PERC太阳电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳电池技术领域，尤其是一种perc太阳电池及其制备方法。

背景技术：

光伏发电是新能源的重要组成，近年来获得了飞速发展。但光伏发电要成为未来主力能源形势，必须要实现高效率与低成本。目前商业化的太阳电池产品中，晶体硅(单晶和多晶)太阳电池的市场份额最大，一直保持接近九成的市场占有率。其中局部接触背钝化(perc)太阳电池由于较高的光电转换效率，以及相对简单的工艺流程，目前逐渐成为业内主流的产业化晶硅太阳电池技术。

perc太阳电池的核心是在硅片的背面用氧化铝或者氧化硅薄膜(5～100nm)覆盖，以起到钝化表面、提高长波响应的作用，从而提升电池的转换效率。但是，氧化铝或者氧化硅不导电，因此需要对该薄膜局部开口，以便于铝浆与硅片背表面接触，收集电流。另外，铝浆在高温烧结过程中，会破坏氧化铝或者氧化硅的钝化作用，因此通常要在氧化铝或者氧化硅薄膜上再覆盖氮化硅介质膜，起到保护作用。现有的perc太阳能电池的制备方法主要包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积氧化铝或氧化硅薄膜、沉积氮化硅保护膜、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结，即可得到perc太阳电池。

其中，perc双面电池的两面均可受光发电，同时铝浆成本降低，具有优良的双玻封装可靠性，目前已是一种产业化程度较为成熟的太阳能电池。在现有技术中，为了保证背面钝化膜的钝化质量，背面要进行抛光处理，这样会导致双面电池的背面反射率较高，从而影响电池片的背面转换效率；另外，长波长的光子在被吸收前会透过硅片背面，从而也会影响电池片的正面转换效率。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种perc太阳电池及其制备方法。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种perc太阳电池及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种perc太阳电池，所述perc太阳电池包括硅片及位于硅片表面的复合结构，所述硅片包括相对设置的第一表面和第二表面，第一表面下方形成有pn结，所述复合结构包括位于硅片第二表面上的钝化层、位于钝化层上的介质层、及位于介质层内或介质层表层的金属纳米颗粒阵列层。

作为本发明的进一步改进，所述复合结构包括位于硅片第二表面上的钝化层、及位于钝化层上的介质层，所述金属纳米颗粒阵列层位于介质层的上表层和/或下表层上。

作为本发明的进一步改进，所述复合结构包括位于硅片第二表面上的钝化层、位于钝化层上的第一介质层、及位于第一介质层上的第二介质层，所述金属纳米颗粒阵列层位于第一介质层和第二介质层之间。

作为本发明的进一步改进，所述钝化层包括sinx、sio2、al2o3中的一种或多种，钝化层的厚度为1～100nm，所述介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，介质层的厚度为1～100nm。

作为本发明的进一步改进，所述钝化层包括sinx、sio2、al2o3中的一种或多种，钝化层的厚度为1～100nm，所述第一介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，第一介质层的厚度为1～100nm，所述第二介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，第二介质层的厚度为1～100nm。

作为本发明的进一步改进，所述金属纳米颗粒阵列层包括ag、cu、au、pt、al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm。

作为本发明的进一步改进，所述硅片的第一表面上设有减反层，所述减反层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，减反层的厚度为1～100nm。

作为本发明的进一步改进，所述硅片为单晶硅片、类单晶硅片、多晶硅片或直接硅片，硅片的厚度范围为20μm～200μm。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种perc太阳电池的制备方法，所述制备方法包括：

s1、对硅片进行扩散制备pn结；

s2、在硅片的第二表面上制备复合结构，所述复合结构包括位于硅片第二表面上的钝化层、位于钝化层上的介质层、及位于介质层内或介质层表层的金属纳米颗粒阵列层；

s3、在硅片的第一表面和/或第二表面上制备电极。

作为本发明的进一步改进，所述步骤s1前还包括：

将硅片放入碱溶液或酸溶液中去除硅片表面损伤层，并在硅片的第一表面上制备绒面结构。

作为本发明的进一步改进，所述步骤s1后还包括：

对硅片进行刻蚀，去除边缘、背面的结区以及表面的psg层。

作为本发明的进一步改进，所述步骤s1后还包括：

在硅片的第一表面上沉积减反射膜，所述减反层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，减反层的厚度为1～100nm。

