CN216980577U - 电池背面结构及双面TOPCon太阳能电池 - Google Patents
电池背面结构及双面TOPCon太阳能电池 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种电池背面结构及双面TOPCon太阳能电池，所述背面结构包括依次设置在硅片背面的第一隧穿氧化层、第一n+多晶硅掺杂层、第二隧穿氧化层、第二n+多晶硅掺杂层、背面钝化减反膜及背面金属电极；所述第二隧穿氧化层的厚度大于所述第一隧穿氧化层的厚度，所述第二n+多晶硅掺杂层的厚度大于所述第一n+多晶硅掺杂层的厚度；所述硅片为N型硅，所述电池为双面绒面结构。本实用新型的电池背面结构，通过在电池背面引入两层隧穿氧化层和两层n+多晶硅掺杂层，有效减少磷扩散过程中磷原子内扩散，改善背面的界面钝化效果；并提高多晶硅内部的磷浓度，增强场钝化效果，提高电池效率；双面绒面的电池结构，既可改善电池接触，还可提高电池双面率。
Description
技术领域
本实用新型属于光伏组件技术领域，具体涉及一种电池背面结构及包括该背面结构的双面TOPCon太阳能电池。
背景技术
TOPCon(Tunnel Oxide Passivation Contact的缩写，隧穿氧化层钝化接触)电池作为一种新型的高效太阳能晶硅电池，具有极限效率高、与现有PERC(Passivated Emitterand Rear Cell的缩写，发射极和背面钝化电池)产线兼容度高、无光衰、温度系数低等优势，备受国内外研究所与生产企业的关注。常规的TOPCon电池无法兼容场钝化与界面钝化效果，背面较高的复合会制约电池效率。
实用新型内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和达到上述目的，本实用新型的目的是提供一种改进的双面TOPCon太阳能电池的背面结构，能够有效改善电池背面的界面钝化效果的同时，改善电池的场钝化，从而提高电池的效率。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：
一方面，本实用新型提供了一种电池背面结构，包括依次设置在硅片背面的第一隧穿氧化层、第一n+多晶硅掺杂层、第二隧穿氧化层、第二n+多晶硅掺杂层、背面钝化减反膜及背面金属电极；所述第二隧穿氧化层的厚度大于所述第一隧穿氧化层的厚度，所述第二n+多晶硅掺杂层的厚度大于所述第一n+多晶硅掺杂层的厚度；所述硅片为N型硅，所述电池为双面绒面结构。
通过在电池背面引入两层隧穿氧化层和两层n+多晶硅掺杂层，可以有效减少磷扩散过程中磷原子在硅片内部的内扩散，有效改善背面的界面钝化效果，还可以提高多晶硅内部的磷的浓度，增强场钝化的效果，从而提高电池效率。且双面绒面的电池结构，在改善电池接触的同时，可以有效提高电池的双面率。此外，第二隧穿氧化层的厚度大于第一隧穿氧化层的厚度，第二n+多晶硅掺杂层的厚度大于第一n+多晶硅掺杂层的厚度，能够起到阻挡磷进一步向第一n+多晶硅掺杂层及硅片内部扩散，同时有利于进一步提高多晶硅内的磷的整体浓度。
根据本实用新型的一些优选实施方面，所述第一隧穿氧化层的厚度为1-2nm，所述第二隧穿氧化层的厚度为1-4nm。本实用新型的一些实施例中，所述第二隧穿氧化层的厚度优选为2-3nm。
根据本实用新型的一些优选实施方面，所述第一n+多晶硅掺杂层的厚度为20-100nm，所述第二n+多晶硅掺杂层的厚度为50-150nm。本实用新型的一些实施例中，所述第一n+多晶硅掺杂层的厚度优选为40-60nm，所述第二n+多晶硅掺杂层的厚度优选为100-120nm。
优选地，两层隧穿氧化层的生长方法为高温热氧法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或者化学气相沉积法；两层n+多晶硅掺杂层的沉积方法为低压化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法。
根据本实用新型的一些优选实施方面，所述硅片为N型硅，所述硅片的厚度为80-250μm，所述硅片的电阻率为0.3-15Ω·cm。
根据本实用新型的一些优选实施方面，所述第一隧穿氧化层和第二隧穿氧化层的材质均为SiO2。
