CN102122674B - 一种晶体硅太阳电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳电池及制备方法，该晶体硅太阳电池包括pn+结硅基底，n+发射极表面有第一非晶氧化铝层和非晶氮化硅层，银电极穿过非晶氮化硅层和第一非晶氧化铝层与n+发射极连接，p型基底表面有复合钝化介质层，包括氧化硅层和第二非晶氧化铝层，p型基底与背电极接触。其制备方法包括复合钝化介质层的特殊制备，本发明采用硝酸和双氧水溶液处理p型基底表面，溶胶-凝胶工艺制备第二非晶氧化铝层，退火后形成复合钝化介质层(4)。本发明具有工艺简单，设备投资低，前表面钝化和抗反射性能好，背表面复合钝化介质层钝化效果优异并能提高长波利用效率等优点。

Description

一种晶体硅太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳电池及其制备方法，具体是一种具有双层前表面钝化减反介质层和背表面复合钝化介质层的晶体硅太阳电池及其制备方法。
背景技术
目前多数商业化晶体硅太阳电池采用丝网印刷技术，工艺流程简单，避免大量应用真空设备，便于大规模生产。如图2所示，其基本流程为：1.去除硅表面损伤、酸或碱液制绒形成减反射结构及化学清洗；2.在POCl3氛围中进行扩散及去除周边pn+结和磷硅玻璃；3.采用PECVD淀积SiNx:H减反膜；4.丝网印刷正面、背面电极和背表面场；5.烧结形成欧姆接触。尽管采用这种工艺能大规模生产，但这种电池的前表面和背表面载流子复合严重，且背表面对红外光响应差，使得电池效率比较低。实验室晶体硅最高效率电池及其他高效率电池普遍采用的是表面SiO2钝化技术，可有效的钝化表面减少载流子复合速度。然而SiO2钝化层制备，一般采用900-1100℃的高温的热氧化法，对低质量的太阳能级硅片体复合影响严重，且要应用昂贵的光刻技术，工艺复杂不利于产业化大规模生产。非晶氮化硅层做前表面的钝化层，同时也是减反射层，由于工艺的原因钝化作用和减反射作用并不能同时达到最优的效果。理论上双层氮化硅薄膜在折射率和厚度匹配的情况下可有效的改善钝化和减反射效果，但因折射率小于1.9的非晶氮化硅制备的困难，实际应用中很难达到双层薄膜减反射的效果。梯度折射率氮化硅薄膜同样因工艺问题而难以实现。非晶硅/非晶氮化硅双层膜可以起到很好的钝化效果，但与后续丝网印刷中用到达800℃的高温并不兼容，因为非晶硅在高温下容易结晶，结晶后很难达到理想的钝化效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，应用简单的工艺技术实现具有双层介质层钝化减反射作用和具有背表面复合介质层薄膜钝化的晶体硅太阳能电池，及其制备方法。
本发明晶体硅太阳电池如附图1所示，该电池结构为：在pn+结硅基底(3)的n+发射极(301)表面依次有第一非晶氧化铝层(2)和非晶氮化硅层(1)，银电极(6)穿过非晶氮化硅层(1)和第一非晶氧化铝层(2)与n+发射极(301)欧姆接触，p型基底(302)表面有复合钝化介质层(4)，复合钝化介质层(4)由氧化硅层(401)和第二非晶氧化铝层(402)组成，背电极(5)穿过复合钝化介质层(4)与p型基底欧姆接触。
所述的第一非晶氧化铝层(2)是通过溶胶-凝胶法制备在n+发射极(301)上，厚度10-20nm，起到钝化作用。
所述的非晶氮化硅层(1)是采用传统PECVD淀积60-100nm折射率为1.9-2.5的非晶氮化硅薄膜。
所述的复合钝化介质层(4)为氧化硅层(401)和第二非晶氧化铝层(402)的双层结构，起到化学钝化和场钝化的作用，其中氧化硅层(401)为1.5-3nm厚，第二非晶氧化铝层(402)为10-100nm厚。
