N型晶体硅双面电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了N型晶体硅双面电池，属于太阳能电池【技术领域】，包括N型硅衬底、硼掺杂层、电池的正极、氧化铝钝化层、氮化硅减反射层、离子注入磷掺杂层、氮化硅钝化及减反射层、电池的负极；本发明还公开了该电池的制备方法，具体包括1）化学清洗；2）加入硼源；3）下表面注入磷源并退火；4）上表面制备氧化铝钝化层和第一氮化硅减反射层；5）下表面制备第二氮化硅减反射层；6）制备电池的正极和电池的负极；7）烧结。本发明的N型晶体硅双面电池，使得电池稳定性能提高，降低了对短波的吸收，提高了蓝光响应，提高电池的短路电流密度，电池效率得到提升；制备该电池的方法，简化了双面电池的制程，具有很好的实用性。
【专利说明】N型晶体硅双面电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池【技术领域】，具体涉及一种N型晶体硅双面电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]双面电池能更加充分的利用太阳光，不仅正面入射的太阳光还有背面的散射光等，提高了电池的发电量，该种电池更适合建筑一体化，以及垂直安装等应用，然而传统的双面电池的制备方法复杂，制备成本高，使得双面电池大规模的走向市场遇到了瓶颈。
【发明内容】
[0003]发明目的:本发明的目的在于提供一种N型晶体硅双面电池，使得电池的稳定性能提高，同时降低了对短波的吸收，提高了蓝光响应，提高了电池的短路电流密度，提升了电池效率；本发明的另一目的在于提供两种制备该电池的方法，不仅简化了双面电池的制作过程，避免了原有的多次扩散和掩膜过程，而且保证了电池优异的品质。
[0004]技术方案:为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]N型晶体硅双面电池，包括N型硅衬底、硼掺杂层、电池的正极、氧化铝钝化层、氮化硅减反射层、离子注入磷掺杂层、氮化硅钝化及减反射层、电池的负极，在N型硅衬底的上下表面分别设置了电池的正极和电池的负极，在电池的正极的下方设置硼掺杂层；在N型硅衬底的上表面设有氧化铝钝化层，在氧化铝钝化层的表面设有第一氮化硅减反射层；在N型硅衬底的下表面设有离子注入磷掺杂层，在离子注入磷掺杂层的表面设有第二氮化娃减反射层。
[0006]制备所述的N型晶体硅双面电池的方法，其特征在于:包括以下步骤:
[0007]I)化学清洗
[0008]对N型硅衬底的表面绒面采用稀得氢氧化钠或氢氧化钾溶液在衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，随后用稀释的盐酸和氢氟酸进行清洗，得到化学清洗过的N型娃衬底；
[0009]2)加入硼源，采用方法一或者方法二来进行:
[0010]方法一、上表面印刷硼掺杂层
[0011]在化学清洗过的N型硅衬底的上表面印刷硼掺杂层，该印刷硼掺杂层的形状与电池的正极的截面形状吻合，印刷后在400°C的烘干炉中烘干，得到具备硼源的N型硅衬底；
[0012]方法二、上表面注入硼源并退火
[0013]在化学清洗过的N型硅衬底的上表面注入硼源，在离子束能量6?20kev情况下，离子注入量I X HcnT2?9 X 15cnT2，退火后目标方阻为40?120 Ω / 口，得到具备硼源的N型硅衬底；
[0014]3)下表面注入磷源并退火
[0015]在具备硼源的N型硅衬底的下表面注入磷源，在离子束能量8?15kev情况下，离子注入量IX 15cm_2?7X 15cm_2，然后将注入磷源的N型硅衬底放入退火炉中，在800?IOOO0C的温度范围内退火，退火后目标方阻为40?120 Ω / 口，使硼扩散倒硅片机体中，形成局部的PN节，激活离子注入的磷源，并对离子注入时损伤的硅表面进行修复，让注入的磷源形成背场，得到注入磷源的N型硅衬底；
