CN216871997U - 一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池，包括p型硅基底，所述p型硅基底背面依次设置有隧穿氧化层和背面钝化层，所述背面钝化层包括磷掺杂的多晶硅层、氧化铝层和氮化硅层，所述磷掺杂的多晶硅层与所述p型硅基底之间形成PN结；所述p型硅基底背面有栅线电极，所述背面栅线电极穿过所述氧化铝层和氮化硅层与所述磷掺杂的多晶硅层连接；所述p型硅基底正面为绒面结构，所述p型硅基底正面设有多个硼掺杂的P⁺⁺区，所述p型硅基底正面覆设有正面钝化层，所述p型硅基底正面有栅线电极，所述正面栅线电极穿过所述正面钝化层与所述多个硼掺杂的P⁺⁺区连接。本实用新型提供的TOPCon电池，解决了电池发射极区复合严重，电流传输损耗大等问题。

Description

一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池

技术领域

本实用新型属于晶硅太阳能电池技术领域，尤其涉及一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池。

背景技术

以晶体硅太阳能电池为主的光伏电站已占全球用于地面光伏电站建设的90％以上的份额，在过去的几年里，该领域在电池转化效率方面取得了瞩目的进步。这不仅体现在实验室的研究，在大规模生产中也有很大程度显现。除了在生产技术和设备方面取得了稳定成功之外，近年来一些先进的薄膜技术也令太阳能电池效率提升方面上了一个新台阶。例如，基于氢化非晶硅(a-Si:H)或多晶硅薄膜(隧道氧化物钝化接触(TOPCon))技术，在光伏电池的应用中由于具有非常低的表面复合损失和高效的电流收集等优势，缓解了目前仍然占主导地位的直接金属接触扩散的一些基本限制。迄今为止，基于隧道氧化物钝化触点(TOPCon)电池最高可实现高达750mV的开路电压以及25％以上的发电效率。

在现有技术中，晶硅太阳能电池生产中，晶硅太阳能电池的金属电极与发射极接触处严重复合，背部发射极内的横向电流传输损耗大，晶硅太阳能电池的前表面场复合及金属栅线接触电阻较高。

实用新型内容

鉴于现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池，以解决现有的晶硅太阳能电池发射极区严重复合，横向电流传输损耗大等问题。

为了解决以上问题，本实用新型提供了一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池，包括p型硅基底，所述p型硅基底的背面依次设置有隧穿氧化层和背面钝化层，所述背面钝化层包括磷掺杂的多晶硅层、氧化铝层和氮化硅层，所述磷掺杂的多晶硅层与所述p型硅基底之间形成PN结；所述p型硅基底的背面还设置有背面栅线电极，所述背面栅线电极穿过所述氧化铝层和氮化硅层与所述磷掺杂的多晶硅层连接；所述p型硅基底的正面设置为绒面结构，所述p型硅基底的正面设置有多个硼掺杂的P⁺⁺区，所述p型硅基底的正面上覆设有正面钝化层，所述p型硅基底的正面还设置有正面栅线电极，所述正面栅线电极穿过所述正面钝化层与所述多个硼掺杂的P⁺⁺区连接。

优选地，所述多个硼掺杂的P⁺⁺区相互平行设置。

优选地，所述隧穿氧化层厚度为1nm～2nm。

优选地，所述磷掺杂的多晶硅层厚度为80nm～120nm。

优选地，所述正面钝化层为AlOx:SiNx膜层的叠层膜结构。

优选地，所述AlOx膜层为10nm～20nm，所述SiNx膜层为60nm～100nm。

本实用新型实施例提供一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池，通过在背面钝化层设置磷掺杂的多晶硅层形成发射极，在电池背部形成全面积的PN结，降低了金属栅线电极与PN结的接触复合和磷掺杂的多晶硅层内的横向电流传输损耗，同时有利于整个硅基底空穴(主要载流子)向前端的硼掺杂的P⁺⁺区传输，TOPCon电池正面的硼掺杂的P⁺⁺区的表面复合及金属栅线接触电阻也相应的降低，提高了电池的效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的TOPCon电池的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本实用新型的实施方式仅仅是示例性的，并且本实用新型并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

