一种背结太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种背结太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

人类的生存与发展离不开能源，太阳能是最具优点的可再生、量大、清洁能源之一。晶体硅太阳能电池是一类把光能直接转化为电能的半导体器件，高效的光电转化率和较低的使用成本是人类对晶体硅太阳能电池的渴求。现阶段，限制晶硅太阳能电池光电转化效率的重要因素之一是器件中少数载流子的复合，电池内少数载流子的复合湮灭会造成器件电压和电流的损失，最终降低电池的光电转换效率。旨在降低背表面少数载流子复合的perc(passivatedemitterandrearcell)电池结构，是现今硅基太阳能电池技术发展的主流方向。对于perc电池技术而言，背表面氧化铝薄膜配合局部开孔处铝背场的协同钝化使其对长波光线的响应十分优秀，其光电转换效率可达22％以上。此时，电池片受光面金属电极与硅片接触处严重的少子复合就成为限制电池效率进一步提高的瓶颈，因此，设法降低甚至消除受光面金属与半导体硅片接触的面积是perc太阳能电池设计和优化的方向之一。

perc电池正面采用钝化接触是降低正面金属-半导体复合速率的有效手段之一。隧穿钝化接触p型晶体硅太阳能电池概念也随之而来。隧穿钝化接触p型晶体硅电池的结构包括p型晶体硅基体，电池受光面(正面)由内而外依次为p-n结、超薄隧穿氧化层、掺杂硅层、减反射钝化介质层和导电金属电极。这种晶硅电池正面导电浆料和掺杂硅层进行接触。由于隧穿氧化层/掺杂硅层这种叠层设计的能带结构可以使得多数载流子传输到掺杂硅层而少数载流子基本被隧穿氧化层所阻挡，因此在金属电极和掺杂硅层接触时基本没有金属-半导体复合的损失，大幅提高了太阳能电池的电压，这种p型钝化接触电池的缺点是掺杂硅层对于入射光的吸收影响比较严重，产生的电子-空穴对在掺杂硅层大量复合，影响了太阳能电池的电流收集。并且，在形成背表面场时，会涉及到高温或者激光开槽的步骤，会影响太阳能电池的性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种背结太阳能电池。

本发明还提供一种背结太阳能电池的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的背结太阳能电池，包括硅基体，所述硅基体为p型硅基体，其中，所述硅基体的正面形成有第iii族元素掺杂的局部前表面场，所述硅基体的正面由内至外依次设有正面钝化层、钝化减反层，所述硅基体的正面设有与所述局部前表面场连接的正面电极，所述硅基体的背面由内至外依次设有隧穿氧化层、第v族元素掺杂的掺杂硅层与背面钝化层，所述硅基体的背面设有与所述掺杂硅层连接的背面电极。

进一步地，所述局部前表面场包括多个且多个所述局部前表面场间隔开平行分布。

进一步地，所述局部前表面场为铝掺杂的局部前表面场，所述正面电极形成为铝金属栅线。

进一步地，所述铝金属栅线上还设有银金属栅线。

进一步地，所述局部前表面场与所述正面电极分别形成为长条状。

进一步地，所述背面电极形成为银金属栅线。

进一步地，所述钝化减反层形成为sinx、sioxny、siox、sicx、al2o3中的一种或多种组合，且所述钝化减反层的厚度为60-150nm。

进一步地，所述正面钝化层和所述背面钝化层分别形成为氮化硅或氧化铝层。

进一步地，所述掺杂层的厚度为1-1000nm。

进一步地，所述掺杂硅层的掺杂源为磷离子，掺杂浓度为5×10¹⁸-9×10²⁰atoms/cm³。

进一步地，所述隧穿氧化层形成为氧化硅、氮氧化硅或氢化非晶氧化硅材料中的至少一种。

根据本发明第二方面实施例的背结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，选取p型硅基体，在所述p型硅基体的背面形成隧穿氧化层；

