一种p型晶体硅电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种P型晶体硅电池，在P型晶体硅层的背光侧依次设置有隧穿钝化层、P+型晶体硅层和背电极，从而在P型晶体硅层的背光侧形成PP+型的背电场结构。在该背电场结构中，由于隧穿钝化层可以避免背电极与P型晶体硅层直接欧姆接触，因此该背电场结构可以保证P型晶体硅层的背光侧的表面钝化效果，从而可以降低载流子的复合速率；并且由于隧穿钝化层具有量子隧穿效应，且位于隧穿钝化层两侧的P型晶体硅层与P+型晶体硅层能够形成PP+高低结，因此该背电场结构还可以起到较好的隧穿效果以保证载流子的有效传输；同时P+型晶体硅层还可以与背电极形成良好的欧姆接触，最终提高上述P型晶体硅电池的开路电压和转换效率。
【专利说明】一种P型晶体娃电池
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能电池【技术领域】，尤指一种P型晶体硅电池。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流，通过电极将电能输出。具体地，当光照射时，合适波长的辐射导致太阳能电池中的半导体产生空穴-电致对，而P-N结上存在的电势差使空穴和电子以相反的方向迁移并穿过该结，从而产生了电流的流动，这种流动可将电能传递给外电路。
[0003]目前，市场上大多数的晶体硅电池均为P型晶体硅电池。常规的P型晶体硅电池背面主要采用铝背场来钝化晶体硅片背面和收集多数载流子，由于铝背场具有高缺陷密度的特征，因此会造成电池背面较高的复合速率，从而限制了晶体硅电池的效率的进一步的提升，尤其是晶体硅片厚度日益减薄的情况下。
[0004]为了解决由于铝背场所造成的电池背面复合速率较高的问题，出现了现在被产业界广泛研究的背面纯化的P型(p_type passivated emitter and rear contact,pp-PERC)晶体硅电池。p-PERC型晶体硅电池的结构如图1所示，包括P型晶体硅层01，在P型晶体硅层01的入光侧依次层叠设置的N+型晶体硅层02和抗反射钝化层03，位于抗反射钝化层03之上的栅线电极04，以及在P型晶体硅层01的背光侧依次层叠设置的钝化介质层05和背电极06。其中，栅线电极04通过贯穿抗反射钝化层03的过孔与N+型晶体硅层02欧姆接触，背电极06局部通过多个贯穿钝化介质层05的过孔与P型晶体硅层01欧姆接触。
[0005]上述结构的p-PERC型晶体硅电池与常规的P型晶体硅电池的铝背场相比，钝化介质层虽能在一定程度上可以改善对P型晶体硅层的钝化作用，从而降低电池背面的复合速率，但是由于背电极局部贯穿钝化介质层与P型晶体硅层的欧姆接触，因此在P型晶体硅层与背电极的接触区不可避免会存在较高的载流子复合速率，从而限制了电池开路电压和转换效率的进一步提升。
实用新型内容
[0006]本实用新型实施例提供的一种P型晶体硅电池，用以降低P型晶体硅电池背面较闻的复合速率，从而提闻娃电池的开路电压和转换效率。
[0007]本实用新型实施例提供的一种P型晶体硅电池，包括P型晶体硅层，还包括:N+型晶体硅层、抗反射钝化层、具有量子隧穿效应的隧穿钝化层、P+型晶体硅层、栅线电极和背电极；其中，
[0008]所述N+型晶体硅层位于所述P型晶体硅层的入光侧，所述抗反射钝化层位于所述N+型晶体硅层之上；
[0009]所述栅线电极位于所述抗反射钝化层之上且通过贯穿所述抗反射钝化层的过孔与所述N+型晶体硅层欧姆接触；
[0010]所述隧穿钝化层位于所述P型晶体硅层的背光侧，所述P+型晶体硅层位于所述隧穿钝化层之上，所述背电极位于所述P+型晶体硅层之上。
[0011]本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池，在P型晶体硅层的背光侧依次设置有隧穿钝化层、P+型晶体硅层和背电极，从而在P型晶体硅层的背光侧形成PP+型的背电场结构。在该背电场结构中，由于隧穿钝化层可以避免背电极与P型晶体硅层直接欧姆接触，因此该背电场结构不仅可以保证P型晶体硅层背光侧的表面钝化效果，以降低P型晶体硅层背光侧的表面的载流子复合速率；并且，由于隧穿钝化层具有量子隧穿效应，且分别位于隧穿钝化层两侧的P型晶体硅层与P+型晶体硅层能够形成PP+高低结，因此该背电场结构还可以起到较好的隧穿效果以保证载流子的有效传输；同时P+型晶体硅层还可以与背电极形成良好的欧姆接触，最终可以提闻P型晶体娃电池的开路电压和转换效率。
