CN219371041U - 降低寄生吸收的晶硅电池 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种降低光寄生吸收的晶硅电池，其包括晶硅基底，所述晶硅基底的受光面依次层叠设置有氧化硅层、第一掺杂多晶碳化硅层和钝化减反射层，所述晶硅基底的背光面依次层叠设置有氧化硅层、第二掺杂多晶碳化硅层和钝化减反射层，其中，在所述第一掺杂多晶碳化硅层中嵌有第一掺杂多晶硅结构，在所述第二掺杂多晶碳化硅层中嵌有第二掺杂多晶硅结构，在所述第一掺杂多晶硅结构和第二掺杂多晶硅结构中设置有金属电极。本申请的晶硅电池的金属区域和非金属区域多晶层厚度与浓度的差异，可同时实现非金属区的低复合损失和金属区域的低接触电阻率，有效降低正面和背面非金属区寄生光吸收的同时，降低金属与钝化层的接触电阻率，从而提升电池效率。

Description

降低寄生吸收的晶硅电池

技术领域

本申请属于太阳能电池技术领域，具体地，涉及一种降低寄生吸收的晶硅电池。

背景技术

随着表面钝化技术的发展，从传统的铝背场太阳能电池电池，到背钝化太阳能电池电池，再到接触钝化太阳能电池电池，通过降低表面复合和金属-半导体接触，逐步推动电池效率的提升。对背钝化电池(PERC电池)而言，由于氧化铝钝化层的引入，背表面复合暗电流可以降到很低，但其在制备过程中的激光开孔工艺增加了电池制备的难度有会对硅基体造成损伤，同时开孔处金属与硅直接接触，导致接触复合损失。这些都限制了太阳能电池效率的进一步提升。隧穿氧化层钝化接触电池(TOPCon电池)，即钝化接触电池，不仅可以实现电池表面的全面钝化，还有效的避免了金属与硅材料直接接触，推动电池效率逐步提升。目前，大多都采用N型硅衬底，背面用一层超薄的钝化层加上一层重掺杂的多晶硅层，背面金属区和非金属复合损失都能降到很低的水平，但是正面采用传统的高温硼扩散工艺制备硼发射极，金属电极直接与硅基体接触，导致正面金属区复合损失较大，限制了该结构电池效率的进一步提升。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本申请提供一种降低寄生吸收的晶硅电池。

具体来说，本申请涉及如下方面：

一种降低寄生吸收的晶硅电池，所述晶硅电池包括晶硅基底，所述晶硅基底的受光面依次层叠设置有氧化硅层、第一掺杂多晶碳化硅层和钝化减反射层，所述晶硅基底的背光面依次层叠设置有氧化硅层、第二掺杂多晶碳化硅层和钝化减反射层，其中，在所述第一掺杂多晶碳化硅层中嵌有第一掺杂多晶硅结构，在所述第二掺杂多晶碳化硅层中嵌有第二掺杂多晶硅结构，在所述第一掺杂多晶硅结构和第二掺杂多晶硅结构中设置有金属电极。

可选地，所述晶硅基底为N型，所述第一掺杂多晶碳化硅层为硼掺杂层，所述第一掺杂多晶硅结构为硼掺杂结构。

可选地，所述第二掺杂多晶碳化硅层为磷掺杂层，所述第二掺杂多晶硅结构为磷掺杂结构。

可选地，所述晶硅基底为P型，所述第一掺杂多晶碳化硅层为磷掺杂层，所述第一掺杂多晶硅结构为磷掺杂结构。

可选地，所述第二掺杂多晶碳化硅层为硼掺杂层，所述第二掺杂多晶硅结构为硼掺杂结构。

可选地，所述第一掺杂多晶碳化硅层的厚度小于所述第一掺杂多晶硅结构的厚度，所述第二掺杂多晶碳化硅层的厚度小于所述第二掺杂多晶硅结构的厚度。

可选地，所述氧化硅层的厚度为1-2nm。

可选地，所述第一掺杂多晶碳化硅层或所述第二掺杂多晶碳化硅层的厚度为20-200nm。

可选地，所述第一掺杂多晶硅结构或所述第二掺杂多晶硅结构的厚度为20-200nm。

可选地，所述钝化减反射层的厚度为70-85nm。

本申请的晶硅电池的金属区域和非金属区域多晶层厚度与浓度的差异，可同时实现非金属区的低复合损失和金属区域的低接触电阻率，有效降低正面和背面非金属区寄生光吸收的同时，降低金属与钝化层的接触电阻率，从而提升电池效率。

