专利名称：N型晶硅太阳能电池及其制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种N型晶硅太阳能电池及其制作方法。
背景技术：
单晶硅太阳能电池已经被大规模应用到各个领域，其良好的稳定性和成熟的工艺流程是其大规模应用的基础。单晶硅太阳能电池的生产工艺流程如图I所示，首先对硅片进行清洗，通过化学清洗达到对硅片表面的结构化处理；其次将清洗后的硅片进行扩散处理，硅片经硼扩散工艺形成p_n结；之后对形成p-n结的硅片进行周边刻蚀工艺，以去掉在扩散工艺中硅片边缘所形成的导电层；然后经过化学清洗工艺，以除去在扩散过程中在硅片表面形成的玻璃层；接着经PECVD (等离子体增强化学气相沉积法)工艺沉积减反射膜一氮化硅膜；最后再依次经丝网印刷工艺、烧结工艺等制作得到符合要求的单晶硅太阳能电 池。在太阳能电池生产过程中，通常在硅片表面沉积一层氮化硅薄膜，一方面可以起到减反射作用，提高对光能的利用率。另一方面，氮化硅也是一层很好的钝化膜，这是因为氮化硅膜层富含氢元素，这些氢可以在烧结过程中扩散到SiOx/Si界面处，和界面处的悬挂键反应，通过这种化学钝化作用可以有效地减少硅片表面界面态缺陷密度，从而减少了光生载流子在硅片表面复合的速率；另外，硅片表面沉积的氮化硅含有固定正电荷，这些正电荷产生的电场可以将扩散到表面来的正电荷(空穴)反射回去，通过这种场效应钝化作用，减少了光生载流子在硅片表面的复合。作为钝化膜如果将其用来钝化N型硅片表面，由于正电荷是少数载流子，所以这时氮化硅膜可以起到很好的钝化效果；然而对于P型硅片表面，负电荷是少数载流子，如果将氮化硅用于P型表面，则会在硅片表面处形成一层反型层，反而加剧了光生载流子在硅片表面复合的速率。对于传统的P型太阳能电池，其发射极是磷扩散形成的N型硅片表面，用氮化硅可以有效地起到钝化作用。然而对于N型太阳能电池，其发射极是硼扩散形成的P型硅表面，氮化硅失去了其钝化作用。所以发展一种有效的钝化N型太阳能电池硼发射极表面技术，成为制约N型太阳能电池发展的关键。目前钝化N型太阳能电池主要使用氮化硅/氧化硅双层膜来钝化硼发射极，虽然可以为硅片表面提供良好的化学钝化性能，然而由于氮化硅带有固定正电荷，会在P型硅片表面形成反型层，反而加速了光生载流子复合的概率，从而在一定程度上减弱了其化学钝化性能。由此可见，采用上述两种方案都难以实现对N型太阳能电池硼发射极表面的有效钝化。
发明内容
本发明旨在提供一种N型晶硅太阳能电池及其制作方法，以解决现有技术中N型太阳能电池硼发射极难以有效得到钝化的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种N型晶硅太阳能电池，N型晶硅太阳能电池包括N型基体；硼发射极，设置在N型基体的正表面上；第一钝化层，设置在硼发射极远离N型基体的表面上，第一钝化层包括从内向外设置的氧化硅膜、氧化铝膜和氮化硅膜。进一步地，上述第一钝化膜的厚度不大于lOOnm。进一步地，上述氧化硅膜的厚度在IOnm以内，氧化铝膜的厚度在IOnm以内，氮化娃膜的厚度在65、5nm之间。进一步地，上述N型晶硅太阳能电池还包括背场，设置在N型基体远离硼发射极一侧的表面上；第二钝化层，设置在背场远离N型基体一侧的表面上，第二钝化层包括从内向外设置的氧化硅膜和氮化硅膜。根据本发明的又一方面，还提供了一种N型晶硅太阳能电池的制作方法，该制作方法包括S1、在N型基体的正表面形成硼发射极；S2、在硼发射极远离N型基体的表面上 形成从内到外设置的氧化硅膜和氧化铝膜；以及S3、在氧化铝膜远离氧化硅膜的表面上形成氮化娃膜。进一步地，上述步骤S2中在形成氧化硅膜的同时在N型基体的背场远离N型基体的表面上形成氧化娃膜。进一步地，上述步骤S2中形成所述氧化铝的过程中，将任意两个形成有氧化硅膜的N型基体的背面相靠放置后在氧化硅膜远离硼发射极的表面上形成氧化铝膜。