作为本发明的进一步改进，所述步骤s2具体为：

在硅片的第二表面上沉积钝化层，钝化层包括sinx、sio2、al2o3中的一种或多种；

在钝化层上沉积金属纳米颗粒阵列层，金属纳米颗粒阵列层包括ag、cu、au、pt、al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm；

在金属纳米颗粒阵列层上沉积介质层，介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，介质层厚度为1～100nm；

或，所述步骤s2具体为：

在硅片的第二表面上沉积钝化层，钝化层包括sinx、sio2、al2o3中的一种或多种；

在钝化层上沉积介质层，介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，介质层厚度为1～100nm；

在介质层上沉积金属纳米颗粒阵列层，金属纳米颗粒阵列层包括ag、cu、au、pt、al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm。

作为本发明的进一步改进，所述步骤s2具体为：

在硅片的第二表面上沉积钝化层，钝化层包括sinx、sio2、al2o3中的一种或多种，钝化层厚度为1～100nm；

在钝化层上沉积第一介质层，第一介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，第一介质层厚度为1～100nm；

在第一介质层上沉积金属纳米颗粒阵列层，金属纳米颗粒阵列层包括ag、cu、au、pt、al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm；

在金属纳米颗粒阵列层上沉积第二介质层，第二介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，第二介质层厚度为1～100nm。

本发明的有益效果是：

perc太阳电池的长波响应得到明显的提升，电池正面光电转换效率有一定的提高；

背面反射率明显下降，提高了背面的光吸收，从而大幅提高了电池背面的光电转换效率；

perc太阳电池的双面率得到了有效的提高，取得了意想不到的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中perc太阳电池的池结构示意图；

图2为本发明实施例二中perc太阳电池的池结构示意图；

图3为本发明实施例三中perc太阳电池的池结构示意图；

图4为本发明实施例一和二与对比例一的波长-反射率曲线对比图；

图5为本发明实施例三与对比例二的波长-反射率曲线对比图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种perc太阳电池，其包括硅片及位于硅片表面的复合结构，硅片包括相对设置的第一表面和第二表面，第一表面下方形成有pn结，复合结构包括位于硅片第二表面上的钝化层、位于钝化层上的介质层、及位于介质层内或介质层表层的金属纳米颗粒阵列层。

本发明中所指的第一表面为硅片的前表面(即正面)，第二表面为硅片的背表面(即背面)。

具体地，复合结构包括位于硅片第二表面上的钝化层、及位于钝化层上的介质层，金属纳米颗粒阵列层位于介质层的上表层和/或下表层上；也可以包括位于硅片第二表面上的钝化层、位于钝化层上第一介质层、位于第一介质层上的金属纳米颗粒阵列层、及位于金属纳米颗粒阵列层上的第二介质层。

本发明中介质层的上表层是指介质层上与钝化层相对的表层，下表层是指介质层上与钝化层相背的表层。

其中，钝化层包括sinx、sio2、al2o3等中的一种或多种，钝化层的厚度为1～100nm；介质层、第一介质层及第二介质层分别包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2等中的一种或多种，介质层、第一介质层及第二介质层的厚度为1～100nm；金属纳米颗粒阵列层包括ag、cu、au、pt、al等纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm。

