CN202585427U

CN202585427U - 一种太阳能电池的钝化结构

Info

Publication number: CN202585427U
Application number: CN 201220228566
Authority: CN
Inventors: 侯利平; 王栩生; 章灵军
Original assignee: CSI Solar Technologies Inc; Canadian Solar China Investment Co Ltd
Current assignee: CSI Cells Co Ltd; Canadian Solar Inc; CSI Solar Power Group Co Ltd
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-21

Abstract

一种太阳能电池的钝化结构，该钝化结构包括在太阳能电池正面的P⁺层上沉积的由氧化硅/氧化铝/非晶氮化硅组成的复合叠层钝化薄膜，以及在背面场的N+层上沉积的由氧化硅/非晶氮化硅组成的叠层钝化薄膜。本实用新型的太阳能电池的钝化结构可以有效饱和悬挂键、降低表面态、减小表面复合速度，提高电池的有效少子寿命，获得较高的开路电压和短路电流，明显提高了太阳能电池的光电转换效率。其中光电转化效率可达到20%以上。另外，制作该种结构的太阳能电池时，具有低温度和时间短的优点，而且钝化效果优异，可操作性强，在光伏能源领域中具有良好的应用前景。

Description

一种太阳能电池的钝化结构

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池制造领域，尤其是一种N型单晶硅太阳能电池的叠层钝化薄膜。

背景技术

随着晶体硅太阳能电池的飞速发展，硅原料缺乏和降低成本，加速了硅片向薄片化发展，许多光伏太阳能企业所用的硅片厚度已经在180-200微米之间。而且，制造高效率硅太阳电池是光伏能源领域的主要研究热点，低的表面复合是达到高效率的先决条件之一。

硅片减薄，表面有效寿命远远小于体寿命，此时有效寿命基本上等于表面有效寿命。因此，表面复合对有效少子寿命的影响是非常明显的。无论是降低表面复合，还是减少硅片厚度，表面钝化处理都是必不可少的。例如，高效太阳能电池钝化发射结背表面太阳能电池（PERC）和背面发射结、背面局部扩散太阳能电池（PERL）取得了极大的成功，其中PERL太阳能电池的光电转化效率达到了24.7%；Sun Power公司生产的背面接触太阳能电池（IBC）和Sanyo公司生产的异质结(Hetero-junction Intrinsic Thin-layer，HIT)太阳能电池，其效率分别是24%和23%等。这些太阳能电池无一例外的采用了表面钝化技术，是太阳能的有效寿命保持在较高水平，从而得到了较高的开路电压和短路电流。

硅太阳电池的表面钝化技术包括氧化层钝化，如传统热氧化法（CTO），快速热氧化法（RTO）；等离子体增强化学气相沉积（PECVD）非晶SiN_x；SiO₂/SiN_x堆叠钝化和背场钝化等。

采用钝化技术能够取得太阳能电池高效有以下两个原因：第一，对硅太阳电池的表面进行较好的钝化，可以去掉悬挂键和降低表面态，这是降低表面复合的一种重要方法。第二，为了在减少硅片厚度的同时保持硅太阳电池的性能不变甚至提高，要求这种薄的硅片具有很低的表面复合速度，传统的方法是使用Al金属作为背面场（BSF）来降低背表面复合速度，但是，标准的Al背面场的应用会导致厚度小于150μm的硅片弯曲，会降低能量的产出。

新一代工业化硅太阳能电池的目标转换效率在20%以上。在硅片厚度不断减薄的趋势下，为了实现这一目标，就必须为电池的前、背表面提供更加高效的钝化技术。

因此，需要有一种新的太阳能电池的表面钝化结构，来克服现有技术中问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种太阳能电池的钝化结构，该太阳能电池通过新的钝化结构，改善现有技术中表面复合速度过快导致的有效少子寿命过短问题，从而提高太阳能电池的光电转换效率。同时本实用新型提出的新的表面钝化结构，可以实现对制作环境的低要求，从而降低制作成本，为商业生产提供可能。

