚的掺杂poly-Si薄膜存在对近红外光谱寄生吸收的问题，这部分光谱被掺杂多晶硅吸收但不会激发出电子空穴对，造成太阳电池对太阳光的利用率降低，掺杂poly-Si薄膜的厚度越大，导致的寄生吸收电流损失越大，太阳电池对长波的利用率越低，最终结果是TOPCon电池的短路电流也越低。因此，增加掺杂poly-Si薄膜的厚度虽然保护了隧穿氧化层和多晶硅的钝化效果，但牺牲了太阳电池的部分短路电流，造成了部分短路电流的损失。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种太阳电池及其制备方法，该电池结构基于超薄的掺杂poly-Si薄膜，减少了掺杂poly-Si对近红外光的寄生吸收，降低了太阳电池的电流损失；同时掺杂poly-Si薄膜与背面氮化硅薄膜之间存在致密的氧化铝薄膜，用于减少背面金属浆料对掺杂poly-Si的损伤，保证钝化接触性能。
第一方面，本申请实施例提供了一种太阳电池，其包括晶硅基体，晶硅基体的正面上依次设置有正面氧化铝薄膜和正面氮化硅薄膜，最外层设置有正面金属电极，正面金属电极依次穿过正面氮化硅薄膜和正面氧化铝薄膜，并与晶硅基体形成接触；
晶硅基体的背面上依次设置有掺杂氧化硅层、掺杂多晶硅薄膜、背面氧化铝薄膜和背面氮化硅薄膜，最外层设置有背面金属电极，背面金属电极依次穿过背面氮化硅薄膜和背面氧化铝薄膜，并与掺杂多晶硅薄膜形成接触。
在上述技术方案中，可以减小掺杂多晶硅(poly-Si)薄膜的厚度，使得poly-Si对近红外光的寄生吸收显著降低，从而大幅度增加了太阳电池的短路电流，最终带来电池效率的提升；同时掺杂poly-Si薄膜与背面氮化硅(SiNx)薄膜之间还存在一层致密的背面氧化铝(AlOx)薄膜，即制备双面AlOx薄膜的电池结构。这样的电池结构大大降低了太阳电池(TOPCon电池)的poly-Si的近红外寄生吸收，同时在丝网印刷时，致密的背面AlOx薄膜能够对金属浆料的烧穿起到一定的阻挡作用，能够有效地降低金属浆料对poly-Si的破坏；而背面AlOx薄膜的存在不会降低背面poly-Si薄膜的钝化作用，在保证背面钝化性能的同时，降低了金属浆料对poly-Si的破坏，拓宽了太阳电池(TOPCon电池)背面金属化和烧结的工艺窗口。
在一种可能的实现方式中，掺杂多晶硅薄膜的厚度为5-50nm；
和/或，掺杂氧化硅层的厚度为1-2nm。
在上述技术方案中，掺杂多晶硅(poly-Si)薄膜的厚度为5-50nm，远低于行业内常规poly-Si薄膜100-200nm的膜厚，使得poly-Si对近红外光的寄生吸收显著降低，从而大幅度增加了太阳电池的短路电流，最终带来电池效率的提升。
在一种可能的实现方式中，背面氧化铝薄膜的厚度为1-8nm；
和/或，正面氧化铝薄膜的厚度为3-8nm。
在上述技术方案中，由于太阳电池的背面掺杂poly-Si薄膜和背面SiNx薄膜134之间存在一层厚度为1-8nm的致密AlOx薄膜，有效地降低了背面金属浆料对poly-Si的腐蚀烧穿作用，保护掺杂氧化硅(SiO2)层、掺杂poly-Si薄膜不被浆料烧穿，使得其钝化性能不被破坏，避免了太阳电池开路电压的大幅度降低。如果背面氧化铝薄膜的厚度太小，则无法达到保护效果；如果背面氧化铝薄膜的厚度太大，则可能导致金属浆料无法烧穿AlOx薄膜与掺杂多晶硅薄膜形成金属接触，造成接触性能较差，电池的填充因子FF较低。
在一种可能的实现方式中，正面氮化硅薄膜的厚度为70-100nm；
和/或，背面氮化硅薄膜的厚度为70-100nm。
在一种可能的实现方式中，晶硅基体包括N型硅片，N型硅片的正面为绒面，背面为抛光面，且绒面上设置有硼扩散层，正面氧化铝薄膜设置于硼扩散层上，正面金属电极与硼扩散层形成接触，掺杂氧化硅层设置于抛光面上。
在上述技术方案中，能够形成TOPCon电池。
第二方面，本申请实施例提供了一种太阳电池的制备方法，其包括以下步骤：
在晶硅基体的正面上依次形成正面氧化铝薄膜和正面氮化硅薄膜，在晶硅基体的背面上依次形成掺杂氧化硅层、掺杂多晶硅薄膜、背面氧化铝薄膜和背面氮化硅薄膜；
分别在正面氮化硅薄膜、背面氮化硅薄膜上丝网印刷金属浆料，先后制作背面金属电极和正面金属电极。
在一种可能的实现方式中，掺杂多晶硅薄膜的制备方式为低压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积。
在一种可能的实现方式中，正面氧化铝薄膜和背面氧化铝薄膜采用相同的制备方式同时沉积形成，或者采用不同的制备方式分别沉积形成，制备方式为原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积或等离子增强原子层沉积。
