CN217522020U - 一种N-TOPCon光伏太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种N‑TOPCon光伏太阳能电池，其包括N型硅片，所述的N型硅片正面由内向外依次设置有阻隔层、硼发射极、正面叠层介质层、正面金属电极，所述的N型硅片背面由内向外依次设置有隧穿氧化层、n+掺杂多晶硅层、背面叠层介质层以及背面金属电极，所述的阻隔层的材质为氧化铝。本实用新型提供的N‑TOPCon光伏太阳能电池，在硼掺杂之前首先在硅片正面沉积阻隔层，阻隔层能有效阻止氧气与硅界面接触在硅界面形成氧化硅层，从而有效阻止硼在氧化硅中富集形成富硼层，使硼向硅基体的扩散变得更容易且扩散更均匀，制备的太阳能电池的开路电压和转化效率均提升。

Description

一种N-TOPCon光伏太阳能电池

技术领域

本实用新型属于太阳能电池领域，具体涉及一种N-TOPCon光伏太阳能电池。

背景技术

当前市场上主流产品PERC电池行业量产平均转换效率已提升至23％以上，趋近实验室效率极限。而N型电池作为能实现转换效率更高、衰减更低、弱光相应更好、双面率更高的电池技术，近几年来成为行业关注的焦点。按照电池结构，量产化前景较高的N型高效电池技术TOPCon(隧穿氧化层钝化接触)电池,因其具有更高的理论效率极限，且与当前产线PERC兼容性高，可在原电池设备制程基础上进行改造，是现有PERC产能后续转型第一选择。

N-TOPCon电池较PERC电池主要增加的地方是硼扩和隧穿氧化层的沉积。现有N-TOPCon电池的制备过程中，在预处理后的硅片正面直接硼扩散掺杂形成PN结，而该硼扩散掺杂存在的问题在于：需要较高的温度，在硼扩过程中，反应气体氧气与硅界面接触在硅界面形成氧化硅层，由于硼在氧化硅中的固溶度大于硼在硅基体中固溶度，使硼更容易在氧化硅中富集形成富硼层而很难进入硅基体中，导致硼扩散困难且均匀性较差。而由现有硼掺杂步骤制备得到的N-TOPCon电池中，因硼掺杂中扩散不均匀，会导致N-TOPCon电池的各项性能受影响，如开路电压较低、转化效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电池性能更好的N-TOPCon光伏太阳能电池，开路电压和转化效率均提升。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种N-TOPCon光伏太阳能电池，其包括N型硅片，所述的N型硅片正面由内向外依次设置有阻隔层、硼发射极、正面叠层介质层、正面金属电极，所述的N型硅片背面由内向外依次设置有隧穿氧化层、n+掺杂多晶硅层、背面叠层介质层以及背面金属电极，所述的阻隔层的材质为氧化铝。

优选地，所述的阻隔层的厚度为10-30nm。

优选地，所述的n+掺杂多晶硅层的厚度为70～200nm。

优选地，所述的正面叠层介质层为氧化铝层以及氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层中的一种或多种的介质层。

优选地，所述的正面叠层介质层的厚度为60～85nm。

优选地，所述的背面叠层介质层为氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层的一种或多种叠加而成的介质层。

优选地，所述的背面叠层介质层的厚度为60～90nm。

优选地，所述的隧穿氧化层的材质为二氧化硅；所述的隧穿氧化层的厚度为1～3nm。

优选地，通过等离子体化学气相沉积法、原子层沉积或者电子束蒸发在所述的N型硅片正面沉积所述的阻隔层。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型提供的N-TOPCon光伏太阳能电池，在硼掺杂之前首先在硅片正面沉积阻隔层，阻隔层能有效阻止氧气与硅界面接触在硅界面形成氧化硅层，从而有效阻止硼在氧化硅中富集形成富硼层，使硼向硅基体的扩散变得更容易且扩散更均匀，制备的太阳能电池的开路电压和转化效率均提升。

附图说明

附图1为本实用新型的N-TOPCon光伏太阳能电池的结构示意图。

以上附图中：

1-硅片，2-阻隔层，3-硼发射极，4-正面叠层介质层，5-正面金属电极，6-隧穿氧化层，7-n+掺杂多晶硅层，8-背面叠层介质层，9-背面金属电极。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示的N-TOPCon光伏太阳能电池，包括N型硅片1，硅片1正面由内向外依次设置有阻隔层2、硼发射极3、正面叠层介质层4、正面金属电极5，硅片1背面由内向外依次设置有隧穿氧化层6、n+掺杂多晶硅层7、背面叠层介质层8以及背面金属电极9，阻隔层2的材质为氧化铝(Al₂O₃)。

