CN115954398A - 一种高效的背接触p型太阳能电池结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效的背接触P型太阳能电池结构及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。电池结构包括：采用掺镓P型硅作为衬底；衬底的背面具有N区、P区、镂空结构、正电极和负电极；衬底的正面从背面至正面依次涂覆有氧化铝和钝化层；N区从正面至背面依次涂覆有隧穿氧化层、氧化钛层、氧化铝和钝化层；P区从正面至背面依次涂覆有氧化铝和钝化。制备方法的步骤大致为：清洗抛光；生长隧穿氧化层及氧化钛；激光开膜；清洗及正面碱制绒；硅片双面生长氧化铝及钝化层；再次激光开膜；丝网印刷正负电极；光注入。本发明在工艺流程上高效的同时，高温机台少，降低机台和工艺的繁琐性，因此有操作简单、生产成本低、效率高的优点。

Description

一种高效的背接触P型太阳能电池结构及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及的是一种高效的背接触P型太阳能电池结构及其制备方法。

背景技术

目前，PERC是最主流的电池技术。然而，相比于前两年电池效率的快速提升当前PERC电池盈利承压且转换效率面临天花板的背景下，PERC技术即将走入终结，一定会被转换效率更高的技术所替代。随着N型电池技术迭代加快，光伏行业基于掺杂硅层钝化的技术有异质结和隧穿氧化层钝化接触技术，TOPcon、IBC和HJT多条路线有望并行存在。其中钝化接触结构分别有本征非晶硅和掺杂非晶硅、氧化层和掺杂多晶硅组成；根据不同的掺杂类型分为电子选择性接触和空穴选择性接触；两种电池技术都保持着较高的电池转换效率，这主要归功于钝化接触结构出色的表面钝化J0和低接触电阻率ρc以上薄膜的沉积均需要额外的掺杂技术形成对载流子的选择性。

然而相较P型硅，N型硅电池在硅片成本上较昂贵，使得目前各高效电池上线进展缓慢，加之HJT银浆成本大约是PERC的6倍以及采用低温工艺，银浆的拉力降低，容易出现脱焊，造成可靠性降低使得HJT产业化变得遥不可及。TOPCon电池相较HJT，虽然比PERC电池产线兼容性好一些，但是其双面扩散、工序繁琐及其高能耗使得生产成本上升明显，加之绕镀非晶硅处理难度，使得其产出良率大大降低，而IBC电池制备过程中需要多步掺杂等工艺复杂，结构设计难度最大，使得其制造成本较高。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供了一种高效的背接触P型太阳能电池结构及其制备方法。

本发明采用以下技术方案：一种高效的背接触P型太阳能电池结构，其特征在于，包括：

衬底，所述衬底为掺镓P型硅；所述衬底的背面具有N区和P区，所述P区的边缘处为镂空结构，通过所述镂空结构实现N区和P区的分隔；所述衬底的正面从背面至正面依次涂覆有氧化铝和钝化层；

其中，所述N区从正面至背面依次涂覆有隧穿氧化层、氧化钛层、氧化铝和钝化层；所述P区从正面至背面依次涂覆有氧化铝和钝化层。

在进一步的实施例中，还包括：正电极，垂直设于所述P区；所述正电极与所述衬底之间为局部接触；

负电极，处置设于所述N区；所述负电极与所述衬底无直接接触。

制备如上所述的一种高效的背接触P型太阳能电池结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将衬底进行清洗抛光；于衬底的背面生长隧穿氧化层及氧化钛；

