CN206040667U - 一种钝化接触的ibc电池及其组件和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种钝化接触的IBC电池及其组件和系统。本实用新型的一种钝化接触的IBC电池，包括N型晶体硅基体，N型晶体硅基体的前表面从内到外依次为n+掺杂前表面场和前表面钝化减反膜，N型晶体硅基体的背表面从内到外依次为背表面氧化层、交替排列的背表面p+掺杂区域和背表面n+掺杂区域、背表面钝化膜和背表面金属电极。其有益效果是：将钝化接触技术与背接触结构相结合，在N型晶体硅基体背表面设置氧化层，在其上设置交替排列的p+和n+掺杂区域，本实用新型中的氧化层可以给N型晶体硅基体背表面带来更好的表面钝化效果，同时载流子可透过氧化层进行自由传输，所制电池拥有更高的开路电压和转换效率。

Description

一种钝化接触的IBC电池及其组件和系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种钝化接触的IBC电池及其组件和系统。

背景技术

太阳能电池是一种将光能转化为电能的半导体器件，较低的生产成本和较高的能量转化效率一直是太阳能电池工业追求的目标。对于目前常规太阳能电池，其p+掺杂区域接触电极和n+掺杂区域接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所遮挡反射，造成一部分光学损失。普通晶硅太阳能电池的正面金属电极的覆盖面积在7％左右，减少金属电极的正面覆盖可以直接提高电池的能量转化效率。

IBC(Interdigitated back contact)电池，是一种将p+掺杂区域和n+掺杂区域均放置在电池背面(非受光面)的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，使电池片的能量转化效率得到提高。由于PN结位于电池的背面，光生载流子的产生主要在前表面附近，载流子需要穿过整个硅片厚度到达背面的地方才能被收集，所以背表面的钝化质量尤为重要。常见的结构是在N型基体的背表面交替设置p+和n+掺杂区域，然后在其上设置钝化层和金属电极。现有的背接触电池，存在背表面的钝化效果不好的问题，而钝化质量会影响电池片的隐开路电压、暗饱和电流密度和短波段的内量子效率等性能。综上，提供一种钝化质量高的钝化接触的IBC电池及制备方法是本实用新型的创研动机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种钝化接触的IBC电池及其组件和系统。所述的钝化接触的IBC电池将钝化接触技术与背接触结构相结合，在N型晶体硅基体背表面设置氧化层，在其上设置交替排列的p+和n+掺杂区域，相比现有的背接触电池结构，本实用新型中的氧化层可以给N型晶体硅基体背表面带来更好的表面钝化效果，同时载流子可透过氧化层进行自由传输，所制电池拥有更高的开路电压和转换效率。

为实现上述实用新型的目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种钝化接触的IBC电池，包括N型晶体硅基体，N型晶体硅基体的前表面从内到外依次为n+掺杂前表面场和前表面钝化减反膜，N型晶体硅基体的背表面从内到外依次为背表面氧化层、交替排列的背表面p+掺杂区域和背表面n+掺杂区域、背表面钝化膜和背表面金属电极；所述N型晶体硅基体的长度与厚度的比值为300～10000。

其中，n+掺杂前表面场的方阻为100～200Ω/sqr。

其中，背表面n+掺杂区域的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3-2.0μm；背表面p+掺杂区域的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3～2.0μm。

其中，背表面金属电极包括p+金属电极和n+金属电极，p+金属电极为银铝合金电极，n+金属电极为银电极。

其中，背表面p+掺杂区域为线条状图案，线条状图案的宽为200～3000μm。

其中，背表面n+掺杂区域为线条状图案，线条状图案的宽为200～2000μm。

其中，N型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm；N型晶体硅基体的厚度为50-300μm。

其中，钝化减反膜为厚度为5～30nm的SiO₂介质膜和厚度为40-80nm的SiN_x介质膜；钝化膜为厚度为30-50nm的SiN_x介质膜。

本实用新型还提供了一种太阳能电池组件，包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、太阳能电池、封装材料、背层材料，所述太阳能电池是上述的一种钝化接触的IBC电池。

本实用新型还提供了一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件是上述的太阳能电池组件。

本实用新型的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)、分别对N型晶体硅基体的前表面和背表面进行掺杂处理，N型晶体硅基体背表面的掺杂处理方式为：在N型晶体硅基体的背表面生长背表面氧化层，然后在背表面氧化层上生长本征多晶硅层或者本征非晶硅层，然后在本征多晶硅层或者本征非晶硅层上选择性的注入硼离子和磷离子，硼离子注入区域与磷离子注入区域相互交替排列；