[0016]4)上表面制备氧化铝钝化层和第一氮化硅减反射层
[0017]在400°C下，在注入磷源的N型硅衬底的上表面采用原子沉积或者等离子化学气相沉积三氧化二铝，形成氧化铝钝化层；
[0018]在氧化铝钝化层的表面采用等离子化学气相沉积厚度为的第一氮化硅减反射层；
[0019]5)下表面制备第二氮化硅减反射层
[0020]在注入磷源的N型硅衬底的下表面采用等离子化学气相沉积厚度为的第二氮化娃减反射层；
[0021]6)制备电池的正极和电池的负极
[0022]采用印刷的方法在电池的上表面印刷硼掺杂层的上方印刷银铝浆，形成电池的正极；采用印刷的方法在电池的下表面印刷银浆，形成电池的负极；
[0023]7)烧结
[0024]在700?900°C的温度下，将步骤6)得到的电池在烧结炉中进行烧结，让电池和硅形成欧姆接触，即得到电池成品。
[0025]所述的N型硅衬底为电阻率在0.3 Ω.cm?10 Ω.cm之间的N型硅衬底。
[0026]步骤4)中所述的氧化铝钝化层的厚度为5?20nm，并带有5X102cm_2?3 X 103cm-2的固定负电荷。
[0027]步骤4)中，所述的第一氮化娃减反射层的厚度为65?75nm ;步骤5)中，所述的第二氮化娃减反射层的厚度为73?86nm。
[0028]发明原理:本发明通过在N型硅衬底上表面局部重扩硼，形成一个局域的PN结，在N型衬底的上面制备有Al2O3,该Al2O3带有固定负电荷，并在Al2O3的下面的N型硅中诱导出P+的反型层；αι203的上面沉积有氮化硅减反射层电池背面有重掺的磷，形成背场，背场采用SiNx钝化电池的双面都可以受光发电，电极分布电池的两面。
[0029]有益效果:与现有技术相比，本发明的N型晶体硅双面电池，由于没有硼掺杂的影响，使得电池稳定性能提闻，同时降低了对短波的吸收，提闻了监光响应，提闻电池的短路电流密度，电池效率得到提升；制备该电池的方法，利用Al2O3带有固定负电荷，在N型衬底的前表面诱导出一个P型反型层，提供前电场，替代了原有的PN节，简化了双面电池的制程，具有很好的实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]附图1N型晶体硅双面电池结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
[0032]如图1所示，N型晶体硅双面电池，包括N型硅衬底1、硼掺杂层2、电池的正极3、氧化铝钝化层4、氮化硅减反射层5、离子注入磷掺杂层6、氮化硅钝化及减反射层7、电池的负极8，在N型硅衬底I的上下表面分别设置了电池的正极3和电池的负极8，在电池的正极3的下方设置硼掺杂层2 ;在N型硅衬底I的上表面设有氧化铝钝化层4，在氧化铝钝化层4的表面设有第一氮化娃减反射层5 ;在N型娃衬底I的下表面设有离子注入磷掺杂层6，在离子注入磷掺杂层6的表面设有第二氮化硅减反射层7。
[0033]其中，N型硅衬底I的电阻率在0.3 Ω.cm到10 Ω.cm之间。氧化铝钝化层4的厚度在5~20nm，并带有5X 102cm_2~3X 103cm_2的固定负电荷。第一氮化硅减反射层5的厚度为65~75nm,第二氮化娃减反射层7的厚度为73~86nm。
[0034]实施例1
[0035]制备N型晶体硅双面电池的方法，包括以下步骤:
[0036]I)化学清洗
[0037]对电阻率为0.3 Ω ^cm的N型硅衬底的表面绒面采用稀得氢氧化钠或氢氧化钾溶液在衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，随后用稀释的盐酸和氢氟酸进行清洗，得到化学清洗过的N型硅衬底；
[0038]2)上表面印刷硼掺杂层
[0039]在化学清洗过的N型硅衬底的上表面印刷硼掺杂层，该印刷硼掺杂层的形状与电池的正极的截面形状吻合，印刷后在400°C的烘干炉中烘干，得到具备硼源的N型硅衬底；
