CN218632057U - 一种p-tbc背接触结构晶体硅太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种P‑TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，包括p型硅基体，硅基体的正面依次设有硼掺杂前场和正面钝化层，硅基体背面包括间隔设置的第一背接触区、第二背接触区，第一背接触区与第二背接触区通过背面钝化层分隔，第一背接触区包括第一隧穿氧化层和硼掺杂的多晶硅层，第二背接触区包括第二隧穿氧化层和磷掺杂的多晶硅层，且磷掺杂的多晶硅层远离第二隧穿氧化层的一侧面、硼掺杂的多晶硅层远离第一隧穿氧化层的一侧面均为背面钝化层；硼掺杂的多晶硅层、背面钝化层上设有第一金属电极，磷掺杂的多晶硅层、背面钝化层上设有第二金属电极。本实用新型提供的电池，具有较高的电流以及很好的开路电压且适用于低成本的p型硅片。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池。
背景技术
大力发展新能源材料是实现碳中和理念的关键，太阳能电池因其独特的优势成为新时代的选择。太阳能电池或称为光伏电池，可以将太阳能直接转换为电能，其原理在于半导体PN结的光生伏特效应。低成本高效率一直是太阳能电池工业化进程中持续的追求。开路电压、电流密度、填充因子是晶硅电池效率的关键参数。常规的IBC结构电池，由于正面无任何栅线遮挡，具有较高的短路电流(>41mA/cm2)；常规的钝化接触TOPCon结构电池具有良好的钝化效果以及很低的金属复合，具有较高的开路电压(>735mV)。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种改进的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，包括p型硅基体，所述的硅基体的正面依次设置有硼掺杂前场和正面钝化层，所述的硅基体背面包括第一背接触区、第二背接触区，所述的第一背接触区与所述的第二背接触间隔设置，所述的第一背接触区与所述的第二背接触区通过背面钝化层分隔，所述的第一背接触区包括由内向外依次镀设在所述的硅基体背面的第一隧穿氧化层和硼掺杂的多晶硅层，所述的第二背接触区包括由内向外依次镀设在所述的硅基体背面的第二隧穿氧化层和磷掺杂的多晶硅层，且所述的磷掺杂的多晶硅层远离第二隧穿氧化层的一侧面、所述的硼掺杂的多晶硅层远离第一隧穿氧化层的一侧面均为所述的背面钝化层；所述的硼掺杂的多晶硅层、背面钝化层上设置有第一金属电极，所述的磷掺杂的多晶硅层、背面钝化层上设置有第二金属电极。
优选地，所述的硼掺杂的多晶硅层的厚度为50-200nm，所述的磷掺杂的多晶硅层的厚度为50-200nm。
优选地，所述的磷掺杂的多晶硅层的厚度大于所述的硼掺杂的多晶硅层的厚度。
优选地，所述的硼掺杂前场的厚度为0.1～0.5um。
优选地，多个所述的第一金属电极、第二金属电极的外端部均位于同一平面。
优选地，所述的正面钝化层、背面钝化层均包括Al2O3层、SiNx层、SiOxNy层、SiOx层中的一层或多层构成的叠加层。
优选地，所述的正面钝化层的厚度为70-85nm，所述的背面钝化层的厚度为80-150nm。
优选地，所述的正面钝化层、背面钝化层均包括由内向外依次镀设的Al2O3层、SiNx层、SiOxNy层、SiOx层，所述的Al2O3层的厚度为0～15nm，所述的SiNx层的厚度为0～80nm，所述的SiOxNy层的厚度为0～80nm，所述的SiOx层的厚度为0～50nm。
优选地，所述的第一隧穿氧化层、第二隧穿氧化层的材质均为二氧化硅，所述的第一隧穿氧化层、第二隧穿氧化层的厚度均为1-2nm。
优选地，所述的硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，所述的硅基体的厚度为50～300um。
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P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，硅基体正面进行低浓度硼掺杂，形成FSF高低结，可以有效提高场钝化效应；硅基体背面采用钝化接触的结构，可以很好降低浆料的金属穿刺，减小电池的金属诱导复合，提高电池的开路电压；可兼容PERC产线硅片以及设备，在提高电池效率的同时，节约了电池的成本。
附图说明
图1为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(1)后的电池结构示意图；
图2为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(2)后的电池结构示意图；
图3为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(3)后的电池结构示意图；
图4为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(4)后的电池结构示意图；
图5为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(5)后的电池结构示意图；
