CN210349847U - 一种p型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池 - Google Patents

一种p型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，包括P型硅，所述P型硅的正面从内到外依次沉积有N型重掺杂硅层和正面SiNx减反射层，所述N型重掺杂硅层中设置有相互接触的二氧化硅层和N型重掺杂多晶硅层，且二氧化硅层设置于靠近P型硅一侧，所述正面SiNx减反射层中设置有Ag栅指电极，所述Ag栅指电极与N型重掺杂多晶硅层相互对应且形成欧姆接触；所述P型硅的背面从内到外依次沉积有三氧化二铝层和背面SiNx减反射层。本实用新型制备形成的TOPCon太阳能电池结构可结合现有异质接面结构以及传统多晶硅接面结构的优点，即具有高载子选择性、高温度稳定性，优良的界面钝化效果，从而实现高转换效率，高稳定性的太阳能电池。

Description

一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体为一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
背景技术
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。
目前太阳能电池主要以晶体硅作为基底材料，由于在硅片表面周期性破坏，会产生大量垂悬键(dangling bond)，使得晶体表面存在大量位于带隙中的缺陷能级；除此之外，位错、化学残留物、表面金属的沉积均会导入缺陷能级，使得硅片表面成为复合中心，造成较大的表面复合速率，进而限制了转换效率。背钝化太阳能电池在正面镀膜SiNx，背面镀膜Al2O3、SiNx迭层，减小表面复合的速率效果一般。除此之外，由于太阳能电池正面为太阳光直接入射的吸光面，钝化层设计必须考虑光吸收问题，这对于正面钝化层的研究受到了很大的限制。
现有技术的背钝化(PERC)太阳能电池的结构如说明书附图1所示，其主要制程为:制绒、磷扩散、背面刻蚀、退火、背面镀膜Al2O3、背面镀膜SiNx、正面镀膜SiNx、背面钝化层激光开槽、印刷正背面电极电场、高温烧结，最后形成背钝化太阳能电池，背钝化太阳电池的结构从下至上依次为21背面Ag电极、22背电场、23背面钝化层、24激光刻蚀区、25硅基体、26N+层、27钝化膜、28正面Ag电极。由于在电池背面，沉积了绝缘的钝化层，必须通过激光刻蚀，选择性刻蚀掉部分钝化层，让硅层裸露，再将背电场铝浆印刷在激光刻蚀区，与硅层形成直接接触，从而实现导电。因此，背面激光刻蚀区，由于部分钝化层被去除，钝化能力下降，直接影响了整体的背面钝化的效果，导致降低了电池的转换效率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，包括P型硅，所述P型硅的正面从内到外依次沉积有N型重掺杂硅层和正面SiNx减反射层，所述N型重掺杂硅层中设置有相互接触的二氧化硅层和N型重掺杂多晶硅层，且二氧化硅层设置于靠近P型硅一侧，所述正面SiNx减反射层中设置有Ag栅指电极，所述Ag栅指电极与N型重掺杂多晶硅层相互对应且形成欧姆接触；
所述P型硅的背面从内到外依次沉积有三氧化二铝层和背面SiNx减反射层，所述三氧化二铝层与P型硅连接处设置有P型重掺杂硅层，所述三氧化二铝层和背面SiNx减反射层中贯穿设置有Al电极，所述Al电极与P型重掺杂硅层相互对应且形成欧姆接触。
一种制备P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的方法，包括以下步骤：
(S1)、采用碱制绒，将P型硅置于槽中去除损伤层并制绒，形成0.5μm-5μm高的金字塔绒面；
(S2)、采用三氯氧磷进行高温扩散，反应温度为750-850℃，反应时间为30-60min，在P型硅表面形成N型重掺杂硅层；
(S3)、采用HF溶液去除P型硅表面的磷硅玻璃层；
(S4)、采用RCA湿法化学法，清洗硅片表面；
(S5)、在P型硅正面先使用低压化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积法形成二氧化硅层，再于二氧化硅层上形成N型重掺杂多晶硅层；
(S6)、印刷掩膜；
(S7)、采用湿法刻蚀工艺，搭配HNO3/HF混合溶液，去除背面PN+结形成P型重掺杂硅层，并对背面进行抛光处理；
(S8)、退火；
(S9)、采用原子层沉积法在P型硅背面进行形成三氧化二铝层，再在三氧化二铝层上进行等离子增强化学气相沉积法形成背面SiNx减反射层(9)；
(S10)、采用等离子增强化学气相沉积法，在P型硅正面形成正面SiNx减反射层；
(S11)、采用丝网印刷法在P型硅的正面和背面印刷金属化浆料，分别形成Ag栅指电极和Al电极，经过高温烧结后，形成欧姆接触，制作得到P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
优选的，步骤S5中，所述N型重掺杂多晶硅层的厚度为15-300nm、反应温度为300-600℃，所述二氧化硅层的厚度为0.3-3nm、反应温度为600-850℃。
