CN117457777A - 一种太阳能电池及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池及其制备方法与应用。上述太阳能电池，包括以下结构：N型基底；第一隧穿氧化层，其设于N型基底的下表面；第一本征多晶硅层，其设于第一隧穿氧化层的下表面；掺硼多晶硅层，其设于第一本征多晶硅层的下表面；第一氮化硅减反射钝化层，其设于掺硼多晶硅层的下表面；背电极，其设于第一氮化硅减反射钝化层的下表面；若干正面栅线结构，其设于N型基底的上表面；若干复合钝化层结构，其设于N型基底的上表面，且设于任意两个正面栅线结构之间。本发明的太阳能电池，采用双面钝化接触结构，形成多数载流子的选择性传输接触，可以避免金属和硅片直接接触，显著降低金属接触区复合，提高电池转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种太阳能电池及其制备方法与应用。
背景技术
N型电池是指在半导体材料中掺入了一些能够提供额外电子的杂质，如掺入元素如磷(P)或砷(As)，这些元素在半导体晶格中的原子结构与硅或其他半导体材料的原子结构相似，但它们的原子中有多余的电子，这些额外的电子能够在材料中移动，并且有助于在半导体中形成电流，从而增加了材料的导电性，这种类型的半导体被称为N型。N型电池因为少子寿命高，转换效率高，无PID效应等优势，成为高效电池技术的主要方向。
目前TOPCon作为最有效率潜力的N型高效电池技术之一。低成本和高转换效是光伏行业不变的追求，如何进一步提高TOPCon电池转换效率是下一步发展最重要工作。现有技术中，双面隧穿氧化层钝化接触结构电池是可行的方法之一。但是，现有的技术主要为正面采用气态源或液态源高温扩散形成P-N结，背面采用隧穿氧化层和掺杂多晶硅层钝化结构。这种技术的主要缺点是正面P-N结和金属接触复合大，转换效率低。
基于此，亟需发开一种新型的TOPCon电池结构，以提高其转换效率。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：
提供一种太阳能电池。
本发明所要解决的第二个技术问题是：
提供一种所述太阳能电池的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是：
所述太阳能电池的应用。
为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种太阳能电池，包括以下结构：
N型基底；
第一隧穿氧化层，其设于N型基底的下表面；
第一本征多晶硅层，其设于第一隧穿氧化层的下表面；
掺硼多晶硅层，其设于第一本征多晶硅层的下表面；
第一氮化硅减反射钝化层，其设于掺硼多晶硅层的下表面；
背电极，其设于第一氮化硅减反射钝化层的下表面；
若干正面栅线结构，其设于N型基底的上表面；
若干复合钝化层结构，其设于N型基底的上表面，且设于任意两个正面栅线结构之间。
根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
本发明的太阳能电池，采用双面钝化接触结构，形成多数载流子的选择性传输接触，可以避免金属和硅片直接接触，显著降低金属接触区复合，提高电池转换效率。
根据本发明的一种实施方式，所述正面栅线结构包括依次层叠设置的第二隧穿氧化层、第二本征多晶硅层、掺磷多晶硅层、第二氮化硅减反射钝化层、第一氮氧化硅减反射钝化层和正电极。
根据本发明的一种实施方式，所述复合钝化层结构包括依次层叠设置的非poly区氧化硅钝化层、第三氮化硅减反射钝化层和第二氮氧化硅减反射钝化层。
为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种制备所述太阳能电池的方法，包括以下步骤：
S1通过PECVD方式在N型基底的背面制备第一隧穿氧化层、第一本征非晶硅层和掺硼非晶硅层以及第一氧化硅保护层；
S2通过PECVD方式在N型基底的正面制备第二隧穿氧化层、第二本征非晶硅层、掺磷非晶硅层和第二氧化硅保护层；
S3在第二氧化硅保护层上印刷一层栅线状的掩膜层；
S4选择性刻蚀腐蚀掉非掩膜区域的第二隧穿氧化层、第二本征非晶硅层、第一氧化硅保护层、第二氧化硅保护层，清洗掉掩膜层；
S5将步骤S4的产物进行退火处理；
S6在步骤S5的产物上制备非poly区氧化硅钝化层、第一氮化硅减反射钝化层、第二氮化硅减反射钝化层、第一氮氧化硅减反射钝化层、第二氮氧化硅减反射钝化层和氮化硅减反射钝化层；
S7通过丝网印刷依次印刷背面电极和正面电极，烧结，得到太阳能电池。
根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