在硅片1正面生长阻隔层2后，再在阻隔层2上生长硼发射极3，阻隔层2作为硼掺杂的反应势垒，能促进硼向硅基体的进一步扩散，另外氧化铝的存在能有效阻止氧气与硅界面接触在硅界面形成氧化硅层，从而有效阻止硼在氧化硅中富集形成富硼层，使硼向硅基体的扩散变得容易，扩散均匀性更好。

沉积阻隔层2具有多种方式，在一些实施方式中，通过等离子体化学气相沉积法、原子层沉积或者电子束蒸发在N型硅片正面沉积阻隔层2，阻隔层2的厚度为10-30nm。

正面叠层介质层4为氧化铝层以及氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层中的一种或多种的介质层，如正面叠层介质层4为氧化铝层以及氮化硅层叠加而成的介质层，或者正面叠层介质层4为氧化铝层以及氮氧化硅层叠加而成的介质层，即氧化铝层为必须的介质层，氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层中任选一种或多种。正面叠层介质层4的厚度为60～85nm。优选地，正面叠层介质层4由氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层叠加而成，叠层膜无先后生长顺序，即氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层的分布顺序没有限制。

隧穿氧化层6的材质为二氧化硅；隧穿氧化层的厚度为1～3nm。

n+掺杂多晶硅层7的厚度为70～200nm。

背面叠层介质层8为氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层的一种或多种叠加而成的介质层，背面叠层介质层8厚度为60～90nm。背面叠层介质层8由氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层叠加而成，叠层膜无先后生长顺序，即氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层的分布顺序没有限制。

制备本实施例提供的N-TOPCon光伏太阳能电池的步骤具体如下：

(1)对硅片1进行预处理，预处理包括：对单晶硅片1正面和背面均进行去损伤层和制绒处理，具体地，在温度为70～85℃、质量浓度为3％～6％的KOH溶液或NaOH溶液中进行初抛去除单晶硅片1表面的损伤层；在温度为80～90℃，NaOH和制绒添加剂的混合溶液或KOH和制绒添加剂的混合溶液中对单晶硅片1双面织构化，使单晶硅片1双面形成陷光绒面。

(2)在预处理后的硅片1正面沉积阻隔层2，阻隔层2的材质为氧化铝(Al₂O₃)，通过等离子体化学气相沉积法、原子层沉积或电子束蒸发来沉积阻隔层2。

当用等离子体化学气相沉积法在硅片1正面沉积一层氧化铝阻隔层2，沉积氧化铝阻隔层2的条件包括：通入N₂、N₂O、TMA(三甲基铝)作为反应源，射频功率开关比为(15-60)，沉积温度200-300℃，沉积时间50-200s。

(3)在硅片1的阻隔层2上丝网印刷整面硼浆，并烘干；在硅片1的阻隔层2上丝网印刷整面硼浆，印刷速度为100-450mm/s,印刷压力为65-110N,硼浆湿重为30-60mg,印刷后烘干温度为200-300℃，烘干时间10-20min。

(4)对烘干的硅片1进行硼掺杂形成硼发射极3，其中，反应气体为氮气和氧气，硼掺杂的温度低于1000℃；对烘干的硅片1进行硼掺杂：将管式炉升温至750-850℃并通入2-5slm氮气作为保护气；进舟后通入氮气和氧气，氮气的流量为1-3slm,氧气的流量为500-3000sccm，在750-850℃下保温10-40min，氧化硼源；再升温至900-960℃，并在900-960℃下维持10-30min，使硼驱入硅基体；降温至750-850℃进行退火。硼掺杂后方阻70～200Ω/sq。硼掺杂的目的是形成硼发射极3(PN结)，本征硅中载流子数目极少，其导电性能很差，因此实际应用的半导体是在纯硅中加入微量的杂质元素后的材料，即掺磷的N型硅片1。硼掺杂的目的是在N型硅片1基底上掺杂一层P型半导体从而在交界面形成PN结。当光照在PN结上时,PN结吸收光能激发出电子和空穴，在内建电场作用下带有负电的电子向N区流动，带有正电的空穴向P区移动，从而使得P区电势升高，而N区电势降低，P区和N区之间会产生一个可测的电压，即光生伏特效应。

在硼掺杂之前首先在硅片正面沉积阻隔层，再在阻隔层上印刷硼浆，之后进行硼掺杂，因阻隔层能有效阻止氧气与硅界面接触在硅界面形成氧化硅层，从而有效阻止硼在氧化硅中富集形成富硼层，使硼向硅基体的扩散变得容易且硼扩散均匀性好。

