一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及制备方法与流程

本发明专利属于太阳能电池技术领域，涉及一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构和制备方法

背景技术：

为了降低光伏发电度电成本，需进一步提高太阳能电池的转换效率。接触区的复合损失必须得到解决。解决这一问题目前产业界采用的方法是利用局部接触结构，如perc、perl、pert电池。在这种电池结构中，大部分面积覆盖了钝化层，减少了硅和金属接触的面积。然而，这些电池都需要局部开孔，增加了工艺复杂性，同时开孔处的复合和横向传输也成了电池设计的关键因素。另一种降低接触复合损失的方法就是所谓的钝化接触结构(passivationcontact)。2013年，fraunhoferise开发了一种隧穿氧化层钝化接触(topcon)技术。这种结构中，硅和金属电极之间没有接触，而是夹着介质材料。该方法可有效地抑制硅和金属电极界面处的复合，同时又起到接触的作用。因此，钝化接触技术同时具备简化太阳能电池制造流程和高效率的潜力。这种技术使用超薄的氧化层钝化硅电池的背面，氧化层使用湿法化学生长，厚度为1.4nm，随后在氧化层之上，沉积100nm掺磷的非晶硅，之后经过退火加强钝化效果。但是这种方法对薄膜厚度要求很高，高于2nm将严重的影响到载流子的收集。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本发明提供一种接触钝化晶体硅太阳能电池结构及制备方法，将金属纳米粒子和介质膜结合起来，引入了电子隧穿通道，增强了载流子隧穿效应，加强了电子和空穴的收集，而且制备得新结构的太阳电池，各层之间相互协同，可以降低光照面的反射，增强太阳光的吸收效率，提高电池的转换效率，并使得薄膜不受2nm厚度的要求，扩大的使用范围。

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

所述的n型硅片基底受光面从下至上结构依次为：p⁺扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极；

所述的n型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、n型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极；

所述的p型硅片基底受光面从下至上结构依次为：n⁺扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极；

所述的p型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、p型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极。

所述的金属纳米粒子为银或铝粒子。

所述的n型硅片基底太阳能电池制备方法为：

(1)n型硅片双面制绒，之后进行rca清洗；

(2)硅片进扩散管，进行b扩散，受光面形成pn结；

(3)采用单面刻蚀设备，将硅片正面b扩面水膜保护，背面便用碱或酸去掉绕扩的结，并形成抛光面，最后过hf去掉受光面硼硅玻璃bsg；

(4)背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ald，厚度约为1-1.5nm，或使用热硝酸氧化，采用紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜；

(5)硅片背面使用热蒸发方法制备2-5nm的金属薄膜，之后500℃退火，形成金属纳米粒子，退火过程也可增强钝化膜的钝化效果；

(6)受光面制备氧化铝或氧化硅薄膜，使用的方法为ald，厚度为3-10nm，背面制备包裹纳米粒子的氧化铝，厚度为3-5nm；

(7)背面制备非晶硅薄膜，厚度约为80-200nm，再进行退火、扩散掺杂p源，形成n型多晶硅层；

(8)采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅，并去除背面磷硅玻璃psg层；

(9)双面采用pecvd方法镀氮化硅薄膜，背面膜厚80-150nm，受光面膜厚60-70nm；

(10)最后制备双面的栅线电极，使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。

所述的p型硅片基底太阳能电池制备方法为：

(1)p型硅片双面制绒，之后进行rca清洗；

(2)硅片进扩散管，进行p扩散，受光面形成pn结；

(3)采用单面刻蚀设备，将硅片正面p扩面水膜保护，背面便用碱或酸去掉绕扩的结，并形成抛光面，最后过hf去掉正面磷硅玻璃psg；

(4)背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ald，厚度约为1-1.5nm，或使用热硝酸氧化，采用紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜；

(5)硅片背面使用热蒸发方法制备2-5nm的al薄膜，之后500℃退火，形成金属纳米粒子，退火过程也可增强钝化膜的钝化效果；

(6)背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ald，背面膜厚度为3-5nm，包裹金属纳米粒子；

(7)背面制备非晶硅薄膜，厚度约为80-200nm。再进行退火、扩散掺杂硼源，形成p型多晶硅层；

(8)采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅，并去除背面硼硅玻璃bsg层；

(9)受光面进炉管生长一层厚度3-10nm的氧化硅层；

(10)双面采用pecvd方法镀氮化硅薄膜，背面膜厚80-150nm，受光面膜厚60-70nm；

(11)最后制备双面的栅线电极，使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明在氧化铝或氧化硅薄膜上，采用退火方法在薄膜上形成纳米金属粒子，形成的纳米金属粒子均匀分布，可增强钝化膜的钝化效果，在形成金属纳米粒子后，再制备一层氧化铝进一步包覆，不仅有利于钝化性能的提高，还能进一步增强后续金属粒子的陷光作用，增强太阳光的吸收效率；

(2)本发明在n型硅片或p型硅片包裹金属纳米粒子的氧化铝薄膜后制备非晶硅薄膜，再进行退火、扩散掺杂p源或b源，形成n型或p型多晶硅层，并在其上再形成一层氮化硅薄膜，各层之间具有协同作用，使形成的结构可起到良好的陷光作用，降低复合速率，还能提高金属粒子的载流子传输能力，促进电池的电流传输；

(3)本发明制备的n型硅片或p型硅片结构中各参数选择是为了对入射光起到很好的背反射作用，并且各层之间相互配合，相互协同可以增加背面光的反射，增强太阳光的吸收效率，提高电池的转换效率，提高其电池的综合性能，并使得介质膜不受2nm厚度的要求，扩大使用范围。