优选的，步骤S6中，印刷掩膜采用丝网印刷方式，将掩模浆料通过栅线网板印刷在P型硅正面，采用红外或电阻丝加热烘干，温度110-125℃、时间50-130S；随后进行碱拨离：采用1.5-2wt％NaOH或KOH、30-45℃、时间40-120S。
优选的，步骤S9中，在P型硅背面形成的三氧化二铝层的厚度为3-10nm、背面SiNx减反射层的厚度为100-150nm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池结构，由隧穿氧化物结合重掺杂硅薄膜形成的钝化接触结构，取代原先的整面掺杂背表面区域，使得在钝化接触结构中，隧穿氧化物层形成于硅基板的表面，采用氧化硅(SiOx，x≤2)作为钝化隧穿层，氧化硅具有优良的界面钝化效果，有利于显着降低整个硅片表面的复合速度，而重掺杂硅薄膜可透过低压化学气相沉积(LPCVD)或电浆辅助化学气相沈积(PECVD)覆盖于隧穿氧化物层的表面。
本实用新型制备形成的TOPCon太阳能电池结构可结合现有异质接面结构以及传统多晶硅接面结构的优点，即具有高载子选择性、高温度稳定性，优良的界面钝化效果，从而实现高转换效率，高稳定性的太阳能电池。
附图说明
图1为现有技术的太阳能电池整体结构示意图；
图2为本实用新型的太阳能电池整体结构示意图。
图中：1Ag栅指电极、2正面SiNx减反射层、3N型重掺杂多晶硅层、4二氧化硅层、5N型重掺杂硅层、6P型硅、7P型重掺杂硅层、8三氧化二铝层、9背面SiNx减反射层、10Al电极。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：
一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，包括P型硅6，P型硅6的正面从内到外依次沉积有N型重掺杂硅层5和正面SiNx减反射层2，N型重掺杂硅层5中设置有相互接触的二氧化硅层4和N型重掺杂多晶硅层3，且二氧化硅层4设置于靠近P型硅6一侧，正面SiNx减反射层2中设置有Ag栅指电极1，Ag栅指电极1与N型重掺杂多晶硅层3相互对应且形成欧姆接触。
P型硅6的背面从内到外依次沉积有三氧化二铝层8和背面SiNx减反射层9，三氧化二铝层8与P型硅6连接处设置有P型重掺杂硅层7，三氧化二铝层8和背面SiNx减反射层9中贯穿设置有Al电极10，Al电极10与P型重掺杂硅层7相互对应且形成欧姆接触。
Ag栅指电级1、正面SiNx减反射层2、N型重掺杂多晶硅层3、二氧化硅层4、N型重掺杂硅层5、P型硅6、P型重掺杂硅层7、三氧化二铝层8、背面SiNx减反射层9、Al电极10依次相连，通过在P型硅6的正面先使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成二氧化硅层4(SiO2)，再于二氧化硅层4(SiO2)上形成N型重掺杂多晶硅层3，进而减小金属接触区域的复合损失，在P型硅6背面进行原子层沉积(ALD)形成三氧化二铝层8(Al2O3)，再在三氧化二铝层8层上进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成背面SiNx减反射层9，增加了原子态的氢饱和基体表面悬挂键提供大量的固定电荷场钝化效应，进而保持较高的短路电流，增加开路电压，提升填充因子，提升电池转换效率。
实施例一：
一种制备P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的方法，包括以下步骤：
(S1)、采用碱制绒，将P型硅6置于槽中去除损伤层并制绒，形成0.5μm高的金字塔绒面；
(S2)、采用三氯氧磷POCl3进行高温扩散，反应温度为750℃，反应时间为30min，在P型硅6表面形成N型重掺杂硅层5；
(S3)、采用HF溶液去除P型硅6表面的磷硅玻璃层PSG；
(S4)、采用RCA湿法化学法，清洗硅片表面；
(S5)、在P型硅6正面先使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积法(PECVD)形成二氧化硅层4，N型重掺杂多晶硅层3的厚度为15nm、反应温度为300℃，再于二氧化硅层4上形成N型重掺杂多晶硅层3，二氧化硅层4的厚度为0.3nm、反应温度为600℃；
(S6)、印刷掩膜，印刷掩膜采用丝网印刷方式，将掩模浆料通过栅线网板印刷在P型硅6正面，采用红外或电阻丝加热烘干，温度110℃、时间50S，随后进行碱拨离：采用1.5wt％NaOH、30℃、时间40S；
(S7)、采用湿法刻蚀工艺，搭配HNO3/HF混合溶液，去除背面PN+结形成P型重掺杂硅层7，并对背面进行抛光处理；
(S8)、退火；
(S9)、采用原子层沉积法(ALD)在P型硅6背面进行形成三氧化二铝层8，再在三氧化二铝层8上进行等离子增强化学气相沉积法(PECVD)形成背面SiNx减反射层9，在P型硅6背面形成的三氧化二铝层8的厚度为3nm、背面SiNx减反射层9的厚度为100nm；
(S10)、采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)，在P型硅6正面形成正面SiNx减反射层2；
(S11)、采用丝网印刷法在P型硅6的正面和背面印刷金属化浆料，分别形成Ag栅指电极1和Al电极10，经过高温烧结后，形成欧姆接触，制作得到P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