步骤s2，在所述隧穿氧化层上形成掺杂硅层；

步骤s3，在所述p型硅基体的正面形成正面钝化层；

步骤s4，在所述正面钝化层上形成钝化减反层，在所述掺杂硅层上形成背面钝化层；

步骤s5，使用银浆在所述背面钝化层上印刷用于形成背面电极的银栅线，使用第iii族元素金属浆在所述钝化减反层上印刷用于形成正面电极的金属栅线；

步骤s6，进行烧结，以使得所述银浆烧穿所述背面钝化层与所述掺杂层接触并形成背面电极，且所述第iii族元素金属浆烧穿所述钝化减反层以及所述正面钝化层，与所述p型硅基体进行掺杂反应形成第iii族元素掺杂的局部前表面场并形成正面电极。

进一步地，在步骤s1中，将所述p型硅基体置于氧化炉管中生长隧穿氧化层，其生长温度为610℃，生长时间为20min。

进一步地，在步骤s1中，所述隧穿氧化层形成为氧化硅、氮氧化硅或氢化非晶氧化硅材料中的至少一种。

进一步地，在步骤s2中，在所述隧穿氧化层上形成掺杂硅层的沉积方法为lpcvd、pecvd或apcvd中的一种。

进一步地，在步骤s2中，在所述掺杂硅层上掺杂磷离子，掺杂后磷离子的掺杂浓度为5×10¹⁸-9×10²⁰atoms/cm³。

进一步地，在步骤s2中，所述掺杂硅层的厚度为1-1000nm。

进一步地，在步骤s3中，在所述p型硅基体的正面沉积氮化硅膜或氧化铝膜作为所述正面钝化层。

进一步地，在步骤s4中，所述钝化减反层形成为sinx、sioxny、siox、sicx、al2o3中的一种或多种组合，且所述钝化减反层的厚度为60-150nm。

进一步地，在步骤s5中，所述第iii族元素金属浆为铝浆，所述金属栅线为铝栅线，在所述铝栅线上利用所述银浆印刷，以形成铝-银叠层栅线。

进一步地，在步骤s6中，所述局部前表面场包括多个且多个所述局部前表面场间隔开平行分布，所述正面电极形成为铝金属栅线。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

根据本发明的背结太阳能电池，在p型硅基体的正面形成有第iii族元素掺杂的局部前表面场，隧穿氧化层和第v族元素掺杂的掺杂硅层设置在硅基体的背面，，能够减小正面金属-半导体复合，降低正面的金属-半导体接触电阻，避免掺杂硅层对于入射光的吸收影响，提高了太阳能电池的电流收集效率；通过本发明的制备方法能够得到上述背结太阳能电池，利用烧穿型第iii族元素金属浆直接烧穿正面钝化层，避免高温损伤p型硅基体，延长基体寿命，在p型硅基体的正面形成第iii族元素掺杂的局部前表面场，有效降低金属半导体接触区域的少子复合，不需要在现有电池金属化工艺的基础上增加额外的步骤，避免使用硼掺杂或者激光开槽等步骤，利用二次印刷的方式在金属栅线上方叠加金属银线，大大降低了栅线上的线电阻，降低了正面栅线造成的光学损失，提高电池效率。

附图说明

图1为本发明实施例的背结太阳能电池的结构示意图；

图2为本发明实施例的背结太阳能电池的剖视图。

附图标记：

硅基体1；局部前表面场2；正面钝化层3；钝化减反层4；正面电极5；

隧穿氧化层6；掺杂硅层7；背面钝化层8；背面电极9。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的背结太阳能电池。

如图1至图2所示，根据本发明实施例的背结太阳能电池，包括硅基体1，硅基体1为p型硅基体，其中，硅基体1的正面形成有第iii族元素掺杂的局部前表面场2，硅基体1的正面由内至外依次设有正面钝化层3、钝化减反层4，硅基体1的正面设有与局部前表面场2连接的正面电极5，硅基体1的背面由内至外依次设有隧穿氧化层6、第v族元素掺杂的掺杂硅层7与背面钝化层8，硅基体1的背面设有与掺杂层7连接的背面电极9。