进一步地，上述制作方法在步骤S2之后或S3之后还包括在背场的表面上的氧化硅膜远离N型基体的表面上形成氮化硅膜。进一步地，上述氧化硅膜的制备方法为热氧化法、等离子体增强化学气相带电沉积法或磁控溅射法；氧化铝膜的制备方法为原子层沉积法、溅射法、等离子体增强化学气相带电沉积法或溶胶凝胶法；氮化硅膜的制备方法为等离子体增强化学气相带电沉积法。本发明的N型晶硅太阳能电池，硼发射极表面的氧化铝膜在界面处形成一层固定负电荷，在硅片表面产生的电场可以将扩散到表面来的少数载流子(电子)反射回去，极大减少了硅片表面附近少数载流子的数量，从而减少了光生载流子在表面复合的速率，可以为硅片表面提供良好的场效应钝化作用。另外，硼发射极表面的氧化硅膜可以有效地降低Si02/Si界面态缺陷密度，因此对硅片表面起到较好的钝化效果，在烧结过程中氮化硅膜富含的氢元素扩散到Si02/Si界面处，钝化了界面处的悬挂键，为硅片表面提供了良好的化学钝化作用。因此，使用氮化硅/氧化铝/氧化硅三层膜来钝化硼发射极可以同时提供场效应钝化和化学钝化，从而获得更好的钝化效果。同时，发明人发现由于氧化铝膜的钝化性能与硅片表面的氧化硅膜有极大的关系，在硅片表面的氧化硅膜对在其上的氧化铝膜有重要的益处。
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I示出了现有技术中N型晶硅太阳能电池的制作工艺流程；图2示出了根据本发明的N型晶硅太阳能电池的结构示意图；以及
图3示出了实施例1、2和对比例1、2的开路电压测试结果比较示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种N型晶硅太阳能电池，N型晶硅太阳能电池包括N型基体I、硼发射极2和第一钝化层3，硼发射极2设置在N型基体I的正表面上；第一钝化层3设置在硼发射极2远离N型基体I的表面上，第一钝化层3包括从内向外设置的氧化硅膜、氧化铝膜和氮化硅膜。具有上述结构的N型晶硅太阳能电池，硼发射极2表面的氧化铝膜在界面处形成一层固定负电荷，在娃片表面产生的电场可以将扩散到表面来的少数载流子(电子)反射回去，极大减少了硅片表面附近少数载流子的数量，从而减少了光生载流子在表面复合的速率，可以为硅片表面提供良好的场效应钝化作用。另外，硼发射极2表面的氧化硅膜可以有效地降低Si02/Si界面态缺陷密度，因此对硅片表面起到较好的钝化效果，在烧结过程中氮化硅膜富含的氢元素扩散到Si02/Si界面处，钝化了界面处的悬挂键，为硼发射极2表面提供了良好的化学钝化作用。因此，使用氮化硅/氧化铝/氧化硅三层膜来钝化硼发射极可以同时提供场效应钝化和化学钝化，从而获得更好的钝化效果。同时，发明人发现由于氧化铝膜的钝化性能与硅片表面的氧化硅膜有极大的关系，在硅片表面的氧化硅膜对在其上的氧化铝膜有重要的益处。为了避免位于硼发射极2上的第一钝化膜3对硼发射极2的性能造成不利影响，优选第一钝化膜3的厚度不大于lOOnm。在本发明一种优选的实施例中，氧化硅膜的厚度在IOnm以内，氧化铝膜的厚度在IOnm以内，氮化硅膜的厚度在65 85nm之间。当氧化硅膜、氧化铝膜和氮化硅膜的厚度在上述范围之间时，对硅片表面具有明显的钝化效果。具有上述结构的N型晶硅太阳能电池还包括背场4和第二钝化层5，背场4设置在N型基体I远离发射极2 —侧的表面上；第二钝化层5设置在背场4远离N型基体I 一侧的表面上，第二钝化层5包括从内向外设置的氧化硅膜和氮化硅膜。在N型晶硅太阳能电池的背面设置背场4和第二钝化层5有利于减少少数载流子在背面的复合速率，增加短路电流和开路电压，。且优选第二钝化层5与第一钝化层3具有相同厚度的氧化硅膜，第二钝化层5与第一钝化层3具有不同厚度的氮化硅膜。在本发明的又一种典型的实施方式中，还提供了一种N型晶硅太阳能电池的制作方法，制作方法包括S1、在N型基体的正表面形成硼发射极；S2、在硼发射极远离N型基体的表面上形成从内到外设置的氧化硅膜和氧化铝膜；以及S3、在氧化铝膜远离氧化硅膜的表面上形成氮化娃膜。