在一种可能的实现方式中，正面氮化硅薄膜和背面氮化硅薄膜采用相同的方式同时沉积形成，制备方式为等离子体增强化学气相沉积。
在一种可能的实现方式中，晶硅基体的制备方法包括以下步骤：
将N型硅片进行制绒；
利用BCl3在900-1050℃下在制绒后的N型硅片表面硼扩，形成硼扩散层；
碱抛去除背面和边缘的硼扩散层。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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电池的结构示意图。
图标：100-TOPCon电池；110-N型硅片；111-硼扩散层；121-正面AlOx薄膜；122-正面SiNx薄膜；131-掺杂氧化硅层；132-掺杂多晶硅薄膜；133-背面AlOx薄膜；134-背面SiNx薄膜；140-正面金属电极；150-背面金属电极。
具体实施方式
相比于目前已大规模量产的发射极和背面钝化(PERC)电池，TOPCon电池具有更好的光电转换效率，且与PERC电池产线兼容度高，只需增加硼扩散设备、多晶硅薄膜沉积设备和去绕镀清洗设备即可完成整线升级改造。所以TOPCon电池是一种极具前途的高效晶硅太阳电池技术，并且于近两年开始逐步在国内实现产业化。
而传统的TOPCon电池无法同时解决多晶硅薄膜金属浆料烧穿与近红外光寄生吸收的问题，本申请主要是在传统的TOPCon电池结构基础上，使用5-50nm的超薄N型多晶硅薄膜以及在背面额外增加一层AlOx薄膜，就可以同时解决多晶硅薄膜金属浆料烧穿与近红外光寄生吸收的问题。
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。
下面对本申请实施例的太阳电池及其制备方法进行具体说明。
请参看图1所示，本申请实施例提供一种太阳电池，具体为TOPCon电池100，该电池结构包括：N型硅片110，N型硅片110的正面为绒面，背面为抛光面，且绒面上设置有硼扩散层111(P型掺杂层，用作发射极)；N型硅片110正面的硼扩散层111上依次设置有正面氧化铝薄膜(正面AlOx薄膜121，用作钝化膜)和正面氮化硅薄膜(正面SiNx薄膜122，用作钝化减反膜)，最外层设置有正面金属电极140，正面金属电极140依次穿过正面SiNx薄膜122和正面AlOx薄膜121，并与硼扩散层111形成接触；N型硅片110背面上依次设置有掺杂氧化硅层131、掺杂多晶硅薄膜132(掺杂poly-Si薄膜)、背面氧化铝薄膜(背面AlOx薄膜133，用作钝化膜)和背面氮化硅薄膜(背面SiNx薄膜134，用作钝化膜)，最外层设置有背面金属电极150，背面金属电极150依次穿过背面SiNx薄膜134和背面AlOx薄膜133，并与掺杂多晶硅薄膜132形成接触。
其中，正面氧化铝薄膜的厚度通常为3-8nm；正面氮化硅薄膜的厚度通常为70-100nm；掺杂氧化硅层的厚度通常为1-2nm；掺杂多晶硅薄膜132的厚度通常为5-50nm，是超薄的掺杂多晶硅薄膜132；背面氧化铝薄膜的厚度通常为1-8nm；背面氮化硅薄膜的厚度通常为70-100nm。
本申请实施例还提供一种太阳电池的制备方法，其包括以下步骤：
一、在晶硅基体的正面上依次形成正面氧化铝薄膜和正面氮化硅薄膜，在晶硅基体的背面上依次形成掺杂氧化硅层131、掺杂多晶硅薄膜132、背面氧化铝薄膜和背面氮化硅薄膜。作为一种实施方法，该步骤的具体过程如下：
(1)制绒：将N型硅片110，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：将经过步骤(1)的硅片放入硼扩散炉内，利用BCl3、在900-1050℃下，在硅片表面扩散形成p-n结，即硼扩散层111。
(3)碱抛：采用链式氢氟酸(HF)设备去除经过步骤(2)的硅片背面硼扩散绕度形成的硼硅玻璃(BSG)，再通过机械手转入槽式碱抛机内，利用碱刻蚀去除背面和边缘的p-n结(硼扩散层111)。
(4)SiO2/poly-Si沉积：采用低压化学气相沉积(LPCVD，low pressure chemicalvapor deposition)或者等离子体增强化学气相沉积(PECVD，plasma enhanced chemicalvapor deposition)的制备方式，依次在经过步骤(3)的硅片背面生成厚度1-2nm的掺杂氧化硅层131和厚度5-50nm的掺杂非晶硅薄膜。