根据本实用新型的一些优选实施方面，所述第一n+多晶硅掺杂层和第二n+多晶硅掺杂层的掺杂元素均为磷。
根据本实用新型的一些优选实施方面，所述背面钝化减反膜包括Al2O3膜和叠层介质膜，所述叠层介质膜包括SiNx膜，或SiNx膜与SiOxNy膜和/或SiOx膜中的组合。本实用新型的一些实施例中，背面钝化减反膜的结构为Al2O3膜和SiNx膜；或Al2O3膜、SiNx膜与SiOxNy膜的复合结构；或Al2O3膜、SiNx膜与SiOx膜的复合结构；或Al2O3膜、SiNx膜、SiOxNy膜与SiOx膜复合结构，当该复合膜中包含两种或两种以上的膜层时，其无先后生长顺序，且SiNx膜、SiNx膜或SiOxNy膜均可设置为单层或多层结构。Al2O3膜的厚度为2-10nm，叠层介质膜总厚为60-80nm，折射率为1.6-2.25，SiNx膜厚度为0-80nm，SiOxNy膜厚度为0-80nm，SiOx膜厚度为0-50nm。
本实用新型还提供了一种包括如上所述的背面结构的双面TOPCon太阳能电池，该太阳能电池的界面钝化效果得到改善，同时场钝化效果增强。
与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：本实用新型的电池背面结构，通过在电池背面引入两层隧穿氧化层和两层n+多晶硅掺杂层，可以有效减少磷扩散过程中磷原子在硅片内部的内扩散，有效改善背面的界面钝化效果；同时提高多晶硅内部的磷的浓度，增强场钝化的效果，从而提高电池效率。且双面绒面的电池结构，在改善电池接触的同时，还可以有效提高电池的双面率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本实用新型的优选实施例中的一种双面TOPCon太阳能电池的结构示意图；
其中，附图标记包括：硅片-1，P+发射极-2，正面钝化减反膜-3，正面金属电极-4，第一隧穿氧化层-5，第一n+多晶硅掺杂层-6，第二隧穿氧化层-7，第二n+多晶硅掺杂层-8，背面钝化减反膜-9，背面金属电极-10。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，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的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
参照图1，本实施例中的一种双面TOPCon太阳能电池为双面绒面结构，其包括厚度为80-250μm，电阻率为0.3-15Ω·cm的N型硅片1，双面TOPCon太阳能电池结构包括正面结构和背面结构，其中，正面结构从内向外依次包括p+发射极2、正面钝化减反膜3、正面金属电极4。本实施例的双面TOPCon太阳能电池的背面结构由内向外依次包括硅片1背面的第一隧穿氧化层5、第一n+多晶硅掺杂层6、第二隧穿氧化层7、第二n+多晶硅掺杂层8、背面钝化减反膜9及背面金属电极10。
本实施例的第二隧穿氧化层7的厚度大于第一隧穿氧化层5的厚度，第二n+多晶硅掺杂层8的厚度大于第一n+多晶硅掺杂层6的厚度，从而起到阻挡磷进一步向第一n+多晶硅掺杂层6及硅片1内部扩散，同时有利于进一步提高多晶硅内的磷的整体浓度。本实施例中，第一隧穿氧化层5的厚度为1nm，第二隧穿氧化层7的厚度为2nm；第一n+多晶硅掺杂层6的厚度为50nm，第二n+多晶硅掺杂层8的厚度为110nm。且第一隧穿氧化层5和第二隧穿氧化层7的材质均为SiO2，第一n+多晶硅掺杂层6和第二n+多晶硅掺杂层8均为重磷掺杂。
本实施例的背面钝化减反膜9包括Al2O3膜和叠层介质膜，叠层介质膜依次包括SiNx膜、SiOxNy膜与SiOx膜，且SiNx膜、SiOxNy膜与SiOx膜均为单层结构。Al2O3膜的厚度优选为5-8nm；叠层介质膜总厚为60-80nm，折射率为1.6-2.25，SiNx膜厚度为10-30nm，SiOxNy膜厚度为20-40nm，SiOx膜厚度为10-50nm。
本实施例的双面TOPCon太阳能电池的制备方法如下所述：
(1)双面制绒：选取电阻为1-1.5Ω·cm，厚度为160-170μm的N硅片1。预清洗去除硅片1表面油污，用碱溶液去除机械损伤层并进行织构化处理，在硅片1表面形成凹凸不平的金字塔绒面，增加光的吸收，硅片1的反射率<12％；