图6为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(6)后的电池结构示意图；
图7为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(7)后的电池结构示意图；
图8为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(8)后的电池结构示意图；
图9为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(9)后的电池结构示意图；
图10为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(10)后的电池结构示意图；
图11为本实用新型中p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池制备步骤(11)后的电池结构示意图。
以上附图中，1-掩膜介质层，2-第一隧穿氧化层，3-硼掺杂的多晶硅层，4-BSG层，5-硼掺杂前场，6-第二隧穿氧化层，7-磷掺杂的多晶硅层，8-PSG层，9-正面钝化层，10-背面钝化层，11-第一金属电极，12-第二金属电极，13-第一开槽，14-第二开槽，15-硅基体。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型的一个实施例中，提供了一种P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，包括p型硅基体15，硅基体15的正面依次设置有硼掺杂前场5和正面钝化层9，其中，硼掺杂前场5的厚度为0.1～0.5um，正面钝化层的厚度为70-85nm。
硅基体15背面包括多个第一背接触区(背接触-p+poly Si区)、多个第二背接触区(背接触-n+poly Si区)，第二背接触区和第二背接触间隔设置，多个第一背接触区与多个第二背接触区沿硅基体15的同一方向依次分布。若背接触-p+poly Si区记为A，背接触-n+poly Si区记为B，则间隔设置为ABABAB形式。
背接触-p+poly Si区、背接触n+poly Si区之间通过背面钝化层10分隔，背接触-p+poly Si区包括由内向外依次镀设在硅基体15背面的第一隧穿氧化层2和硼掺杂的多晶硅层3，背接触-n+poly Si区包括由内向外依次镀设在硅基体15背面的第二隧穿氧化层6和磷掺杂的多晶硅层7，磷掺杂的多晶硅层7远离第二隧穿氧化层6的一侧面、硼掺杂的多晶硅层3远离第一隧穿氧化层2的一侧面均为背面钝化层10。
具体地，硅基体15的背面依次设置有第一隧穿氧化层2、硼掺杂的多晶硅层3，第一隧穿氧化层2、硼掺杂的多晶硅层3上开设有第一开槽13，第一开槽13的底部贯通至硅基体15的背面，第一开槽13内由内向外依次镀设有第二隧穿氧化层6、磷掺杂的多晶硅层7，且磷掺杂的多晶硅层7延伸至硼掺杂的多晶硅层3远离第一隧穿氧化层2的侧表面，即第二隧穿氧化层6与硅基体15背面相挨，磷掺杂的多晶硅层7远离硅基体15的背面。
硅基体15背面具有第一开槽13的两侧分别开设有第二开槽14，第二开槽14内、磷掺杂的多晶硅层7远离第二隧穿氧化层6的侧表面均镀设有背面钝化层10，即硼掺杂的多晶硅层3和磷掺杂的多晶硅层7之间被背面钝化层10隔开。
硼掺杂的多晶硅层3、背面钝化层10上(p+poly区域)设置有第一金属电极11，磷掺杂的多晶硅层7、背面钝化层10上(n+poly区域)设置有第二金属电极12，第一金属电极11与第二金属电极12间隔设置，多个第一金属电极11、第二金属电极12的外端部均位于同一平面。
其中，硼掺杂的多晶硅层3的厚度为50-200nm，磷掺杂的多晶硅层7的厚度为50-200nm，硼掺杂前场5的厚度为0.1～0.5um。其中，磷掺杂的多晶硅层7的厚度大于硼掺杂的多晶硅层3的厚度。
正面钝化层9、背面钝化层10均包括Al2O3层、SiNx层、SiOxNy层、SiOx层中的一层或多层构成的叠加层，即可为Al2O3层、SiNx层、SiOxNy层、SiOx层中的一层，或两层、三层、四层的叠加层，若两层，比如Al2O3层和SiNx层、SiNx层和SiOxNy层、SiOxNy层和SiOx层；若三层，比如Al2O3层、SiNx层、SiOxNy层依次叠加；若四层，比如Al2O3层、SiNx层、SiOxNy层、SiOx层由内向外依次镀设，该四层的实施方式下：Al2O3层的厚度为0～15nm，SiNx层的厚度为0～80nm，SiOxNy层的厚度为0～80nm，SiOx层的厚度为0～50nm。
第一隧穿氧化层、第二隧穿氧化层的材质均为二氧化硅，第一隧穿氧化层、第二隧穿氧化层的厚度均为1-3nm，SiO2的生长方法为高温热氧法、硝酸氧化法、臭氧氧化法或者CVD沉积法。
磷掺杂的多晶硅层7(n+poly Si)和硼掺杂的多晶硅层3(p+poly Si)的生长方式：LPCVD方式生长poly Si，poly Si厚度为40～300nm；采用高温硼扩的方法形成p+poly Si，扩散温度830～900℃，扩散时间为20～50min，氧化推进温度930～1000℃，推进时间为10～30min，BSG厚度为30～50nm；采用高温磷扩散的方式形成n+poly Si，扩散温度为800～850℃，扩散时间为20～50min，小N2流量比例为50～95％；氧化推进温度为900～950℃，推进时间为10～30min。PSG厚度为30～50nm。