也就是说，背结太阳能电池主要由硅基体1构成，其中，硅基体1可以为p型硅基体，其体电阻率可以为2.0ω·cm，硅基体1的正面可以形成有第iii族元素掺杂的局部前表面场2，第iii族元素可以为铝，能够有效降低金属半导体接触区域的少子复合，硅基体1的正面由内至外依次设有正面钝化层3、钝化减反层4，硅基体1的正面设有与局部前表面场2连接的正面电极5，也即是，在钝化减反层4上设有与局部前表面场2连接的正面电极5，正面电极5可以穿过正面钝化层3与钝化减反层4和局部前表面场2连接，正面电极5可以用于收集电流以及封装组件时串焊使用。硅基体1的背面由内至外依次设有隧穿氧化层6、第v族元素掺杂的掺杂硅层7与背面钝化层8，第v族元素可以为磷，掺杂硅层7位于隧穿氧化层6与背面钝化层8之间，硅基体1的背面设有与掺杂硅层7连接的背面电极9，也即是背面钝化层8上设有与掺杂硅层7连接的背面电极9，背面电极9穿过背面钝化层8和掺杂硅层7连接。正面电极5穿过正面钝化层3与钝化减反射层4和p型硅基体欧姆接触，背面电极9穿过背面钝化层8与掺杂硅层7欧姆接触。正面电极5中可以包括铝元素，p型硅基体正面与正面电极5对应的区域可以形成有由铝元素掺杂形成的局部前表面场2。掺杂硅层7可以形成为第v族元素掺杂的多晶或非晶硅层，还可以为微晶硅，第v族元素可以为磷，利用掺杂多晶或非晶硅良好的场钝化作用显著提高少子寿命。隧穿氧化层6和多晶或非晶硅设置在硅基体1的背面，能够减小正面金属-半导体复合，降低正面的金属-半导体接触电阻，掺杂硅层7设在硅基体的背面能够避免掺杂硅层对于入射光的吸收影响。

根据本发明的背结太阳能电池，在p型硅基体的正面形成有第iii族元素掺杂的局部前表面场2，隧穿氧化层6和第v族元素掺杂的掺杂硅层设置在硅基体1的背面，能够减小正面金属-半导体复合，降低正面的金属-半导体接触电阻，避免掺杂硅层对于入射光的吸收影响，提高了太阳能电池的电流收集效率。

在本发明的一些实施例中，局部前表面场2可以包括多个，且多个局部前表面场2可以间隔开平行分布，可以均匀间隔开。局部前表面场可以为铝掺杂的局部前表面场，正面电极5可以形成为铝金属栅线，能够降低接触电阻，降低正面栅线造成的光学损失，提高电池光电转换效率。

在本发明的另一些实施例中，为了降低铝线宽度和栅线电阻，铝金属栅线上还可以设有银金属栅线，银金属栅线可以沿着铝金属栅线的长度方向延伸，可以采用较细的铝金属栅线和银金属栅线，降低栅线电阻，提高填充因子ff，填充因子ff表示最大输出功率imvm与极限输出功率iscvoc之比，从而大幅降低正面栅线造成的光学损失，最终提高电池光电转换效率。

根据一些实施例，局部前表面场2与正面电极5可以分别形成为长条状，局部前表面场2与正面电极5可以互相平行设置，局部前表面场2与正面电极5的数量可以相等，每个正面电极5可以设在对应的局部前表面场2上。

在一些优选实施例中，背面电极9可以形成为银金属栅线，电阻较小，导电好，使得电流从掺杂硅层7中易于导出。

在一些实施例中，钝化减反层4可以形成为sinx、sioxny、siox、sicx、al2o3中的一种或多种组合，比如，可以为氮化硅，且钝化减反层4的厚度可以为60-150nm，比如，可以为80nm。

在另一些实施例中，正面钝化层3和背面钝化层8可以分别形成为氮化硅或氧化铝层，也即是，正面钝化层3可以形成为氮化硅或氧化铝层，背面钝化层8可以形成为氮化硅或氧化铝层。

根据一些实施例，掺杂硅层7的厚度可以为1-1000nm，比如，掺杂硅层7的厚度可以为200nm。

在一些具体实施例中，掺杂硅层7的掺杂源可以为磷离子，掺杂浓度可以为5×10¹⁸-9×10²⁰atoms/cm³，比如，掺杂浓度可以为6×10²⁰atoms/cm³。

根据一些实施例，隧穿氧化层6可以形成为氧化硅、氮氧化硅或氢化非晶氧化硅材料中的至少一种，隧穿氧化层6可以为电子易于隧穿通过的材料，在高温下对第v族元素的扩散具有一定的阻挡作用，即高温下第v族元素在隧穿钝化层6中的扩散速率远小于其在掺杂硅层7中的扩散速率，隧穿氧化层6可以包括但不仅限于氧化硅、氮氧化硅或氢化非晶氧化硅。

