一种c‑Si/a‑Si/mc‑Si太阳电池结构及其制备方法与流程

本发明涉及硅太阳电池制造领域，尤其涉及一种c-Si/a-Si/mc-Si太阳电池结构及其制备方法。

背景技术：

作为一种清洁能源，太阳电池于促进人类可持续发展方面越来越受关注。在制造方面，太阳电池永恒不变的一大主题即为降低成本、提高电池效率。近年来，HIT电池综合了晶硅电池和非晶硅电池的优点，以其高效和稳定性成为太阳电池领域发展的热点。

HIT电池通过在晶体硅上生长非晶硅来实现。先在单晶硅正反两面生长本征a-Si层来降低界面复合，再于本征a-Si层上生长掺杂P型或N型的a-Si层来构成电池的发射层和背场层。发射层和背场层材料质量的优劣直接决定电池的性能。为了进一步降低材料复合、减小串联电阻，需要提高发射层和背场层材料的质量。用掺杂多晶硅替代掺杂非晶硅是有效的一种方案。一般来讲，非晶硅晶化的方法有固相结晶法、金属诱导结晶法、准分子激光退火法和连续激光结晶法。上述方法中不是需要将整个电池置于较高的温度氛围里，就是耗时太久。如果将整个电池置于较高的温度氛围里，起到钝化作用的本征a-Si层将被一起晶化，钝化作用失效；如果耗时过久，将在很大程度上增加时间成本，不利于产业化。所以，目前还没有c-Si/a-Si/mc-Si结构的太阳电池被提出和制造。

最近，氙灯瞬间辐照退火技术被成功研发。这种氙灯发射的光谱能被硅强烈吸收，在几毫秒之内将硅的温度加热到熔点以上，并在10～20毫秒内精确地将杂质掺杂进硅体40～200nm深，同时完成非晶硅的晶化过程。调整氙灯的能量密度，在保证本征a-Si层(辐照深度不及处)不被晶化的同时，将受到辐照的一定深度的本征a-Si的掺杂和晶化过程合二为一，瞬间完成。这种c-Si/a-Si/mc-Si太阳电池结构及其制备方法的好处有：1)相比于掺杂a-Si，使用掺杂mc-Si作为发射层和背场层材料，可有效减小复合、降低串联电阻，有利于提升电池性能；2)一步完成本征a-Si层的沉积，不需要再另外沉积掺杂P型或N型的a-Si，简化生产步骤；3)非晶硅掺杂和晶化同时完成，整个掺杂晶化过程只需几十毫秒，适用于大规模生产；4)辐照光只掺杂晶化一定深度的本征a-Si层，从而保留更深层的本征a-Si，使得本征a-Si和掺杂mc-Si并存。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种c-Si/a-Si/mc-Si太阳电池结构及其制备方法，通过所述结构和制备方法可降低电池的复合、减小串联电阻，同时简化生产步骤从而提高生产效率。

本发明提供一种c-Si/a-Si/mc-Si太阳电池结构，包括N型硅片，该结构包括N型单晶硅片，设在N型单晶硅片受光面的本征非晶硅层和背光面的本征非晶硅层，设在N型单晶硅片受光面本征非晶硅层上的掺杂P型多晶硅层，设在N型单晶硅片背光面本征非晶硅层上的掺杂N型多晶硅层，分别设在掺杂P型多晶硅层和掺杂N型多晶硅层上的ITO透明导电膜层，设在ITO透明导电膜层上的金属栅线电极。

优选的，所述掺杂P型多晶硅层和掺杂N型多晶硅层由本征非晶硅层经过掺杂和晶化过程制备而成，所述掺杂和晶化过程为一个过程，所述掺杂晶化方法为瞬间辐照退火。

优选的，所述本征非晶硅层(12)和(13)的厚度为2～10nm，所述掺杂P型多晶硅层(14)厚度为50～150nm，表面掺杂浓度为9×10¹⁹～3×10²⁰cm^-3，晶粒尺寸为1～4μm，所述掺杂N型多晶硅层(15)厚度为50～150nm，表面掺杂浓度为8×10¹⁹～6×10²⁰cm^-3，晶粒尺寸为1～4μm。