本发明的方法抛弃了传统的正面采用气态源或液态源高温扩散形成P-N结，背面采用隧穿氧化层和掺杂多晶硅层钝化结构，而是通过PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition)等离子体化学增强型气相沉积技术以制备双面poly结构的本发明电池，这种双面钝化接触结构，可以避免金属电极和硅片直接接触，降低金属电极与栅线结构和基底的接触区域的少子复合，避免损失太阳能电池中光子激发的电子-空穴对所产生的电荷载流子，从而提高电池转换效率。具体的，本发明的电池结构中，正面为隧穿氧化层加N型掺杂多晶硅栅线钝化接触结构，背面为隧穿氧化层加P型掺杂多晶硅钝化接触结构，上述结构可以减少正面poly层(第二本征多晶硅层)的寄生吸收，减少电流损失，从而实现双面隧穿层钝化接触，以进一步降低电池金属接触复合提高电池转换效率。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，还包括以下步骤：先对N型基底进行正面清洗制绒，以形成低反射率的绒面，然后在该绒面上制备隧穿氧化层和原位掺杂制备掺磷非晶硅层和氧化硅保护层。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，制备第二隧穿氧化层，包括以下步骤：将硅置于200-500℃环境中放电氧化100-1000s，以在硅片正面氧化生长第二隧穿氧化层。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，制备第二隧穿氧化层，包括以下步骤：将硅片置于400-420℃环境中放电氧化100-150s，以在硅片正面氧化生长第二隧穿氧化层。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，制备第二本征非晶硅层，包括以下步骤：将制备了第二隧穿氧化层的产品置于加热条件下，并通入SiH4和H2以沉积第二本征非晶硅层。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，制备掺磷非晶硅层，包括以下步骤：将制备了第二本征非晶硅层的产品置于加热条件下，通入SiH4、H2和PH3，沉积得到掺磷非晶硅层。
根据本发明的一种实施方式，步骤S5中，退火处理的温度为850-1000℃，时间为20-120min。
根据本发明的一种实施方式，步骤S5中，退火处理的温度为900-920℃，时间为30-35min。
根据本发明的一种实施方式，步骤S5中，还包括以下步骤：通过射频电源辉光放电将通入的SiH4、B2H6、H2或者SiH4和PH3以及H2激发为等离子体，在硅片受光面原位掺杂形成掺硼的非晶硅层，在接下来的高温氧化过程中掺杂非晶硅发生晶化，与此同时B原子或P原子在非晶硅层中进一步扩散激活，以使得步骤S1中形成的第一本征非晶硅层和掺硼多晶硅层晶化为第一本征多晶硅层和掺硼多晶硅层；以使得步骤S2中形成第二本征非晶硅层、掺磷非晶硅层晶化为第二本征多晶硅层、掺磷多晶硅层。
本发明的另一个方面，还涉及所述太阳能电池在光伏设备中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的太阳能电池。由于该应用采用了上述太阳能电池的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为实施例1中太阳能电池的结构示意图。
图2为实施例1中制备太阳能电池的流程图。
附图标记：
101-N型基底，102-第一隧穿氧化层，1021-第二隧穿氧化层，103-第一本征多晶硅层，1031-第二本征多晶硅层，104-掺磷多晶硅层，105-第一氮化硅减反射钝化层，1052-第二氮化硅减反射钝化层，1053-第三氮化硅减反射钝化层，106-掺硼多晶硅层，107-第一氮氧化硅减反射钝化层，1071-第二氮氧化硅减反射钝化层，108-非poly区氧化硅钝化层，109-正电极，110-背电极，111-正面栅线结构，112-复合钝化层结构。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于实施例所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明的范围。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例中，N型硅片电阻率为0.8Ω.cm。
实施例1
一种太阳能电池，如图1所示，包括以下结构：
N型基底；
第一隧穿氧化层，其设于N型基底的下表面；
第一本征多晶硅层，其设于第一隧穿氧化层的下表面；
掺硼多晶硅层，其设于第一本征多晶硅层的下表面；
第一氮化硅减反射钝化层，其设于掺硼多晶硅层的下表面；
背电极，其设于第一氮化硅减反射钝化层的下表面；
正面栅线结构，其设于N型基底的上表面；
复合钝化层结构，其设于N型基底的上表面，且设于任意两个正面栅线结构之间。
上述正面栅线结构包括依次层叠设置的第二隧穿氧化层、第二本征多晶硅层、掺磷多晶硅层、第一氮化硅减反射钝化层、第一氮氧化硅减反射钝化层和正电极。
上述复合钝化层结构包括依次层叠设置的非掺磷多晶硅区区氧化硅钝化层、第二氮化硅减反射钝化层和第二氮氧化硅减反射钝化层。
制备上述太阳能电池，流程如图2所示，具体的，包括以下步骤：
S1取N型硅片去损伤层和碱抛光，随后通过PECVD方式在背面抛光面制备第一隧穿氧化层和原位掺杂沉积掺硼的非晶硅层以及第一氧化硅保护层。