附图说明

图1为本申请的太阳能电池结构示意图。

附图标记：

10晶硅基底，11氧化硅层，12钝化减反射层，13第一掺杂多晶碳化硅层，14第一掺杂多晶硅结构，15第二掺杂多晶碳化硅层，16第二掺杂多晶硅结构，17金属电极。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本申请，应当理解，实施例仅用于进一步说明和阐释本申请，并非用于限制本申请。

除非另外定义，本说明书中有关技术的和科学的术语与本领域内的技术人员所通常理解的意思相同。虽然在实验或实际应用中可以应用与此间所述相似或相同的方法和材料，本文还是在下文中对材料和方法做了描述。在相冲突的情况下，以本说明书包括其中定义为准，另外，材料、方法和例子仅供说明，而不具限制性。以下结合具体实施例对本申请作进一步的说明，但不用来限制本申请的范围。

在本申请中“受光面”和“正面”具有相同的含义，“背光面”和“背面”具有相同的含义。

为了降低晶硅电池中正面金属与硅基底接触产生的复合损失，目前主要有以下几个方法：1)正面不再用高温硼扩散工艺制备硼发射极，而是采用一层超薄的隧穿氧化硅和一层重掺硼的多晶硅作为发射极，避免金属电极与硅基体直接接触，可有效降低接触复合；2)正面非金属区还是采用传统的高温硼扩散工艺制备硼发射极，金属区是一层超薄的隧穿氧化硅和一层重掺硼的多晶硅，这种结构也可以有效的降低金属区的复合电流。为了降低受光面多晶硅的寄生吸收，也有正面或者背面采用一层超薄氧化硅和一层重掺硼或重掺磷的SiCx。

对太阳能电池而言，效率损失主要来自于三方面的损失：光学损失、电学损失、复合损失。上述方法虽然都能有效的避免了金属电极与硅基体直接接触而产生复合损失，即降低了电学损失，但是由于重掺杂的多晶硅的光学带隙窄，用于受光面产生寄生吸收，对光生电流没有贡献，导致太阳能电池的电流较低。同时，金属电极所占的面积不到15％，随着成本的进一步降低，金属化面积会进一步降低，如果只在金属区域采用超薄的隧穿氧化硅和重掺硼的多晶硅，虽然可以避免非金属区的寄生吸收，但是所带来的效率增益非常有限，再加上制作流程的复杂化，很难得到理想的收益。

对于正面或者背面采用一层超薄氧化硅和一层重掺硼或重掺磷的SiCx这种结构来说，在多晶硅层中参入C元素，增大了多晶硅的光学带隙，可以降低受光面的寄生吸收，但是与掺杂的多晶硅相比，重掺硼或重掺磷的SiCx与金属的接触电阻会增加至2倍，带来了电学损失。

为了解决现有技术存在的问题，本申请提供一种降低寄生吸收的晶硅电池。

如图1所示，所述晶硅电池包括晶硅基底10，所述晶硅基底10的受光面依次层叠设置有氧化硅层11、第一掺杂多晶碳化硅层13和钝化减反射层12，所述晶硅基底的背光面依次层叠设置有氧化硅层11、第二掺杂多晶碳化硅层15和钝化减反射层12。即所述晶硅电池沿着受光面至背光面的方向，依次包括层叠设置的钝化减反射层12、第一掺杂多晶碳化硅层13、氧化硅层11、晶硅基底10、氧化硅层11、第二掺杂多晶碳化硅层15和钝化减反射层12。

其中，在所述第一掺杂多晶碳化硅层13中嵌有第一掺杂多晶硅结构14，在所述第二掺杂多晶碳化硅层15中嵌有第二掺杂多晶硅结构16，在所述第一掺杂多晶硅结构14和第二掺杂多晶硅结构16中设置有金属电极。