本发明晶体硅太阳能电池的制备方法，采用在传统工艺
Figure BSA00000419486100021
和
Figure BSA00000419486100022
的基础上增加新工艺
Figure BSA00000419486100023
和
Figure BSA00000419486100024
去除p型硅基底表面损伤、酸或碱液制绒形成减反射结构及化学清洗；
Figure BSA00000419486100026
在POCl3氛围中进行扩散及去除周边pn结和磷硅玻璃形成pn+结构的pn+结硅基底(3)；
Figure BSA00000419486100031
采用体积比HNO3∶H2O2＝20-5∶1的混合溶液浸泡p型基底(302)表面30分钟；其中HNO3浓度为68％，H2O2为浓度为30％；
Figure BSA00000419486100032
采用溶胶-凝胶法制备的氧化铝溶胶，其步骤如下：
(a)在强搅拌下，将异丙醇铝倒入含有部分硝酸的沸水中水解，持续搅拌；30分钟后温度降到85-95℃；
(b)60分钟后加入浓硝酸，即得到澄清的氧化铝溶胶，自然冷却；
Figure BSA00000419486100033
在步骤3得到的pn+结硅基底(3)的n+发射极(301)和p型基底(302)表面采用提拉法或旋涂法制备氧化铝薄膜，400-600℃退火15-30分钟后，第一非晶氧化铝层(2)的厚度为10-20nm，第二非晶氧化铝层(402)的厚度为10-100nm；
Figure BSA00000419486100034
采用传统PECVD淀积60-100nm折射率为1.9-2.5的非晶氮化硅薄膜形成非晶氮化硅层(1)；
Figure BSA00000419486100035
丝网印刷正面、背面电极和背表面场。与传统工艺稍有不同的是，印刷背面电极和电场的银浆和铝浆图形采用栅线结构，先印刷铝浆，后印刷银浆覆盖铝浆；
Figure BSA00000419486100036
烧结使银电极(6)与n+发射极(301)以及背电极(5)与p型基底(302)形成欧姆接触。
本发明的优点在于：
1本发明电池结构前表面第一非晶氧化铝层可较好的钝化发射极表面，通过调节非晶氮化硅的折射率，氢含量和厚度可有效提高抗反射性能；
2本发明具有n+发射极(301)表面钝化介质层和p型基底(302)表面复合钝化介质层的电池与传统丝网印刷电池相比，增加这两层结构，可较好的钝化电池表面，尤其是主流P型晶体硅太阳能电池的背表面，复合钝化介质层起到化学钝化和场钝化的双重效果，钝化效果优良，减少复合损失，并增强红外光的反射效率提高长波响应。
3本发明采用溶胶-凝胶法制备氧化铝溶胶，然后在p型基底经过HNO3和H2O2混合溶液处理过的p型硅基底(3)的n+发射极(301)表面和p型基底(302)表面制备钝化介质层非晶氧化铝薄膜材料，在p型基底(302)表面形成复合钝化介质层结构，制备工艺简单，设备投资少，易于实现工业化生产。
附图说明
图1本发明具有前表面钝化减反层和背表面复合钝化介质层晶体硅太阳能电池结构。
图2传统丝网印刷晶体硅太阳电池制作工艺流程图，其中：
a去除p型硅表面损伤、制绒，清洗；
b扩散后形成pn+结；
c去除周边pn+结；
d PECVD沉积非晶氮化硅层；
e丝网印刷正反两面并烧结形成欧姆接触。
图3本发明具有所述结构太阳能电池的一种制备工艺流程，其中：
a去除表面损伤、制绒，清洗；
b扩散刻蚀后形成pn+结；
c p型基底表面处理形成氧化硅层，n+发射极表面和p型基底表面制备非晶氧化铝薄膜；
d PECVD沉积非晶氮化硅层；
