一种晶体硅太阳能电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池生产加工技术领域，具体涉及一种晶体硅太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

太阳能电池是一种利用光电效应或光化学效应把光能转化为电能的装置，又被称为太阳能芯片或光电池。根据使用材料和技术不同，太阳能电池主要分为两大类，一类是晶体硅太阳能电池，一类是薄膜太阳能电池。目前无论是从全球太阳能电池产品结构来看，还是从太阳能电池产量最大的中国来看，晶硅电池均占据着绝对的优势。晶硅太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏特效应”，因此，太阳能电池又称为“光伏电池”。

晶体硅太阳能电池金属区域的界面复合已经成为制约太阳电池效率提升的重要因素。目前，通常制备晶体硅天阳能电池时，采用丝网印刷在太阳能电池的氮化硅上面印刷银浆，然后通过高温烧结，银浆烧穿氮化硅，与电池的发射极形成欧姆接触。但是，银与发射极之间容易形成金属-半导体接触界面，该界面成为严重的载流子复合中心，降低了太阳电池的转换效率。

目前学术界借鉴半导体的发展经验，开发出异质结太阳能电池，在晶体硅硅衬底上沉积非晶硅薄膜，然后在非晶硅薄膜上沉积透明导电膜，再在透明导电膜上丝网印刷非烧穿型低温银浆。虽然非晶硅薄膜和透明导电薄膜解决了金属区的钝化问题，但是载流子收集效率不高，同时形成寄生吸收，电池短路电流不高。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种晶体硅太阳能电池，不但提高电池的效率，而且抑制形成直接金属-半导体界面的形成，避免产生光的寄生吸收，而且同时提高电池的载流子收集效率。

本发明的技术方案为：一种晶体硅太阳能电池，包括硅衬底、发射极、背面场以及分别设置于发射极和背面场上的金属电极，所述发射极以及背面场位于硅衬底两侧，所述发射极和/或背面场包括非金属区域以及用于设置金属电极的金属区域，所述发射极和/或背面场上的金属区域至金属电极之间依次设置有钝化层以及重掺多晶硅层。

本发明在发射极以及背电场的上设置钝化层以及重掺多晶硅层，使得金属电极与重掺多晶硅层之间形成欧姆接触，金属电极可以不直接接触发射极以及背面场，降低了金属区域表面复合速率，提高电池开路电压。

作为优选，所述硅衬底为p型或者n型硅材料制成，所述硅衬底电阻率为0.01～1000ωcm。

作为优选，所述钝化层的厚度为0.1～1000埃，带隙宽度为1～10ev。

作为优选，所述钝化层为氧化硅、氮化硅或者非晶硅中的一种或多种材料制成。

作为优选，所述重掺多晶硅层的掺杂类型与发射极和/或背电场的掺杂类型相同。

作为优选，所述重掺多晶硅层的厚度为1～10000nm，带隙宽度为1.1～2ev。

作为优选，所述重掺多晶硅层与金属电极之间设置有富含氢元素的薄膜层，所述薄膜层的厚度为0.1～10000nm。本发明中薄膜层使得金属区域以及非金属区域表面复合速率降低。

作为优选，所述薄膜层为氮化硅、氧化硅或者氧化铝中的一种或几种材料制成。

本发明还提供了一种上述的晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(a)在硅衬底上进行掺杂，形成均匀的发射极和/或背面场，并在发射极和/或背面场上划分非金属区域以及用于设置金属电极的金属区域；

(b)先在发射极和/或背面场的金属区域以及非金属区域上经由热氧氧化形成钝化层，再在钝化层上沉积重掺多晶硅层，然后在位于金属区域处的重掺多晶硅层上采用丝网印刷形成一层掩膜层，再刻蚀未被掩模层保护的非金属区域的钝化层和重掺多晶硅层，最后去除掩膜层；

或者，在发射极和/或背面场的金属区域上经由热氧氧化形成钝化层，再在钝化层上沉积重掺多晶硅层；

(c)在重掺多晶硅层上丝网印刷金属电极浆，烧结得到金属电极。

本发明制备晶体硅太阳能电池时，事先设计好用于设置金属电极的金属区域，然后可以采用两种方式设置钝化层以及重掺多晶硅层，设置重掺多晶硅层时可以通过lpcvd沉积。其中第一种方式为，在金属区域以及非金属区域上均设置有钝化层和重掺多晶硅层之后，在位于金属区域的重掺多晶硅层上设置掩膜层，其中掩埋层可以采用油墨材料制成，掩膜层形成之后，刻蚀未被掩模层保护的非金属区域的钝化层和重掺多晶硅层，刻蚀钝化层和重掺多晶硅层时可以分别采用koh和hf进行刻蚀，最后去除掩膜层即可。