(5)对硼掺杂后的硅片1，首先对氧化层的区域定向保护，隔绝碱溶液与氧化硅反应；然后采用具有添加剂的碱溶液进行清洗，在无氧化层的区域与碱溶液反应，实现背面抛光。

(6)在硅片1的背面制备隧穿氧化层6和n+掺杂多晶硅层7，隧穿氧化层6的生长方法可以采用热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或者CVD沉积法等。

多晶硅层的生长方法采用LPCVD、PECVD沉积法等，在850-950℃的氮气气氛下，对单晶硅片1进行退火处理，激活掺杂非晶硅层中的磷原子、推进磷原子，使得掺杂非晶硅薄膜层中的非晶硅进一步晶化，将非晶硅转化为多晶硅，n+掺杂多晶硅层7的厚度为70-200nm，方阻为30-90Ω/sq。

(7)对沉积隧穿氧化层6和n+掺杂多晶硅层7后的硅片1，用HF溶液去除正面绕扩的磷硅玻璃层，使用碱和添加剂的混合溶液清洗正面绕镀的多晶硅，并用HF溶液去除正面硼硅玻璃保护层以及背面的磷硅玻璃层。

(8)在硅片1的正面沉积正面叠层介质层4，在硅片1的背面的n+掺杂多晶硅层7上沉积背面叠层介质膜8，在硅片1的正面沉积正面叠层介质层4，在硅片1的背面的n+掺杂多晶硅层7上沉积背面叠层介质膜8，其中，正面叠层介质层4为氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层叠加而成的介质层，叠层膜无先后生长顺序，正面叠层介质层4的总厚度为60-85nm；正面叠层介质层4为氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层叠加而成的介质层，叠层膜无先后生长顺序，背面叠层介质膜8的总厚度为60-90nm。

(9)在单晶硅片1的正面和背面均丝网印刷金属电极，金属电极以银电极为最优，最后在红外带式烧结炉中烧结，烧结峰值温度为700-850℃。正面印刷正面金属电极5，背面印刷背面金属电极9。

对比例

与实施例不同之处在于：没有设置阻隔层。

实施例与对比例制备得到N-TOPCon光伏太阳能电池，硼掺杂浓度均为5E18-1E20cm^-3，硼掺杂深度均为0.5-1.5μm，实施例与对比例在硼掺杂中达到相同的硼掺杂浓度和深度。

对实施例和对比例的N-TOPCon光伏太阳能电池进行相关电化学性能测试，测试方法为：利用传统的Halm测试仪，在标准测试条件(25℃，1000w/m²)下进行测试。实施例的太阳能电池的开路电压能相比对比例的太阳能电池的开路电压提升1～3mV，实施例的太阳能电池的转化效率相比对比例的太阳能电池的提升0.03～0.1％。

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 (9)

1.一种N-TOPCon光伏太阳能电池，其特征在于，包括N型硅片，所述的N型硅片正面由内向外依次设置有阻隔层、硼发射极、正面叠层介质层、正面金属电极，所述的N型硅片背面由内向外依次设置有隧穿氧化层、n+掺杂多晶硅层、背面叠层介质层以及背面金属电极，所述的阻隔层的材质为氧化铝。

2.根据权利要求1所述的N-TOPCon光伏太阳能电池，其特征在于，所述的阻隔层的厚度为10-30nm。

3.根据权利要求1所述的N-TOPCon光伏太阳能电池，其特征在于，所述的n+掺杂多晶硅层的厚度为70～200nm。

4.根据权利要求3所述的N-TOPCon光伏太阳能电池，其特征在于，所述的正面叠层介质层为氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层中的一种或多种叠加而成的介质层。

5.根据权利要求4所述的N-TOPCon光伏太阳能电池，其特征在于，所述的正面叠层介质层的厚度为60～85nm。

6.根据权利要求1所述的N-TOPCon光伏太阳能电池，其特征在于，所述的背面叠层介质层为氮化硅层以及氮氧化硅层、氧化硅层中的一种或多种叠加而成的介质层。

7.根据权利要求5所述的N-TOPCon光伏太阳能电池，其特征在于，所述的背面叠层介质层的厚度为60～90nm。

8.根据权利要求1所述的N-TOPCon光伏太阳能电池，其特征在于，所述的隧穿氧化层的材质为二氧化硅；所述的隧穿氧化层的厚度为1～3nm。

9.根据权利要求1所述的N-TOPCon光伏太阳能电池，其特征在于，通过等离子体化学气相沉积法、原子层沉积或者电子束蒸发在所述的N型硅片正面沉积所述的阻隔层。

Images