(2)硼扩散：在高温管式炉中进行硼扩散，硼源为BCl3，沉积温度为750-950℃，沉积时间为5-60min，BCl3气体流量为100-500sccm，N2流量为1500-3000sccm，O2流量为200-1000sccm；氧化推进温度为950-1150℃，氧化推进时间为5-200min，O2流量为10000-20000sccm，N型硅片1硼扩方阻为50-300Ω/sq；
(3)背清洗：利用氧化炉在硅片1前表面生长一层保护性掩膜后，去除背面多余的硼硅玻璃，然后对背面再次进行碱清洗制绒处理，最后清洗去除正面的保护性掩膜；
(4)多层隧穿氧化层以及多晶硅层的生长：采用高温热氧法生长第一隧穿氧化层5和第二隧穿氧化层7，氧化温度为550-700℃；采用低压化学气相沉积法沉积第一多晶硅层和第二多晶硅层；从内向外依次为第一隧穿氧化层5、第一多晶硅层、第二隧穿氧化层7和第二多晶硅层；
(5)多晶硅层磷重掺杂：采用高温磷扩散的方式对硅片1背面的第一多晶硅层和第二多晶硅层进行磷重掺杂，分别得到第一n+多晶硅掺杂层6和第二n+多晶硅掺杂层8，磷源为POCl3，沉积温度为750-850℃，沉积时间为20-50min，O2流量为200-1000sccm，N2流量为500-1500sccm，推进温度为850-1000℃，推进时间为10-30min，p型方阻为10-80Ω/sq；
(6)清洗：利用氧化炉在硅片1背面生长一层保护性掩膜，清洗正面磷硅玻璃；再用碱溶液清洗正面绕镀的多晶硅，清洗保护性掩膜并用HF溶液去除硼硅玻璃保护层以及背面的磷硅玻璃层；
(7)正背面钝化减反膜沉积：利用等离子体增强化学气相沉积设备在硅片1的正面和背面分别沉积正面钝化减反膜3和背面钝化减反膜9，从内向外为Al2O3膜以及SiNx膜、SiOxNy膜、SiOx膜组成的叠层介质膜；其中，Al2O3膜的沉积温度为180-250℃；沉积SiNx膜、SiOxNy膜和SiOx膜的沉积温度为400-500℃；
(8)正背面印刷金属浆料，烧结并测试：正背面主栅浆料为非接触型银浆，正面为接触型银铝浆，背面为接触型银浆；正面副栅数量120-150根，背面副栅数量为80-250根，主栅数量为80-250根，烧结峰值温度为700-850℃。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池背面结构，其特征在于，包括依次设置在硅片背面的第一隧穿氧化层、第一n+多晶硅掺杂层、第二隧穿氧化层、第二n+多晶硅掺杂层、背面钝化减反膜及背面金属电极；所述第二隧穿氧化层的厚度大于所述第一隧穿氧化层的厚度，所述第二n+多晶硅掺杂层的厚度大于所述第一n+多晶硅掺杂层的厚度；所述硅片为N型硅，所述电池为双面绒面结构。
2.根据权利要求1所述的背面结构，其特征在于，所述第一隧穿氧化层的厚度为1-2nm，所述第二隧穿氧化层的厚度为1-4nm。
3.根据权利要求1所述的背面结构，其特征在于，所述第一n+多晶硅掺杂层的厚度为20-100nm，所述第二n+多晶硅掺杂层的厚度为50-150nm。
4.根据权利要求2所述的背面结构，其特征在于，所述第二隧穿氧化层的厚度为2-3nm。
5.根据权利要求3所述的背面结构，其特征在于，所述第一n+多晶硅掺杂层的厚度为40-60nm，所述第二n+多晶硅掺杂层的厚度为100-120nm。
6.根据权利要求1所述的背面结构，其特征在于，所述硅片的厚度为80-250μm，所述硅片的电阻率为0.3-15Ω·cm。
7.根据权利要求1所述的背面结构，其特征在于，所述第一隧穿氧化层和第二隧穿氧化层的材质均为SiO2。
8.根据权利要求1所述的背面结构，其特征在于，所述第一n+多晶硅掺杂层和第二n+多晶硅掺杂层的掺杂元素均为磷。
9.根据权利要求1所述的背面结构，其特征在于，所述背面钝化减反膜包括Al2O3膜和叠层介质膜，所述叠层介质膜包括SiNx膜，或SiNx膜与SiOxNy膜和/或SiOx膜中的组合。
10.一种包括如权利要求1-9任意一项所述的背面结构的双面TOPCon太阳能电池。
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