CN115763609A - 一种隧穿型背接触异质结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

一种隧穿型背接触异质结太阳能电池及其制作方法 Download PDF

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谢志刚
张超华
廖培灿
黄晓狄
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Abstract

本发明涉及一种隧穿型背接触异质结太阳能电池的制作方法，硅片背面划分为第一半导体区、第二半导体区以及位于第一半导体区和第二半导体区之间的隔离区；该制作方法包括如下步骤，A.在硅片背面形成背面钝化层；B.在背面钝化层上形成绝缘膜层；C.去除第一半导体区上的绝缘膜层，以形成第一半导体区开口；D.在硅片背面形成第一导电型的第一半导体膜层；E.去除第二半导体区上的第一半导体层和绝缘膜层，以形成第二半导体区开口；F.在硅片背面形成第二导电型的第二半导体膜层。本发明的目的在于提供一种隧穿型背接触异质结太阳能电池及其制作方法，其能极大缩短制造流程，生产成本降低。

Description

一种隧穿型背接触异质结太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种隧穿型背接触异质结太阳能电池及其制作方法。
背景技术
背接触太阳能电池，其电极全部分布在背面即P极和N极交叉排列于电池背面，分别收集晶体硅光伏效应产生的光生载流子，电池正面没有任何电极栅线遮挡产生的光学损失，可有效增加电池的短路电流，极大提高转换效率。但背接触太阳能电池存在工艺流程复杂冗长，在背面形成交叉排列的N型区和P型区需要完全隔离绝缘，生产中需要多次进行掩膜操作和严苛的对位要求，严重影响提产降耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧穿型背接触异质结太阳能电池及其制作方法，其能极大缩短制造流程，生产成本降低。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种隧穿型背接触异质结太阳能电池的制作方法，硅片背面划分为第一半导体区、第二半导体区以及位于第一半导体区和第二半导体区之间的隔离区；该制作方法包括如下步骤，
A.在硅片背面形成背面钝化层；
B.在背面钝化层上形成绝缘膜层；
C.去除第一半导体区上的绝缘膜层，以形成第一半导体区开口；
D.在硅片背面形成第一导电型的第一半导体膜层；
E.去除第二半导体区上的第一半导体层和绝缘膜层，以形成第二半导体区开口；
F.在硅片背面形成第二导电型的第二半导体膜层。
一种隧穿型背接触异质结太阳能电池，它包括背面形成背面钝化层的硅片；所述硅片背面划分为第一半导体区、第二半导体区以及位于第一半导体区和第二半导体区之间的隔离区；所述位于隔离区的背面钝化层上设有绝缘膜层；所述绝缘膜层和位于第一半导体区的背面钝化层上设有第一半导体膜层；所述第一半导体膜层上和位于第二半导体区的背面钝化层上都由里及表依次设有第二半导体膜层和导电膜层；所述位于隔离区的导电膜层开设有对第一半导体区和第二半导体区进行绝缘隔离的隔离槽。
较之现有技术而言，本发明的优点在于：采用第一半导体膜层和第二半导体膜层叠设的隧穿型结构，减少制作过程中多次掩膜对位和清洗的复杂性，有效提升产能，降低生产成本，适用于大规模量产需求。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构简图。
图2是本发明一种实施例的制作流程图。
图3是本发明实施例中硅片清洗后的示意性截面图，正面金字塔绒面省略未画出。
图4是本发明实施例中沉积背面本征非晶硅层后的示意性截面图。
图5是本发明实施例中沉积正面本征非晶硅层后的示意性截面图。
图6是本发明实施例中沉积正面绝缘层后的示意性截面图。
图7是本发明实施例中沉积背面绝缘层后的示意性截面图。
图8是本发明实施例中形成第一半导体区的开口区域后的示意性截面图。
图9是本发明实施例中沉积N型非晶硅层后的示意性截面图。
图10是本发明实施例中形成第二半导体区的开口区域后的示意性截面图。
图11是本发明实施例中沉积P型微晶硅层后的示意性截面图。
图12是本发明实施例中沉积透明导电层后的示意性截面图。
图13是本发明实施例中沉积在隔离区上进行开槽后的示意性截面图。
图14是本发明实施例中形成第一电极和第二电极后的示意性截面图。
具体实施方式
一种隧穿型背接触异质结太阳能电池的制作方法，硅片背面划分为第一半导体区、第二半导体区以及位于第一半导体区和第二半导体区之间的隔离区；该制作方法包括如下步骤，
A.在硅片背面形成背面钝化层；
