CN202259320U - 一种背面点接触晶体硅太阳电池 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种背面点接触晶体硅太阳电池，该电池采用氮化硅/氧化铝双层膜钝化前表面，采用氧化铝/氮化硅双层膜钝化背表面，背面采用点接触导出电流。其制备方法包括氮化硅的制备和氧化铝的制备，背面氧化铝/氮化硅的开孔及损伤层的去除。本专利电池具有表面钝化效果好，背表面增强对红外光的内反射，前表面双层抗反射涂层减少表面反射，抗UV辐射性能好，光电转换效率高等优点。

Description

一种背面点接触晶体硅太阳电池

技术领域

本专利涉及一种晶体硅太阳电池，具体涉及一种前表面和背表面都具有双层钝化介质层，背面点接触的晶体硅太阳电池。 

背景技术

晶体硅太阳能电池生产过程中前表面采用PECVD制备的氮化硅作为钝化层兼减反层，单层减反层的反射较高，且在烧结过程中氮化硅中的氢容易溢出，减弱钝化效果；文献报道折射率为2.3的氮化硅可达到低于20cm/s表面复合速度，工业电池考虑到钝化和减反射的优化组合一般采用折射率为2.0左右80nm的氮化硅，其钝化效果并未达到最优。采用了丝网印刷浆料然后烧结制备电极，尤其是背面采用银浆制备背电极和铝浆制备背电场，烧结后铝浆和硅形成硅铝合金钝化硅表面和导出电流，在这种结构下，硅背表面的表面复合速度高于1000cm/s，且对于红外光的反射效率差，只有70％左右。在硅材料成本的驱动下，基底硅材料将会越来越薄，表面复合效应将会越来越严重，因此降低电池中硅表面复合是一个重要的改善方向。 

发明内容

本专利要解决的技术问题在于，应用产业化的工艺技术实现具有双层介质层钝化减反射作用的薄膜和具有背表面双层钝化介质层薄膜钝化的背面点接触晶体硅太阳能电池。电池结构如图1所示： 

在P型硅基底5的上表面向上依次为n+发射极4、60-100nm折射率为1.7-2.8的上氮化硅层3和10-100nm的上氧化铝层201，金属银电极1穿过上 氧化铝层201和上氮化硅层3与n+发射极4连接；在P型硅基底5的下表面向下依次为10-100nm的下氧化铝层202、60-200nm的下氮化硅层6和金属铝层7，金属铝层7通过孔洞与P型硅基底5连接；所述孔洞为圆形孔或方形孔，圆形孔直径为50-300um，方形孔边长为50-200um，开孔面积占背表面总面积的1％-10％。 

所述上氧化铝层和下氧化铝层同时通过ALD制备，厚度为10-100nm，工业生产一般为10-30nm。 

所述上氮化硅层和下氮化硅层通过PECVD制备，上氮化硅厚度为60-100nm，下氮化硅厚度为60-200nm，折射率均为1.7-2.8可调节；为调节折射率上氮化硅层和下氮化硅层的材料包括氮化硅SiNx和含有一定量氧元素的氮氧化硅SiNxOy。 

一般传统工业电池采用单层非晶氮化硅钝化前表面，同时作为减反射层，从制备工艺上来说很难同时达到两者的最优值，所以一般非晶氮化硅的折射率约为2.0，厚度约80nm；本专利所述前表面氮化硅的折射率可从1.7变化到2.8，再配合折射率为1.6-1.7的氧化铝可实现钝化效果和反射效果的最优组合。 

考虑到ALD生长氧化铝速率缓慢，为达到工业化要求，一般非晶氧化铝不宜生长过厚，一般小于30nm。 

本专利主要采用氮化硅/氧化铝及氧化铝/氮化硅双层膜分别钝化晶体硅电池的前表面和背表面，减少表面复合速度，同时减少前表面的反射，增强背表面的内反射，从而达到提高电池光电转换效率的目的。通过本专利制备的电池，具有如下优点： 

1，背表面氧化铝/硅界面存在大量的负电荷，通过场效应钝化和化学钝化硅表面减小电池背表面的表面复合速度； 

2，背表面氧化铝/氮化硅/铝结构增强背表面对红外光的内反射提高量子效率； 

3，氧化铝折射率为1.6-1.7，SiNx折射率为1.7-2.8，前表面形成氮化硅/氧化铝双层抗反射涂层减少表面反射，一个较优化的组合为100nm折射率为1.6的氧化铝+65nm折射率为2.46的氮化硅； 

4，前表面致密的氧化铝层阻止前表面氮化硅在后续烧结工艺中含氢量的减少，从而减弱高温对钝化效果的消极影响； 

5，氧化铝对硅的钝化性能对UV辐射稳定，增强电池抗UV辐射性能； 

6，热性能良好，通过下氮化硅层保护较薄的氧化铝层及抑制高温过程氧化铝中氢的溢出，增强烧结高温过程中的钝化性能的稳定性。 

本专利背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺如下： 

§1去除P型硅基底5表面损伤、酸或碱液制绒形成减反射结构及化学清洗； 

§2在POCl3氛围中进行扩散形成n+发射极4及去除周边pn结和磷硅玻璃形成pn+结构的pn+结硅基底； 

§3在n+发射极4表面采用传统PECVD淀积60-100nm折射率为1.7-2.5的非晶氮化硅薄膜形成上氮化硅层3；为防止后续清洗工艺过多腐蚀氮化硅层，这里采用直接法PECVD淀积上氮化硅层3； 