具体的：将硅片插入石墨舟中送入炉管内420℃进行放电氧化600s，笑气流量10000sccm，压力1800mtorr，放电功率9500W，脉冲开关比20:1000，在硅片正面氧化生长一层2.5nm厚度SiOx；
随后将炉温降低至280℃继续通入2500sccm SiH4和5000sccm H2沉积一层10nm本征非晶硅，沉积时间120s，功率7600W，脉冲开关比30:450，压力2800mtorr；
下一步抽空后炉管内继续通入2700sccmSiH4，10000sccm H2,500-3000sccm(B2H6、TMB、BCl3等气态含硼化合物)，沉积一层150nm掺硼非晶硅，沉积时间900s，功率9500w，脉冲开关比30:300；
最后沉积一层20nm SiOx氧化硅保护层，SiH4流量为1500sccm，N2O流量为7500sccm，功率7500W，脉冲开关比30:600，时间60s。
S2正面清洗制绒形成低反射率的绒面，通过PECVD方式在正面绒面上制备第二隧穿氧化层、第二本征非晶硅层和原位掺杂制备掺磷非晶硅层和第二氧化硅保护层。
具体的：将硅片插入石墨舟中送入炉管内420℃进行放电氧化100s，笑气流量10000sccm，压力1800mtorr，放电功率7500W，脉冲开关比20:1000，在硅片正面氧化生长一层1.4nm厚度SiOx，随后往炉管内继续通入2500sccm SiH4和5000sccm H2沉积一层10nm本征非晶硅，沉积时间120s，功率7600W，脉冲开关比30:450，压力2800mtorr；
下一步抽空后炉管内继续通入2700sccmSiH4，10000sccm H2，2500sccm PH3，沉积一层100nm掺磷非晶硅，沉积时间680s，功率8800w，脉冲开关比30:320；
最后沉积一层20nm SiOx氧化硅保护层，SiH4流量为1500sccm，N2O流量为7500sccm，功率7500W，脉冲开关比30:600，时间60s。
S3在正面印刷一层栅线状的掩膜层，掩膜区域和丝网正面的栅线区域重合；
S4去绕镀清洗，选择性刻蚀腐蚀掉非掩膜区域的第二隧穿氧化层、第二本征非晶硅层、第一氧化硅保护层、第二氧化硅保护层，清洗掉掩膜层。
S5将硅片送入高温退火炉中升温至920℃退火35min，非晶硅在高温下晶化转变为多晶硅，掺杂原子磷和硼在高温下激活形成场钝化。
S6制备非poly区氧化硅钝化层，具体的：将硅片插入石墨舟中送入炉管内450℃进行放电氧化120s，笑气流量12000sccm，压力1800mtorr，放电功率9500W，脉冲开关比20:800，制备厚度约1nm的氧化硅层。
在正面制备第二氮化硅减反射钝化层、第一氮氧化硅减反射钝化层，具体的：将硅片插入石墨舟中送入炉管内温度升至450℃，抽空后通入硅烷1500sccm，氨气9000sccm，压力1700mtorr，放电功率12000W，脉冲开关比40:560，辉光时间670s，在硅片正面氧化生长一层60nm厚度氮化硅；
随后停止放电，炉管抽空后继续通入1000sccm硅烷和500sccm氨气和6000sccm笑气，放电功率10000W，脉冲开关比40:1000，辉光时间180s，在氮化硅上沉积一层15nm氮氧化硅。
S7制备背面的第一氮化硅减反射钝化层，具体的：将硅片插入石墨舟中送入炉管内温度升至500℃，抽空后通入硅烷1800sccm，氨气8000sccm，压力1700mtorr，放电功率10000W，脉冲开关比40:800，辉光时间250s，在硅片背面氧化生长一层20nm厚度氮化硅；
随后停止放电，炉管抽空后继续通入硅烷1400sccm，氨气11000sccm，压力1750mtorr，放电功率13000W，脉冲开关比50:600，辉光时间650s，继续沉积一层60nm厚度氮化硅。
S8丝网印刷：通过丝网印刷依次印刷背面电极和正面电极，在750℃峰值温度下烧结，制作完成电池。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：实施例2的复合钝化层结构包括非poly区氧化硅钝化层、氮化硅/氧化硅/氮氧化硅叠层结构和第二氮氧化硅减反射钝化层。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，其特征在于：包括以下结构：
N型基底；
第一隧穿氧化层，其设于N型基底的下表面；
第一本征多晶硅层，其设于第一隧穿氧化层的下表面；
掺硼多晶硅层，其设于第一本征多晶硅层的下表面；
第一氮化硅减反射钝化层，其设于掺硼多晶硅层的下表面；
背电极，其设于第一氮化硅减反射钝化层的下表面；
若干正面栅线结构，其设于N型基底的上表面；
若干复合钝化层结构，其设于N型基底的上表面，且设于任意两个正面栅线结构之间。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池，其特征在于：所述正面栅线结构包括依次层叠设置的第二隧穿氧化层、第二本征多晶硅层、掺磷多晶硅层、第二氮化硅减反射钝化层、第一氮氧化硅减反射钝化层和正电极。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池，其特征在于：所述复合钝化层结构包括依次层叠设置的非poly区氧化硅钝化层、第三氮化硅减反射钝化层和第二氮氧化硅减反射钝化层。