(5)退火：采用管式退火炉，对经过步骤(4)的硅片进行退火，退火气体氛围为氮气(N2)或氧气(O2)，温度为600-1000℃，时间为10-60分钟，使得沉积的非晶硅薄膜晶体结构转变，形成掺杂多晶硅薄膜132，即掺杂poly-Si薄膜。
(6)RCA清洗：将经过步骤(5)的硅片，先通过链式HF设备，去除正面绕镀和退火过程中生成的氧化层，随后转入碱槽去除正面的poly-Si绕镀层。
(7)正面和背面的AlOx沉积：采用原子层沉积(ALD，atomic layer deposition)、等离子体增强化学气相沉积方式(PECVD)或者等离子增强原子层沉积(PEALD，plasmaenhanced atomic layer deposition)的制备方式，在经过步骤(6)的硅片正背面沉积形成正面AlOx薄膜121、背面AlOx薄膜133，即电池结构的正面和背面都具有AlOx钝化层。
正面AlOx薄膜121以及背面AlOx薄膜133可以采用同一种制备方式一次性制备，也可以采用不同制备方式分两次单独制备，其中正面AlOx薄膜121的厚度为3-8nm，背面AlOx薄膜133的厚度为1-8nm。
(8)正面和背面的SiNx沉积：采用PECVD的制备方式，在经过步骤(7)的硅片正背面沉积形成正面SiNx薄膜122和背面SiNx薄膜134，正面SiNx薄膜122和背面SiNx薄膜134可以一次性制备或者分两次单独制备，它们的厚度均为70-100nm。
二、分别在正面氮化硅薄膜、背面氮化硅薄膜上丝网印刷金属浆料，先后制作背面金属电极150和正面金属电极140。
三、光注入、测试效率和分选。
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
本实施例提供一种TOPCon电池100，其采用PECVD方式制备背面的掺杂SiO2层和掺杂多晶硅薄膜132，并且采用ALD方式制备双面AlOx薄膜：正面AlOx薄膜121和背面AlOx薄膜133，具体方法如下：
(1)制绒：采用N型硅片110，采用1％的碱液进行制绒，再采用双氧水和碱进行清洗硅片。
(2)硼扩：放入硼扩散炉，利用BCl3、在1030℃下扩散形成p-n结。
(3)碱抛：采用链式HF机去除背面硼扩散绕度形成的BSG，再通过机械手转入槽式碱抛机，去除背面和边缘的p-n结，保留硅片正面的p-n结，即硼扩散层111。
(4)SiO2/poly-Si沉积：采用PECVD的方式，在380℃温度下通入笑气(N2O)，通过等离子体反应在背面生成厚度1.5nm的掺杂氧化硅层131；随后升温至430℃，通入硅烷(SiH4)、磷烷(PH3)和氢气(H2)，通过等离子体反应继续生成厚度40nm的掺磷非晶硅薄膜，最后通入SiH4和N2O生成厚度20nm的掩膜SiO2层。
(5)退火：采用管式退火炉，进行退火，退火气体氛围为氮气N2，温度为900℃，时间为30分钟，使得沉积的非晶硅薄膜晶体结构转变，形成厚度40nm的掺杂多晶硅薄膜132。
(6)RCA清洗：先经过链式HF设备，去除正面绕镀和退火过程中生成的氧化层，随后转入碱槽去除正面poly-Si绕镀层，最后通过槽式HF去除正背面的氧化层(包括BSG、PSG和掩膜SiO2层)。
(7)正面和背面的AlOx沉积：采用ALD方式，在250℃下通入三甲基铝(TMA)和水(H2O)，采用单片插片方式，发生周期式循环反应，同时沉积正面AlOx薄膜121和背面AlOx薄膜133。由于硅片正背面形貌的差异(正面为绒面结构，背面为抛光面结构)，正面AlOx薄膜121的厚度为3.5nm，背面AlOx薄膜133的厚度为5nm。
(8)依次利用PECVD方式沉积正面SiNx薄膜122和背面SiNx薄膜134，其中正面SiNx薄膜122的厚度为85nm，背面SiNx薄膜134的厚度为95nm。
(9)丝网印刷正背面金属浆料，先后制作背面金属电极150和正面金属电极140，使背面金属电极150与掺杂多晶硅薄膜132接触，正面金属电极140与硼扩散层111接触。
(10)光注入、测试效率和分选。
实施例2
本实施例提供一种TOPCon电池100，其与实施例1的不同在于：步骤(7)中采用不同方式沉积正面AlOx薄膜121和背面AlOx薄膜133，正面AlOx薄膜121使用ALD方式沉积形成，背面AlOx薄膜133采用PECVD的方式沉积形成，具体方法是：采用背靠背双插的插片方式，在250℃下ALD炉管内通入三甲基铝(TMA)和水(H2O)，发生周期式循环反应，利用ALD在正面生成正面AlOx薄膜121，厚度为3.5nm；随后移至PECVD炉管内，在200℃下通入一定量的TMA和N2O，通过等离子体反应在背面生成背面AlOx薄膜133，厚度为5nm。