步骤二、按照预定图形使用激光开膜的方式将背表面生长的部分隧穿氧化层及氧化钛开掉，分别得到N区和P区；

步骤三、清洗，并在衬底的正面碱制成绒面，将绒面反射率控制在11％以内；与衬底的正、背面依次生长氧化铝和钝化层；

步骤四、按照预定图形再次使用激光开膜，将背表面P区边缘处生长的氧化铝及钝化层开掉，实现P区和N区的分隔；

步骤五、丝网印刷正负电极，N区印刷负电极Ag浆，P区印刷正电极Al浆及烧结；

步骤六、光注入。

在进一步的实施例中，所述衬底为掺镓P型硅料，通过清洗抛光处理后，所述表面反射率达到34％以上。

通过采用上述技术方案，采用P型掺镓衬底硅片能降低成本，减少资源浪费。

在进一步的实施例中，所述步骤一中的隧穿氧化层及氧化钛采用ALD或LPCVD任一种方式进行生长，其中隧穿氧化层的厚度为1-2nm，氧化钛的厚度为6-20nm。

通过采用上述技术方案，此方法工艺简单，步骤少，对设备要求第低，并且也保证了薄膜均匀性。

在进一步的实施例中，所述步骤二中的激光开膜的参数如下：激光功率为20-35W，打标速度40000-60000mm/s，频率在100KHz-200KHz。

所述步骤四中的激光开膜的参数如下：激光功率为30-40W，打标速度40000-60000mm/s，频率在20KHz-150KHz。

通过采用上述技术方案，激光开膜的方法能提升产线的兼容性。

在进一步的实施例中，当采用ALD方式在硅片正、背面进行氧化铝沉积，其生长源为TMA与H2O或TMA与O3，氧化铝生长厚度为3-10nm。

通过采用上述技术方案，采用ALD生长方式能更好的钝化界面，保证了PEREC的产线生产一致性，从而达到高效产线的效果。

在进一步的实施例中，当采用PECVD的方式在硅片正、背面生长钝化层，其生长源为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅的任意一种或几种组合，其中钝化层的厚度为70-90nm。

通过采用上述技术方案，此步骤中加入特殊的退火处理能更好的钝化界面，高效产线。

在进一步的实施例中，所述步骤五中的正电极Al浆生成的正电极与衬底直接形成局部接触；负电极Ag浆生成的负电极与铺敷在衬底背面上的材料形成接触。

通过采用上述技术方案，正负电极共同烧结，能形成良好的欧姆接触，提高与PERC电池的兼容性。

在进一步的实施例中，所述步骤六中的光注入条件为：光注入的辐射强度为5-20sums，光注入时间为50-250s。

通过采用上述技术方案，此步骤不仅提高钝化效果，而且提高了与PERC电池的兼容性。

有益效果：本发明工艺减少了工序与设备的使用且流程简单，与现有产线PERC能很好的兼容；同时采用衬底掺镓的P型硅，较成本较高的N型硅具有成本优势。

本发明选用氧化硅和氧化钛为电子选择传输层，代替复杂的氧化硅和掺磷多晶硅叠层膜或非晶硅和掺磷非晶硅叠层膜，ALD方式实现隧穿钝化层和n型掺杂层的沉积，利用氧化硅与氧化钛叠层的钝化效果J0和氧化硅与掺磷非晶硅持平；接触电阻ρc优于氧化硅与掺磷非晶硅，提升了效率。同时ALD方法沉积氧化铝，减少了工艺流程，提高了工艺过程良品率，降低了制造成本。此外ALD具有生长温度低的特点，具有更好的成本优势，同时具有更高的工业兼容性。

附图说明

图1为实施例1中的高效的背接触P型太阳能电池结构的结构示意图；

图2为实施例2的一种高效的背接触P型太阳能电池的制备方法的流程图。

图1中的标注为：氧化铝1、钝化层2、氧化硅层3、氧化钛层4、Ag负电极5、Al正电极6。

具体实施方式

太阳能电池的原理是光生伏打效应，产出电流必须要让电子和空穴分离开并产生相反方向的定向移动，要实现载流子的定向输运必须使用载流子选择性接触。目前，实现载流子的电子选择性接触一般包括以下形式：1、做常见的是掺杂的方式，实现能带的弯曲，有利于电子的传输；2、采用低功函数材料或者带有固定电荷的材料诱导能带的弯曲；3、采用材料让电子电导率远远大于空穴电导率，产生电子和空穴的非对称型。但是均工序繁琐及其高能耗使得生产成本上升明显，加之绕镀非晶硅处理难度，使得其产出良率大大降低。

实施例

本实施例为解决上述技术问题，本实施例公开了一种高效的背接触P型电池结构，包括：衬底，在本实施例中，衬底采用P型掺镓衬底硅片，代替现有IBC电池使用的N型硅片，降低辅材成本。衬底硅片的背面具有N区和P区，其中为了实现P区和N区的分隔，P区的边缘处为镂空结构。衬底的正面从背面至正面依次涂覆有氧化铝和钝化层。