根据本实用新型的目的提出的一种太阳能电池的钝化结构，包括：

基板，所述基板包括用于搜集入射光的正面和与该正面相对的背面；

复合叠层钝化薄膜，设置在所述基板的正面，该复合叠层钝化薄膜包括氧化硅钝化薄膜、氧化铝钝化薄膜和非晶氮化硅减反射膜；

叠层钝化薄膜，设置在所述基板的背面，该叠层钝化膜包括氧化硅钝化薄膜和非晶氮化硅减反射膜。

优选的，所述基板为N型硅衬底。

优选的，所述N型硅衬底的正面包括由硼杂质扩散形成的P⁺层，该P⁺层与该N型硅衬底形成P⁺N结，所述复合叠层钝化薄膜设置在所述P⁺层上。

优选的，所述N型硅衬底的背面包括由磷杂质扩散形成的N⁺层，该N⁺层与该N型硅衬底形成NN⁺结，所述叠层钝化薄膜设置在所述N⁺层上。

优选的，所述复合叠层钝化薄膜的氧化硅钝化薄膜厚度为1-30nm。

优选的，所述复合叠层钝化薄膜的氧化铝钝化薄膜厚度为1-30nm。

优选的，所述复合叠层钝化薄膜的非晶氮化硅减反射膜厚度为20-80nm。

优选的，所述叠层钝化薄膜的氧化硅钝化薄膜厚度为1-30nm。

优选的，所述叠层钝化薄膜的非晶氮化硅减反射膜厚度为40-80nm

上述太阳能电池的钝化结构较现有技术相比具有如下优点：

1、本实用新型提出了在N型晶体硅太阳能电池正表面沉积氧化硅/氧化铝/非晶氮化硅复合叠层钝化薄膜，背面场生长氧化硅/非晶氮化硅叠层钝化薄膜，可以有效去掉悬挂键、降低表面态、减小表面复合速度，提高电池的有效少子寿命，获得较高的开路电压和短路电流，明显提高了太阳能电池的光电转换效率。其中光电转化效率可达到20%以上。

2、N型晶体硅太阳能电池的正、反表面采用叠层钝化，具有低温度和时间短的优点，而且钝化效果优异，可操作性强，在光伏能源领域中具有良好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本实用新型的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本发明的太阳能电池的钝化结构示意图；

图2是本发明的太阳能电池的钝化结构的制作流程图。

具体实施方式

正如背景技术中提到的，太阳能电池有朝硅片不断减薄的趋势。然而硅片减薄所带来的影响之一就是增加了表面复合效应，降低了表面有效少子的寿命。对于此影响的一个补偿措施就是在硅片表面制作钝化层。

然而现行的钝化结构中，需要在硅片的背面使用铝金属作为背场，这在小于150um厚度的硅基片应用中，会导致硅基片的弯曲变形，从而影响太阳能电池的光能利用率。

本实用新型针对上述的问题，提出了一种新的太阳能电池的表面钝化结构，该表面钝化结构分别在太阳能电池的正面、背面制作叠层钝化薄膜。其中在正、反面形成的氧化硅钝化薄膜，从降低表面态、饱和悬挂键的角度，有效减弱光生载流子的复合速度。在正面形成的氧化铝钝化薄膜，能够对硅衬底正面的P⁺层起到较好的钝化效果，从提高开路电压、短路电流，增加载流子的有效扩散长度角度提高表面少子的寿命。而在正、反两面最后沉积的非晶氮化硅减反射膜，则弥补了单层氧化硅薄膜的缺陷，同时起到减反射的作用。因此相比较现有技术，本实用新型提出的太阳能电池的钝化结构，能够在硅基片减薄的情况下，提高太阳能电池的光能转化效率，使太阳能电池的光能转化效率达到20%以上。

下面将通过具体实施方式对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1，图1是本实用新型的太阳能电池钝化结构示意图。如图所示，本实用新型的太阳电池的钝化结构包括：

基板10。该基板10优选为N型硅衬底，N型硅衬底具有载流子寿命长、饱和电流低、衰减小等特点。当然，在满足本实用新型其他条件的情况下，该基板10也可以是其它半导体材料。所述基板10包括用于搜集入射光的正面和与该正面相对的背面。

在一种较优的实施例中，该N型硅衬底的正面扩散硼杂质形成P⁺层11，该P⁺层11与N型硅衬底形成发射结P⁺N结；背面扩散磷杂质形成N⁺层12，该N⁺层12与N型硅衬底形成背场NN⁺结。在一些其它应用中，也可以对该N型硅衬底沉积其它杂质，只要满足背面的内建电场能够对正面载流子起加强作用即可。

复合叠层钝化薄膜20，设置在所述基板10的正面，该复合叠层钝化薄膜20从基板往外依次包括氧化硅钝化薄膜21、氧化铝钝化薄膜22和非晶氮化硅减反射膜23；

叠层钝化薄膜30，设置在所述基板10的背面，该叠层钝化膜包括氧化硅钝化薄膜31和非晶氮化硅减反射膜32。

上述复合叠层钝化薄膜20中的氧化硅钝化薄膜21和叠层钝化薄膜30中的氧化硅钝化薄膜31可以由同一生长工艺形成，以此减少制作本实用新型的太阳能电池的工艺步骤。于一种较优的方案中，形成该氧化硅钝化薄膜21或氧化硅钝化薄膜31的生长工艺可以采用浓硝酸氧化硅片法生长，其薄膜厚度大约为1.2nm。使用该生长工艺可以避免了硅片长时间的高温过程，保证了体少子寿命不受影响。在其它实施方式中，该氧化硅钝化薄膜21或氧化硅钝化薄膜31的厚度也可以是其它范围，比如1-30nm。