(2)、将N型晶体硅基体进行退火处理，退火完成后形成n+掺杂前表面场，相互交替排列的背表面n+掺杂区域和背表面p+掺杂区域；

(3)、然后在N型晶体硅基体的前表面形成钝化减反膜，在N型晶体硅基体的背表面形成钝化膜；

(4)、在N型晶体硅基体的背表面制备与背表面n+掺杂区域和背表面p+掺杂区域欧姆接触的金属电极。

其中，步骤(1)中，背表面氧化层的厚度为1-3nm，背表面氧化层为SiO₂，SiO₂的生长方法为高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或CVD沉积法。

其中，步骤(1)中，在背表面氧化层上生长本征多晶硅层的方法是：将N型晶体硅基体放入LPCVD设备中，在背表面氧化层上生长本征多晶硅层；

在背表面氧化层上生长本征非晶硅层的方法是：将N型晶体硅基体放入APCVD设备或PECVD设备中，在背表面氧化层上生长本征非晶硅层。

其中，步骤(1)中，本征多晶硅层或者本征非晶硅层上的硼离子的注入剂量为0.5×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2，磷离子的注入剂量为3×10¹⁵cm^-2～8×10¹⁵cm^-2。

其中，步骤(1)中，在本征多晶硅层或者本征非晶硅层上注入硼离子时，在N型晶体硅基体的背表面和离子束之间设置掩膜，掩膜上设置线条状开口，线条状开口宽为200～3000μm；

在本征多晶硅层或者本征非晶硅层上注入磷离子时，在N型晶体硅基体背表面和离子束之间设置掩膜，掩膜上设置线条状开口，线条状开口宽为200～2000μm。

其中，步骤(1)中，N型晶体硅基体前表面的掺杂处理方式为：使用离子注入机在N型晶体硅基体的前表面进行离子注入，注入元素为磷，注入剂量为1×10¹⁵cm^-2～4×10¹⁵cm^-2。

其中，步骤(2)中，退火处理的峰值温度为800～1100℃，退火时间为30～200min，环境气源为N₂和O₂。

其中，步骤(3)中，钝化减反膜的制备方法是在N型晶体硅基体的前表面利用PECVD设备先沉积一层厚度为5～30nm的SiO₂介质膜，然后在SiO₂介质膜上再沉积一层厚度为40-80nm的SiN_x介质膜；

钝化膜的制备方法是在N型晶体硅基体的背表面利用PECVD设备沉积一层厚度为30-50nm的SiN_x介质膜。

其中，步骤(4)中，金属电极的制备方法是通过丝网印刷的方法在处理后的N型晶体硅基体的背表面p+掺杂区域上印刷银铝浆，在背表面n+掺杂区域上印刷银浆，然后进行烧结处理。

其中，进行步骤(1)之前，对N型晶体硅基体的前表面作制绒处理；N型晶体硅基体的电阻率为0.5-15Ω·cm；N型晶体硅基体的厚度为50-300μm；

进行步骤(3)之前将N型晶体硅基体放入清洗机中进行清洗、烘干处理。

本实用新型的技术优点主要体现在：

本实用新型将钝化接触技术与背接触结构相结合，在N型晶体硅基体背表面设置超薄氧化层，在不损伤钝化膜的情况下具备优异的接触效果(称之为钝化接触技术(Passivated Contact))，然后在其上设置交替排列的p+和n+掺杂区域，相比现有的背接触电池结构，本实用新型中的氧化层可以给N型晶体硅基体背表面带来更好的表面钝化效果，同时载流子可透过氧化层进行自由传输，所制电池拥有更高的开路电压和转换效率。采用本实用新型方法制备的钝化接触的IBC太阳能电池在完成前后表面的钝化膜覆盖后其隐开路电压(ImpliedVoc)可达700mV以上，暗饱和电流密度J₀＜20 fA/cm²，印刷电极制成背接触电池后，其短波段的内量子效率达95％以上。

附图说明

图1为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤一后的电池结构截面示意图。

图2为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤二后的电池结构截面示意图。

图3为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤三后的电池结构截面示意图。

图4为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤四后的电池结构截面示意图。

图5为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤五后的电池结构截面示意图。

图6为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤六后的电池结构截面示意图。

图7为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤七后的电池结构截面示意图。

图8为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤八后的电池结构截面示意图。

图9为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤九后的电池结构截面示意图。

图10为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤四中使用的掩膜结构示意图。

图11为本实用新型实施例的钝化接触的IBC电池的制备方法步骤五中使用的掩膜结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本实用新型加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