§4采用原子层沉积(ALD)系统同时在上氮化硅层3表面和p型硅基底5背表面制备10-100nm的上氧化铝层201和下氧化铝层202；由于ALD生长方式薄膜生长速率很低，而工业化生产需要考虑产能问题，一般生长厚度小于30nm； 

沉积氧化铝前，采用HF酸或HF和HCl混酸清洗表面0.5-2分钟；所述氢 氟酸为HF∶H2O＝1∶10-50；所述HF和HCl混酸为HF∶HCl∶H2O＝2∶5∶50；此步中酸会刻蚀掉部分前表面的上氮化硅层3，因为§3制备氮化硅层3的厚度需要考虑刻蚀的影响； 

沉积氧化铝后在氮气或氩气氛围中退火5-15分钟，退火温度350-450℃；此退火过程可以在§5步骤中的PECVD系统中完成，在淀积下氮化硅层6前； 

§5在背表面下氧化铝层202表面采用传统PECVD淀积60-200nm折射率为1.7-2.8的非晶氮化硅薄膜形成下氮化硅层6； 

§6采用刻蚀浆料在背表面开孔，刻蚀掉开孔部位的氧化铝/氮化硅层；所述开孔为圆形空或方形孔，圆形孔直径为50-300um，，方形孔边长为50-200um，调节开孔间距使得开孔面积占背表面总面积的1％-10％。 

刻蚀浆料有可能微量残留在开孔处，可采用HF酸或HF和HCl混酸漂洗，所述酸与前面沉积氧化铝之前的清洗用的酸一致；通过将§6制备的硅片漂过含有HF酸或混酸的溶液，类似湿法刻蚀去边pn+结工艺，即开孔的背面与溶液接触，正面不与溶液接触，同时起到去除微量浆料残留和去除浆料刻蚀开孔处损伤层的作用；去离子水清洗、吹干； 

§7丝网印刷背面银浆、背面铝浆和正面银浆，或采用热蒸发、溅射等制备背面金属铝电极。这里所需的铝浆不同于工业常用铝浆，因为工业常用铝浆会破坏掉背表面钝化介质层，所述铝浆要满足在高温烧结工艺中不完全穿透背表面下氮化硅层/下氧化铝层； 

§8烧结使银电极1与n+发射极4以及背电极7与P型基底5形成欧姆接触，最终形成背面点接触晶体硅太阳电池。 

附图说明

图1本专利制备的点接触晶体硅太阳电池结构； 

1金属银电极； 

201前表面的上氧化铝层；202背表面的下氧化铝层； 

3上氮化硅； 

4n+发射极； 

5P型硅基底； 

6下氮化硅； 

7金属Al电极。 

图2(1)-图2(7)实施例中制备具有上表面双层钝化膜，下表面双层钝化膜的点接触晶体硅太阳电池主要工艺流程。 

具体实施方式

下面结合附图2和实施例1，对本专利作进一步详细说明。 

实施例1： 

步骤§1，§2，§3，§5，§7和§8均为传统晶体硅电池制备工艺，工艺参数有所不同。 

§1图2(1)，采用一般的单晶硅清洗方法，即氢氧化钠+异丙醇(NaOH+IPA)溶液去除P型的CZ硅表面损伤并制绒形成减反射结构及化学清洗；P型的CZ硅片为工业用125单晶硅片，电阻率0.5-5Ωcm，厚度180-220um； 

§2图2(2)，在POCl3氛围中进行扩散形成n+发射极及去除周边pn结和磷硅玻璃形成pn+结构的pn+结硅基底； 

§3图2(3)，在n+发射极表面采用传统直接法PECVD淀积70nm折射率为2.3的非晶氮化硅薄膜； 

§4采用HF酸清洗§3得到的结构表面1分钟；所示氢氟酸为体积比HF∶ H2O＝1∶50；图2(4)，然后采用原子层沉积(ALD)系统同时在前表面和p型硅基底背表面制备30nm的非晶氧化铝层；沉积氧化铝后在氮气氛围中退火15分钟，退火温度400℃； 

§5图2(5)，在背表面非晶氧化铝层表面采用传统PECVD淀积100nm折射率为2.5的非晶氮化硅薄膜； 

§6图2(6)，采用刻蚀浆料在背表面开圆形孔，刻蚀掉开孔部位的氧化铝/氮化硅层；所述圆形孔直径为200um，开孔间距1mm。 

§7图2(7)，丝网印刷背面铝浆，背面银浆和正面银浆，烧结使银电极与n+发射极以及背电极与p型基底形成欧姆接触。 

§8I-V测试和分检。 

Claims (1)

1.一种背面点接触晶体硅太阳电池，其特征在于：该电池结构为：在P型硅基底(5)的上表面向上依次为n+发射极(4)、60-100nm折射率为1.7-2.8的上氮化硅层(3)和10-100nm的上氧化铝层(201)，金属银电极(1)穿过上氧化铝层(201)和上氮化硅层(3)与n+发射极(4)连接；在P型硅基底(5)的下表面向下依次为10-100nm的下氧化铝层(202)、60-200nm的下氮化硅层(6)和金属铝层(7)，金属铝层(7)通过孔洞与P型硅基底(5)连接；所述孔洞为圆形孔或方形孔，圆形孔直径为50-300um，方形孔边长为50-200um，开孔面积占背表面总面积的1％-10％。 

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