上述的复合叠层钝化薄膜20中的氧化铝钝化薄膜22，可以采用原子层沉积（ALD）技术制作，该沉积方法能够延续上述氧化硅钝化薄膜21生长工艺中的低温环境，从而使整个工序进一步减低高温作用的影响。较优地，该层氧化铝钝化薄膜22的厚度为4nm。对于硅表面的P⁺层，有很大的钝化效果。当然该层氧化铝薄膜22的厚度也可以是其他范围，比如1-30nm。

上述复合叠层钝化薄膜20中的非晶氮化硅减反射膜23和叠层钝化薄膜30中的非晶氮化硅减反射膜32可以由同一生长工艺形成，以此减少制作本实用新型的太阳能电池的工艺步骤。于一种较优的方案中，形成该非晶氮化硅减反射膜23或非晶氮化硅减反射膜32的生长工艺可以采用成熟的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法，薄膜厚度为80nm。在其它实施方式中，该复合叠层钝化薄膜20中的非晶氮化硅减反射膜23的厚度也可以是20-80nm，该叠层钝化薄膜30中的非晶氮化硅减反射膜32也可以是40-80nm非晶氮化硅和氧化硅薄膜的叠层，弥补了单层氧化硅薄膜的缺陷，同时起到减反射的作用。

为了更好的理解本实用新型中太阳能电池的创作优势，下面将列举该太阳能电池钝化结构的一种制作方法。

请参见图2，图2是本实用新型的太阳能电池钝化结构的制作方法的流程示意图。如图所示，该制作方法包括步骤：

S11：N型晶体硅表面清洁，去除损伤层，对该N型晶体硅进行碱制绒，形成金字塔绒面。

S12：正面扩散硼杂质，形成发射极P⁺N结。

S13：背面扩散磷杂质，形成背面场NN⁺结。

S14：采用氢氟酸对上述硅片进行清洗，去除正面的硼硅玻璃（BSG）和背面的磷硅玻璃（PSG）。

S15：采用68%的浓硝酸，温度100℃，浸渍30min，在硅片的正、反表面生成约1.2nm的氧化硅薄膜，饱和了硅片表面的悬挂键。

S16：正面氧化硅钝化薄膜上沉积氧化铝薄膜。该薄膜利用原子层沉积（ALD）气相镀膜技术，制备完全保型的和无针孔的薄膜，厚度4nm。然后在450℃的氮气中退火30分钟。

S17：硅片正、反面采用PECVD法沉积氮化硅减反射膜，厚度80nm。

综上所述，本实用新型提出的一种太阳能电池的钝化结构，分别在正面的P⁺层和背面的N+层上沉积由氧化硅/氧化铝/非晶氮化硅组成的复合叠层钝化薄膜和由氧化硅/非晶氮化硅组成的叠层钝化薄膜。从而可以有效去掉悬挂键、降低表面态、减小表面复合速度，提高电池的有效少子寿命，获得较高的开路电压和短路电流，明显提高了太阳能电池的光电转换效率。其中光电转化效率可达到22%以上。另外，制作该种结构的太阳能电池时，具有低温度和时间短的优点，而且钝化效果优异，可操作性强，在光伏能源领域中具有良好的应用前景。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种太阳能电池的钝化结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的太阳能电池的钝化结构，其特征在于：所述基板为N型硅衬底。

3.如权利要求2所述的太阳能电池的钝化结构，其特征在于：所述N型硅衬底的正面包括由硼杂质扩散形成的P⁺层，该P⁺层与该N型硅衬底形成P⁺N结，所述复合叠层钝化薄膜设置在所述P⁺层上。

4.如权利要求2所述的太阳能电池的钝化结构，其特征在于：所述N型硅衬底的背面包括由磷杂质扩散形成的N⁺层，该N⁺层与该N型硅衬底形成NN⁺结，所述叠层钝化薄膜设置在所述N⁺层上。

5.如权利要求1所述的太阳能电池的钝化结构，其特征在于：所述复合叠层钝化薄膜的氧化硅钝化薄膜厚度为1-30nm。

6.如权利要求1所述的太阳能电池的钝化结构，其特征在于：所述复合叠层钝化薄膜的氧化铝钝化薄膜厚度为1-30nm。

7.如权利要求1所述的太阳能电池的钝化结构，其特征在于：所述复合叠层钝化薄膜的非晶氮化硅减反射膜厚度为20-80nm。

8.如权利要求1所述的太阳能电池的钝化结构，其特征在于：所述叠层钝化薄膜的氧化硅钝化薄膜厚度为1-30nm。

9.如权利要求1所述的太阳能电池的钝化结构，其特征在于：所述叠层钝化薄膜的非晶氮化硅减反射膜厚度为40-80nm。