实施例二：
一种制备P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的方法，包括以下步骤：
(S1)、采用碱制绒，将P型硅6置于槽中去除损伤层并制绒，形成5μm高的金字塔绒面；
(S2)、采用三氯氧磷POCl3进行高温扩散，反应温度为850℃，反应时间为60min，在P型硅6表面形成N型重掺杂硅层5；
(S3)、采用HF溶液去除P型硅6表面的磷硅玻璃层PSG；
(S4)、采用RCA湿法化学法，清洗硅片表面；
(S5)、在P型硅6正面先使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积法(PECVD)形成二氧化硅层4，N型重掺杂多晶硅层3的厚度为300nm、反应温度为600℃，再于二氧化硅层4上形成N型重掺杂多晶硅层3，二氧化硅层4的厚度为3nm、反应温度为850℃；
(S6)、印刷掩膜，印刷掩膜采用丝网印刷方式，将掩模浆料通过栅线网板印刷在P型硅6正面，采用红外或电阻丝加热烘干，温度125℃、时间130S，随后进行碱拨离：采用2wt％KOH、45℃、时间-120S；
(S7)、采用湿法刻蚀工艺，搭配HNO3/HF混合溶液，去除背面PN+结形成P型重掺杂硅层7，并对背面进行抛光处理；
(S8)、退火；
(S9)、采用原子层沉积法(ALD)在P型硅6背面进行形成三氧化二铝层8，再在三氧化二铝层8上进行等离子增强化学气相沉积法(PECVD)形成背面SiNx减反射层9，在P型硅6背面形成的三氧化二铝层8的厚度为10nm、背面SiNx减反射层9的厚度为150nm；
(S10)、采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)，在P型硅6正面形成正面SiNx减反射层2；
(S11)、采用丝网印刷法在P型硅6的正面和背面印刷金属化浆料，分别形成Ag栅指电极1和Al电极10，经过高温烧结后，形成欧姆接触，制作得到P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
实施例三：
一种制备P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池的方法，包括以下步骤：
(S1)、采用碱制绒，将P型硅6置于槽中去除损伤层并制绒，形成2μm高的金字塔绒面；
(S2)、采用三氯氧磷POCl3进行高温扩散，反应温度为800℃，反应时间为50min，在P型硅6表面形成N型重掺杂硅层5；
(S3)、采用HF溶液去除P型硅6表面的磷硅玻璃层PSG；
(S4)、采用RCA湿法化学法，清洗硅片表面；
(S5)、在P型硅6正面先使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积法(PECVD)形成二氧化硅层4，N型重掺杂多晶硅层3的厚度为150nm、反应温度为400℃，再于二氧化硅层4上形成N型重掺杂多晶硅层3，二氧化硅层4的厚度为1nm、反应温度为700℃；
(S6)、印刷掩膜，印刷掩膜采用丝网印刷方式，将掩模浆料通过栅线网板印刷在P型硅6正面，采用红外或电阻丝加热烘干，温度120℃、时间80S，随后进行碱拨离：采用1.8wt％NaOH、37℃、时间90S；
(S7)、采用湿法刻蚀工艺，搭配HNO3/HF混合溶液，去除背面PN+结形成P型重掺杂硅层7，并对背面进行抛光处理；
(S8)、退火；
(S9)、采用原子层沉积法(ALD)在P型硅6背面进行形成三氧化二铝层8，再在三氧化二铝层8上进行等离子增强化学气相沉积法(PECVD)形成背面SiNx减反射层9，在P型硅6背面形成的三氧化二铝层8的厚度为8nm、背面SiNx减反射层9的厚度为120nm；
(S10)、采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)，在P型硅6正面形成正面SiNx减反射层2；
(S11)、采用丝网印刷法在P型硅6的正面和背面印刷金属化浆料，分别形成Ag栅指电极1和Al电极10，经过高温烧结后，形成欧姆接触，制作得到P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种P型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池，包括P型硅(6)，其特征在于：所述P型硅(6)的正面从内到外依次沉积有N型重掺杂硅层(5)和正面SiNx减反射层(2)，所述N型重掺杂硅层(5)中设置有相互接触的二氧化硅层(4)和N型重掺杂多晶硅层(3)，且二氧化硅层(4)设置于靠近P型硅(6)一侧，所述正面SiNx减反射层(2)中设置有Ag栅指电极(1)，所述Ag栅指电极(1)与N型重掺杂多晶硅层(3)相互对应且形成欧姆接触；
所述P型硅(6)的背面从内到外依次沉积有三氧化二铝层(8)和背面SiNx减反射层(9)，所述三氧化二铝层(8)与P型硅(6)连接处设置有P型重掺杂硅层(7)，所述三氧化二铝层(8)和背面SiNx减反射层(9)中贯穿设置有Al电极(10)，所述Al电极(10)与P型重掺杂硅层(7)相互对应且形成欧姆接触。
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