本发明中的硅片可以为单晶硅片、类单晶硅片、多晶硅片或直接硅片等，硅片的厚度范围为20μm～200μm。

本发明还公开了一种perc太阳电池的制备方法，包括：

s1、对硅片进行扩散制备pn结；

s2、在硅片的第二表面上制备复合结构，复合结构包括位于硅片第二表面上的钝化层、位于钝化层上的介质层、及位于介质层内或介质层表层的金属纳米颗粒阵列层；

s3、在硅片的第一表面和/或第二表面上制备电极。

优选地，步骤s1前还包括：

将硅片放入碱溶液或酸溶液中去除硅片表面损伤层，并在硅片的第一表面上制备绒面结构。

优选地，步骤s1后还包括：

对硅片进行刻蚀，去除边缘、背面的结区以及表面的psg层。

优选地，步骤s1后还包括：

在硅片的第一表面上沉积减反射膜，所述减反层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，减反层的厚度为1～100nm。

在本发明的一实施例中，步骤s2具体为：

在硅片的第二表面上沉积钝化层，钝化层包括sinx、sio2、al2o3中的一种或多种；

在钝化层上沉积金属纳米颗粒阵列层，金属纳米颗粒阵列层包括ag、cu、au、pt、al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm；

在金属纳米颗粒阵列层上沉积介质层，介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，介质层厚度为1～100nm。

在本发明的另一实施例中，步骤s2具体为：

在硅片的第二表面上沉积钝化层，钝化层包括sinx、sio2、al2o3中的一种或多种；

在钝化层上沉积介质层，介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，介质层厚度为1～100nm；

在介质层上沉积金属纳米颗粒阵列层，金属纳米颗粒阵列层包括ag、cu、au、pt、al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm

在本发明的再一实施例中，步骤s2具体为：

在硅片的第二表面上沉积钝化层，钝化层包括sinx、sio2、al2o3中的一种或多种，钝化层厚度为1～100nm；

在钝化层上沉积第一介质层，第一介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，第一介质层厚度为1～100nm；

在第一介质层上沉积金属纳米颗粒阵列层，金属纳米颗粒阵列层包括ag、cu、au、pt、al纳米颗粒中的一种或多种，金属纳米颗粒的平均尺寸范围为1～200nm，金属纳米颗粒的平均间距为1～500nm；

在金属纳米颗粒阵列层上沉积第二介质层，第二介质层包括sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2中的一种或多种，第二介质层厚度为1～100nm。

本发明在perc太阳电池背面的钝化层与介质层之间或介质层内制备一层金属纳米颗粒阵列层，有效避免了金属与硅片的直接接触，在不影响电池片背面钝化的前提下，通过金属纳米颗粒的散射效应，大幅提高perc太阳电池背面的光的散射，同时也降低了背面的光反射。

以下结合具体实施例作进一步说明。

实施例一：

参图1所示，本实施例中的perc太阳电池包括硅片11及位于硅片背面的复合结构，硅片为p型多晶硅片，硅片表面形成有纳米绒面结构，硅片11内形成有pn结111，硅片的正面设有减反层112，复合结构包括位于硅片11背面的钝化层121、位于钝化层121上的金属纳米颗粒阵列层123、及位于金属纳米颗粒阵列层123上的介质层122。

本实施例中钝化层121为10nm厚的al2o3钝化层，介质层122为90nm厚的sinx介质层，折射率为2.10，金属纳米颗粒阵列层123包括ag纳米颗粒阵列，ag颗粒平均尺寸为10nm，ag颗粒间平均间距为10nm。减反层112为85nm厚的sinx介质层，折射率为2.07。