晶硅基底10可以为N型单晶硅，也可以为P型单晶硅。

氧化硅层11可以对晶硅基底10起到很好的钝化作用，避免金属电极与硅基体直接接触，从而有效降低接触复合。

在一个具体的实施方式中，氧化硅层11的厚度为1-2nm，极薄的厚度可以更为有效的降低接触复合。

第一掺杂多晶碳化硅层13和第二掺杂多晶碳化硅层15均由掺杂多晶碳化硅形成。由于多晶碳化硅具有较宽的光学带隙，有利于降低受光面的寄生吸收，可以得到更高的光生电流密度，同时经过高温晶化后碳化硅的饱和暗电流密度低至5fA/cm²以下，能起到很好的钝化作用，除此之外，多晶碳化硅具有高温稳定性，对温度的敏感性下降，晶化退火温度窗口比较大，使其在高温晶化退火温度下依然能够维持较高的钝化水平。

多晶碳化硅是在沉积多晶硅的同时通入一定量的甲烷CH4而形成的，C的掺入会影响钝化层的接触电阻率。掺C量越多，金属电极17和晶硅基底10之间的接触电阻率越大。

第一掺杂多晶硅结构14和第二掺杂多晶硅结构16均由掺杂多晶硅形成。第一掺杂多晶硅结构14和第二掺杂多晶硅结构16在提升金属区域钝化的同时，可以提供更低的接触电阻率。在一个具体的实施方式中，所述第一掺杂多晶碳化硅层13的厚度小于所述第一掺杂多晶硅结构14的厚度，所述第二掺杂多晶碳化硅层15的厚度小于所述第二掺杂多晶硅结构16的厚度。

在一个具体的实施方式中，所述第一掺杂多晶碳化硅层13的掺杂浓度小于所述第一掺杂多晶硅结构14的掺杂浓度，所述第二掺杂多晶碳化硅层15的掺杂浓度小于所述第二掺杂多晶硅结构16的掺杂浓度。

在一个具体的实施方式中，所述第一掺杂多晶碳化硅层13或所述第二掺杂多晶碳化硅层15的厚度为20-200nm，例如可以为20nm、30nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm。

在一个具体的实施方式中，所述第一掺杂多晶硅结构14或所述第二掺杂多晶硅结构16的厚度为20-200nm，例如可以为20nm、30nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm。

钝化减反射层12的材料可以是氮化硅、氮氧化硅、以及氮化硅和氮氧化硅的复合材料。

在一个具体的实施方式中，所述钝化减反射层12的厚度为70-85nm，例如为70nm、71nm、72nm、73nm、74nm、75nm、76nm、77nm、78nm、79nm、80nm、81nm、82nm、83nm、84nm、85nm。

金属电极17可以是本领域已知的各种类型的金属电极，例如银电极、铜电极等。

在一个具体的实施方式中，所述晶硅电池包括N型晶硅基底10，所述N型晶硅基底10的受光面依次层叠设置有氧化硅层11、第一掺杂多晶碳化硅层13和钝化减反射层12，所述N型晶硅基底10的背光面依次层叠设置有氧化硅层11、第二掺杂多晶碳化硅层15和钝化减反射层12，其中，在所述第一掺杂多晶碳化硅层13中嵌有第一掺杂多晶硅结构14，在所述第二掺杂多晶碳化硅层15中嵌有第二掺杂多晶硅结构16，在所述第一掺杂多晶硅结构14和第二掺杂多晶硅结构16中设置有银电极17。所述第一掺杂多晶碳化硅层13和所述第一掺杂多晶硅结构14掺杂的元素为硼，所述第二掺杂多晶碳化硅层15和所述第二掺杂多晶硅结构16掺杂的元素为磷。钝化减反射层12的材料为氮化硅。