在进一步的实施例中，如图1所示，N区从正面至背面依次涂覆有隧穿氧化层、氧化钛层、氧化铝和钝化层；所述P区从正面至背面依次涂覆有氧化铝和钝化层。需要说明的是，在背抛光面生长隧穿氧化层及氧化钛，氧化钛薄膜能从硅中提取一种类型的载流子，同时阻挡另一种载流子，是很好的电子选择性材料。此外，载流子闯过叠层膜的机制可以是量子力学隧穿或跳跃发生。

在进一步的实施例中，一种高效的背接触P型电池结构还包括：正电极和负电极。其中，正电极，垂直设于所述P区且正电极与所述衬底之间为局部接触；负电极，垂直设于所述N区且负电极与所述衬底无直接接触。正电极和负电极共同烧结，形成良好的欧姆接触。

本发明公开的电池结构与现有技术的PERC电池结构存在区别：将发射极移到了背光面；从电池吸光面到背光面依次包括，吸光面包括钝化层及减反射层的叠层膜，衬底选择成本更低的衬底掺镓硅；背光面包括交叉指钝化结构，BSF区域和发射极交叉分布在背面，BSF区域和发射极上分别印刷正负电极。

实施例1

本实施例公开了一种高效的背接触P型太阳能电池结构的制备方法，用于制备如实施例1所述的电池结构。如图2所示，所述制备方法包括：

步骤一、将作为衬底材料的掺镓P型硅进行清洗抛光处理；此时其表面反射率达到34％以上；

步骤二、将清洗抛光后的硅片防止与ALD腔体中，设备测试泄漏率≤5mTorr/min，温度稳定在250℃，ALD的方式在背面交替脉冲的通入生长源为SiH4与H2O，每次脉冲结束后使用N2等惰性气体进行吹扫，保证生长氧化硅层厚度在1.2nm；

生长完氧化层，温度稳定在250℃，ALD的方式在背面交替脉冲通入生长源为TiCL4与H2O，每次脉冲结束后使用N2等惰性气体进行吹扫，保证生长氧化钛层厚度在6nm；

步骤三、将ALD产出的硅片，放入激光器中，激光功率为28W，打标速度50000mm/s，频率在180KHz，激光波长为532nm，按照预定图形，将激光作用在P区，使用激光开膜的方式，将背表面生长的部分隧穿氧化层及氧化钛开掉，分别得到N区和P区；

步骤四、利用氢氧化钠对硅与氧化钛的腐蚀速率及条件差异，在激光开膜后的硅片使用溶液为双氧水，去离子水，添加剂以及氢氧化钠的混液清洗并在衬底的碱制成绒面；其中碱制绒氢氧化钠的质量浓度为2.5％，温度控制在82℃，绒面反射率控制在11％以内，同时为后续工艺生长氧化铝准备，清洗点激光开膜后残渣；

步骤五、将清洗后的硅片放置于ALD腔体中，ALD的方式在硅片正、背面进行氧化铝沉积，交替脉冲的通入生长源TMA与H2O，控制其生长厚度在4nm；

步骤六、以PECVD的方式在硅片正面、背面生长钝化层，生长源可以是氮化硅钝化膜，正面钝化层厚度在77nm，背面钝化层厚度在82nm，由于ALD沉积氧化硅和氧化钛薄膜中含有大量的-OH键，通过沉积减反射钝化层的过程中加入特殊的退火处理，更好的钝化界面；

步骤七、将PECVD产出的硅片，放入激光器中，激光功率为32W，打标速度50000mm/s，频率在20KHz，激光波长为532nm，按照预定图形再次使用激光开膜，将背表面P区边缘处生长的氧化铝及钝化层开掉，漏出P型硅基底，实现P区和N区的分隔；

步骤八、丝网印刷正负电极，N区印刷负电极Ag浆，P区按照图形设计开膜处印刷正电极Al浆；其中正电极与衬底直接形成局部接触；负电极与铺敷在衬底背面上的材料形成接触；

步骤九、对金属后烧结后的太阳能电池进行光注入，对电磁片加入的同时，实现钝化，且光注入的辐射强度为10sums，光注入时间为120s。

实施例2

步骤一、将作为衬底材料的掺镓P型硅进行清洗抛光处理；此时其表面反射率达到34％以上；

步骤二、将清洗抛光后的硅片防止与ALD腔体中，设备测试泄漏率≤5mTorr/min，温度稳定在250℃，ALD的方式在背面交替脉冲的通入生长源为SiH4与H2O，每次脉冲结束后使用N2等惰性气体进行吹扫，保证生长氧化硅层厚度在1.2nm；