参见图9所示，本实施例提供的一种钝化接触的IBC电池，包括N型晶体硅基体10，N型晶体硅基体10的前表面从内到外依次为n+掺杂前表面场14和前表面钝化减反膜，N型晶体硅基体10的背表面从内到外依次为背表面氧化层20、交替排列的背表面p+掺杂区域12和背表面n+掺杂区域13、背表面钝化膜和背表面金属电极。N型晶体硅基体的长度与厚度的比值为300～10000，N型晶体硅基体的长度与厚度的比具体可以选择300∶1，125∶0.18，156∶0.18，156∶1，1560∶5，1560∶1，10000∶1。优选地，n+掺杂前表面场14的方阻为100-200Ω/sqr，背表面n+掺杂区域13的方阻为20-150Ω/sqr，结深为0.3-2.0μm；背表面p+掺杂区域12的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3～2.0μm。

本实施例中，背表面金属电极包括p+金属电极30和n+金属电极31，p+金属电极30为银铝合金电极，n+金属电极31为银电极。背表面p+掺杂区域12为线条状图案，线条状图案的宽为200～3000μm；背表面n+掺杂区域13为线条状图案，线条状图案的宽为200～2000μm。N型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15Ω·cm；N型晶体硅基体10的厚度为50～300μm。钝化减反膜为厚度为5～30nm的SiO₂介质膜21和厚度为40～80nm的SiN_x介质膜22；钝化膜为厚度为30～50m的SiN_x介质膜23。

本实用新型的钝化接触的IBC电池在完成前后表面的钝化膜覆盖后，经测试其隐开路电压(Implied Voc)可达700mV以上，暗饱和电流密度J₀＜20 fA/cm²，印刷电极制成背接触电池后，其短波段的内量子效率达95％以上。

本实施例的一种钝化接触的IBC电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)、选择156mm*156mm的N型晶体硅基体10，并对N型晶体硅基体10的前表面作制绒处理；N型晶体硅基体10的电阻率为0.5～15Ω·cm，优选1～5Ω·cm；N型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选80～200μm；完成本步骤后的电池结构如图1所示。

(2)、在N型晶体硅基体10的背表面生长背表面氧化层20，背表面氧化层20为SiO₂，生长方法可以为高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或CVD沉积法。背表面氧化层20的厚度为1-3nm。完成本步骤后的电池结构如图2所示。

(3)、将步骤(2)处理后的N型晶体硅基体10放入LPCVD设备(低压化学气相沉积)中，在背表面氧化层20上生长本征多晶硅层11。本实施例还可以使用APCVD(常压化学气相沉积)或PECVD(等离子增强化学气相沉积)设备在背表面氧化层20上生长本征非晶硅层。完成本步骤后的电池结构如图3所示。

(4)、使用离子注入机在步骤(3)处理后的N型晶体硅基体10的背表面的本征多晶硅层或本征非晶硅层上进行选择性的离子注入，注入元素为硼，注入剂量为0.5×10¹⁵cm^-23×10¹⁵cm^-2，优选1.5×10¹⁵cm^-2～2.5×10¹⁵cm^-2。离子注入时，在N型晶体硅基体10背表面和离子束之间设置掩膜40。掩膜40的材质为石墨，如图10所示，掩膜40上设置线条状开口401，线条状开口401宽200～3000μm。掩膜40上的开口图案还可以为其他任意排布的周期或准周期阵列，其图案可以根据需要有多种选择，此处不作限定，仅进行举例列举。完成本步骤后的电池结构如图4所示。

(5)、使用离子注入机在步骤(4)处理后的N型晶体硅基体10的背表面本征多晶硅层或本征非晶硅层上进行选择性地离子注入，注入元素为磷，注入剂量为3×10¹⁵cm^-2～8×10¹⁵cm^-2，优选4×10¹⁵cm^-2～6×10¹⁵cm^-2。离子注入时，在N型晶体硅基体10背表面和离子束之间设置掩膜41。掩膜41的材质为石墨，如图11所示，掩膜41上设置线条状开口411，线条状开口411宽200～2000μm。掩膜41上的开口区域正好对应N型晶体硅基体10背表面未被注入硼的区域。完成本步骤后的电池结构如图5所示。

(6)、使用离子注入机在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体10前表面进行离子注入，注入元素为磷，注入剂量为1×10¹⁵cm^-2～4×10¹⁵cm^-2，优选1×10¹⁵cm^-2～3×10¹⁵cm^-2。完成本步骤后的电池结构如图6所示。