图1是本实用新型实施例提供的TOPCon电池的结构示意图。如图1所示，所述TOPCon电池包括p型硅基底1，所述p型硅基底1的背面依次设置有隧穿氧化层2和背面钝化层3，所述背面钝化层3包括磷掺杂的多晶硅层31、氧化铝层32和氮化硅层33，所述磷掺杂的多晶硅层31与所述p型硅基底1之间形成PN结；所述p型硅基底1的背面还设置有背面栅线电极4，所述背面栅线电极4穿过所述氧化铝层32和氮化硅层33与所述磷掺杂的多晶硅层31连接；所述p型硅基底1的正面设置为绒面结构，所述p型硅基底1的正面设置有多个硼掺杂的P⁺⁺区5，所述p型硅基底1的正面上覆设有正面钝化层6，所述p型硅基底1的正面还设置有正面栅线电极7，所述正面栅线电极7穿过所述正面钝化层6与所述多个硼掺杂的P⁺⁺区5连接。

以上实施例提供的TOPCon电池，通过在背面钝化层设置磷掺杂的多晶硅层形成发射极，在电池背部形成全面积的PN结，降低了金属栅线电极与PN结的接触复合和磷掺杂的多晶硅层内的横向电流传输损耗，同时有利于整个硅基底空穴(主要载流子)向前端的硼掺杂的P⁺⁺区传输，TOPCon电池正面选择性硼掺杂的P⁺⁺区的制备，也相应的降低了表面复合及与金属栅线的接触电阻，提高了电池的发电效率。

在优选的方案中，所述多个硼掺杂的P⁺⁺区5相互平行设置。

具体地，所述多个硼掺杂的P⁺⁺区5相互平行设置在所述TOPCon电池的p型硅基底1上形成选择性前场，每个所述硼掺杂的P⁺⁺区5相互间隔，根据需要调整所述硼掺杂的P⁺⁺区5的距离和相应的数量。

其中，所述多个硼掺杂的P⁺⁺区5采用纳米硼浆印刷技术在所述p型硅基底1上印刷，并使用激光推进的方式制备形成，由于纳米硼浆中的硼元素具有自融和强烈脱氧等优点，并且其中含有的硅元素润湿性良好且与基底材料相同，通过激光熔覆后更容易同基底材料形成良好的冶金结合。并且，纳米颗粒相对于其他体材料的熔点具有显著降低的优点，因此可选用能量较低的皮秒激光进行推进。

在优选的方案中，所述隧穿氧化层2厚度为1nm～2nm。

具体地，由于隧穿氧化层2设置在所述p型硅基底1和所述磷掺杂的多晶硅层31之间，因此可以有效地降低所述金属栅线电极4与所述磷掺杂的多晶硅层31接触区的少子复合。

在优选的方案中，所述磷掺杂的多晶硅层31厚度为80nm～120nm。

具体地，采用原位掺杂形成所述磷掺杂的多晶硅层31，并由所述磷掺杂的多晶硅层31充当TOPCon电池的PN结，其中，所述磷掺杂的多晶硅层31全面积覆盖整个所述隧穿氧化层2，降低了PN结内的横向电流传输损耗，同时有利于整个所述硅基底1空穴(主要载流子)向前端的所述硼掺杂的P⁺⁺区传输。

在优选的方案中，所述正面钝化层6为AlOx:SiNx膜层的叠层膜结构。

在优选的方案中，所述AlOx膜层为10nm～20nm，所述SiNx膜层为60nm～100nm。

实施例1

本实施例提供一种TOPCon电池，其制备方法包括以下步骤：

(1)选取电阻率为0.3Ω·cm～2.1Ω·cm的P型单晶硅片，采用体积比为40％氢氧化钾(KOH)溶液对P型单晶硅片进行双面抛光。

(2)用LPCVD设备在抛光后的P型单晶硅背面制备隧穿氧化层和磷掺杂的多晶硅层，先用LPCVD设备在P型抛光片背面进行隧穿氧化层及原位掺杂磷的多晶硅薄膜沉积，沉积后隧穿氧化层厚度为1nm～2nm，掺杂多晶硅的厚度为80nm。然后对样片进行退火处理，退火温度控制在850℃～950℃范围内。