另外，本实施例中在硅片11正面形成有第一电极131，硅片11的背面形成有第二电极132，优选地，第一电极采用ag栅线电极，第二电极采用al栅线电极。

本实施例中perc太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：

1、将p型多晶硅片放在含有koh的溶液中腐蚀去除损伤层，其中koh的质量浓度为2％，反应温度为80℃，反应时间为80s；

2、将上述硅片放入含有ag离子的hf/h2o2溶液中腐蚀制备纳米绒面，并利用hf/hno3溶液扩孔制备400～600nm绒面结构；

3、将上述硅片清洗干净并烘干；

4、将上述硅片进行磷扩散制备pn结；

5、将上述硅片进行背面抛光及边结刻蚀，并去除表面psg层；

6、将上述硅片背面先沉积一层al2o3钝化层，厚度为10nm；

7、在上述硅片背面的al2o3钝化层上沉积一层ag纳米颗粒阵列层，ag纳米颗粒平均尺寸为10nm，ag纳米颗粒间平均间距为10nm；

8、在上述硅片背面ag纳米颗粒阵列层上再沉积一层90nm厚的sinx介质层，折射率为2.10；

9、在上述硅片正面沉积一层85nm厚的sinx减反层，折射率为2.07；

10、将上述硅片的背面进行激光开槽；

11、将上述硅片分别进行丝网印刷背面ag/al电极、al栅线以及正面ag栅线电极并形成欧姆接触。

实施例二：

与实施例一不同之处在于：

本实施例中钝化层121为10nm厚的al2o3钝化层，介质层122为双介质层结构，分别为一层20nm厚的sinx介质层(第一介质层)和一层70nm厚的sinx介质层(第二介质层)，金属纳米颗粒阵列层123包括ag纳米颗粒阵列，其沉积于两层sinx介质层之间，ag颗粒平均尺寸为15nm，ag颗粒间平均间距为10nm。perc太阳电池的其他结构均与实施例一相同，此处不再进行赘述。

本实施例中perc太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：

1、将p型多晶硅片放在含有koh的溶液中腐蚀去除损伤层，其中koh的质量浓度为2％，反应温度为80℃，反应时间为80s；

2、将上述硅片放入含有ag离子的hf/h2o2溶液中腐蚀制备纳米绒面，并利用hf/hno3溶液扩孔制备400～600nm绒面结构；

3、将上述硅片清洗干净并烘干；

4、将上述硅片进行磷扩散制备pn结；

5、将上述硅片进行背面抛光及边结刻蚀，并去除表面psg层；

6、将上述硅片背面先沉积一层al2o3钝化层，厚度为10nm；

7、在上述硅片背面al2o3钝化层上再沉积一层20nm厚的sinx介质层，折射率为2.10；

8、在上述硅片背面的al2o3钝化层上沉积一层ag纳米颗粒阵列层，ag纳米颗粒平均尺寸为10nm，ag纳米颗粒间平均间距为10nm；

9、在上述硅片背面ag纳米颗粒阵列层上再沉积一层70nm厚的sinx介质层，折射率为2.10；

10、在上述硅片正面沉积一层85nm厚的sinx减反层，折射率为2.07；

11、将上述硅片的背面进行激光开槽；

12、将上述硅片分别进行丝网印刷背面ag/al电极、al栅线以及正面ag栅线电极并形成欧姆接触。

实施例三：

与实施例一不同之处在于：

本实施例中的硅片为p型单晶硅片，硅片表面形成有金字塔绒面结构，钝化层采用厚度为15nm的al2o3钝化层。perc太阳电池的其他结构均与实施例一相同，此处不再进行赘述。