根据本发明的背结太阳能电池，在p型硅基体的正面形成有第iii族元素掺杂的局部前表面场，隧穿氧化层和第v族元素掺杂的掺杂硅层设置在硅基体的背面，能够减小正面金属-半导体复合，降低正面的金属-半导体接触电阻，避免掺杂硅层对于入射光的吸收影响，提高了太阳能电池的电流收集效率。

本发明提供一种背结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，选取p型硅基体，在p型硅基体的背面形成隧穿氧化层6。在步骤s1中，p型硅基体的电阻率可以为2.0ω·cm，在形成隧穿氧化层6之前，可以在表面制绒，完成硅片表面制绒，硅片表面反射率可以为12％。制绒完成后可以进行背面湿刻平整，在硝酸、硫酸和氢氟酸的混合液中腐蚀背表面，降低硅片背表面的比表面积，可以用氢氟酸溶液去除正面磷硅玻璃层(psg)，清洗硅片后可以在p型硅基体的背面形成隧穿氧化层6，隧穿氧化层6的厚度可以为0.5-5nm。

步骤s2，在隧穿氧化层6上形成掺杂硅层7，掺杂硅层7可以形成为掺杂的多晶硅层或非晶硅层以及微晶硅层。掺杂硅层的形成过程中，可以先形成未掺杂的硅层，再对其进行掺杂，也可以在形成硅层的过程中，通入含掺杂源的气氛直接形成掺杂硅层。在步骤s2中，在隧穿氧化层6上可以沉积多晶硅层，可以将长好隧穿氧化层6的硅片置于lpcvd(lowpressurechemicalvapordeposition，低压力化学气相沉积法)系统中沉积多晶硅层，沉积温度可以为610℃，多晶硅层的厚度可以为200nm，然后对多晶硅层利用第v族元素进行掺杂处理以形成掺杂硅层。

可以在隧穿氧化层6上形成多晶硅层或非晶硅层，对多晶硅层或非晶硅层利用第v族元素进行掺杂处理，形成掺杂硅层7。掺杂方法可以为磷离子注入加退火，掺杂后掺杂浓度可以为6×10²⁰atoms/cm³。

步骤s3，在p型硅基体的正面形成正面钝化层3。在步骤s3中，在形成正面钝化层3之前，需要将p型硅基体的正面去氧化层，可以在链式设备中，正面接触hf酸溶液，去除正面氧化层。还可以在硅基体的正面除去硅片边缘绕镀过来的多晶硅层，可以采用槽式清洗，溶液可以为氨水溶液，溶液体积配比可以为氨水：水等于1：5，清洗时间可以合理选择，比如可以为5分钟。在形成正面钝化层3之前可以清洗正面，可以用过氢氟酸溶液清洗后甩干，然后使用ald形式在正面沉积氧化铝膜作为正面钝化层3，厚度可以为10nm。

步骤s4，在正面钝化层3上形成钝化减反层4，在掺杂硅层7上形成背面钝化层8。在步骤s4中，可以在正面沉积氮化硅薄膜作为钝化减反层4，可以采用pecvd(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，等离子体增强化学气相沉积法)正面沉积氮化硅膜，钝化减反层4的厚度可以为80nm，可以在背面沉积氮化硅薄膜作为背面钝化层8，背面钝化层8的厚度为90nm。

步骤s5，使用银浆在背面钝化层8上印刷用于形成背面电极9的银栅线，使用第iii族元素金属浆在钝化减反层4上印刷用于形成正面电极5的金属栅线。在步骤s5中，可以用银浆在背面印刷背面银栅线和电极，把电流从掺杂硅层7中导出。可以在正面印刷第iii族元素金属浆，比如，可以印刷铝浆，可以采用可烧穿sinx、sio2的铝浆，以便铝浆烧穿钝化减反层4以及正面钝化层3与p型硅基体进行掺杂反应形成铝掺杂的局部前表面场2并形成正面电极5。