[0040]3)下表面注入磷源并退火
[0041]在具备硼源的N型硅衬底的下表面注入磷源，在离子束能量Skev情况下，离子注入量I X 15cm_2，然后将注入磷源的N型硅衬底放入退火炉中，在800°C的温度范围内退火，退火后目标方阻为40 Ω / 口，使硼扩散倒硅片机体中，形成局部的PN节，激活离子注入的磷源，并对离子注入时损伤的硅表面进行修复，让注入的磷源形成背场，得到注入磷源的N型娃衬底；
[0042]4)上表面制备氧化铝钝化层和第一氮化硅减反射层
[0043]在400°C下，在注入磷源的N型硅衬底的上表面采用原子沉积或者等离子化学气相沉积厚度为5nm的三氧化二铝，三氧化二铝所带的负电荷是在5 X 1012cm_2，形成氧化铝钝化层；
[0044]在氧化铝钝化层的表面采用等离子化学气相沉积厚度为65nm的第一氮化硅减反射层；
[0045]5)下表面制备第二氮化硅减反射层
[0046]在注入磷源的N型硅衬底的下表面采用等离子化学气相沉积厚度为73nm的第二氮化娃减反射层；
[0047]6)制备电池的正极和电池的负极
[0048]采用印刷的方法在电池的上表面印刷硼掺杂层的上方印刷银铝浆，形成电池的正极；采用印刷的方法在电池的下表面印刷银浆，形成电池的负极；
[0049]7)烧结
[0050]在700°C的温度下，将步骤6)得到的电池在烧结炉中进行烧结，让电池和硅形成欧姆接触，即得到电池成品。
[0051]实施例2[0052]制备N型晶体硅双面电池的方法，包括以下步骤:
[0053]I)化学清洗
[0054]对电阻率为10 Ω.cm的N型硅衬底的表面绒面采用稀得氢氧化钠或氢氧化钾溶液在衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，随后用稀释的盐酸和氢氟酸进行清洗，得到化学清洗过的N型硅衬底；
[0055]2)上表面印刷硼掺杂层
[0056]在化学清洗过的N型硅衬底的上表面印刷硼掺杂层，该印刷硼掺杂层的形状与电池的正极的截面形状吻合，印刷后在400°C的烘干炉中烘干，得到具备硼源的N型硅衬底；
[0057]3)下表面注入磷源并退火
[0058]在具备硼源的N型硅衬底的下表面注入磷源，在离子束能量15kev情况下，离子注入量7 X 15cm_2，然后将注入磷源的N型硅衬底放入退火炉中，在1000°C的温度范围内退火，退火后目标方阻为120Ω/ □，使硼扩散倒硅片机体中，形成局部的PN节，激活离子注入的磷源，并对离子注入时损伤的硅表面进行修复，让注入的磷源形成背场，得到注入磷源的N型硅衬底；
[0059]4)上表面制备氧化铝钝化层和第一氮化硅减反射层
[0060]在400°C下，在注入磷源的N型硅衬底的上表面采用原子沉积或者等离子化学气相沉积厚度为20nm的三氧化二铝，三氧化二铝所带的负电荷是在5X1013cm_2，形成氧化铝钝化层；
[0061]在氧化铝钝化层的表面采用等离子化学气相沉积厚度为75nm的第一氮化硅减反射层；
[0062]5)下表面制备第二氮化硅减反射层
[0063]在注入磷源的N型硅衬底的下表面采用等离子化学气相沉积厚度为86nm的第二氮化娃减反射层；
[0064]6)制备电池的正极和电池的负极
[0065]采用印刷的方法在电池的上表面印刷硼掺杂层的上方印刷银铝浆，形成电池的正极；采用印刷的方 法在电池的下表面印刷银浆，形成电池的负极；
[0066]7)烧结
[0067]在900°C的温度下，将步骤6)得到的电池在烧结炉中进行烧结，让电池和硅形成欧姆接触，即得到电池成品。
[0068]实施例3
[0069]制备N型晶体硅双面电池的方法，包括以下步骤:
[0070]I)化学清洗