(7)、将步骤(6)处理后的N型晶体硅基体10放入退火炉中进行高温退火处理，退火的峰值温度为800～1100℃，优选为850～1000℃，退火时间为30～200min，优选为60～200min，环境气源优选为N₂和O₂。退火完成后即形成n+掺杂前表面场14、背表面n+掺杂区域13和背表面p+掺杂区域12。其中n+掺杂前表面场14的方阻为100～200Ω/sqr。背表面n+掺杂区域13的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3～2.0μm；背表面p+掺杂区域12的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3～2.0μm。完成本步骤后的电池结构如图7所示。

(8)、将步骤(7)处理后的N型晶体硅基体10放入清洗机中进行清洗并烘干。然后在N型晶体硅基体10的前表面用PECVD的方式先沉积一层厚度为5～30nm的SiO₂介质膜21，然后在SiO₂介质膜21上再沉积一层SiN_x介质膜22，膜的厚度为40～80nm；在N型晶体硅基体10的背表面用PECVD的方式制作一层SiN_x介质膜23，SiN_x介质膜23的厚度为30～50nm。硅基体前表面的SiO₂介质膜21与SiN_x介质膜22的作用为硅基体前表面的钝化和光的减反射；硅基体背表面的SiN_x介质膜23的作用为硅基体背表面的钝化。完成本步骤后的电池结构如图8所示。

(9)、通过丝网印刷的方法在步骤(8)处理后的N型晶体硅基体10的背表面p+掺杂区域12上印刷银铝浆(烧结后形成p+金属电极30)，在背表面n+掺杂区域13上印刷银浆(烧结后形成n+金属电极31)。印刷结束后将N型晶体硅基体10传送入带式烧结炉进行烧结形成欧姆接触。p+金属电极30为银铝合金电极，n+金属电极31为银电极。完成本步骤后的电池结构如图9所示。至此即完成本实用新型背接触太阳能电池的制作。

本实施例将钝化接触技术与背接触结构相结合，在N型晶体硅基体背表面设置氧化层，在其上设置交替排列的p+和n+掺杂区域，相比现有的背接触电池结构，本实用新型中的氧化层可以给N型晶体硅基体背表面带来更好的表面钝化效果，同时载流子可透过氧化层进行自由传输，所制电池拥有更高的开路电压和转换效率。

本实用新型还提供了一种太阳能电池组件，包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、太阳能电池、封装材料、背层材料，所述太阳能电池是上述的钝化接触的IBC电池。

本实用新型还提供了一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件是上述的太阳能电池组件。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种钝化接触的IBC电池，包括N型晶体硅基体，其特征在于：N型晶体硅基体的前表面从内到外依次为n+掺杂前表面场和前表面钝化减反膜，N型晶体硅基体的背表面从内到外依次为背表面氧化层、交替排列的背表面p+掺杂区域和背表面n+掺杂区域、背表面钝化膜和背表面金属电极；所述N型晶体硅基体的长度与厚度的比值为300～10000。

2.根据权利要求1所述的一种钝化接触的IBC电池，其特征在于：n+掺杂前表面场的方阻为100～200Ω/sqr。

3.根据权利要求1或2所述的一种钝化接触的IBC电池，其特征在于：背表面n+掺杂区域的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3～2.0μm；背表面p+掺杂区域的方阻为20～150Ω/sqr，结深为0.3～2.0μm。

4.根据权利要求3所述的一种钝化接触的IBC电池，其特征在于：背表面金属电极包括p+金属电极和n+金属电极，p+金属电极为银铝合金电极，n+金属电极为银电极。

5.根据权利要求3所述的一种钝化接触的IBC电池，其特征在于：背表面p+掺杂区域为线条状图案，线条状图案的宽为200～3000μm。

6.根据权利要求5所述的一种钝化接触的IBC电池，其特征在于：背表面n+掺杂区域为线条状图案，线条状图案的宽为200～2000μm。

7.根据权利要求6所述的一种钝化接触的IBC电池，其特征在于：N型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm；N型晶体硅基体的厚度为50～300μm。

8.根据权利要求3所述的一种钝化接触的IBC电池，其特征在于：钝化减反膜为厚度为5～30nm的SiO₂介质膜和厚度为40～80nm的SiN_x介质膜；钝化膜为厚度为30～50nm的SiN_x介质膜。

9.一种太阳能电池组件，包括由上至下依次设置的前层材料、封装材料、太阳能电池、封装材料、背层材料，其特征在于：所述太阳能电池是权利要求1-8任一所述的一种钝化接触的IBC电池。

10.一种太阳能电池系统，包括一个以上的太阳能电池组件，其特征在于：所述太阳能电池组件是权利要求9所述的太阳能电池组件。