CN206619599U - 一种双面钝化太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种双面钝化太阳能电池，包括在硅衬底正面的绒面结构、N+层和正电极，在硅衬底背面的背面SiO2层、背面氮化硅钝化层、铝硅合金层和背电极，在绒面结构上表面从下往上依次具有正面SiO2层和正面氮化硅钝化层，正电极穿过正面氮化硅钝化层、正面SiO2层和绒面结构而进入N+层中；在硅衬底和背面SiO2层之间还具有P+层；背面SiO2层包括从上到下还依次堆叠的第一SiO2层和第二SiO2层；第一背电极穿过铝硅合金层进入到背面氮化硅钝化层中；第一SiO2层的厚度小于或等于第二SiO2层。本实用新型可以应用于P型硅衬底也可以应用于N型硅衬底，提高了对电池的钝化保护效果，提高了电池的性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种双面钝化太阳能电池。
背景技术
双面太阳电池发展的重要方向是采用双面钝化的结构，例如P型基片PERC(passivated emitter and rear side cell)电池和N型基片PERT(passivated emitterand rear total diffused)电池等。由于硅片表面态的存在，使得表面的复合速率比较高，影响少数载流子(少子)寿命。钝化层通过化学钝化和场效应钝化作用，可以降低硅片表面的复合速率。化学钝化通过饱和硅片表面的悬挂键，降低各种缺陷态密度，减少表面复合中心来降低复合速率；场效应钝化通过钝化膜中固定电荷的电场在界面处形成静电场作用，减少表面受电场排斥的载流子浓度，从而降低复合速率。
目前太阳能生产中应用比较广泛的钝化膜有SiO2、SiNx和Al2O3，其中SiO2表面固定正电荷浓度为1010cm-2，主要依靠化学钝化作用进行表面钝化，适合钝化P型和N型硅表面；为了区分两种方法制备的SiO2，将热氧化制备的称为T-SiO2，将PECVD制备的称为P-SiO2，SiO2为两种方法制备薄膜的统称。T-SiO2钝化性能好，采用产线的扩散炉可双面同时氧化，但要经过高温(≥900℃)氧化过程，高温过程会降低硅的体少子寿命，不利于电池性能，在晶硅电池的钝化中很少采用。低温热氧化(＜900℃)薄膜沉积速度较慢，1-3nm厚的T-SiO2就可起到很好的钝化作用，但在与SiNx叠层使用时对P型面的钝化具有限制性，因为过薄的T-SiO2对SiNx的场效应影响很小，SiNx固定正电荷形成的电场不利于P型面的钝化。P-SiO2薄膜沉积速度快，但钝化性能一般。SiO2表面钝化性能比较稳定，但碱离子阻挡能力差。
实用新型内容
为了克服以上问题，本实用新型旨在提供一种双面钝化太阳能电池，从而提高太阳能电池的灵敏度和发射效率，实现高效太阳能电池的微型化。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种双面钝化太阳能电池，包括硅衬底，在硅衬底正面的绒面结构，在绒面结构底部的N+层，在绒面结构上的正电极，在硅衬底背面的背面SiO2层，在SiO2层背面的背面氮化硅钝化层，在背面氮化硅钝化层背面的铝硅合金层，以及位于铝硅合金层背面的背电极，在绒面结构上表面从下往上依次具有正面SiO2层和正面氮化硅钝化层，所述正电极穿过正面氮化硅钝化层、正面SiO2层和绒面结构而进入N+层中；在硅衬底和背面SiO2层之间还具有P+层；所述背面SiO2层包括从上到下还依次堆叠的第一SiO2层和第二SiO2层；第一背电极穿过铝硅合金层进入到背面氮化硅钝化层中；所述第一SiO2层的厚度小于或等于所述第二SiO2层。
优选地，所述第一SiO2层为热氧化SiO2层，所述第二SiO2层为等离子体增强化学气相沉积SiO2层，所述正面SiO2层为热氧化SiO2层。