生长完氧化层，温度稳定在250℃，ALD的方式在背面交替脉冲通入生长源为TiCL4与H2O，每次脉冲结束后使用N2等惰性气体进行吹扫，保证生长氧化钛层厚度在10nm；

步骤三、将ALD产出的硅片，放入激光器中，激光功率为28W，打标速度50000mm/s，频率在150KHz，激光波长为532nm，按照预定图形，将激光作用在P区，使用激光开膜的方式，将背表面生长的部分隧穿氧化层及氧化钛开掉，分别得到N区和P区；

步骤四、利用氢氧化钠对硅与氧化钛的腐蚀速率及条件差异，在激光开膜后的硅片使用溶液为双氧水，去离子水，添加剂以及氢氧化钠的混液清洗并在衬底的碱制成绒面；其中碱制绒氢氧化钠的质量浓度为2.5％，温度控制在82℃，绒面反射率控制在11％以内，同时为后续工艺生长氧化铝准备，清洗点激光开膜后残渣；

步骤五、将清洗后的硅片放置于ALD腔体中，ALD的方式在硅片正、背面进行氧化铝沉积，交替脉冲的通入生长源TMA与H2O，控制其生长厚度在4nm；

步骤六、以PECVD的方式在硅片正面、背面生长钝化层，生长源可以是氮化硅钝化膜，正面钝化层厚度在77nm，背面钝化层厚度在82nm，由于ALD沉积氧化硅和氧化钛薄膜中含有大量的-OH键，通过沉积减反射钝化层的过程中加入特殊的退火处理，更好的钝化界面；

步骤七、将PECVD产出的硅片，放入激光器中，激光功率为32W，打标速度50000mm/s，频率在20KHz，激光波长为532nm，按照预定图形再次使用激光开膜，将背表面P区边缘处生长的氧化铝及钝化层开掉，漏出P型硅基底，实现P区和N区的分隔；

步骤八、丝网印刷正负电极，N区印刷负电极Ag浆，P区按照图形设计开膜处印刷正电极Al浆；其中正电极与衬底直接形成局部接触；负电极与铺敷在衬底背面上的材料形成接触；

步骤九、对金属后烧结后的太阳能电池进行光注入，对电磁片加入的同时，实现钝化，且光注入的辐射强度为10sums，光注入时间为120s。

实施例3

步骤一、将作为衬底材料的掺镓P型硅进行清洗抛光处理；此时其表面反射率达到34％以上；

步骤二、将清洗抛光后的硅片防止与ALD腔体中，设备测试泄漏率≤5mTorr/min，温度稳定在250℃，ALD的方式在背面交替脉冲的通入生长源为SiH4与H2O，每次脉冲结束后使用N2等惰性气体进行吹扫，保证生长氧化硅层厚度在1.2nm；

生长完氧化层，温度稳定在250℃，ALD的方式在背面交替脉冲通入生长源为TiCL4与H2O，每次脉冲结束后使用N2等惰性气体进行吹扫，保证生长氧化钛层厚度在20nm；

步骤三、将ALD产出的硅片，放入激光器中，激光功率为28W，打标速度50000mm/s，频率在100KHz，激光波长为532nm，按照预定图形，将激光作用在P区，使用激光开膜的方式，将背表面生长的部分隧穿氧化层及氧化钛开掉，分别得到N区和P区；

步骤四、利用氢氧化钠对硅与氧化钛的腐蚀速率及条件差异，在激光开膜后的硅片使用溶液为双氧水，去离子水，添加剂以及氢氧化钠的混液清洗并在衬底的碱制成绒面；其中碱制绒氢氧化钠的质量浓度为2.5％，温度控制在82℃，绒面反射率控制在11％以内，同时为后续工艺生长氧化铝准备，清洗点激光开膜后残渣；

步骤五、将清洗后的硅片放置于ALD腔体中，ALD的方式在硅片正、背面进行氧化铝沉积，交替脉冲的通入生长源TMA与H2O，控制其生长厚度在4nm；

步骤六、以PECVD的方式在硅片正面、背面生长钝化层，生长源可以是氮化硅钝化膜，正面钝化层厚度在77nm，背面钝化层厚度在82nm，由于ALD沉积氧化硅和氧化钛薄膜中含有大量的-OH键，通过沉积减反射钝化层的过程中加入特殊的退火处理，更好的钝化界面；