实施例3
本实施例提供一种TOPCon电池100，其与实施例1的不同在于：步骤(7)中采用不同方式沉积正面AlOx薄膜121和背面AlOx薄膜133，正面AlOx薄膜121使用ALD方式沉积形成，背面AlOx薄膜133采用PEALD的方式沉积形成，具体方法是：采用电池片背靠背双插的插片方式，在250℃下ALD炉管内通入三甲基铝(TMA)和水(H2O)，发生周期式循环反应，利用ALD在正面生成正面AlOx薄膜121，厚度为3.5nm；随后移至PEALD炉管内，在200℃下通入一定量的TMA和O2，采用PEALD方式，发生等离子增强周期式循环反应，生成背面AlOx薄膜133，厚度为5nm。
实施例4
本实施例提供一种TOPCon电池100，其与实施例3的不同在于：步骤(7)中正面AlOx薄膜121和背面AlOx薄膜133的沉积膜厚不同，正面AlOx薄膜121使用ALD方式沉积形成，厚度为3.5nm；背面AlOx薄膜133采用PEALD的方式沉积制备，厚度增加为7nm，进一步增强对背面掺杂多晶硅薄膜132的保护作用，降低金属浆料对poly-Si的腐蚀作用。
实施例5
本实施例提供一种TOPCon电池100，其与实施例1的不同在于：步骤(4)的SiO2/poly-Si沉积采用LPCVD方式：在600℃温度下，LPCVD炉管内通入一定量的O2生成掺杂氧化硅层131，随后通入SiH4、PH3生成掺磷非晶硅薄膜，随后通过N2退火生成厚度40nm的掺杂多晶硅薄膜132。
实施例6
本实施例提供一种TOPCon电池100，其与实施例1的不同在于：背面AlOx薄膜133的厚度为0.5nm。
实施例7
本实施例提供一种TOPCon电池100，其与实施例1的不同在于：背面AlOx薄膜133的厚度为10nm。
对比例1
本对比例提供一种TOPCon电池，其与实施例1的不同在于：掺杂多晶硅薄膜的厚度为150nm，且取消背面AlOx薄膜的形成过程，即未设置背面AlOx薄膜。
对比例2
本对比例提供一种TOPCon电池，其与实施例1相比，掺杂多晶硅薄膜的厚度同样为40nm，不同在于：本对比例取消背面AlOx薄膜的形成过程，即未设置背面AlOx薄膜。
表1实施例和对比例的TOPCon电池电性能参数表
如上表1所示，实施例1制备的基于40nm掺杂poly-Si薄膜、双面AlOx薄膜的TOPCon电池，平均光电转换效率达到24.51％，其中开路电压Voc达到715.4mV，短路电流Isc达到18.12A，填充因子FF达到83.35％。
实施例1相对于对比例1制备的基于150nm掺杂poly-Si薄膜、背面无AlOx薄膜的TOPCon电池，背面寄生吸收降低，短路电流Isc高出了100mA，开路电压Voc略低0.5mV，填充因子FF略低0.21％，最终太阳电池的光电转换效率相比于对比例1提高了0.06％。
另外，实施例1相对于对比例2制备的基于40nm掺杂poly-Si薄膜、背面无AlOx薄膜的TOPCon电池，平均效率高出了0.12％，其中Voc提高了2.8mV，Isc略高20mA，FF略低0.04％，表明背面AlOx薄膜的存在能够有效降低金属浆料对超薄poly-Si的腐蚀破坏，对电池的钝化效果起到了显著的保护作用，保证Voc不会大幅度降低。
综上所述，本申请实施例的太阳电池基于超薄的掺杂poly-Si薄膜，减少了掺杂poly-Si对近红外光的寄生吸收，降低了太阳电池的电流损失；同时掺杂poly-Si薄膜与背面氮化硅薄膜之间存在致密的氧化铝薄膜，用于减少背面金属浆料对掺杂poly-Si的损伤，保证钝化接触性能。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳电池，其特征在于，其包括晶硅基体，所述晶硅基体的正面上依次设置有正面氧化铝薄膜和正面氮化硅薄膜，最外层设置有正面金属电极，所述正面金属电极依次穿过所述正面氮化硅薄膜和所述正面氧化铝薄膜，并与所述晶硅基体形成接触；
所述晶硅基体的背面上依次设置有掺杂氧化硅层、掺杂多晶硅薄膜、背面氧化铝薄膜和背面氮化硅薄膜，最外层设置有背面金属电极，所述背面金属电极依次穿过背面氮化硅薄膜和背面氧化铝薄膜，并与所述掺杂多晶硅薄膜形成接触。
2.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述掺杂多晶硅薄膜的厚度为5-50nm；
和/或，所述掺杂氧化硅层的厚度为1-2nm。