附图说明

图1是以n型硅片为基底的背接触钝化晶体硅太阳能电池结构；

图2是以p型硅片为基底的背接触钝化晶体硅太阳能电池结构。

具体实施方式

实施例1

1.n型硅片双面制绒，之后进行rca清洗

2.硅片进扩散管，进行b扩散，受光面形成pn结

3.采用单面刻蚀设备，将硅片正面b扩面水膜保护，背面便用碱或酸去掉绕扩的结，并形成抛光面，最后过hf去掉受光面硼硅玻璃bsg

4.背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ald，厚度约为1.5nm，(也可以使用热硝酸氧化，或者紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜)

5.硅片背面使用热蒸发方法制备5nm的ag薄膜，之后500℃退火，形成金属纳米粒子，退火过程也可增强钝化膜的钝化效果；

6.受光面制备氧化铝或氧化硅薄膜，使用的方法为ald，厚度为5nm，背面制备包裹纳米粒子的氧化铝，厚度为5nm；

7.背面制备非晶硅薄膜，厚度约为80nm。再进行退火、扩散掺杂p源，形成n型多晶硅层；

8.采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅，并去除背面磷硅玻璃psg层；

9.双面采用pecvd方法镀氮化硅薄膜，背面膜厚80nm，受光面膜厚60nm。

10.最后制备双面的栅线电极，使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。

实施例2

1.p型硅片双面制绒，之后进行rca清洗

2.硅片进扩散管，进行p扩散，受光面形成pn结

3.采用单面刻蚀设备，将硅片正面p扩面水膜保护，背面便用碱或酸去掉绕扩的结，并形成抛光面，最后过hf去掉正面磷硅玻璃psg

4.背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ald，厚度约为1.5nm，(也可以使用热硝酸氧化，或者紫外臭氧处理形成超薄的氧化硅薄膜)

5.硅片背面使用热蒸发方法制备5nm的al薄膜，之后500℃退火，形成金属纳米粒子，退火过程也可增强钝化膜的钝化效果，

6.背面制备氧化铝薄膜，使用的方法为ald，背面膜厚度为5nm，包裹金属纳米粒子。

7.背面制备非晶硅薄膜，厚度约为80nm。再进行退火、扩散掺杂硼源，形成p型多晶硅层。

8.采用湿法技术去除边缘绕镀多晶硅，并去除背面硼硅玻璃bsg层。

9.受光面进炉管生长一层厚度3nm的氧化硅层。

10.双面采用pecvd方法镀氮化硅薄膜，背面膜厚80nm，受光面膜厚60nm。

11.最后制备双面的栅线电极，使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法。

对比例1

对比例1与实施例1相比，将步骤(6)“背面制备氧化铝，厚度为5nm”去除，其余步骤为实施例1相同。

得到的n型硅片基底太阳能电池的结构为：

n型硅片基底受光面从下至上结构依次为：p⁺扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极；

n型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、n型多晶硅、氮化硅薄膜、栅线电极。

对比例1(a)

对比例1(a)与实施例2相比，将步骤(6)“背面制备氧化铝，厚度为5nm”去除，其余步骤为实施例2相同，制备得p型硅片基底太阳能电池结构。

对比例2

对比例2与实施例1相比，将步骤(7)和步骤(8)去除，其余步骤与实施例1相同，制备得n型硅片基底太阳能电池。

n型硅片基底受光面从下至上结构依次为：p⁺扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极；

n型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极。

对比例2(a)

对比例2(a)与实施例2相比，步骤(7)和步骤(8)去除，其余步骤与实施例2相同，制备得p型硅片基底太阳能电池。

p型硅片基底受光面从下至上结构依次为：n⁺扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极；

p型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极。

对比例3

对比例3与实施例1相比，步骤(7)和步骤(8)与步骤(6)顺序互换，其余步骤与实施例1相同。得到的n型硅片基底太阳能电池的结构为：

n型硅片基底受光面从下至上结构依次为：p⁺扩散层、氧化硅或氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极；

n型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、n型多晶硅、氧化铝、氮化硅薄膜、栅线电极。

对比例3(a)

对比例3与实施例2相比，将步骤(7)和步骤(8)与步骤(6)顺序互换，其余步骤与实施例2相同。得到的p型硅片基底太阳能电池的结构为：

p型硅片基底受光面从下至上结构依次为：n⁺扩散层、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极；

p型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、p型多晶硅、氧化铝薄膜、氮化硅薄膜、栅线电极。

对比例4

对比例4与实施例1相比，去除步骤(9)，其余步骤与实施例1相同。

得到的n型硅片基底太阳能电池的结构为：

n型硅片基底受光面从下至上结构依次为：p⁺扩散层、氧化硅或氧化铝、栅线电极；

n型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、n型多晶硅、栅线电极。

对比例4(a)

对比例4(a)与实施例2相比，去除步骤(9)，其余步骤与实施例2相同。

得到的p型硅片基底太阳能电池的结构为：

p型硅片基底受光面从下至上结构依次为：n⁺扩散层、氧化硅薄膜、栅线电极；

p型硅片基底背面从上至下结构依次为：氧化硅或氧化铝、金属纳米粒子、氧化铝薄膜、p型多晶硅、栅线电极。

将实施例1、实施例2和对比例制得的电池结构在太阳能电池中的应用，对太阳能电池进行性能测试，测试结果如表1所述：

表1