步骤七、将PECVD产出的硅片，放入激光器中，激光功率为32W，打标速度50000mm/s，频率在20KHz，激光波长为532nm，按照预定图形再次使用激光开膜，将背表面P区边缘处生长的氧化铝及钝化层开掉，漏出P型硅基底，实现P区和N区的分隔；

步骤八、丝网印刷正负电极，N区印刷负电极Ag浆，P区按照图形设计开膜处印刷正电极Al浆；其中正电极与衬底直接形成局部接触；负电极与铺敷在衬底背面上的材料形成接触；

步骤九、对金属后烧结后的太阳能电池进行光注入，对电磁片加入的同时，实现钝化，且光注入的辐射强度为10sums，光注入时间为120s。

电性数据对比：

ITEM	Eta(％)	Voc(V)	Isc(A)	Rs(mΩ)	Rsh(Ω)	FF
							PERC	23.09	0.688	13.728	1.245	1768	81.55
实施例1	24.06	0.707	13.949	1.833	2433	81.37
							实施例2	24.09	0.708	13.946	1.826	2518	81.39
实施例3	24.05	0.709	13.954	1.857	2389	81.04

Claims (10)

1.一种高效的背接触P型太阳能电池结构，其特征在于，包括：

衬底，所述衬底为掺镓P型硅；所述衬底的背面具有N区和P区，所述P区的边缘处为镂空结构，通过所述镂空结构实现N区和P区的分隔；所述衬底的正面从背面至正面依次涂覆有氧化铝和钝化层；

其中，所述N区从正面至背面依次涂覆有隧穿氧化层、氧化钛层、氧化铝和钝化层；所述P区从正面至背面依次涂覆有氧化铝和钝化层。

2.根据权利要求1所述的一种高效的背接触P型太阳能电池结构，其特征在于，还包括：

正电极，垂直设于所述P区；所述正电极与所述衬底之间为局部接触；

负电极，处置设于所述N区；所述负电极与所述衬底无直接接触。

3.制备如权利要求1所述的一种高效的背接触P型太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将衬底进行清洗抛光；于衬底的背面生长隧穿氧化层及氧化钛；

步骤二、按照预定图形使用激光开膜的方式将背表面生长的部分隧穿氧化层及氧化钛开掉，分别得到N区和P区；

步骤三、清洗，并在衬底的正面碱制成绒面，将绒面反射率控制在11％以内；与衬底的正、背面依次生长氧化铝和钝化层；

步骤四、按照预定图形再次使用激光开膜，将背表面P区边缘处生长的氧化铝及钝化层开掉，实现P区和N区的分隔；

步骤五、丝网印刷正负电极，N区印刷负电极Ag浆，P区印刷正电极Al浆及烧结；

步骤六、光注入。

4.根据权利要求3所述的一种高效的背接触P型太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述衬底为掺镓P型硅料，通过清洗抛光处理后，所述表面反射率达到34％以上。

5.根据权利要求3所述的一种高效的背接触P型太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的隧穿氧化层及氧化钛采用ALD或LPCVD任一种方式进行生长，其中隧穿氧化层的厚度为1-2nm，氧化钛的厚度为6-20nm。

6.根据权利要求2所述的一种高效的背接触P型太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的激光开膜的参数如下：激光功率为20-35W，打标速度40000-60000mm/s，频率在100KHz-200KHz。

所述步骤四中的激光开膜的参数如下：激光功率为30-40W，打标速度40000-60000mm/s，频率在20KHz-150KHz。

7.根据权利要求3所述的一种高效的背接触P型太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，当采用ALD方式在硅片正、背面进行氧化铝沉积，其生长源为TMA与H2O或TMA与O3，氧化铝生长厚度为3-10nm。

8.根据权利要求3所述的一种高效的背接触P型太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，当采用PECVD的方式在硅片正、背面生长钝化层，其生长源为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅的任意一种或几种组合，其中钝化层的厚度为70-90nm。

9.根据权利要求3所述的一种高效的背接触P型太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤五中的正电极Al浆生成的正电极与衬底直接形成局部接触；负电极Ag浆生成的负电极与铺敷在衬底背面上的材料形成接触。

10.根据权利要求3所述的一种高效的背接触P型太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤六中的光注入条件为：光注入的辐射强度为5-20sums，光注入时间为50-250s。

Images