本发明还提供一种c-Si/a-Si/mc-Si结构太阳电池的制备方法，步骤如下：(a)提供完成清洗的N型单晶硅片(21)；(b)在所述硅片受光面沉积厚度为d₁的本征非晶硅层(22)，并在背光面沉积厚度为d₂的本征非晶硅层(23)；(c)在所述受光面本征非晶硅层上沉积硼源层(24)并在所述背光面本征非晶硅层上沉积磷源层(25)；(d)分别对所述沉积过掺杂源的本征非晶硅层进行一定厚度内的瞬间辐照退火，形成厚度为d₃的掺杂P型多晶硅层(34)和厚度为d₄的掺杂N型多晶硅层(35)；(e)清洗去除残留在掺杂P型多晶硅层上的硼源层(36)和掺杂N型多晶硅层上的磷源层(37)；(f)在掺杂P型多晶硅层和掺杂N型多晶硅层上制备ITO透明导电膜层和金属栅线电极。

优选的，所述d₁＞d₃，d₂＞d₄。

优选的，步骤(b)中所述双面本征非晶硅层由PECVD沉积而成，所述PECVD温度低于400℃，所述本征非晶硅(22)和(23)厚度为52～160nm。

优选的，步骤(c)中所述硼源与磷源的沉积采用旋涂法或喷淋法，旋涂烘干后掺杂源膜厚为100～300nm，所述烘干温度低于400℃。

优选的，所述步骤(d)中通过氙灯进行瞬间辐照退火，辐照强度70～150J/cm²，辐照时间10～20ms，辐照退火氛围为100％N₂。

优选的，所述步骤(e)中的掺杂源清洗去除分两步，样品先浸没于HNO₃:H₂SO₄(1:1)溶液中进行氧化，然后再浸没于1％的HF进行表面疏水处理。

优选的，步骤(f)中所述的ITO透明导电膜层和金属栅线电极的制备温度低于400℃。

相比于现有技术，本发明的有益之处在于：1)相比于掺杂a-Si，使用掺杂mc-Si作为发射层和背场层材料，可有效减小复合、降低串联电阻，有利于提升电池性能；2)一步完成本征a-Si层的沉积，不需要再另外沉积掺杂P型或N型的a-Si，简化生产步骤；3)非晶硅掺杂和晶化同时完成，整个掺杂晶化过程只需几十毫秒，适用于大规模生产；4)辐照光只掺杂晶化一定深度的本征a-Si层，从而保留更深层的本征a-Si，使得本征a-Si和掺杂mc-Si并存。

附图说明

图1是本发明提供的c-Si/a-Si/mc-Si太阳电池结构示意图。

图2是瞬间辐照退火步骤前后的电池样品结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

图1是本发明提供的c-Si/a-Si/mc-Si太阳电池结构示意图，图中：11-N型单晶硅片、12-受光面的本征非晶硅层、13-背光面的本征非晶硅层、14-掺杂P型多晶硅层、15-掺杂N型多晶硅层、16-掺杂P型多晶硅层和掺杂N型多晶硅层上的ITO透明导电膜层、17-ITO透明导电膜层上的金属栅线电极。

图2是本发明提供的瞬间辐照退火步骤前后的电池样品结构示意图，图中：21-N型单晶硅片、22-受光面的本征非晶硅层、23-背光面的本征非晶硅层、24-P型掺杂源层、25-N型掺杂源层、31-N型单晶硅片、32-受光面的本征非晶硅层、33-背光面的本征非晶硅层、34-掺杂P型多晶硅层、35-掺杂N型多晶硅层、36-P型掺杂源层、37-N型掺杂源层。