[0012]较佳地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，所述隧穿钝化层的材料为氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化铝或氧化钛。
[0013]较佳地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，所述隧穿钝化层的厚度为Inm?3nm。
[0014]较佳地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，所述P+型晶体硅层的材料为硼掺杂的多晶硅或硼掺杂的微晶硅。
[0015]较佳地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，所述P+型晶体硅层的厚度为IOnm?10 μ m。
[0016]较佳地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，所述背电极的材料为金属和/或透明导电氧化物。
[0017]较佳地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，所述金属为铝、金、银、镍、铜镍合金、铝镍合金和钛钯银合金中之一或组合。
[0018]较佳地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，所述透明导电氧化物为氧化铟锡、氧化铝锌、氟掺杂锡氧化物、掺杂氧化铟、掺杂氧化锌中之一或组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为现有的p-PERC型晶体硅电池的结构示意图；
[0020]图2为本实用新型实施例提供的P型晶体硅电池的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图，对本实用新型实施例提供的P型晶体硅电池的【具体实施方式】进行详细地说明。
[0022]其中，附图中各膜层厚度和形状不反映P型晶体硅电池的真实比例，目的只是示意说明本实用新型内容。
[0023]本实用新型实施例提供的一种P型晶体硅电池，如图2所示，包括P型晶体硅层100，还包括:N+型晶体硅层200、抗反射钝化层300、具有量子隧穿效应的隧穿钝化层500、P+型晶体硅层600、栅线电极400和背电极700 ;其中，
[0024]N+型晶体硅层200位于P型晶体硅层100的入光侧，抗反射钝化层300位于N+型晶体硅层之上；
[0025]栅线电极400位于抗反射钝化层300之上且通过贯穿抗反射钝化层300的过孔与N+型晶体硅层200欧姆接触的；
[0026]隧穿钝化层500位于P型晶体硅层100的背光侧，P+型晶体硅层600位于隧穿钝化层500之上，背电极700位于P+型晶体硅层600之上。
[0027]本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池，在P型晶体硅层的背光侧依次设置有隧穿钝化层、P+型晶体硅层和背电极，从而在P型晶体硅层的背光侧形成PP+型的背电场结构。在该背电场结构中，由于隧穿钝化层可以避免背电极与P型晶体硅层直接欧姆接触，因此该背电场结构不仅可以保证P型晶体硅层的背光侧的表面钝化效果，以降低P型晶体硅层背光侧的表面的载流子复合速率；并且，由于隧穿钝化层具有量子隧穿效应，且分别位于隧穿钝化层两侧的P型晶体硅层与P+型晶体硅层能够形成PP+高低结，因此该背电场结构还可以起到较好的隧穿效果以保证载流子的有效传输；同时P+型晶体硅层还可以与背电极形成良好的欧姆接触，最终可以提闻P型晶体娃电池的开路电压和转换效率。
[0028]需要说明的是，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，抗反射钝化层是指能抗反射的、表面钝化的介质膜层；隧穿钝化层是指具有隧穿效应的、表面钝化的纳米介质膜层。
[0029]进一步需要说明的是，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，抗反射钝化层位于N+型晶体硅层之上是指抗反射钝化层位于N+型晶体硅层背离P型晶体硅层一侧的表面上；栅线电极位于抗反射钝化层之上是指栅线电极位于抗反射钝化层背离P型晶体硅层一侧的表面上。相应地，P+型晶体硅层位于隧穿钝化层之上是指P+型晶体硅层位于隧穿钝化层背离P型晶体硅层一侧的表面上，背电极位于P+型晶体硅层之上是指背电极位于P+型晶体硅层背离P型晶体硅层一侧的表面上。