优选地，所述P+层的厚度大于所述第一SiO2层的厚度，也大于所述第二SiO2层的厚度。
优选地，所述第一SiO2层的厚度大于所述正面SiO2层的厚度，所述第二SiO2层的厚度大于所述正面SiO2层的厚度。
优选地，所述第一SiO2层的厚度为1～3nm。
优选地，所述第二SiO2层的厚度为2～10nm。
优选地，所述正面SiO2层的厚度为1～3nm。
优选地，所述背面氮化硅钝化层为叠层结构，其包括：与背面SiO2层的背面相接触的SiNx钝化层，在SiNx钝化层背面的SiNy钝化层，SiNx钝化层中的硅含量高于SiNy钝化层中的硅含量，其中，x、y均为正数，且x≦y；所述SiNx钝化层的厚度与所述SiNy钝化层厚度不相同。
优选地，所述正面氮化硅层的表达式为SiNz，所述正面氮化硅钝化层的硅含量低于SiNy钝化层中的硅含量，z为正数，z≧y；所述正面氮化硅钝化层的厚度大于或等于所述SiNx钝化层的厚度，且大于或等于所述SiNy钝化层的厚度。
优选地，所述正面氮化硅钝化层的厚度为40～200nm，所述背面氮化硅钝化层的厚度为40～200nm。
本实用新型的双面钝化太阳能电池，对N型面的钝化，采用正面SiO2层-正面氮化硅钝化层构成的堆叠层作为钝化结构，利用正面SiO2层-正面氮化硅钝化层的场效应钝化和化学钝化作用进一步提高钝化效果。此外，对P型面的钝化，采用第一SiO2层-第二SiO2层-背面氮化硅钝化层构成的堆叠结构作为钝化结构，对P型面具有很好的钝化性能，进一步提高钝化效果，并消除背面氮化硅钝化层的场效应对P型面的负面影响。因此，本实用新型可以应用于P型硅衬底也可以应用于N型硅衬底，提高了对电池的钝化保护效果，提高了电池的性能。
附图说明
图1为本实用新型的一个较佳实施例的双面钝化太阳能电池的结构示意图
具体实施方式
为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容作进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本实用新型的保护范围内。
以下结合附图1和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图1，本实施例中，一种双面钝化太阳能电池结构，包括：
硅衬底5；这里，硅衬底5可以为N型硅衬底也可以为P型硅衬底等。
在硅衬底5正面的绒面结构3；
在绒面结构3底部的N+层4；
在绒面结构3上的正电极M；正电极M的材料可以为Ag；这里，在绒面结构3表面具有正面SiO2层2，在正面SiO2层2表面具有正面氮化硅钝化层1，正电极M穿过正面氮化硅钝化层1、正面SiO2层2和绒面结构3而进入N+层4中；此外，本实施例中的正面氮化硅钝化层1的表达式为SiNz，z为正数；这里，正面SiO2层2为热氧化SiO2层，热氧化温度为750-900℃；采用热氧化SiO2层-正面氮化硅钝化层构成的堆叠层作为钝化结构，由于热氧化过程对电池体寿命的影响较小，对P型硅衬底的正面具有很好的钝化效果，同时可以利用热氧化SiO2层-正面氮化硅钝化层的场效应钝化和化学钝化作用进一步提高钝化效果。这里，正面氮化硅钝化层1的可以但不限于采用等离子体增强化学气相沉积工艺来制备，沉积温度可以为380-500℃，厚度可以为40～200nm。
在硅衬底5背面的背面SiO2层；背面SiO2层包括从上到下还依次堆叠的第一SiO2层7和第二SiO2层8，第一SiO2层7的厚度小于或等于第二SiO2层8。较佳的，第一SiO2层7为热氧化SiO2层，热氧化温度为750-900℃；第二SiO2层8为等离子体增强化学气相沉积SiO2层，沉积温度为380-500℃。热氧化SiO2层对于P型面具有很好的钝化性能，可以利用热氧化SiO2层的化学钝化作用进一步提高钝化效果，并消除背面氮化硅钝化层场效应对P型面的负面影响。