本例的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池背面为钝化接触结构，可以有效改善电池的开路电压和填充因子。
本实施例提供的p-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择p型硅基底，去除机械损伤层和油污后，进行热碱双面抛光处理。完成本步骤后的电池结构如图1所示。
(2)在步骤(1)处理后的p型晶体硅基体15的背面，生长一层掩膜介质层1，该掩膜介质层1为SiO2或者SiNx或者SiOxNy或者其他介质层，该掩膜介质层1的厚度为80～100nm。完成本步骤后的电池结构如图2所示。
(3)对步骤(2)处理后的p型晶体硅基体15的正面进行碱制绒处理，制绒后反射率<12％；并在制绒的后清洗过程中去除硅基体15背面的掩膜介质层1。完成本步骤后的电池结构如图3所示。
(4)在步骤(3)处理后的p型晶体硅基体15的正面和背面，均生长第一隧穿氧化层2以及硼掺杂的多晶硅层3(重掺杂的p+poly Si)。高温热氧法生长第一隧穿氧化层2，厚度为1～2nm，LPCVD方式生长150～180nm poly Si；采用高温硼扩的方法形成p+poly Si，扩散温度830～900℃，扩散时间为20～50min，氧化推进温度930～1000℃，推进时间为10～30min，BSG厚度为30～50nm。完成本步骤后的电池结构如图4所示。高温状态下，重掺的硼存在内扩散现象，在硅衬底正面形成硼掺杂前场(P+FSF)，可以有效提高场钝化效应。
(5)对步骤(4)处理后的p型晶体硅基体15的背面，利用激光进行开膜处理形成第一开槽13，并清洗，第一开槽13的底部贯通至所述的硅基体15的背面，其中，激光波长为355nm，激光光斑为圆形光斑，激光能量密度为1000～3000kW/cm2。完成本步骤后的电池结构如图5所示。
(6)在步骤(5)处理后的p型晶体硅基体15的正面和背面，均生长第二隧穿氧化层6以及重掺杂的磷掺杂的多晶硅层7(n+poly Si)，此时，第一开槽13内由内向外依次镀设有第二隧穿氧化层6和磷掺杂的多晶硅层7，该步骤中BSG层4还未被清除，BSG层4远离硼掺杂的多晶硅层3的侧表面设置有磷掺杂的多晶硅层7，即第一开槽13内的磷掺杂的多晶硅层7延伸至BSG层4远离硼掺杂的多晶硅层3的侧表面。
该步骤中，高温热氧法生长第二隧穿氧化层6，厚度为1～2nm，LPCVD方式生长150～180nm的poly Si；采用高温磷扩散的方式形成n+poly Si，扩散温度为800～850℃，扩散时间为20～50min，小N2流量比例为50～95％；氧化推进温度为900～950℃，推进时间为10～30min；PSG层8厚度为30～50nm。完成本步骤后的电池结构如图6所示。
(7)在步骤(6)处理后的p型晶体硅基体15的正面和背面，均利用湿化学方法依次去除正面PSG、正面第一隧穿氧化层2、正面n+poly、正面BSG、正面p+poly、正面第二隧穿氧化层6，正面保留硼掺杂前场FSF；最后去除背面PSG。完成本步骤后的电池结构如图7所示。
(8)对步骤(7)处理后的p型晶体硅基体15的背面，利用激光进行开膜处理，硅基体15背面具有第一开槽13的两侧分别激光形成第二开槽14，开膜去除硼掺杂的多晶硅层3远离第一隧穿氧化层侧表面的n+poly层；并用激光在p+poly与n+poly中间开膜形成阻隔，即硼掺杂的多晶硅层3和磷掺杂的多晶硅层7之间被隔开。
该步骤中，激光波长为355nm，激光光斑为圆形光斑，激光能量密度为1000～3000kW/cm2。完成本步骤后的电池结构如图8所示。
(9)对步骤(8)处理后的p型晶体硅基体15的背面，HF酸清洗激光损伤层以及p+poly硅上方的BSG层4。完成本步骤后的电池结构如图9所示。
(10)对步骤(9)处理后的p型晶体硅基体15的正面和背面均进行钝化处理，在正面形成正面钝化层9，在背面形成背面钝化层10，此时，第二开槽14内设置有背面钝化层10，且硼掺杂的多晶硅层3远离第一隧穿氧化层的一侧设置有背面钝化层10，即第二开槽14内的背面钝化层10延伸至硼掺杂的多晶硅层3远离第一隧穿氧化层的一侧。完成本步骤后的电池结构如图10所示，硼掺杂的多晶硅层3和磷掺杂的多晶硅层7之间被背面钝化层10隔开。
(11)对步骤(10)处理后的p型晶体硅基体15的背面，硼掺杂的多晶硅层3、背面钝化层10上(p+poly区域)设置有第一金属电极11，第一金属电极11的一端与硼掺杂的多晶硅层3接触，另一端穿过背面钝化层10延伸至背面钝化层10外；磷掺杂的多晶硅层7、背面钝化层10上(n+poly区域)设置有第二金属电极12，第二金属电极12的一端与磷掺杂的多晶硅层7接触，另一端穿过背面钝化层10延伸至背面钝化层10外，即p+poly区域印刷第一金属层，n+poly区域印刷第二金属层，形成欧姆接触，完成p型背接触太阳能电池的制作。完成本步骤后的电池结构如图11所示。