本实施例中perc太阳电池的制备方法具体包括以下步骤：

1、将p型单晶硅片放在含有制绒添加剂的koh溶液中腐蚀制备金字塔绒面，其中koh的质量浓度为1.5％，反应温度为80℃，反应时间为600s；

2、将上述硅片清洗干净并烘干；

3、将上述硅片进行磷扩散制备pn结；

4、将上述硅片进行背面抛光及边结刻蚀，并去除表面psg层；

5、将上述硅片背面先沉积一层al2o3钝化层，厚度为15nm；

6、在上述硅片背面的al2o3钝化层上沉积一层ag纳米颗粒阵列层，ag纳米颗粒平均尺寸为10nm，ag纳米颗粒间平均间距为10nm；

7、在上述硅片背面ag纳米颗粒阵列层上再沉积一层90nm厚的sinx介质层，折射率为2.10；

8、在上述硅片正面沉积一层85nm厚的sinx减反层，折射率为2.07；

9、将上述硅片的背面进行激光开槽；

10、将上述硅片分别进行丝网印刷背面ag/al电极、al栅线以及正面ag栅线电极并形成欧姆接触。

对比例一：

本实施例中的硅片采用p型多晶硅片为例进行说明，perc太阳电池的绒面制备方法具体包括以下步骤：

1、将p型多晶硅片放在含有koh的溶液中腐蚀去除损伤层，其中koh的质量浓度为2％，反应温度为80℃，反应时间为80s；

2、将上述硅片放入含有ag离子的hf/h2o2溶液中腐蚀制备纳米绒面，并利用hf/hno3溶液扩孔制备400～600nm绒面结构；

3、将上述硅片清洗干净并烘干；

4、将上述硅片进行磷扩散制备pn结；

5、将上述硅片进行背面抛光及边结刻蚀，并去除表面psg层；

6、将上述硅片背面先沉积一层al2o3钝化层，厚度为10nm；

7、在上述硅片背面al2o3钝化层上再沉积一层90nm厚的sinx介质层，折射率为2.10；

8、在上述硅片正面沉积一层85nm厚的sinx减反层，折射率为2.07；

9、将上述硅片的背面进行激光开槽；

10、将上述硅片分别进行丝网印刷背面ag/al电极、al栅线以及正面ag栅线电极并形成欧姆接触。

与实施例一相比，本对比例中未沉积ag纳米颗粒阵列层。

对比例二：

本实施例中的硅片采用p型单晶硅片为例进行说明，perc太阳电池的绒面制备方法具体包括以下步骤：

1、将p型单晶硅片放在含有制绒添加剂的koh溶液中腐蚀制备金字塔绒面，其中koh的质量浓度为1.5％，反应温度为80℃，反应时间为600s；

2、将上述硅片清洗干净并烘干；

3、将上述硅片进行磷扩散制备pn结；

4、将上述硅片进行背面抛光及边结刻蚀，并去除表面psg层；

5、将上述硅片背面先沉积一层al2o3钝化层，厚度为15nm；

6、在上述硅片背面al2o3钝化层上再沉积一层90nm厚的sinx介质层，折射率为2.10；

7、在上述硅片正面沉积一层85nm厚的sinx减反层，折射率为2.07；

8、将上述硅片的背面进行激光开槽；

9、将上述硅片分别进行丝网印刷背面ag/al电极、al栅线以及正面ag栅线电极并形成欧姆接触。

与实施例三相比，本对比例中未沉积ag纳米颗粒阵列层。

参表1和2所示为上述方法中制备所得的perc太阳电池的性能测试，可以看出，本申请制备的perc太阳电池的背面效率有明显提升，电池双面率有了大幅的提升，取得意想不到的效果。

表1太阳电池的性能测试表一

表2太阳电池的性能测试表二

应当理解的是，上述实施例一至实施例三中硅片均以钝化层+介质层的结构为例进行说明，金属纳米颗粒阵列层可以位于介质层的内部和/或任意表层，在其他实施例中也可以仅设置钝化层，而不设置介质层，金属纳米颗粒阵列层直接沉积于钝化层上，同样可以达到散射效果。钝化层可以为sinx、sio2、al2o3等钝化层中的任意一种或多种的组合，介质层、第一介质层及第二介质层可以为sinx、sio2、sioxny、al2o3、tio2等介质层中的任意一种或多种的组合。

当然，在其他实施例中，金属纳米颗粒阵列层也不限于ag纳米颗粒，其可以包括ag、cu、au、pt、al等纳米颗粒中的一种或多种的组合，金属纳米颗粒阵列层可以为一层金属纳米颗粒阵列，也可以为多层金属纳米颗粒阵列。

综上，凡是采用钝化层和金属纳米颗粒阵列层的组合，以达到提高背面散射效果的实施方案均属于本发明的保护范围，此处不再一一举例说明。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

perc太阳电池的长波响应得到明显的提升，电池正面光电转换效率有一定的提高；

背面反射率明显下降，提高了背面的光吸收，从而大幅提高了电池背面的光电转换效率；

perc太阳电池的双面率得到了有效的提高，取得了意想不到的技术效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。