在硅衬底5和背面SiO2层之间还具有P+层6。P+层6的厚度大于第一SiO2层7的厚度，也大于第二SiO2层8的厚度，较薄的背面SiO2层有利于器件的微型化。
在背面SiO2层的第二SiO2层8的背面的背面氮化硅钝化层9；这里，背面氮化硅钝化层9的可以但不限于采用等离子体增强化学气相沉积工艺来制备，沉积温度可以为380-500℃，厚度可以为40～200nm。
在背面氮化硅钝化层9背面的铝硅合金层10，以及位于铝硅合金层10背面的背电极11；具体的，背电极11穿过铝硅合金层10到背面氮化硅钝化层9中。
这里，背面氮化硅钝化层9也可以为叠层结构，其包括：SiNx钝化层以及在SiNx钝化层背面的SiNy钝化层，SiNx钝化层中的硅含量可以高于SiNy钝化层111中的硅含量，其中，x、y均为正数，且x≦y。这里，背电极11穿过铝硅合金层10到背面氮化硅钝化层9的SiNy钝化层中。
本实施例中，在SiNy钝化层背面形成有铝硅合金层10。背电极11与P+层6还可以通过通孔(未示出)相电连；通孔一端与背电极11相接触，另一端穿过铝硅合金层10、背面氮化硅钝化层、第二SiO2层8、第一SiO2层7后与P+层6相接触；通孔顶部还高出第一SiO2层7。较佳的，铝硅合金层10的厚度可以为背面氮化硅钝化层总厚度的1/6至1/5，从而不影响背面氮化硅钝化层的钝化效果。
本实施例中，背面SiO2层的设置可以有效消除背面氮化硅钝化层中固定正电荷对钝化效果的影响，背面SiO2层固定正电荷密度相对较低，可以忽略其固定正电荷的影响，从而可以确保背面SiO2层的负电荷场钝化效果，避免背面氮化硅钝化层的固定正电荷降低钝化效果；同时，背面高硅含量的SiNx钝化层具有较好的钝化性能，低硅含量的SiNy钝化层具有较好的耐铝侵蚀性能，这样既可以起到良好的钝化效果，又可以起到对铝侵蚀的抵抗作用，同时，在钝化效果及耐铝侵蚀的条件下，使得背面SiNx钝化层和SiNy钝化层的整体厚度可以相对于传统背面氮化硅钝化层的厚度降低很多，较佳的，x≦1.33，y≧1.33，背面SiNx钝化层和SiNy钝化层的整体厚度可以为40～200nm，SiNx钝化层的厚度与SiNy钝化层厚度可以相同也可以不相同，SiNx钝化层的厚度可以为为40～200nm，例如为120nm，SiNy钝化层的厚度可以为40～200nm，例如为80nm。
本实施例中，正面SiO2层2的设置可以避免扩散元素从正面氮化硅钝化层1中扩散进入绒面结构继而进入硅衬底5中；第一SiO2层的厚度大于正面SiO2层的厚度，第二SiO2层的厚度大于正面SiO2层的厚度，这是因为，设置正面SiO2层2稍微薄一些，可以确保绒面结构不丧失作用，也即是，可以使依附形成于绒面结构上的正面SiO2层2仍然具有绒面结构的形状，也即是保型性。同时，背面SiO2层为了避免背面氮化硅层中固定正电荷对硅衬底5的影响，可以做的稍微厚一些；因此，本实施例中，背面SiO2层的总厚度可以大于正面SiO2层2的厚度，这样，既可以起到各自的作用，还有利于太阳能电池整体的体积微型化。较佳的，正面SiO2层2的厚度为1～3nm，第一SiO2层的厚度为1～3nm，第二SiO2层的厚度为2～10nm。
此外，正面氮化硅钝化层1的表达式设为SiNz，为了起到良好的钝化效果，正面氮化硅层可以为高硅含量的氮化层，此时，相对于背面的SiNy钝化层，正面氮化硅钝化层1的硅含量低于SiNy钝化层的硅含量，z≧y；同时，还是为了起到良好的钝化效果，正面氮化硅钝化层1的厚度可以稍微大些，较佳的，正面氮化硅钝化层1的厚度可以大于或等于SiNx钝化层的厚度且可以大于或等于SiNy钝化层的厚度，同时，由于正面SiO2层2的设置可以有效的避免扩散元素从正面氮化硅钝化层1进入到绒面结构中，因此，正面氮化硅钝化层1的厚度可以设置的较薄，鉴于上述分析本实施例的背面氮化硅层的厚度可以较薄，则本实施例的正面氮化硅钝化层1的厚度也可以与背面氮化硅层的总厚度相同，也可以与SiNx钝化层或SiNy钝化层的厚度相同；例如，正面氮化硅钝化层101的厚度可以为40～200nm，较佳的为50nm。