位于硼扩散之后形成的硼发射极的P型硅表面上的Si经过氧化作用形成氧化硅膜，氧化铝膜形成在氧化硅膜的外侧，然后在氧化铝膜的外侧形成氮化硅膜从而得到氮化硅/氧化铝/氧化硅三层钝化膜结构。氧化硅膜和氧化铝膜可以分两步形成也可一步形成，即在制备氧化铝膜的同时氧化硼发射极的硅使其形成氧化硅，从而得到氧化硅膜。为了形成品质较好的氧化硅膜和氧化铝膜，优选两者利用两步法形成，上述步骤、S2还包括S21、在硼发射极远离N型基体的表面上形成氧化硅膜；S22、在氧化硅膜远离硼发射极的表面上形成氧化铝膜。单独制备氧化硅膜可以在硼发射极上形成高质量的氧化硅膜，从而保证了在氧化硅膜上生长的氧化铝膜具有较好的均匀性以及较多的固定电荷量。在本发明一种优选的实施例中，上述步骤S2中在形成氧化硅膜的同时在N型基体的背场远离N型基体的表面上形成氧化硅膜。本发明的N型基体的背表面上的氧化硅膜可以单独制备也可以和硼发射极上的氧化硅膜同时制备。为了简化氧化铝膜的制备方法，优选步骤S22还包括中形成氧化铝的过程中，将任意两个制备有氧化硅膜的N型基体的背面相靠放置后，在氧化硅膜远离硼发射极的表面上形成氧化铝膜。由于氧化铝膜只形成在位于硼发射极上的在氧化硅膜的外表面上，因此在制备氧化铝膜时将任意两个N型基体背对背放置，只在N型基体的正面形成氧化铝膜，从而简化了氧化铝膜的制备方法。优选在本发明的N型基体的背表面上的氧化硅膜的外侧还具有一层氮化硅膜，进 而制作方法在步骤S2之后或S3之后还包括在背场的表面上的氧化硅膜远离N型基体的表面上形成氮化硅膜。制备上述氧化硅膜、氧化铝膜和氮化硅膜的方法有多种，本发明优选氧化硅膜的制备方法为热氧化法、等离子体增强化学气相带电沉积法或磁控溅射法；氧化铝膜的制备方法为原子层沉积法、溅射法、等离子体增强化学气相带电沉积法或溶胶凝胶法；氮化硅膜的制备方法为等离子体增强化学气相带电沉积法。尤其是采用原子层沉积法制备氧化铝膜时，可以精确地控制每一层氧化铝的生长质量，从而更有利于获得具有高度均匀性的超薄氧化铝膜氧化铝。以下将结合实施例和对比例，进一步说明本发明的有益效果。实施例I制备N型晶硅太阳能电池经过硼扩散在硅片基体的正面形成硼发射极得到具有p-n结的硅片，首先采用磁控溅射法在具有P-n结的硅片正反两面各制备一层厚度在5nm左右的氧化硅膜，其中氧化硅膜均匀分布在硅片的正反两个表面上；随后用热原子层沉积法在位于硼发射表面的氧化硅膜上沉积形成一层厚度为3nm左右的超薄氧化铝膜，沉积过程中硅片采用背对背放置，从而氧化铝膜只沉积在硼发射极上；最后使用PECVD法沉积形成氮化硅膜，其中氮化硅膜沉积在硅片的正反两个表面上，正面氮化硅膜的厚度在80nm左右，背面氮化硅膜的厚度在70nm左右。测试上述N型晶硅太阳能电池的开路电压，结果如附图3所示。实施例2经过硼扩散在硅片基体的正面形成硼发射极得到具有p-n结的硅片，首先采用热氧化法在具有P-n结的硅片正反两面各制备一层厚度在3nm左右的氧化硅膜，其中氧化硅膜均匀分布在硅片的正反两个表面上；随后用PECVD法在位于硼发射表面的氧化硅膜上沉积形成一层厚度为7nm左右的氧化铝膜氧化铝；最后使用PECVD方法沉积形成氮化硅膜，其中氮化硅膜沉积在硅片的正反两个表面上，正面氮化硅膜的厚度在80nm左右，背面氮化硅膜的厚度在70nm左右。测试上述N型晶硅太阳能电池的开路电压，结果如附图3所示。