步骤s6，进行烧结，以使得银浆烧穿背面钝化层8与掺杂硅层7接触并形成背面电极9，且第iii族元素金属浆烧穿钝化减反层4以及正面钝化层3，与p型硅基体进行掺杂反应形成第iii族元素掺杂的局部前表面场2并形成正面电极5，比如，第iii族元素可以为铝。不需要硼扩散高温工艺，避免高温损伤p型硅基体，延长基体寿命，而是通过铝浆和银浆共烧结一步工艺就可形成局部前表面场2，不需要激光开槽工序。

在步骤s6中，可以快速正面和背面金属浆料共烧结，烧结峰值温度可以为800℃，烧结后背面银浆烧穿背面钝化层8(氮化硅薄膜)与导电性能良好的掺杂硅层完成接触，正面铝浆烧穿钝化减反层4及正面钝化层3与硅基体1接触并形成局部前表面场2。

通过本发明的制备方法能够得到上述背结太阳能电池，利用烧穿型第iii族元素金属浆直接烧穿正面钝化层3，在p型硅基体的正面形成第iii族元素掺杂的局部前表面场2，有效降低金属半导体接触区域的少子复合，不需要在现有电池金属化工艺的基础上增加额外的步骤，避免使用硼掺杂或者激光开槽等步骤，避免高温损伤p型硅基体，延长基体寿命，降低了栅线上的线电阻，降低了正面栅线造成的光学损失，提高电池效率。

在一些实施例中，在步骤s1中，可以将p型硅基体置于氧化炉管中生长隧穿氧化层，其生长温度可以为610℃，生长时间可以为20min，也可以根据实际需要合理改变生长温度和时间。

在一些实施例中，在步骤s1中，隧穿氧化层6可以形成为氧化硅、氮氧化硅或氢化非晶氧化硅材料中的至少一种。

根据一些实施例，在步骤s2中，在隧穿氧化层6上形成掺杂硅层的沉积方法为lpcvd、pecvd或apcvd(常压化学气相淀积)中的一种，比如，可以通过lpcvd进行沉积。

在一些优选实施例中，在步骤s2中，在掺杂硅层7上掺杂磷离子，掺杂浓度可以为5×10¹⁸-9×10²⁰atoms/cm³，比如，掺杂后磷离子的掺杂浓度可以为6×10²⁰atoms/cm³。

在另一些实施例中，在步骤s2中，掺杂硅层7的厚度为1-1000nm比如，掺杂硅层7的厚度可以为200nm。

具体地，在步骤s3中，可以在p型硅基体的正面沉积氮化硅膜或氧化铝膜作为正面钝化层3。

可选地，在步骤s4中，钝化减反层4可以形成为sinx、sioxny、siox、sicx、al2o3中的一种或多种组合，可以为氮化硅，且钝化减反层4的厚度为60-150nm，比如，可以为80nm。

在一些优选实施例中，在步骤s5中，第iii族元素金属浆可以为铝浆，金属栅线可以为铝栅线，通过二次印刷，在铝栅线上利用银浆印刷，以形成铝-银叠层栅线，便于收集电流以及封装组件时串焊使用。

具体地，在步骤s6中，局部前表面场2可以包括多个且多个局部前表面场2间隔开平行分布，可以均匀间隔开，局部前表面场可以为铝掺杂的局部前表面场，正面电极5形成为铝金属栅线，能够降低接触电阻，降低正面栅线造成的光学损失，提高电池光电转换效率。

在一些实施例中，局部前表面场2与正面电极5可以分别形成为长条状，局部前表面场2与正面电极5可以互相平行设置，局部前表面场2与正面电极5的数量可以相等，每个正面电极5可以设在对应的局部前表面场2上。

可选地，正面钝化层3和背面钝化层8可以分别形成为氮化硅或氧化铝层。

通过本发明的制备方法能够得到上述背结太阳能电池，利用烧穿型第iii族元素金属浆直接烧穿正面钝化层3，在p型硅基体的正面形成第iii族元素掺杂的局部前表面场2，有效降低金属半导体接触区域的少子复合，不需要在现有电池金属化工艺的基础上增加额外的步骤，避免使用硼掺杂或者激光开槽等步骤，避免高温损伤p型硅基体，延长基体寿命，利用二次印刷的方式在金属栅线上方叠加金属银线，大大降低了栅线上的线电阻，降低了正面栅线造成的光学损失，提高电池效率，提高太阳能电池的填充因子。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。