[0071]对电阻率为0.3 Ω ^cm的N型硅衬底的表面绒面采用稀得氢氧化钠或氢氧化钾溶液在衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，随后用稀释的盐酸和氢氟酸进行清洗，得到化学清洗过的N型硅衬底；
[0072]2)上表面注入硼源
[0073]在化学清洗过的N型硅衬底的上表面注入硼源，在离子束能量6kev情况下，离子注入量I X 14cm-2,退火后目标方阻为40 Ω / 口，得到具备硼源的N型硅衬底；
[0074]3)下表面注入磷源并退火[0075]在具备硼源的N型硅衬底的下表面注入磷源，在离子束能量Skev情况下，离子注入量I X 15cm_2，然后将注入磷源的N型硅衬底放入退火炉中，在800°C的温度范围内退火，退火后目标方阻为40 Ω / 口，使硼扩散倒硅片机体中，形成局部的PN节，激活离子注入的磷源，并对离子注入时损伤的硅表面进行修复，让注入的磷源形成背场，得到注入磷源的N型娃衬底；
[0076]4)上表面制备氧化铝钝化层和第一氮化硅减反射层
[0077]在400°C下，在注入磷源的N型硅衬底的上表面采用原子沉积或者等离子化学气相沉积厚度为5nm的三氧化二铝，三氧化二铝所带的负电荷是在5 X 1012cm_2，形成氧化铝钝化层；
[0078]在氧化铝钝化层的表面采用等离子化学气相沉积厚度为65nm的第一氮化硅减反射层；
[0079]5)下表面制备第二氮化硅减反射层
[0080]在注入磷源的N型硅衬底的下表面采用等离子化学气相沉积厚度为73nm的第二氮化娃减反射层；
[0081]6)制备电池的正极和电池的负极
[0082]采用印刷的方法在电池的上表面印刷硼掺杂层的上方印刷银铝浆，形成电池的正极；采用印刷的方法在电池的下表面印刷银浆，形成电池的负极；
[0083]7)烧结
[0084]在700°C的温度下，将步骤6)得到的电池在烧结炉中进行烧结，让电池和硅形成欧姆接触，即得到电池成品。
[0085]实施例4
[0086]制备N型晶体硅双面电池的方法，包括以下步骤:
[0087]I)化学清洗
[0088]对电阻率为10 Ω.cm的N型硅衬底的表面绒面采用稀得氢氧化钠或氢氧化钾溶液在衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，随后用稀释的盐酸和氢氟酸进行清洗，得到化学清洗过的N型硅衬底；
[0089]2)上表面注入硼源
[0090]在化学清洗过的N型硅衬底的上表面注入硼源，在离子束能量20kev情况下，离子注入量9 X 15cm-2,退火后目标方阻为120 Ω / 口，得到具备硼源的N型硅衬底；
[0091]3)下表面注入磷源并退火
[0092]在具备硼源的N型硅衬底的下表面注入磷源，在离子束能量15kev情况下，离子注入量7 X 15cm_2，然后将注入磷源的N型硅衬底放入退火炉中，在1000°C的温度范围内退火，退火后目标方阻为120Ω/ □，使硼扩散倒硅片机体中，形成局部的PN节，激活离子注入的磷源，并对离子注入时损伤的硅表面进行修复，让注入的磷源形成背场，得到注入磷源的N型硅衬底；
[0093]4)上表面制备氧化铝钝化层和第一氮化硅减反射层
[0094]在400°C下，在注入磷源的N型硅衬底的上表面采用原子沉积或者等离子化学气相沉积厚度为20nm的三氧化二铝，三氧化二铝所带的负电荷是在5X1013cm_2，形成氧化铝钝化层；[0095]在氧化铝钝化层的表面采用等离子化学气相沉积厚度为75nm的第一氮化硅减反射层；
[0096]5)下表面制备第二氮化硅减反射层
[0097]在注入磷源的N型硅衬底的下表面采用等离子化学气相沉积厚度为86nm的第二氮化娃减反射层；
[0098]6)制备电池的正极和电池的负极
[0099]采用印刷的方法在电池的上表面印刷硼掺杂层的上方印刷银铝浆，形成电池的正极；采用印刷的方法在电池的下表面印刷银浆，形成电池的负极；
[0100]7)烧结
[0101]在900°C的温度下，将步骤6)得到的电池在烧结炉中进行烧结，让电池和硅形成欧姆接触，即得到电池成品。