3.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述背面氧化铝薄膜的厚度为1-8nm；
和/或，所述正面氧化铝薄膜的厚度为3-8nm。
4.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述正面氮化硅薄膜的厚度为70-100nm；
和/或，所述背面氮化硅薄膜的厚度为70-100nm。
5.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述晶硅基体包括N型硅片，所述N型硅片的正面为绒面，背面为抛光面，且所述绒面上设置有硼扩散层，所述正面氧化铝薄膜设置于所述硼扩散层上，所述正面金属电极与所述硼扩散层形成接触，所述掺杂氧化硅层设置于所述抛光面上。
6.一种太阳电池的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
在晶硅基体的正面上依次形成正面氧化铝薄膜和正面氮化硅薄膜，在晶硅基体的背面上依次形成掺杂氧化硅层、掺杂多晶硅薄膜、背面氧化铝薄膜和背面氮化硅薄膜；
分别在所述正面氮化硅薄膜、所述背面氮化硅薄膜上丝网印刷金属浆料，先后制作背面金属电极和正面金属电极。
7.根据权利要求6所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述掺杂多晶硅薄膜的制备方式为低压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积。
8.根据权利要求6所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述正面氧化铝薄膜和所述背面氧化铝薄膜采用相同的制备方式同时沉积形成，或者采用不同的制备方式分别沉积形成，所述制备方式为原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积或等离子增强原子层沉积。
9.根据权利要求6所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述正面氮化硅薄膜和所述背面氮化硅薄膜采用相同的制备方式同时沉积形成，所述制备方式为等离子体增强化学气相沉积。
10.根据权利要求6所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述晶硅基体的制备方法包括以下步骤：
将N型硅片进行制绒；
利用BCl3在900-1050℃下在制绒后的N型硅片表面硼扩，形成硼扩散层；
碱抛去除背面和边缘的硼扩散层。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211201633.XA CN115394863A (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 一种太阳电池及其制备方法 |
| PCT/CN2023/115806 WO2024066884A1 (zh) | 2022-09-29 | 2023-08-30 | 太阳电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211201633.XA CN115394863A (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 一种太阳电池及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115394863A true CN115394863A (zh) | 2022-11-25 |
Family
ID=84129117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211201633.XA Pending CN115394863A (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 一种太阳电池及其制备方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115394863A (zh) |
| WO (1) | WO2024066884A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117457805A (zh) * | 2023-12-25 | 2024-01-26 | 正泰新能科技股份有限公司 | 一种TOPCOn电池及其制备方法、光伏组件 |