对比例I测试具有氮化硅/氧化铝双层膜来钝化硼发射极表面的N型晶硅太阳能电池的开路电压，结果如附图3所示。对比例2测试具有氮化硅/氧化硅双层膜来钝化硼发射极表面的N型晶硅太阳能电池的开路电压，结果如附图3所示。由图3可以看出，对比例I和对比例2的开路电压几乎一样，由于开路电压直接反映了电池表面钝化效果的好坏，因此可以判断氮化硅/氧化铝和氮化硅/氧化硅这两种结构对电池硼发射极的钝化效果几乎是一样的；而实施例I和实施例2的具有氮化硅/氧化铝/氧化硅三层钝化膜的电池，其开路电压要高于仅有双层膜钝化的电池，所以图3也证明 了氮化硅/氧化铝/氧化硅三层钝化膜具有较好的钝化效果。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种N型晶硅太阳能电池，其特征在于，所述N型晶硅太阳能电池包括 N型基体(I)； 硼发射极(2 )，设置在所述N型基体(I)的正表面上； 第一钝化层(3)，设置在所述硼发射极(2)远离所述N型基体(I)的表面上，所述第一钝化层(3 )包括从内向外设置的氧化硅膜、氧化铝膜和氮化硅膜。
2.根据权利要求I所述的N型晶硅太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化膜(3)的厚度不大于lOOnm。
3.根据权利要求I所述的N型晶硅太阳能电池，其特征在于，所述氧化硅膜的厚度在IOnm以内，所述氧化招膜的厚度在IOnm以内，所述氮化娃膜的厚度在65、5nm之间。
4.根据权利要求I所述的N型晶硅太阳能电池，其特征在于，所述N型晶硅太阳能电池还包括 背场(4)，设置在所述N型基体(I)远离所述硼发射极(2) —侧的表面上； 第二钝化层(5)，设置在所述背场(4)远离所述N型基体(I) 一侧的表面上，所述第二钝化层(5 )包括从内向外设置的氧化硅膜和氮化硅膜。
5.一种N型晶硅太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括 51、在N型基体的正表面形成硼发射极； 52、在所述硼发射极远离所述N型基体的表面上形成从内到外设置的氧化硅膜和氧化铝膜；以及 53、在所述氧化铝膜远离所述氧化硅膜的表面上形成氮化硅膜。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中在形成所述氧化硅膜的同时在所述N型基体的背场远离所述N型基体的表面上形成氧化硅膜。
7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中形成所述氧化铝的过程中，将任意两个形成有氧化硅膜的N型基体的背面相靠放置后，在所述氧化硅膜远离所述硼发射极的表面上形成氧化铝膜。
8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法在所述步骤S2之后或S3之后还包括在所述背场的表面上的氧化硅膜远离所述N型基体的表面上形成氮化硅膜。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的制作方法，其特征在于， 所述氧化硅膜的制备方法为热氧化法、等离子体增强化学气相带电沉积法或磁控溅射法; 所述氧化铝膜的制备方法为原子层沉积法、溅射法、等离子体增强化学气相带电沉积法或溶胶凝胶法； 所述氮化硅膜的制备方法为等离子体增强化学气相带电沉积法。
全文摘要
本发明提供了一种N型晶硅太阳能电池及其制作方法。该N型晶硅太阳能电池包括N型基体；硼发射极，设置在N型基体的正表面上；第一钝化层，设置在硼发射极远离N型基体的表面上，第一钝化层包括从内向外设置的氧化硅膜、氧化铝膜和氮化硅膜。本发明的N型晶硅太阳能电池，硼发射极表面的氧化铝膜在界面处形成一层固定负电荷，将扩散到表面的少数载流子反射回去，减少了光生载流子在表面复合的速率，提供良好的场效应钝化作用；另外，在烧结过程中氮化硅膜富含的氢元素扩散到SiO2/Si界面处，钝化了界面处的悬挂键，提供了良好的化学钝化作用。因此，使用氮化硅/氧化铝/氧化硅三层膜钝化硼发射极同时提供场效应钝化和化学钝化。
文档编号H01L31/18GK102751337SQ20121027042
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者李高非, 杨德成, 熊景峰, 胡志岩, 郎芳 申请人:英利集团有限公司