在所述瞬间辐照退火之前，所述受光面的本征非晶硅层(22)厚度为d₁，所述背光面的本征非晶硅层(23)厚度为d₂。所述瞬间辐照退火过程是使用氙灯透过P型掺杂源层(24)和N型掺杂源层(25)对样品进行辐照，通过热作用在掺杂的同时使受光面的本征非晶硅层(22)和背光面的本征非晶硅层(23)晶化一定的厚度，形成掺杂P型多晶硅层(34)和掺杂N型多晶硅层(35)。所述瞬间辐照退火过程能精确控制辐照时间和能量密度，从而调节所述掺杂多晶硅层(34)和(35)的厚度(即掺杂深度)、掺杂浓度。所述瞬间辐照退火过程之后，掺杂P型多晶硅层(34)厚度为d₃，掺杂N型多晶硅层(35)厚度为d₄，受光面的本征非晶硅层(32)厚度为(d₁-d₃)，背光面的本征非晶硅层(33)厚度为(d₂-d₄)。所述d₁＞d₃，d₂＞d₄。

具体实施方式如下。

实施例1：

一种c-Si/a-Si/mc-Si结构太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

(a)提供N型单晶硅片进行清洗；

(b)用PECVD法在所述N型单晶硅片受光面沉积厚度为52nm的本征非晶硅层，并在背光面沉积厚度为52nm的本征非晶硅层；

(c)用旋涂法在所述受光面本征非晶硅层上沉积180nm的硼源层，然后在100℃的箱式炉里烘干，并用旋涂法在所述背光面本征非晶硅层上沉积180nm磷源层，然后在100℃的箱式炉里烘干；

(d)在100％N₂氛围下对所述沉积过掺杂源的本征非晶硅层进行80J/cm²、10ms的瞬间辐照退火，形成厚度为50nm、表面掺杂浓度为9×10¹⁹cm^-3、晶粒尺寸为1.5μm的掺杂P型多晶硅层和掺杂N型多晶硅层，瞬间辐照退火后的受光面和背光面本征非晶硅层厚度为2nm；

(e)分两步清洗去除残留在掺杂P型多晶硅层上的硼源层和掺杂N型多晶硅层上的磷源层，先把样品先浸没于HNO₃:H₂SO₄(1:1)溶液中进行氧化，然后再浸没于1％的HF进行表面疏水处理；

(f)在掺杂P型多晶硅层和掺杂N型多晶硅层上制备ITO透明导电膜层和金属栅线电极，所述制备温度低于400℃。

实施例2：

一种c-Si/a-Si/mc-Si结构太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

(a)提供N型单晶硅片进行清洗；

(b)用PECVD法在所述N型单晶硅片背光面沉积厚度为85nm的本征非晶硅层，并在受光面沉积厚度为85nm的本征非晶硅层；

(c)用旋涂法在所述背光面本征非晶硅层上沉积180nm的磷源层，然后在150℃的箱式炉里烘干，并用旋涂法在所述受光面本征非晶硅层上沉积180nm硼源层，然后在150℃的箱式炉里烘干；

(d)在100％N₂氛围下对所述沉积过掺杂源的本征非晶硅层进行100J/cm²、20ms的瞬间辐照退火，形成厚度为80nm、表面掺杂浓度为2×10²⁰cm^-3、晶粒尺寸为3.5μm的掺杂P型多晶硅层和掺杂N型多晶硅层，瞬间辐照退火后的受光面和背光面本征非晶硅层厚度为5nm；

(e)分两步清洗去除残留在掺杂P型多晶硅层上的硼源层和掺杂N型多晶硅层上的磷源层，先把样品先浸没于HNO₃:H₂SO₄(1:1)溶液中进行氧化，然后再浸没于1％的HF进行表面疏水处理；

(f)在掺杂P型多晶硅层和掺杂N型多晶硅层上制备ITO透明导电膜层和金属栅线电极，所述制备温度低于400℃

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。