| WO2024066884A1 (zh) * | 2022-09-29 | 2024-04-04 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 太阳电池及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN213519984U (zh) * | 2020-12-10 | 2021-06-22 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 太阳能电池 |
| CN113611756A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-05 | 东方日升（常州）新能源有限公司 | 一种N型TOPCon电池及其制备方法 |
| US20220115545A1 (en) * | 2020-10-08 | 2022-04-14 | United Renewable Energy Co., Ltd. | Tunnel oxide passivated contact solar cell |
| CN114551606A (zh) * | 2021-09-16 | 2022-05-27 | 晶科能源(海宁)有限公司 | 一种太阳能电池、光伏组件 |
| CN216871997U (zh) * | 2021-12-29 | 2022-07-01 | 青海黄河上游水电开发有限责任公司西宁太阳能电力分公司 | 一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池 |
| CN114975643A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-08-30 | 韩华新能源（启东）有限公司 | N-TOPCon光伏太阳能电池制备方法及太阳能电池 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101580220B1 (ko) * | 2014-07-08 | 2015-12-24 | 현대중공업 주식회사 | 양면 알루미늄 산화막과 패턴된 후면전극을 사용한 태양전지의 제조방법 및 그에 의한 태양전지 |
| CN115050843A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-09-13 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 隧穿氧化层钝化接触电池背面结构及其制备方法和应用 |
| CN115394863A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-25 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 一种太阳电池及其制备方法 |
-
2022
- 2022-09-29 CN CN202211201633.XA patent/CN115394863A/zh active Pending
-
2023
- 2023-08-30 WO PCT/CN2023/115806 patent/WO2024066884A1/zh unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220115545A1 (en) * | 2020-10-08 | 2022-04-14 | United Renewable Energy Co., Ltd. | Tunnel oxide passivated contact solar cell |
| CN213519984U (zh) * | 2020-12-10 | 2021-06-22 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 太阳能电池 |
| CN113611756A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-05 | 东方日升（常州）新能源有限公司 | 一种N型TOPCon电池及其制备方法 |