本发明也可以采取另外一种方式，即只在金属区域上设置钝化层以及重掺多晶硅层，采用该方式可以减少设置掩膜层的步骤。

经由上述两种中的任何一种方式设置好钝化层以及重掺多晶硅层之后，可以进行高温退火，激活多晶硅中的掺杂源。

作为优选，所述步骤(c)中，先在重掺多晶硅层和/或非金属区域上沉积所述薄膜层，再在位于金属区域的薄膜层上丝网印刷金属电极浆，最后烧结得到金属电极。本发明还可以在重掺多晶硅层以及非金属区域上均采用pecvd沉积薄膜层，沉积薄膜层之后，再通过丝网印刷金属电极浆，最后通过高温烧结，使得用于形成金属电极的金属电极浆与薄膜层发生化学反应，刻蚀薄膜层，从而与薄膜层下方的重掺多晶硅层形成良好的欧姆接触。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)金属电极不与发射极以及背面场直接接触，发射极以及背面场的金属区域被钝化层钝化，其表面复合速率降低，形成良好的发射极和金属区钝化，非金属区域可被薄膜层钝化，其表面复合速率降低。经由均匀发射极有效收集光生载流子，由于钝化层以及重掺多晶硅层设置在金属电极下方，使得钝化层以及重掺多晶硅层由于上方金属电极的遮挡，不会吸收入射光，因此钝化层以及重掺多晶硅层组成的功能性薄膜的强吸收特性不会影响目前结构的光学吸收，从而保证了载流子的收集效率，也避免了寄生吸收，实现了高电流和高开压的双重优势。

(2)本发明晶体硅太阳能电池的制备方法操作简单，适合应用于规模化生产。

附图说明

图1为本发明中硅衬底的结构示意图。

图2为本发明中在硅衬底上形成发射极之后的结构示意图。

图3为本发明中在发射极上设置钝化层之后的结构示意图。

图4为本发明中在钝化层上设置重掺多晶硅层之后的结构示意图。

图5为本发明中在重掺多晶硅层山该设置掩膜层之后的结构示意图。

图6为本发明中刻蚀非金属区域的钝化层和重掺多晶硅层之后的结构示意图。

图7为本发明中去除掩膜层之后的结构示意图。

图8为本发明中设置薄膜层之后的结构示意图。

图9为丝网印刷形成金属电极之后的结构示意图。

其中，1、硅衬底；2、发射极；3、钝化层；4、重掺多晶硅层；5掩模层；6、薄膜层；7、金属电极。

具体实施方式

实施例1

一种制备一种晶体硅太阳能电池的方法，包括以下步骤：

(a)以p型单晶硅为硅衬底1，见图1，在正面进行磷扩散，形成发射极2见图2。该层发射极2复合电流密度为30fa/cm²，方块电阻为该发射极2具有吸收光线，产生光生载流子，并收集电子的功能。

(b)在发射极2上面采用热氧氧化形成2nm厚的热氧化层(钝化层3)，见图3，在钝化层3上采用lpcvd沉积掺磷多晶硅层(重掺多晶硅层4)，见图4，采用1000℃进行高温退火60min，激活多晶硅中的掺杂源。

(c)采用丝网印刷油墨，在重掺多晶硅层4上方形成具有一定图形的油墨形成的掩模层5，见图5，分别采用koh和hf刻蚀未被掩模层保护的钝化层3和重掺多晶硅层4，见图6。然后去除掩模层，见图7。

(d)采用pecvd在结构上方沉积氮化硅薄膜(薄膜层6)，见图8，采用丝网印刷，在钝化层3及重掺多晶硅层4组成的功能性叠层薄膜上丝网印刷银浆，通过900℃高温烧结，形成银电极(金属电极7)，其中银浆与氮化硅薄膜6发生化学反应，刻蚀氮化硅薄膜6，与下方的重掺多晶硅层4形成良好的欧姆接触，见图9。

金属电极7不与发射极2直接接触，使得用于设置金属电极的金属区域的发射极2被热氧化层钝化，使得其表面复合速率可低至30cm/s，而其他区域发射极被氮化硅薄膜钝化，其表面复合速率可低至20cm/s，形成良好的发射极和金属区域钝化。同时，发射极2有效收集光生载流子，钝化层3及重掺多晶硅层4组成的功能性叠层薄膜仅设置在金属电极下方，由于上方金属电极的遮挡，因此不会吸收入射光，因此功能性叠层薄膜的强吸收特性不会影响目前结构的光学吸收，实现了高电流和高开压的双重优势。