4.一种制备如权利要求1至3任一项所述的一种太阳能电池的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1通过PECVD方式在N型基底的背面制备第一隧穿氧化层、第一本征非晶硅层和掺硼非晶硅层以及第一氧化硅保护层；
S2通过PECVD方式在N型基底的正面制备第二隧穿氧化层、第二本征非晶硅层、掺磷非晶硅层和第二氧化硅保护层；
S3在第二氧化硅保护层上印刷一层栅线状的掩膜层；
S4选择性刻蚀腐蚀掉非掩膜区域的第二隧穿氧化层、第二本征非晶硅层、第一氧化硅保护层、第二氧化硅保护层，清洗掉掩膜层；
S5将步骤S4的产物进行退火处理；
S6在步骤S5的产物上制备非poly区氧化硅钝化层、第一氮化硅减反射钝化层、第二氮化硅减反射钝化层、第一氮氧化硅减反射钝化层、第二氮氧化硅减反射钝化层和氮化硅减反射钝化层；
S7通过丝网印刷依次印刷背面电极和正面电极，烧结，得到太阳能电池。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤S2中，还包括以下步骤：先对N型基底进行正面清洗制绒，以形成低反射率的绒面，然后在该绒面上制备隧穿氧化层和原位掺杂制备掺磷非晶硅层和氧化硅保护层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤S2中，制备第二隧穿氧化层，包括以下步骤：将硅置于200-500℃环境中放电氧化100-1000s，以在硅片正面氧化生长第二隧穿氧化层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤S2中，制备第二本征非晶硅层，包括以下步骤：将制备了第二隧穿氧化层的产品置于加热条件下，并通入SiH4和H2以沉积第二本征非晶硅层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤S2中，制备掺磷非晶硅层，包括以下步骤：将制备了第二本征非晶硅层的产品置于加热条件下，通入SiH4、H2和PH3，沉积得到掺磷非晶硅层。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤S5中，退火处理的温度为850-1000℃，时间为20-120min。
10.如权利要求1至3任一项所述的一种太阳能电池在光伏设备中的应用。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311475788.7A CN117457777A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种太阳能电池及其制备方法与应用 |
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| CN202311475788.7A CN117457777A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种太阳能电池及其制备方法与应用 |
Publications (1)
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| CN117457777A true CN117457777A (zh) | 2024-01-26 |
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Family Applications (1)
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| CN202311475788.7A Pending CN117457777A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种太阳能电池及其制备方法与应用 |
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|---|---|
| CN (1) | CN117457777A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117995919A (zh) * | 2024-03-29 | 2024-05-07 | 天合光能股份有限公司 | 太阳能电池及其制作方法、光伏组件及光伏系统 |
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2023
- 2023-11-07 CN CN202311475788.7A patent/CN117457777A/zh active Pending
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