[0102]实施例5
[0103]按照实施例1~4，对电池成品进行品质测定，得到表1如下:
[0104]表1电池品质测定
[0105]
【权利要求】
1.N型晶体硅双面电池，其特征在于:包括N型硅衬底(I)、硼掺杂层(2)、电池的正极(3)、氧化铝钝化层(4)、氮化硅减反射层(5)、离子注入磷掺杂层(6)、氮化硅钝化及减反射层(7)、电池的负极(8)，在N型硅衬底(I)的上下表面分别设置了电池的正极(3)和电池的负极(8)，在电池的正极(3)的下方设置硼掺杂层(2);在N型硅衬底(I)的上表面设有氧化铝钝化层(4)，在氧化铝钝化层(4)的表面设有第一氮化硅减反射层(5);在”型硅衬底(I)的下表面设有离子注入磷掺杂层(6)，在离子注入磷掺杂层(6)的表面设有第二氮化硅减反射层(7)。
2.制备权利要求1所述的N型晶体硅双面电池的方法，其特征在于:包括以下步骤: .1)化学清洗 对N型硅衬底的表面绒面采用稀得氢氧化钠或氢氧化钾溶液在衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，随后用稀释的盐酸和氢氟酸进行清洗，得到化学清洗过的N型硅衬底； . 2)加入硼源，采用方法一或者方法二来进行: 方法一、上表面印刷硼掺杂层 在化学清洗过的N型硅衬底的上表面印刷硼掺杂层，该印刷硼掺杂层的形状与电池的正极的截面形状吻合，印刷后在400°C的烘干炉中烘干，得到具备硼源的N型硅衬底； 方法二、上表面注入硼源并退火 在化学清洗过的N型硅衬底的上表面注入硼源，在离子束能量6~20kev情况下，离子注入量IX HcnT2~9 X 15 cm—2，退火后目标方阻为40~120 Ω/ □，得到具备硼源的N型硅衬底； . 3)下表面注入磷源并退火 在具备硼源的N型硅衬底的下表面注入磷源，在离子束能量8~15keV情况下，离子注入量IX 15 cm^ 7X15 cnT2，然后将注入磷源的N型硅衬底放入退火炉中，在80(T100(TC的温度范围内退火，退火后目标方阻为40-120 Ω/ □，使硼扩散倒硅片机体中，形成局部的PN节，激活离子注入的磷源，并对离子注入时损伤的硅表面进行修复，让注入的磷源形成背场，得到注入磷源的N型硅衬底；. 4)上表面制备氧化铝钝化层和第一氮化硅减反射层 在400°C下，在注入磷源的N型硅衬底的上表面采用原子沉积或者等离子化学气相沉积三氧化二铝，形成氧化铝钝化层； 在氧化铝钝化层的表面采用等离子化学气相沉积厚度为的第一氮化硅减反射层； . 5)下表面制备第二氮化硅减反射层 在注入磷源的N型硅衬底的下表面采用等离子化学气相沉积厚度为的第二氮化硅减反射层；. 6)制备电池的正极和电池的负极 采用印刷的方法在电池的上表面印刷硼掺杂层的上方印刷银铝浆，形成电池的正极；采用印刷的方法在电池的下表面印刷银浆，形成电池的负极； .7)烧结 在70(T90(TC的温度下，将步骤6)得到的电池在烧结炉中进行烧结，让电池和硅形成欧姆接触，即得到电池成品。
3.根据权利要求2所述的N型晶体硅双面电池，其特征在于:所述的N型硅衬底为电阻率在0.3 Ω cm~10 Ω cm之间的N型硅衬底。
4.根据权利要求2所述的N型晶体硅双面电池，其特征在于:步骤4)中所述的氧化铝钝化层的厚度为5~20nm，并带有5X102 cm—2~3X103cnT2的固定负电荷。
5.根据权利 要求2所述的N型晶体硅双面电池，其特征在于:步骤4)中，所述的第一氮化硅减反射层的厚度为65~75nm;步骤5)中，所述的第二氮化硅减反射层的厚度为73~86nm。
【文档编号】H01L31/0328GK103996721SQ201410209448
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】高艳涛, 张斌, 邢国强 申请人:奥特斯维能源（太仓）有限公司