专利名称：一种晶体硅太阳电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种晶体硅太阳电池及其制备方法，具体是一种具有双层前表面钝化 减反介质层和背表面复合钝化介质层的晶体硅太阳电池及其制备方法。
背景技术：
目前多数商业化晶体硅太阳电池采用丝网印刷技术，工艺流程简单，避免大量应 用真空设备，便于大规模生产。如图2所示，其基本流程为1.去除硅表面损伤、酸或碱液 制绒形成减反射结构及化学清洗；2.在POCl3氛围中进行扩散及去除周边pn+结和磷硅玻 璃；3.采用PECVD淀积SiNx:H减反膜；4.丝网印刷正面、背面电极和背表面场；5.烧结形 成欧姆接触。尽管采用这种工艺能大规模生产，但这种电池的前表面和背表面载流子复合 严重，且背表面对红外光响应差，使得电池效率比较低。实验室晶体硅最高效率电池及其他 高效率电池普遍采用的是表面SiO2钝化技术，可有效的钝化表面减少载流子复合速度。然 而S^2钝化层制备，一般采用900-1100°C的高温的热氧化法，对低质量的太阳能级硅片体 复合影响严重，且要应用昂贵的光刻技术，工艺复杂不利于产业化大规模生产。非晶氮化硅 层做前表面的钝化层，同时也是减反射层，由于工艺的原因钝化作用和减反射作用并不能 同时达到最优的效果。理论上双层氮化硅薄膜在折射率和厚度匹配的情况下可有效的改善 钝化和减反射效果，但因折射率小于1.9的非晶氮化硅制备的困难，实际应用中很难达到 双层薄膜减反射的效果。梯度折射率氮化硅薄膜同样因工艺问题而难以实现。非晶硅/非 晶氮化硅双层膜可以起到很好的钝化效果，但与后续丝网印刷中用到达800°C的高温并不 兼容，因为非晶硅在高温下容易结晶，结晶后很难达到理想的钝化效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，应用简单的工艺技术实现具有双层介质层钝化减 反射作用和具有背表面复合介质层薄膜钝化的晶体硅太阳能电池，及其制备方法。本发明晶体硅太阳电池如附图1所示，该电池结构为在pn+结硅基底(3)的η+ 发射极(301)表面依次有第一非晶氧化铝层( 和非晶氮化硅层(1)，银电极(6)穿过非晶 氮化硅层(1)和第一非晶氧化铝层(2)与η+发射极(301)欧姆接触，ρ型基底(302)表面 有复合钝化介质层G)，复合钝化介质层由氧化硅层(401)和第二非晶氧化铝层(402) 组成，背电极( 穿过复合钝化介质层(4)与ρ型基底欧姆接触。所述的第一非晶氧化铝层(2)是通过溶胶-凝胶法制备在η+发射极(301)上，厚 度10-20nm，起到钝化作用。所述的非晶氮化硅层(1)是采用传统PECVD淀积60-100nm折射率为1. 9-2. 5的
非晶氮化硅薄膜。所述的复合钝化介质层(4)为氧化硅层(401)和第二非晶氧化铝层(40 的双层 结构，起到化学钝化和场钝化的作用，其中氧化硅层G01)为1.5-3nm厚，第二非晶氧化铝 层(402)为 IO-IOOnm 厚。
本发明晶体硅太阳能电池的制备方法，采用在传统工艺§ 1、§2、§6、§7和 §8的基础上增加新工艺§3、§4和§5。§ 1去除P型硅基底表面损伤、酸或碱液制绒形成减反射结构及化学清洗；§ 2在POCl3氛围中进行扩散及去除周边pn结和磷硅玻璃形成pn+结构的pn+结 硅基底⑶；§ 3采用体积比HNO3 H202 = 20-5 1的混合溶液浸泡ρ型基底(302)表面30 分钟；其中HNO3浓度为68%, H2O2为浓度为30% ；§ 4采用溶胶-凝胶法制备的氧化铝溶胶，其步骤如下(a)在强搅拌下，将异丙醇铝倒入含有部分硝酸的沸水中水解，持续搅拌；30分钟 后温度降到85-95°C ；(b)60分钟后加入浓硝酸，即得到澄清的氧化铝溶胶，自然冷却；§ 5在步骤3得到的pn+结硅基底(3)的η+发射极(301)和ρ型基底(302)表 面采用提拉法或旋涂法制备氧化铝薄膜，400-60(TC退火15-30分钟后，第一非晶氧化铝层 (2)的厚度为10-20nm，第二非晶氧化铝层002)的厚度为IO-IOOnm ；§ 6采用传统PECVD淀积60-100nm折射率为1. 9-2. 5的非晶氮化硅薄膜形成非晶 氮化硅层⑴；§ 7丝网印刷正面、背面电极和背表面场。与传统工艺稍有不同的是，印刷背面电 极和电场的银浆和铝浆图形采用栅线结构，先印刷铝菜，后印刷银浆覆盖铝浆；§ 8烧结使银电极(6)与η+发射极(301)以及背电极(5)与ρ型基底(302)形成 欧姆接触。本发明的优点在于1本发明电池结构前表面第一非晶氧化铝层可较好的钝化发射极表面，通过调节 非晶氮化硅的折射率，氢含量和厚度可有效提高抗反射性能；2本发明具有η+发射极(301)表面钝化介质层和ρ型基底(30 表面复合钝化介 质层的电池与传统丝网印刷电池相比，增加这两层结构，可较好的钝化电池表面，尤其是主 流P型晶体硅太阳能电池的背表面，复合钝化介质层起到化学钝化和场钝化的双重效果， 钝化效果优良，减少复合损失，并增强红外光的反射效率提高长波响应。3本发明采用溶胶-凝胶法制备氧化铝溶胶，然后在P型基底经过HNO3和H2A混 合溶液处理过的P型硅基底(3)的η+发射极(301)表面和P型基底(30 表面制备钝化 介质层非晶氧化铝薄膜材料，在P型基底(30 表面形成复合钝化介质层结构，制备工艺简 单，设备投资少，易于实现工业化生产。
图1本发明具有前表面钝化减反层和背表面复合钝化介质层晶体硅太阳能电池 结构。图2传统丝网印刷晶体硅太阳电池制作工艺流程图，其中a去除ρ型硅表面损伤、制绒，清洗；b扩散后形成pn+结；c去除周边pn+结；
d PECVD沉积非晶氮化硅层；e丝网印刷正反两面并烧结形成欧姆接触。图3本发明具有所述结构太阳能电池的一种制备工艺流程，其中a去除表面损伤、制绒，清洗；b扩散刻蚀后形成pn+结；c ρ型基底表面处理形成氧化硅层，η+发射极表面和ρ型基底表面制备非晶氧化 铝薄膜；d PECVD沉积非晶氮化硅层；e丝网印刷正反两面并烧结形成欧姆接触。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。实施例1 如图3所示，一种晶体硅太阳电池的结构。其制备工艺过程如下1.去除ρ型硅基底表面损伤、酸或碱液制绒形成减反射结构及化学清洗；2.在P0C13氛围中进行扩散及通过刻蚀去除周边pn结和磷硅玻璃形成pn+结构；3.采用体积比HN03 H202 = 10 1的混合溶液浸泡ρ型基底表面30分钟；其 中ΗΝ03浓度为68%，Η202为浓度为30% ；4.采用溶胶-凝胶法制备的氧化硅溶胶，其步骤如下a在强搅拌下，将异丙醇铝倒入含有部分硝酸的沸水中水解，持续搅拌；30分钟后 温度降到90°C。b 60分钟后加入浓硝酸，即得到澄清的氧化铝溶胶，自然冷却；5.在步骤3得到的pn+结硅基底上采用提拉法制备前表面和背表面氧化铝薄膜， 500°C退火30分钟后，η+发射极表面非晶氧化铝厚度约15nm，ρ型基底表面复合钝化介质 层厚度17nm ；6.在η+发射极表面非晶氧化铝层上采用传统PECVD淀积70nm折射率为2. 33的
非晶氮化硅薄膜；7.丝网印刷正面、背面电极和背表面场，印刷背面电极和电场的银浆和铝浆图形 采用栅线结构，先印刷铝浆，后印刷银浆覆盖铝浆；8.烧结使银电极与η+发射极以及背电极与P型基底形成欧姆接触。实施例2 同实施例1，除了采用旋涂法制备非晶氧化铝层，η+发射极表面非晶氧化铝薄膜 厚度为lOnm，ρ型基底表面复合钝化介质层薄膜厚度为50nm。
权利要求
1.一种晶体硅太阳电池，其特征在于该电池的结构为在pn+结硅基底(3)的η+发 射极(301)表面依次有厚度为10-20nm的第一非晶氧化铝层(2)和厚度为60-100nm的非 晶氮化硅层(1)，银电极(6)穿过非晶氮化硅层(1)和第一非晶氧化铝层(2)与η+发射极 (301)欧姆接触，ρ型基底(30 表面有复合钝化介质层G)，复合钝化介质层由厚度 为1.5-3nm的氧化硅层(401)和厚度为IO-IOOnm的第二非晶氧化铝层(402)组成，背电极 (5)穿过复合钝化介质层(4)与ρ型基底(30 欧姆接触。
2.一种基于权利要求1所述结构的晶体硅太阳电池制备方法，其特征在于包括以下步骤1).去除Ρ型硅表面损伤、酸或碱液制绒形成减反射结构及化学清洗；2).在POCl3氛围中进行扩散及去除周边pn结和磷硅玻璃形成pn+结构的pn+结硅基 底⑶；3).采用体积比HNO3 H202 = 20-5 1的混合溶液浸泡ρ型基底(30 表面30分 钟；其中HNO3浓度为68%, H2O2为浓度为30% ；4).采用溶胶-凝胶法制备的氧化铝溶胶，其步骤如下(a)在强搅拌下，将异丙醇铝倒入含有部分硝酸的沸水中水解，持续搅拌，30分钟后温 度降到85-950C ；(b)60分钟后加入浓硝酸，即得到澄清的氧化铝溶胶，自然冷却；5).在步骤3得到的pn+结硅基底(3)的η+发射极(301)和ρ型基底(302)表面采用 提拉法或旋涂法制备氧化铝薄膜，400-600°C退火15-30分钟后，生成厚度为10-20nm的第 一非晶氧化铝层(2)及厚度为IO-IOOnm的第二非晶氧化铝层002)；6).在第一非晶氧化铝层⑵表面采用传统PECVD淀积60-100nm折射率为1.9-2. 5的 非晶氮化硅薄膜形成非晶氮化硅层(1)；7).丝网印刷正面、背面电极和背表面场，印刷背面电极和电场的银浆和铝浆图形采用 栅线结构，先印刷铝浆，后印刷银浆覆盖铝浆；8).烧结使银电极(6)与η+发射极(301)以及背电极(5)与ρ型基底(302)形成欧姆 接触。
全文摘要
本发明公开了一种晶体硅太阳电池及制备方法，该晶体硅太阳电池包括pn+结硅基底，n+发射极表面有第一非晶氧化铝层和非晶氮化硅层，银电极穿过非晶氮化硅层和第一非晶氧化铝层与n+发射极连接，p型基底表面有复合钝化介质层，包括氧化硅层和第二非晶氧化铝层，p型基底与背电极接触。其制备方法包括复合钝化介质层的特殊制备，本发明采用硝酸和双氧水溶液处理p型基底表面，溶胶-凝胶工艺制备第二非晶氧化铝层，退火后形成复合钝化介质层(4)。本发明具有工艺简单，设备投资低，前表面钝化和抗反射性能好，背表面复合钝化介质层钝化效果优异并能提高长波利用效率等优点。
文档编号H01L31/0216GK102122674SQ20111000857
公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者何悦, 王建禄, 窦亚楠, 褚君浩, 马晓光 申请人:中国科学院上海技术物理研究所