在一个具体的实施方式中，所述晶硅电池包括N型晶硅基底10，所述N型晶硅基底10的受光面依次层叠设置有氧化硅层11、第一掺杂多晶碳化硅层13和钝化减反射层12，所述N型晶硅基底10的背光面依次层叠设置有氧化硅层11、第二掺杂多晶碳化硅层15和钝化减反射层12，其中，在所述第一掺杂多晶碳化硅层13中嵌有第一掺杂多晶硅结构14，在所述第二掺杂多晶碳化硅层15中嵌有第二掺杂多晶硅结构16，在所述第一掺杂多晶硅结构14和第二掺杂多晶硅结构16中设置有银电极17。所述第一掺杂多晶碳化硅层13和所述第一掺杂多晶硅结构14掺杂的元素为硼，所述第二掺杂多晶碳化硅层15和所述第二掺杂多晶硅结构16掺杂的元素为磷。钝化减反射层12的材料为氮化硅。所述氧化硅层11的厚度为1-2nm；所述钝化减反射层12的厚度为70-85nm；所述第一掺杂多晶硅结构13和所述第二掺杂多晶硅结构的厚度15为20-200nm；所述第一掺杂多晶碳化硅层13的厚度小于所述第一掺杂多晶硅结构14的厚度，所述第二掺杂多晶碳化硅层15的厚度小于所述第二掺杂多晶硅结构16的厚度；所述第一掺杂多晶碳化硅层13的掺杂浓度小于所述第一掺杂多晶硅结构14的掺杂浓度，所述第二掺杂多晶碳化硅层15的掺杂浓度小于所述第二掺杂多晶硅结构16的掺杂浓度。

在一个具体的实施方式中，所述晶硅电池包括P型晶硅基底10，所述P型晶硅基底10的受光面依次层叠设置有氧化硅层11、第一掺杂多晶碳化硅层13和钝化减反射层12，所述P型晶硅基底10的背光面依次层叠设置有氧化硅层11、第二掺杂多晶碳化硅层15和钝化减反射层12，其中，在所述第一掺杂多晶碳化硅层13中嵌有第一掺杂多晶硅结构14，在所述第二掺杂多晶碳化硅层15中嵌有第二掺杂多晶硅结构16，在所述第一掺杂多晶硅结构14和第二掺杂多晶硅结构16中设置有银电极17。所述第一掺杂多晶碳化硅层13和所述第一掺杂多晶硅结构14掺杂的元素为磷，所述第二掺杂多晶碳化硅层15和所述第二掺杂多晶硅结构16掺杂的元素为硼。钝化减反射层12的材料为氮化硅。

在一个具体的实施方式中，所述晶硅电池包括P型晶硅基底10，所述P型晶硅基底10的受光面依次层叠设置有氧化硅层11、第一掺杂多晶碳化硅层13和钝化减反射层12，所述P型晶硅基底10的背光面依次层叠设置有氧化硅层11、第二掺杂多晶碳化硅层15和钝化减反射层12，其中，在所述第一掺杂多晶碳化硅层13中嵌有第一掺杂多晶硅结构14，在所述第二掺杂多晶碳化硅层15中嵌有第二掺杂多晶硅结构16，在所述第一掺杂多晶硅结构14和第二掺杂多晶硅结构16中设置有银电极17。所述第一掺杂多晶碳化硅层13和所述第一掺杂多晶硅结构14掺杂的元素为磷，所述第二掺杂多晶碳化硅层15和所述第二掺杂多晶硅结构16掺杂的元素为硼。钝化减反射层12的材料为氮化硅。所述氧化硅层11的厚度为1-2nm；所述钝化减反射层12的厚度为70-85nm；所述第一掺杂多晶硅结构13和所述第二掺杂多晶硅结构的厚度15为20-200nm；所述第一掺杂多晶碳化硅层13的厚度小于所述第一掺杂多晶硅结构14的厚度，所述第二掺杂多晶碳化硅层15的厚度小于所述第二掺杂多晶硅结构16的厚度；所述第一掺杂多晶碳化硅层13的掺杂浓度小于所述第一掺杂多晶硅结构14的掺杂浓度，所述第二掺杂多晶碳化硅层15的掺杂浓度小于所述第二掺杂多晶硅结构16的掺杂浓度。

本申请的降低寄生吸收的晶硅电池可以通过本领域已知的方法制备。例如，以包含N型晶硅基底的电池为例，本申请的晶硅电池的制备方法可以包括以下步骤：

第一步，硅片制绒

N型硅片在含有一定比例的NaOH和添加剂的混合溶液中，在80℃的温度下，制绒5-10min，形成尺寸为1-3um的金字塔，然后在体积比为2-10％的HF清洗，清洗干净硅片表面；

第二步，制备表面隧穿氧化硅

采用热氧化工艺，或者热硝酸氧化工艺，或者臭氧氧化工艺，或者笑气等离子发形成一层厚度1-2nm的隧穿氧化层；

第三步，制备掺杂多晶SiCx

正背面分别采用等离子增强化学气相沉积法或低压化学气相沉积法制备一层20-200nm厚度的SiCx，正面采用硅烷、甲烷和硼烷气体形成掺硼的多晶SiCx，背面采用硅烷、甲烷和磷烷气体形成掺磷的多晶SiCx；

第四步，印刷掩膜层

分别在正面和背面采用丝网印刷的方法在非金属区域印刷一层掩膜层，用于保护非金属区域的掺杂多晶SiCx层，该掩膜层耐碱不耐酸；

第五步，多晶SiCx的刻蚀

采用体积比为5-10％碱性溶液NaOH或KOH，温度为60-80℃，对非掩膜区域进行刻蚀5-10min，用于去除金属区域的多晶SiCx层；

第六步，制备掺杂多晶硅

正背面分别采用等离子增强化学气相沉积法或低压化学气相沉积法制备一层20-200nm厚度的多晶硅，正面采用硅烷、甲烷和硼烷气体形成掺硼的多晶层，背面采用硅烷、甲烷和磷烷气体形成掺磷的多晶硅层；

第七步，印刷掩膜层

分别在正面和背面采用丝网印刷的方法在金属区域印刷一层掩膜层，用于保护金属区域的掺杂多晶硅层，该掩膜层耐碱不耐酸；

第八步，多晶硅的刻蚀

采用体积比为5-10％碱性溶液NaOH或KOH，温度为60-80℃，对非掩膜区域进行刻蚀5-10min，用于去除非金属区域的多晶硅层，然后用体积比为2-10％的HF清洗，用于去除金属区和非金属区的掩膜层；

第九步，高温晶化退火

采用管式退火炉进行高温退火，温度750-850℃，时间30-60min；

第十步，正背面沉积氮化硅膜

采用管式PECVD设备，在正面和背面分别沉积一层氮化硅膜，厚度70-90nm；

第十一步，制备电极

采用丝网印刷的方法分别在正面和背面印刷金属电极，并经过750-850℃高温烧结。

Claims (10)

1.一种降低寄生吸收的晶硅电池，其特征在于，所述晶硅电池包括晶硅基底，所述晶硅基底的受光面依次层叠设置有氧化硅层、第一掺杂多晶碳化硅层和钝化减反射层，所述晶硅基底的背光面依次层叠设置有氧化硅层、第二掺杂多晶碳化硅层和钝化减反射层，其中，在所述第一掺杂多晶碳化硅层中嵌有第一掺杂多晶硅结构，在所述第二掺杂多晶碳化硅层中嵌有第二掺杂多晶硅结构，在所述第一掺杂多晶硅结构和第二掺杂多晶硅结构中设置有金属电极。

2.根据权利要求1所述的晶硅电池，其特征在于，所述晶硅基底为N型，所述第一掺杂多晶碳化硅层为硼掺杂层，所述第一掺杂多晶硅结构为硼掺杂结构。

3.根据权利要求2所述的晶硅电池，其特征在于，所述第二掺杂多晶碳化硅层为磷掺杂层，所述第二掺杂多晶硅结构为磷掺杂结构。

4.根据权利要求1所述的晶硅电池，其特征在于，所述晶硅基底为P型，所述第一掺杂多晶碳化硅层为磷掺杂层，所述第一掺杂多晶硅结构为磷掺杂结构。

5.根据权利要求4所述的晶硅电池，其特征在于，所述第二掺杂多晶碳化硅层为硼掺杂层，所述第二掺杂多晶硅结构为硼掺杂结构。

6.根据权利要求1所述的晶硅电池，其特征在于，所述第一掺杂多晶碳化硅层的厚度小于所述第一掺杂多晶硅结构的厚度，所述第二掺杂多晶碳化硅层的厚度小于所述第二掺杂多晶硅结构的厚度。

7.根据权利要求1所述的晶硅电池，其特征在于，所述氧化硅层的厚度为1-2nm。

8.根据权利要求1所述的晶硅电池，其特征在于，所述第一掺杂多晶碳化硅层或所述第二掺杂多晶碳化硅层的厚度为20-200nm。

9.根据权利要求1所述的晶硅电池，其特征在于，所述第一掺杂多晶硅结构或所述第二掺杂多晶硅结构的厚度为20-200nm。

10.根据权利要求1所述的晶硅电池，其特征在于，所述钝化减反射层的厚度为70-85nm。