B.在背面钝化层上形成绝缘膜层；
C.去除第一半导体区上的绝缘膜层，以形成第一半导体区开口；
D.在硅片背面形成第一导电型的第一半导体膜层；
E.去除第二半导体区上的第一半导体层和绝缘膜层，以形成第二半导体区开口；
F.在硅片背面形成第二导电型的第二半导体膜层；
G.在硅片背面形成导电膜层；
H.对位于隔离区的导电膜层进行开槽，以形成对第一半导体区和第二半导体区进行绝缘隔离的隔离槽。
所述隧穿型背接触异质结太阳能电池的制作方法还包括如下步骤,
I.在第一半导体区的导电膜层上形成第一电极，在第二半导体区的导电膜层上对应形成第二电极。
所述步骤C和/或步骤E的膜层去除方法为激光消融法，所述激光为脉冲式激光，脉冲宽度小于20纳秒。
所述激光的脉冲宽度小于100皮秒，其低能量密度波长在510nm-560nm的绿光。
所述步骤C和/或步骤E的膜层，用激光消融后，使用质量百分比为0.5％-5％的氢氟酸溶液进行浸泡清洗。
所述步骤B的具体方法为，在背面钝化层上形成背面绝缘层，在背面绝缘层上形成激光吸收牺牲层。
所述步骤D的具体方法为，利用LPCVD方法或PECVD方法沉积非晶硅，并在此过程中掺入第一导电型掺杂剂，以形成第一导电型非晶硅层；
所述步骤F的具体方法为，利用LPCVD方法或PECVD方法沉积微晶硅，并在此过程中掺入第二导电型掺杂剂，以形成第二导电型微晶硅层。
所述第一导电型非晶硅层是厚度为
Figure BDA0003974274420000031
的N型非晶硅层；所述第二导电型微晶硅层是厚度为
Figure BDA0003974274420000032
的P型微晶硅层，在其沉积的过程中，硅烷浓度较低，硅烷：硼烷：氢的流量比为1:(2-5):(300-1000)，P型微晶硅层的晶化率为30％以上。或者，所述第一导电型非晶硅层是厚度为
Figure BDA0003974274420000033
的P型非晶硅层；所述第二导电型微晶硅层是厚度为
Figure BDA0003974274420000034
的N型微晶硅层，在其沉积的过程中，硅烷浓度较低，硅烷：磷烷：氢的流量比为1:(3-6):(500-1000)之间，N型微晶硅层的晶化率为50％以上；优选地，为了让隧穿接触中少子载流子能有效传输，P型非晶硅层的厚度应为N型微晶硅层的3-5倍。
一种隧穿型背接触异质结太阳能电池，它包括背面形成背面钝化层的硅片；所述硅片背面划分为第一半导体区、第二半导体区以及位于第一半导体区和第二半导体区之间的隔离区；所述位于隔离区的背面钝化层上设有绝缘膜层；所述绝缘膜层和位于第一半导体区的背面钝化层上设有第一半导体膜层；所述第一半导体膜层上和位于第二半导体区的背面钝化层上都由里及表依次设有第二半导体膜层和导电膜层；所述位于隔离区的导电膜层开设有对第一半导体区和第二半导体区进行绝缘隔离的隔离槽。
在第一半导体区和第二半导体区的导电膜层上对应设置第一电极和第二电极。
所述第一半导体区与第二半导体区呈交叉指状分布。
所述硅片与背面钝化层之间设有金字塔绒面。
所述绝缘膜层的厚度为80nm-1.5um。
所述第一半导体膜层包括第一导电型非晶硅层，所述第二半导体膜层包括第二导电型微晶硅层。
所述第一导电型非晶硅层是厚度为
Figure BDA0003974274420000041
的N型非晶硅层，所述第二导电型微晶硅层是厚度为
Figure BDA0003974274420000042
的P型微晶硅层；或者，所述第一导电型非晶硅层是厚度为
Figure BDA0003974274420000043
的P型非晶硅层，所述第二导电型微晶硅层是厚度为
Figure BDA0003974274420000044
的N型微晶硅层，所述P型非晶硅层的厚度应为N型微晶硅层的3-5倍。
所述硅片为N型单晶硅片或P型单晶硅片。
所述硅片正面由里及表依次设有正面钝化层和正面减反射层。
所述正面减反射层上设有增透减反耐磨层。
所述绝缘膜层包括设于背面钝化层上的第一绝缘层以及设于第一绝缘层上的激光吸收牺牲层。
下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：
如图1至图2所示为本发明提供的一种隧穿型背接触异质结太阳能电池的实施例示意图。
一种隧穿型背接触异质结太阳能电池，其硅片可以为N型单晶硅片，也可以为P型单晶硅片，优选地为N型单晶硅片；所以在下面实施例中，主要针对N型单晶硅片的结构及制作进行举例说明。
以N型单晶硅片为例，其结构如图1所示包括：N型单晶硅片00、正面绝缘层14(即正面减反射层)、正面本征非晶硅层12(即正面钝化层)、背面本征非晶硅层11(即背面钝化层)、背面绝缘层13(即绝缘膜层)、N型非晶硅层21(即第一半导体膜层)、P型微晶硅层22(即第二半导体膜层)、透明导电层31(即导电膜层)、第一电极41、第二电极42；位于隔离区的透明导电层31开设有对第一半导体区和第二半导体区进行绝缘隔离的隔离槽311。