| CN114551606A (zh) * | 2021-09-16 | 2022-05-27 | 晶科能源(海宁)有限公司 | 一种太阳能电池、光伏组件 |
| CN216871997U (zh) * | 2021-12-29 | 2022-07-01 | 青海黄河上游水电开发有限责任公司西宁太阳能电力分公司 | 一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池 |
| CN114975643A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-08-30 | 韩华新能源（启东）有限公司 | N-TOPCon光伏太阳能电池制备方法及太阳能电池 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024066884A1 (zh) * | 2022-09-29 | 2024-04-04 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 太阳电池及其制备方法 |
| CN117457805A (zh) * | 2023-12-25 | 2024-01-26 | 正泰新能科技股份有限公司 | 一种TOPCOn电池及其制备方法、光伏组件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024066884A1 (zh) | 2024-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113972302B (zh) | TOPCon电池及其制备方法和电器设备 | |
| CN108963005B (zh) | 一种新型复合结构全背面异质结太阳电池及制备方法 | |
| CN111628052B (zh) | 一种钝化接触电池的制备方法 | |
| CN112310231A (zh) | 具有隧穿钝化的p型晶体硅太阳能电池及其制备方法 | |
| CN115394863A (zh) | 一种太阳电池及其制备方法 | |
| US20100258168A1 (en) | Silicon-based dielectric stack passivation of si-epitaxial thin-film solar cells | |
| CN114520276B (zh) | 钝化接触电池及其制备工艺 | |
| CN112820793A (zh) | 太阳能电池及其制备方法 | |
| CN112599636B (zh) | 一种晶体硅太阳能电池的制备方法及晶体硅太阳能电池 | |
| WO2024066207A1 (zh) | 一种新型太阳能电池及其制作方法 | |
| CN112490325A (zh) | 一种太阳能电池的制备方法 | |
| CN115458612A (zh) | 一种太阳电池及其制备方法 | |
| WO2023092977A1 (zh) | 制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法及TOPCon电池 | |
| WO2024060933A1 (zh) | 太阳电池及其制备方法 | |
| CN116666479B (zh) | 一种双面发电的高效选择性发射极晶硅电池及其制备方法 | |
| CN117199186A (zh) | 一种N-TOPCon电池的制作方法 | |
| CN218160392U (zh) | 一种太阳能电池 | |
| CN110534614B (zh) | 一种p型晶体硅电池的制备方法 | |
| CN112466960A (zh) | 太阳能电池结构及其制备方法 | |
| CN114335237A (zh) | 一种晶体硅太阳能电池的制备方法及晶体硅太阳能电池 | |
| CN114597267A (zh) | 一种TOPCon电池及其制备方法 | |
| CN111755563B (zh) | 一种p型单晶硅硼背场双面电池及其制备方法 | |
| CN114583016A (zh) | 一种TOPCon电池及其制备方法 | |
| CN114023636A (zh) | 一种硼扩SE结构的高效N型TOPCon电池制作方法 | |
| CN111477696A (zh) | 一种基于钝化接触的太阳能电池片及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |