专利名称：掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池及制备方法
技术领域：
本发明涉及晶体硅太阳能电池制造领域，具体为一种利用掺杂碳化硅薄膜诱导背场来制备高效太阳电池。
背景技术：
从目前的光伏市场来看，硅太阳电池占据大部分的市场份额。根据所使用的材料类型的不同，硅太阳电池可以分为晶体硅太阳电池以及薄膜硅太阳电池。由于设备昂贵、工艺较复杂以及转化效率较低等原因，薄膜硅太阳电池所占市场份额要远远小于晶体硅太阳电池。根据预测，晶体硅太阳电池在未来几年内仍将是光伏市场的主流产品。因此，提高晶体硅太阳电池的转化效率，降低综合发电成本，对整个光伏行业的发展具有重要意义。为了降低光伏发电成本，降低太阳电池制造成本或者提高太阳电池的转化效率是两个有效途径。随着工业生产技术的不断进步，太阳电池制造成本在不断下降，电池效率也在不断提高。在目前铝背场常规工艺条件下，由于背表面复合的影响，太阳光谱中的长波损失比较严重，电池效率难以得到明显地提高。因此，背面钝化及点接触电池结构受到广泛的关注。根据计算，普通铝背场电池的背表面复合速度约为1000-1500cm/s， 根据理论模拟，在lOOOcm/s的附近区域内，背表面复合速度对电池效率具有非常明显的影口向Metz，A. and R. Heze 1，High-quality passivated rear contact structure for silicon solar cells based on simple mechanical abrasion. Conference Record of the Twenty-Eighth Ieee Photovoltaic Specialists Conference - 2000， 2000: p. 172-175。因此，在文献报道中，采用背表面钝化背面点接触结构的电池，在优化工艺条件下，均可以得到明显的效率提升Mittelstadt，L.，et al.，Front and rear silicon-nitride-passivated multicrystalline silicon solar cells with an efficiency of 18. 1%. Progress in Photovoltaics, 2002. 10(1) : p. 35-39。目前为止，很多种介质膜已经被用来作太阳电池背表面钝化，包括SiOx，SiNx, SiOx/SiNx叠层结构以及宽禁带的SiCx。文献报道中的SiOx往往采用热氧化生长的SiOx，然而这种方式需要硅片多经历一步高温过程，有可能会引起硅片电学性能下降，而PECVD生长的SiOx 钝化效果又比较差，起不到较好的背表面钝化的效果；SiNx中由于固定电荷的影响，可能会诱导形成背表面浮动结，如果与背电极直接接触会引起电池漏电，需要电学隔离，不利于生产工艺简化。SiCx相对来说是一种利用PECVD常规生产设备且沉积工艺较简单的背面钝化介质膜，文献中也报道了背表面复合速度可以达到低于lOcm/s的水平D. Suwito, T. Roth, D. Pysch, L. Korte, A. Richter, S. Janz, S. W. Glunz, Detailed Study on the Passivation Mechanism of a-SixCl-x for the Solar Cell Rear Side, 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 1-5 September 2008，Valencia, Spain, 1023-10 ],采用SiCx作背表面钝化的电池效率可达20%以上Suwito, D. ； Janz, S. ； Hermle, M. ； Glunz, S. W. , High-Efficiency Silicon Solar Cells With Intrinsic and Doped a-SixCl-x Rear Side Passivation, 24th EuropeanSolar Energy Conference and Exhibition, Hamburg, Germany。从表面钝化机理来说，钝化效果来自于两个方面，一个是化学钝化，一个是场钝化。在目前对SiCx薄膜钝化的研究中，忽略了场钝化的效果。SiCx薄膜作为一种宽禁带半导体，通过掺杂控制可以在很大范围内对其费米能级的位置进行调节，当掺杂的SiCx薄膜与硅基体接触时，由于费米能级的差异，硅片近表面会产生能带弯曲，通过合理的掺杂，就可以使电池背面形成诱导的背表面场，提高钝化效果及收集效率。
发明内容
发明目的为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种应用掺杂的SiCx薄膜的高效太阳电池及其制备方法。技术方案为了实现上述目的，本发明所述的一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池，包括正面Ag电极、SiNx或SiOx减反射钝化膜、磷扩散层、P型硅基体、ρ 型掺杂SiCx钝化膜、背面Al电极；所述P型硅基体的前表面上有磷扩散层，磷扩散层上覆有SiNx或SiOx减反射钝化膜，减反射钝化膜上有正面Ag电极，正面Ag电极底面与磷扩散层接触；P型硅基体的背面覆有P型掺杂SiCx钝化膜，ρ型掺杂SiCx钝化膜开槽并制作背面Al电极，背面Al电极在背面开槽处与P型硅基体接触。本发明还公开了一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法， 该方法的具体步骤如下
(1)硅片去损伤并制绒；
(2)磷扩散;
(3)去背结;
(4)正面采用PECVD生长7(T90nm的SiNx或SiOx减反射钝化膜；
(5)背面沉积ρ型掺杂SiCx钝化膜；
(6)在ρ型掺杂SiCx钝化膜上开槽；
(7)制备正面Ag电极；
(8)制备背面Al及Ag电极；
(9)烧结或退火。本发明者中所述步骤(5)背面沉积ρ型掺杂SiCx钝化膜方法为采用PECVD生长的B掺杂的SiCx膜钝化，掺杂浓度为Ippba至104ppma，厚度为5(Tl50nm，也可选SiCx与 SiNx或者SiOx的叠层。本发明者中所述步骤(7)制备正面Ag电极；方式可以为激光掺杂加上电镀、或喷墨打印加上电镀、或丝网印刷。本发明中步骤(8)制备背面Al电极可采用如下三种方式制备1、采用丝网印刷， 2、采用沉积Al电极方式，3、采用激光烧结LFC方式。上述三种方式制备背面Al电极的具体步骤如下
(一)采用丝网印刷制备背面Al电极时，所述步骤(8)制备背面Al电极的具体步骤
是
(al)背面印刷Al浆并烘干； (a2)背面印刷背Ag电极；(a3)热处理，温度为35(T900°C，时间为k 100s。(二)采用沉积Al电极方式制备背面Al电极时，所述步骤(8)制备背面Al电极的具体步骤是
(bl)背面通过溅射或者热蒸发、电子束蒸发等工艺形成Al电极，厚度为广3Mffl; (b2)热处理，温度为35(T900°C，时间为k 100s。(三)采用激光烧结LFC方式制备背面Al电极时，去除步骤(6)并且所述步骤(8) 制备背面Al电极的具体步骤是
(cl)背面沉积Al电极或印刷Al浆并烘干； (c2)激光烧结实现背面电极局部接触；
本发明中所述步骤(6)采用腐蚀性浆料或者激光工艺在ρ型掺杂SiCx钝化膜上槽。有益效果本发明与现有技术相比具有如下优点
(1)本发明利用费米能级平衡原理，将掺杂的SiCx薄膜应用于高效太阳电池，通过控制SiCx膜层的掺杂类型及浓度，使ρ型硅片基体背面诱导形成背表面场，利用其优良的钝化特性以及诱导背场的作用来提高电池效率；
(2)本发明所得的太阳电池，由于背面钝化效果的提高，可以得到效率大于19%的单晶太阳电池及效率大于17. 5%的多晶硅太阳电池。
图1为本发明所述电池的结构剖视图。图2为本发明诱导背面场能弯曲示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。实施例1
一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法，采用丝网印刷制备背面Al电极，以ρ型单晶硅片为基体材料，制备方法的具体步骤如下
(1)硅片去损伤并制绒；
(2)磷扩散，方阻值3(Tl20Ohm/Sq；
(3)去背结;
(4)正面采用PECVD生长90nm的SiNx或SiOx减反射钝化膜；
(5)背面采用PECVD生长的B掺杂的SiCx膜钝化，掺杂浓度104ppma，厚度为50nm；
(6)采用腐蚀性浆料在ρ型掺杂SiCx钝化膜上开槽；
(7)采用激光掺杂加上电镀的方式制备正面电极；
(8)背面印刷Al浆并烘干；
(9)背面印刷背Ag电极；
(10)烧结。实施例2
一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法，采用沉积Al电极方式制备背面Al电极，以ρ型单晶硅片为基体材料，制备方法的具体步骤如下 P型单晶硅片为基体材料，电池制作工艺步骤如下
(1)硅片去损伤并制绒；
(2)磷扩散，方阻值60ohm/sq;
(3)去背结;
(4)正面采用PECVD生长70nm的SiNx或SiOx减反射钝化膜；
(5)背面采用PECVD生长的B掺杂的SiCx与SiNx或者SiOx的叠层的钝化膜，掺杂浓度为104ppma，厚度为150nm ；
(6)采用激光工艺在ρ型掺杂SiCx钝化膜上开槽；
(7)采用喷墨打印加上电镀方式制备正面电极；
(8)热处理，温度为900°C，时间为k；
(9)背面通过溅射工艺形成Al电极，厚度为3Mm；
(10)热处理，温度为900°C，时间为5s。
实施例3
一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法，采用激光烧结(LFC) 方式制备背面Al电极，以ρ型单晶硅片为基体材料，制备方法的具体步骤如下
(1)硅片去损伤并制绒；
(2)磷扩散，方阻值lOOohm/sq;
(3)去背结;
(4)正面采用PECVD生长80nm的SiNx或SiOx减反射钝化膜；
(5)背面采用PECVD生长的B掺杂的SiCx膜钝化，掺杂浓度为104ppma，厚度为IOOnm；
(6)采用丝网印刷制备正面电极；
(7)热处理，温度为600°C，时间为35s；
(8)背面沉积Al电极；
(9)采用激光烧结实现背面电极局部接触。
权利要求
1.一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池，其特征在于它包括正面Ag 电极(1)、SiNx或SiOx减反射钝化膜(2)、磷扩散层(3)、P型硅基体(4)、ρ型掺杂SiCx钝化膜(5)、背面Al电极(6)；所述P型硅基体(4)的前表面上有磷扩散层(3)，磷扩散层(3) 上覆有SiNx或SiOx减反射钝化膜(2)，减反射钝化膜(2)上有正面Ag电极(1)，正面Ag电极(1)底面与磷扩散层(3)接触；P型硅基体(4)的背面覆有ρ型掺杂SiCx钝化膜(5)，ρ 型掺杂SiCx钝化膜(5)开槽并制作背面Al电极(6)，背面Al电极(6)在背面开槽处与P型硅基体(4)接触。
2.根据权利要求1所述的一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下(1)硅片去损伤并制绒；(2)磷扩散;(3)去背结;(4)正面采用PECVD生长7(T90nm的SiNx或SiOx减反射钝化膜；(5)背面沉积ρ型掺杂SiCx钝化膜；(6)在ρ型掺杂SiCx钝化膜上开槽；(7)制备正面Ag电极；(8)制备背面Al及Ag电极；(9)烧结或退火。
3.根据权利要求2所述的一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法，其特征在于所述步骤(5)背面沉积ρ型掺杂SiCx钝化膜方法为采用PECVD生长的 B掺杂的SiCx膜钝化，掺杂浓度为Ippba至lOYpma，厚度为5(Tl50nm，也可选SiCx与SiNx 或者SiOx的叠层。
4.根据权利要求2所述的一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法，其特征在于所述步骤(7)制备正面Ag电极；方式可以为激光掺杂加上电镀、或喷墨打印加上电镀、或丝网印刷。
5.根据权利要求2所述的一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法，其特征在于采用丝网印刷制备背面Al及Ag电极时，所述步骤(8)制备背面Al电极的具体步骤是(al)背面印刷Al浆并烘干；(a2)背面印刷背Ag电极；(a3)热处理，温度为35(T900°C，时间为k 100s。
6.根据权利要求2所述的一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法，其特征在于采用沉积Al电极方式制备背面Al电极时，所述步骤(8)制备背面Al电极的具体步骤是(bl)背面通过溅射或者热蒸发、电子束蒸发等工艺形成Al电极，厚度为广3Mffl;(b2)热处理，温度为35(T900°C，时间为k 100s。
7.根据权利要求2所述的一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法，其特征在于采用激光烧结LFC方式制备背面Al电极时，去除步骤(6)并且所述步骤 (8)制备背面Al电极的具体步骤是(cl)背面沉积Al电极或印刷Al浆并烘干； (c2)激光烧结实现背面电极局部接触。
8.根据权利要求2所述的一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池的制备方法，其特征在于所述步骤(6)采用腐蚀性浆料或者激光工艺在ρ型掺杂SiCx钝化膜上开槽。
全文摘要
本发明公开了一种掺杂碳化硅薄膜诱导背场的双面钝化太阳电池，该电池采用P型硅为基体，P型硅基体的前表面上有磷扩散层，磷扩散层上覆有SiNx或SiOx减反射钝化膜，减反射钝化膜上有正面Ag电极，正面Ag电极底面通过烧结烧穿钝化膜后与磷扩散层接触；P型硅基体的背面覆有p型掺杂SiCx钝化膜，p型掺杂SiCx钝化膜开槽并制作背面Al电极，背面Al电极在背面开槽处与P型硅基体形成接触。本发明还公开了上述电池的制备方法。本发明将掺杂的SiCx薄膜应用于高效太阳电池，通过控制SiCx膜层的掺杂类型及浓度，使p型硅片基体背面诱导形成背表面场，利用其优良的钝化特性以及诱导背场的作用来提高电池效率。
文档编号H01L31/0216GK102194897SQ20111014591
公开日2011年9月21日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年6月1日
发明者夏正月, 姜庆堂, 宋文涛, 李晓强, 杨灼坚, 董经兵, 邢国强, 陶龙忠, 高艳涛 申请人:奥特斯维能源(太仓)有限公司