(3)用PECVD设备在电池的背面沉积一层100nm厚的背掩膜，其中，背掩膜可以是氧化硅或者氮化硅，之后再用体积比为16％的KOH溶液和0.5％抛光剂去除正面的多晶硅绕镀，由于在制备P型单晶硅背面的磷掺杂的多晶硅层时，P型单晶硅正面会产生磷掺杂多晶硅绕镀，因此需要清洗掉P型单晶硅正面绕镀的磷掺杂多晶硅；清洗完成后完成P型单晶硅正面制绒。

(4)在P型单晶硅正面印刷1μm～2μm左右纳米硼浆，并在200℃～250℃温度下进行烘干，使纳米硼浆凝固，当纳米硼浆内的有机物被蒸发掉0.1g～0.3g左右时，纳米硼浆完成凝固，再用皮秒激光对P型单晶硅正面凝固的纳米硼浆进行推进，获得硼掺杂的P⁺⁺区。

(5)用体积比为50％的电子级酒精对P型单晶硅正面的残余纳米硼浆进行清洗。

(6)清洗完成后，在P型单晶硅正面及背面均沉积一层氧化铝加氮化硅叠层膜，其中氧化铝的厚度为15nm，氮化硅厚度为80nm，以此完成正面及背面钝化层的制备。

(7)用预制好的网版分别印刷P型单晶硅背面和正面的金属栅线电极，并完成烧结，获得相应的TOPCon电池。

综上所述，本实用新型实施例提供一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池，通过在背面钝化层设置磷掺杂的多晶硅层形成发射极，在电池背部形成全面积的PN结，降低了金属栅线电极与PN结的接触复合和磷掺杂的多晶硅层内的横向电流传输损耗，同时有利于整个硅基底空穴(主要载流子)向前端的硼掺杂的P⁺⁺区传输，TOPCon电池正面的硼掺杂的P⁺⁺区的表面复合及金属栅线接触电阻也相应的降低，提高了电池的效率。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种PN结形成在背面钝化层中的TOPCon电池，包括p型硅基底(1)，其特征在于，所述p型硅基底(1)的背面依次设置有隧穿氧化层(2)和背面钝化层(3)，所述背面钝化层(3)包括磷掺杂的多晶硅层(31)、氧化铝层(32)和氮化硅层(33)，所述磷掺杂的多晶硅层(31)与所述p型硅基底(1)之间形成PN结；所述p型硅基底(1)的背面还设置有背面栅线电极(4)，所述背面栅线电极(4)穿过所述氧化铝层(32)和氮化硅层(33)与所述磷掺杂的多晶硅层(31)连接；所述p型硅基底(1)的正面设置为绒面结构，所述p型硅基底(1)的正面设置有多个硼掺杂的P⁺⁺区(5)，所述p型硅基底(1)的正面上覆设有正面钝化层(6)，所述p型硅基底(1)的正面还设置有正面栅线电极(7)，所述正面栅线电极(7)穿过所述正面钝化层(6)与所述多个硼掺杂的P⁺⁺区(5)连接。

2.根据权利要求1所述的TOPCon电池，其特征在于，所述多个硼掺杂的P⁺⁺区(5)相互平行设置。

3.根据权利要求1所述的TOPCon电池，其特征在于，所述隧穿氧化层(2)厚度为1nm～2nm。

4.根据权利要求1所述的TOPCon电池，其特征在于，所述磷掺杂的多晶硅层(31)厚度为80nm～120nm。

5.根据权利要求1所述的TOPCon电池，其特征在于，所述正面钝化层(6)为AlOx:SiNx膜层的叠层膜结构。

6.根据权利要求5所述的TOPCon电池，其特征在于，所述AlOx膜层为10nm～20nm，所述SiNx膜层为60nm～100nm。

Images