在本实施例的太阳能电池结构中，正面本征非晶硅层12和背面本征非晶硅层11为含氢的非晶硅本征层。背面本征非晶硅层11只需达到钝化效果即可，对于其厚度无特定要求，其厚度可以在
Figure BDA0003974274420000051
之间；正面本征非晶硅层12要求钝化效果的同时，还需避免对入射光的阻挡作用，首选地其厚度控制在
Figure BDA0003974274420000052
之间。
N型非晶硅层21为添加了N型掺杂剂的非晶硅半导体层；P型微晶硅层22为添加了P型掺杂剂的微晶硅半导体层，其掺杂浓度为1019-1020cm-3，其膜层具有高浓度掺杂，高导电性能的特点。优选地，N型非晶硅层21的厚度为
Figure BDA0003974274420000053
P型微晶硅层的厚度为
Figure BDA0003974274420000054
N型非晶硅层21上面都叠加了P型微晶硅层22，使得二者形成了隧穿层，电子将从N型非晶硅层21隧穿至P型微晶硅层22，再从透明导电层31和电极导出，从而可减少了制作过程中多次掩膜及刻蚀带来的性能损伤与对位的复杂性。
电池的正面设有兼具作为防护膜功能与减反射膜功能的正面绝缘层14，可由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等形成的多层膜的层叠体构成，正面绝缘层14为80nm-1.5um，其厚度可根据要赋予的反射防护特性等而适当地设定。
所述隧穿型背接触异质太阳能电池的制造方法，如图2至14所示，具体如下：
(1)在步骤S1中，首先准备N型单晶硅片00。在步骤S1中，对硅片00的正背面进行清洗(如图3所示)。在该步骤中，对硅片两面进行抛光，去除机械损失层，然后再进行单面制绒，形成正面的金字塔绒面，降低反射率，背面为抛光面。
(2)在步骤S2中，在硅片00的背面上沉积背面本征非晶硅层11(如图4所示)，在硅片的正面上沉积正面本征非晶硅层12(如图5所示)。因硅片00的正面为制绒形貌，背面为抛光形貌，所以正面本征非晶硅层12的厚度应略厚于背面本征非晶硅层11。正面本征非晶硅层12和背面本征非晶硅层11的厚度控制在
Figure BDA0003974274420000061
利用溅射法或CVD法等薄膜形成方法来形成，优选地，采用PECVD方法沉积形成。
(3)在步骤S3中，在正面本征非晶硅层12上沉积正面绝缘层14(如图6所示)，在背面本征非晶硅层11上沉积背面绝缘层13(如图7所示)。背面绝缘层13、正面绝缘层14兼顾减反射层和防护层，可以利用溅射法或CVD法等薄膜形成方法来形成，优选采用PECVD方法沉积形成，优选采用氮化硅减反射层，厚度在
Figure BDA0003974274420000062
(4)在步骤S4中，用激光消融方式去除背面绝缘层13，形成第一半导体区131的开口区域(如图8所示)，为了防止激光损伤第一半导体区内的钝化膜层，所述激光为脉冲式激光，脉冲宽度小于20纳秒，优选地，脉冲宽度小于100皮秒，低能量密度波长在560nm左右的绿光，为了保证第一半导体区开口区域能完全打开和无膜层残留，激光去除后，可以用稀HF溶液进行浸泡清洗。
(5)在步骤S5中，在硅片背面沉积N型非晶硅层21(如图9所示)，N型非晶硅层21为在沉积非晶硅的过程中掺杂含磷掺杂剂，可以利用LPCVD法或PECVD法等方式来形成，优选采用PECVD方法沉积形成。
(6)在步骤S6中，用激光消融方式去除背面部分的N型非晶硅层21和N型非晶硅层21覆盖下的背面绝缘层13，形成第二半导体区132的开口，背面绝缘层13留存区域形成隔离区133(如图10所示)。为了保证第二半导体区开口区域能完全打开和无膜层残留，激光去除后，可以用稀HF溶液进行浸泡清洗。
(7)在步骤S7中，在硅片背面沉积P型微晶硅层22(如图11所示)，P型微晶硅层22为掺杂含硼的微晶硅膜层，具有高浓度掺杂、高导电性能的特点。在薄膜沉积的过程中，硅烷浓度较低，硅烷：硼烷：氢的流量比为1:(2-5):(300-1000)，P型微晶硅层的晶化率为30％以上。在第一导电区中P型微晶硅层22与N型非晶硅层21形成叠层，二者之间形成带间隧穿接触，使其对少子载流子有一定选择性，可以利用LPCVD法或PECVD法等方式来形成，优选采用PECVD方法沉积形成，P型微晶硅层22的厚度为
Figure BDA0003974274420000071
(8)在步骤S8中，在硅片背面沉积透明导电层31(如图12所示)，透明导电层31可以是ITO、AZO等透光性导电氧化物等形成，透明导电层31可以用蒸镀、溅射等方式形成，优选采用PVD溅射ITO的方式形成。