[0030]具体地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，P型晶体硅层主要用于吸收太阳能中的光子，以产生光生载流子。具体地，P型晶体硅层的材料可以是P型单晶硅或者P型类单晶硅，在此不做限定。
[0031]进一步地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，P型晶体硅层的电阻率可以控制在0.5 Qcm?10 Qcm之间，在此不做限定。较佳地，P型晶体硅层的电阻率控制在I Ω cm?3 Ω cm之间效果较佳。
[0032]进一步地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，P型晶体硅层的厚度可以控制在50 μ m?500 μ m之间，在此不做限定。较佳地，P型晶体娃层的厚度控制在180 μ m?200 μ m之间效果较佳。
[0033]具体地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，隧穿钝化层的材料可以为氧化硅，这样在制备时可以通过对P型晶体硅层的背光一侧进行热氧化或湿化学氧化就可形成；当然隧穿钝化层也可以是其它能够实现本实用新型方案的材料，例如、碳化硅、氮化硅、氧化铝或氧化钛等，在此不做限定。
[0034]进一步地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，隧穿钝化层的厚度可以控制在Inm?3nm之间，在此不做限定。较佳地,隧穿钝化层的厚度控制在Inm?
1.5nm之间效果较佳。
[0035]具体地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，如图2所示，P+型多晶硅膜层600与隧穿钝化层500及P型晶体硅层100形成PP+高低结，P+型多晶硅膜层作为电池背电场，既能降低P型晶体硅层的背光侧的载流子的复合速率，同时又能与背电极形成良好的欧姆接触。
[0036]较佳地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，P+型晶体硅层的材料可以为硼掺杂的多晶硅或硼掺杂的微晶硅，当然，在具体实施时，P+型晶体硅层也可以为能够实现本实用新型方案的掺杂其它材料的多晶硅或掺杂其它材料的微晶硅，在此不做限定。
[0037]具体地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，P+型晶体硅层的厚度可以控制在IOnm?10 μ m之间，在此不做限定。较佳地，P+型晶体硅层的厚度控制在20nm左右效果为佳。
[0038]具体地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，背电极的材料可以为金属和/或透明导电氧化物，主要用来收集光生载流子中的空穴，同时形成背面反射层，增加P型晶体硅电池长波光响应。
[0039]具体地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，背电极的材料可以仅为金属。金属具体可以为铝、金、银、镍、铜镍合金、铝镍合金和钛钯银合金中之一或组合。背电极的厚度控制在IOOnm?IOOum之间效果为佳。
[0040]或者，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，背电极的材料也可以仅为透明导电氧化物。透明导电氧化物具体可以为氧化铟锡、氧化铝锌、氟掺杂锡氧化物、掺杂氧化铟、掺杂氧化锌中之一或组合。背电极的厚度控制在50nm?5um之间效果为佳。[0041 ] 或者，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，背电极的材料可以为金属和透明导电氧化物的组合。具体地，背电极的材料可以为氧化铟锡和银的组合，此时，氧化铟锡的厚度控制在50nm?120nm之间，银的厚度控制在150η?200nm之间效果为佳。
[0042]具体地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，N+型晶体硅层可以通过在该P型晶体硅层的入光侧进行掺杂形成，形成的N+型晶体硅层与P型晶体硅层形成同质N+P结，作为P型晶体硅电池的发射极，用来分离光生载流子；同时，该N+型晶体硅层又能与栅线电极形成良好的欧姆接触。
[0043]进一步地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，N+型晶体硅层的厚度可以控制在0.15 μ m?1.5 μ m之间,在此不做限定。较佳地,N+型晶体娃层的厚度控制在0.2 μ m左右效果较佳。