本例供的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，在常规p型硅片上，结合IBC正面无栅线遮挡以及TOPCon的钝化接触技术，可以得到一种既能保留钝化膜的完整性，又能改善金属接触的p-TBC新型电池。
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P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，其特征在于，包括p型硅基体，所述的硅基体的正面依次设置有硼掺杂前场和正面钝化层，所述的硅基体背面包括第一背接触区、第二背接触区，所述的第一背接触区与所述的第二背接触区间隔设置，所述的第一背接触区与所述的第二背接触区通过背面钝化层分隔，所述的第一背接触区包括由内向外依次镀设在所述的硅基体背面的第一隧穿氧化层和硼掺杂的多晶硅层，所述的第二背接触区包括由内向外依次镀设在所述的硅基体背面的第二隧穿氧化层和磷掺杂的多晶硅层，且所述的磷掺杂的多晶硅层远离第二隧穿氧化层的一侧面、所述的硼掺杂的多晶硅层远离第一隧穿氧化层的一侧面均为所述的背面钝化层；所述的硼掺杂的多晶硅层、背面钝化层上设置有第一金属电极，所述的磷掺杂的多晶硅层、背面钝化层上设置有第二金属电极。
2.根据权利要求1所述的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述的硼掺杂的多晶硅层的厚度为50-200nm，所述的磷掺杂的多晶硅层的厚度为50-200nm。
3.根据权利要求1或2所述的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述的磷掺杂的多晶硅层的厚度大于所述的硼掺杂的多晶硅层的厚度。
4.根据权利要求1所述的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述的硼掺杂前场的厚度为0.1～0.5um。
5.根据权利要求1所述的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，其特征在于，多个所述的第一金属电极、第二金属电极的外端部均位于同一平面。
6.根据权利要求1所述的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述的正面钝化层、背面钝化层均包括Al2O3层、SiNx层、SiOxNy层、SiOx层中的一层或多层构成的叠加层。
7.根据权利要求6所述的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述的正面钝化层的厚度为70-85nm，所述的背面钝化层的厚度为80-150nm。
8.根据权利要求6所述的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述的正面钝化层、背面钝化层均包括由内向外依次镀设的Al2O3层、SiNx层、SiOxNy层、SiOx层，所述的Al2O3层的厚度为0～15nm，所述的SiNx层的厚度为0～80nm，所述的SiOxNy层的厚度为0～80nm，所述的SiOx层的厚度为0～50nm。
9.根据权利要求1所述的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述的第一隧穿氧化层、第二隧穿氧化层的材质均为二氧化硅，所述的第一隧穿氧化层、第二隧穿氧化层的厚度均为1-2nm。
10.根据权利要求1所述的P-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述的硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，所述的硅基体的厚度为50～300um。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117637892A (zh) * | 2024-01-26 | 2024-03-01 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 一种背接触太阳能电池和光伏组件 |
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2022
- 2022-11-30 CN CN202223198409.8U patent/CN218632057U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN117637892A (zh) * | 2024-01-26 | 2024-03-01 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 一种背接触太阳能电池和光伏组件 |
| CN117637892B (zh) * | 2024-01-26 | 2024-04-30 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 一种背接触太阳能电池和光伏组件 |
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