e丝网印刷正反两面并烧结形成欧姆接触。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图3所示，一种晶体硅太阳电池的结构。其制备工艺过程如下：
1.去除p型硅基底表面损伤、酸或碱液制绒形成减反射结构及化学清洗；
2.在POCl3氛围中进行扩散及通过刻蚀去除周边pn结和磷硅玻璃形成pn+结构；
3.采用体积比HNO3∶H2O2＝10∶1的混合溶液浸泡p型基底表面30分钟；其中HNO3浓度为68％，H2O2为浓度为30％；
4.采用溶胶-凝胶法制备的氧化硅溶胶，其步骤如下：
a在强搅拌下，将异丙醇铝倒入含有部分硝酸的沸水中水解，持续搅拌；30分钟后温度降到90℃。
b 60分钟后加入浓硝酸，即得到澄清的氧化铝溶胶，自然冷却；
5.在步骤3得到的pn+结硅基底上采用提拉法制备前表面和背表面氧化铝薄膜，500℃退火30分钟后，n+发射极表面非晶氧化铝厚度约15nm，p型基底表面复合钝化介质层厚度17nm；
6.在n+发射极表面非晶氧化铝层上采用传统PECVD淀积70nm折射率为2.33的非晶氮化硅薄膜；
7.丝网印刷正面、背面电极和背表面场，印刷背面电极和电场的银浆和铝浆图形采用栅线结构，先印刷铝浆，后印刷银浆覆盖铝浆；
8.烧结使银电极与n+发射极以及背电极与p型基底形成欧姆接触。
实施例2：
同实施例1，除了采用旋涂法制备非晶氧化铝层，n+发射极表面非晶氧化铝薄膜厚度为10nm，p型基底表面复合钝化介质层薄膜厚度为50nm。

Claims (2)

1.一种晶体硅太阳电池，其特征在于：该电池的结构为：在pn+结硅基底(3)的n+发射极(301)表面依次有厚度为10-20nm的第一非晶氧化铝层(2)和厚度为60-100nm的非晶氮化硅层(1)，银电极(6)穿过非晶氮化硅层(1)和第一非晶氧化铝层(2)与n+发射极(301)欧姆接触，p型基底(302)表面有复合钝化介质层(4)，复合钝化介质层(4)由厚度为1.5-3nm的氧化硅层(401)和厚度为10-100nm的第二非晶氧化铝层(402)组成，背电极(5)穿过复合钝化介质层(4)与p型基底(302)欧姆接触。
2.一种基于权利要求1所述结构的晶体硅太阳电池制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1).去除p型硅表面损伤、酸或碱液制绒形成减反射结构及化学清洗；
2).在POCl3氛围中进行扩散及去除周边pn结和磷硅玻璃形成pn+结构的pn+结硅基底(3)；
3).采用体积比HNO3∶H2O2＝10∶1的混合溶液浸泡p型基底(302)表面30分钟；其中HNO3浓度为68％，H2O2为浓度为30％；
4).采用溶胶-凝胶法制备的氧化铝溶胶，其步骤如下：
(a)在强搅拌下，将异丙醇铝倒入含有部分硝酸的沸水中水解，持续搅拌，30分钟后温度降到85-95℃；
(b)60分钟后加入浓硝酸，即得到澄清的氧化铝溶胶，自然冷却；
5).在步骤3得到的pn+结硅基底(3)的n+发射极(301)和p型基底(302)表面采用提拉法或旋涂法制备氧化铝薄膜，400-600℃退火15-30分钟后，生成厚度为10-20nm的第一非晶氧化铝层(2)及厚度为10-100nm的第二非晶氧化铝层(402)；
6).在第一非晶氧化铝层(2)表面采用传统PECVD淀积60-100nm折射率为1.9-2.5的非晶氮化硅薄膜形成非晶氮化硅层(1)；
7).丝网印刷正面、背面电极和背表面场，印刷背面电极和电场的银浆和铝浆图形采用栅线结构，先印刷铝浆，后印刷银浆覆盖铝浆；
8).烧结使银电极(6)与n+发射极(301)以及背电极(5)与p型基底(302)形成欧姆接触。
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