[0044]进一步地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，N+型晶体硅层的方块电阻可以控制在20Ω/ □?200Ω/ □之间，在此不做限定。较佳地，N+型晶体硅层的方块电阻控制在80 Ω/ □左右效果较佳。
[0045]具体地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，抗反射钝化层主要用来减少入射光在P型晶体硅层表面的反射，同时对N+型晶体硅层形成良好的表面钝化。在具体实施时，抗反射钝化层的材料可以为非晶态氮化硅(a-S i Nx )、非晶态氧化娃(a-SiOx)、非晶态碳化娃(a-SiCx)、非晶态碳氮化娃(a_SiCxNy)、非晶态氮氧化娃(a-SiNxOy)和非晶态氧化铝(a-ΑΙΟχ)中之一或组合。抗反射钝化层的厚度可以控制在60nm?120nm之间,在此不做限定；较佳地,厚度控制在70nm?90nm之间为佳。
[0046]较佳地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，抗反射钝化层采用非晶态氮化硅，厚度控制在70nm?90nm之间，折射率为1.9?2.2之间效果为佳。[0047]进一步地，在本实用新型实施例提供的上述P型晶体硅电池中，栅线电极主要用来收集光生载流子中的电子。栅线电极可以通过丝网印刷或高温烧结市场上可获得的银浆形成。
[0048]具体地，栅线电极可以为银(Ag)、镍银合金(Ni/Ag)、镍铜合金(Ni/Cu)、镍铜锡合金(Ni/Cu/Sn)或镍铜银合金(Ni/Cu/Ag)等,在此不做限定。
[0049]本实用新型实施例提供的一种P型晶体硅电池，在P型晶体硅层的背光侧依次设置有隧穿钝化层、P+型晶体硅层和背电极，从而在P型晶体硅层的背光侧形成PP+型的背电场结构。在该背电场结构中，由于隧穿钝化层可以避免背电极与P型晶体硅层直接欧姆接触，因此该背电场结构不仅可以保证P型晶体硅层背光侧的表面钝化效果，以降低P型晶体硅层背光侧的表面的载流子复合速率；并且，由于隧穿钝化层具有量子隧穿效应，且分别位于隧穿钝化层两侧的P型晶体硅层与P+型晶体硅层能够形成PP+高低结，因此该背电场结构还可以起到较好的隧穿效果以保证载流子的有效传输；同时P+型晶体硅层还可以与背电极形成良好的欧姆接触，最终可以提闻P型晶体娃电池的开路电压和转换效率。
[0050]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种P型晶体硅电池，包括P型晶体硅层，其特征在于，还包括:N+型晶体硅层、抗反射钝化层、具有量子隧穿效应的隧穿钝化层、P+型晶体硅层、栅线电极和背电极；其中， 所述N+型晶体硅层位于所述P型晶体硅层的入光侧，所述抗反射钝化层位于所述N+型晶体硅层之上； 所述栅线电极位于所述抗反射钝化层之上且通过贯穿所述抗反射钝化层的过孔与所述N+型晶体硅层欧姆接触； 所述隧穿钝化层位于所述P型晶体硅层的背光侧，所述P+型晶体硅层位于所述隧穿钝化层之上，所述背电极位于所述P+型晶体硅层之上。
2.如权利要求1所述的P型晶体硅电池，其特征在于，所述隧穿钝化层的材料为氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化铝或氧化钛。
3.如权利要求2所述的P型晶体硅电池，其特征在于，所述隧穿钝化层的厚度为Inm?3nm。
4.如权利要求1所述的P型晶体硅电池，其特征在于，所述P+型晶体硅层的材料为硼掺杂的多晶硅或硼掺杂的微晶硅。
5.如权利要求4所述的P型晶体硅电池，其特征在于，所述P+型晶体硅层的厚度为IOnm ?10 μ m0
6.如权利要求1-5任一项所述的P型晶体硅电池，其特征在于，所述背电极为金属和/或透明导电氧化物。
7.如权利要求6所述的P型晶体硅电池，其特征在于，所述金属为铝、金、银、镍、铜镍合金、招镍合金、和钛IE银合金中之一或组合。
8.如权利要求6所述的P型晶体硅电池，其特征在于，所述透明导电氧化物为氧化铟锡、氧化招锌、氟掺杂锡氧化物、掺杂氧化铟和掺杂氧化锌中之一或组合。
【文档编号】H01L31/0216GK203760486SQ201420190930
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】毛卫平, 温转萍, 张 林, 任明冲, 杨荣, 李立伟, 孟原, 郭铁 申请人:新奥光伏能源有限公司