(9)在步骤S9中，将硅片背面的第一半导体区和第二半导体区绝缘隔开，具体地，在隔离区133上开槽，形成隔离槽311进行绝缘隔离(如图13所示)，可以通过激光刻线、丝网印刷利用蚀刻油墨腐蚀刻槽的方式进行，优选通过蚀刻油墨腐蚀刻槽的方式进行。
(10)在步骤S10中，在第一半导体区的导电膜层上形成第一电极41，在第二半导体区的导电膜层上对应形成第二电极42(如图14所示)，可以通过丝网印刷工艺，经低温烧结(＜250℃)，形成银栅电极，也可以通过电镀方式形成电极，优选通过电镀方式形成栅线电极。
以上所述仅为本发明中优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种隧穿型背接触异质结太阳能电池，其特征在于：它包括背面形成背面钝化层的硅片；所述硅片背面划分为第一半导体区、第二半导体区以及位于第一半导体区和第二半导体区之间的隔离区；所述位于隔离区的背面钝化层上设有绝缘膜层；所述绝缘膜层和位于第一半导体区的背面钝化层上设有第一半导体膜层；所述第一半导体膜层上和位于第二半导体区的背面钝化层上都由里及表依次设有第二半导体膜层和导电膜层；所述位于隔离区的导电膜层开设有对第一半导体区和第二半导体区进行绝缘隔离的隔离槽。
2.根据权利要求1所述的隧穿型背接触异质结太阳能电池，其特征在于：在第一半导体区和第二半导体区的导电膜层上对应设置第一电极和第二电极。
3.根据权利要求1所述的隧穿型背接触异质结太阳能电池，其特征在于：所述绝缘膜层的厚度为80nm-1.5um。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的隧穿型背接触异质结太阳能电池，其特征在于：所述第一半导体膜层包括第一导电型非晶硅层，所述第二半导体膜层包括第二导电型微晶硅层。
5.根据权利要求4所述的隧穿型背接触异质结太阳能电池，其特征在于：所述第一导电型非晶硅层是厚度为
Figure FDA0003974274410000011
的N型非晶硅层，所述第二导电型微晶硅层是厚度为
Figure FDA0003974274410000012
的P型微晶硅层；或者，所述第一导电型非晶硅层是厚度为
Figure FDA0003974274410000013
的P型非晶硅层，所述第二导电型微晶硅层是厚度为
Figure FDA0003974274410000014
的N型微晶硅层，所述P型非晶硅层的厚度应为N型微晶硅层的3-5倍。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的隧穿型背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：硅片背面划分为第一半导体区、第二半导体区以及位于第一半导体区和第二半导体区之间的隔离区；该制作方法包括如下步骤，
A.在硅片背面形成背面钝化层；
B.在背面钝化层上形成绝缘膜层；
C.去除第一半导体区上的绝缘膜层，以形成第一半导体区开口；
D.在硅片背面形成第一导电型的第一半导体膜层；
E.去除第二半导体区上的第一半导体层和绝缘膜层，以形成第二半导体区开口；
F.在硅片背面形成第二导电型的第二半导体膜层；
G.在硅片背面形成导电膜层；
H.对位于隔离区的导电膜层进行开槽，以形成对第一半导体区和第二半导体区进行绝缘隔离的隔离槽。
7.根据权利要求6所述的隧穿型背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述步骤C和/或步骤E的膜层去除方法为激光消融法，所述激光为脉冲式激光，脉冲宽度小于20纳秒。
8.根据权利要求7所述的隧穿型背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述激光的脉冲宽度小于100皮秒，其低能量密度波长在510nm-560nm的绿光。
9.根据权利要求7所述的隧穿型背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述步骤C和/或步骤E的膜层，用激光消融后，使用质量百分比为0.5％-5％的氢氟酸溶液进行浸泡清洗。
10.根据权利要求6-9任意一项所述的隧穿型背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述步骤D的具体方法为，利用LPCVD方法或PECVD方法沉积非晶硅，并在此过程中掺入第一导电型掺杂剂，以形成第一导电型非晶硅层；
所述步骤F的具体方法为，利用LPCVD方法或PECVD方法沉积微晶硅，并在此过程中掺入第二导电型掺杂剂，以形成第二导电型微晶硅层。
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