本实施例中，上述的双面钝化太阳能电池的制备方法，可以采用如下过程：
步骤01：提供一硅衬底；该硅衬底为P型硅衬底；
步骤02：在硅衬底正面形成绒面结构，绒面结构起到入射光的减反射作用，在制备绒面结构之前，可以先去除硅衬底正面和背面损伤。关于绒面结构的制备可以采用现有工艺，这里不再赘述。
步骤03：对硅衬底进行N型离子掺杂，从而在P型硅衬底中且在绒面结构下方形成N+层；具体N型离子掺杂的工艺条件可以根据实际需求来设定，这里不再赘述。
进行了N型离子掺杂之后，还可以通过刻蚀工艺去除硅衬底背面和周边的PN结构。
步骤04：在P型硅衬底背面沉积形成Al2O3层；这里，可以采用原子层沉积工艺来沉积Al2O3层，Al2O3层的厚度可以与背面SiO2层的厚度相同，较佳的可以为5-10nm。
步骤05：在Al2O3层背面沉积背面SiO2层；这里可以但不限于采用等离子体增强化学气相沉积工艺来制备背面SiO2层。
步骤06：在背面SiO2层背面沉积SiNx钝化层；这里可以但不限于采用等离子体化学气相沉积工艺来沉积SiNx钝化层。反应气体可以为SiH4和NH3，其中SiH4比例越高SiNx中的硅含量越高，从而可以得到高硅含量的SiNx钝化层。
步骤07：在SiNx钝化层背面沉积SiNy钝化层；这里可以但不限于采用等离子体化学气相沉积工艺来沉积SiNy钝化层；同样，反应气体可以为SiH4和NH3，其中SiH4比例越低SiNx中的硅含量越低，从而可以得到低硅含量的SiNy钝化层。
步骤08：在P型硅衬底正面的绒面结构表面沉积正面SiO2层；这里可以将P型硅衬底的正面朝上，可以但不限于采用等离子体化学气相沉积工艺来沉积正面SiO2层；
步骤09：在正面SiO2层表面沉积正面氮化硅钝化层；这里可以但不限于采用等离子体化学气相沉积工艺来沉积正面氮化硅层SiNz，反应气体可以为SiH4和NH3，其中SiH4比例越高SiNz中的硅含量越高，从而可以得到高硅含量的SiNy钝化层。
步骤10：在P型硅衬底背面刻蚀出通孔；这里，可以将P型硅衬底的背面朝上，可以但不限于采用激光穿孔技术来刻蚀出通孔，通孔穿透铝硅合金、SiNy钝化层、SiNx钝化层、背面SiO2层、Al2O3层之后，进入P型硅衬底中；通孔中填充有铝硅合金；具体的，首先在通孔中填充铝，然后通过后续的烧结工艺，使得通孔中的铝和通孔中的硅形成铝硅合金P+层，具体的描述请继续参阅步骤11。
步骤11：在P型硅衬底正面制备正电极、在P型硅衬底背面制备铝硅合金和背电极，然后对P型硅衬底进行高温烧结；这里，关于正电极、铝硅合金P+层和背电极的制备可以采用常规技术，这是本领域技术人员可以知晓的，这里不再赘述。经高温烧结后，铝硅合金的制备包括：在背面氮化硅钝化层底部形成铝材料，铝向背面氮化硅钝化层的硅材料中扩散经烧结形成铝硅合金P+层。铝硅合金P+层不受电阻率和硅衬底厚度变化的影响，进一步提高电池性能。
需要说明的是，本实施例的正面SiO2钝化层、正面SiNx钝化层、背SiO2钝化层、背面的SiNy钝化层和SiNz钝化层可以在同一台PECVD设备中通过调整反应气体种类及流量依次实现，不需要增加额外的装卸片过程，符合规模化生产的要求。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本实用新型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本实用新型所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (10)
1.一种双面钝化太阳能电池，包括硅衬底，在硅衬底正面的绒面结构，在绒面结构底部的N+层，在绒面结构上的正电极，在硅衬底背面的背面SiO2层，在SiO2层背面的背面氮化硅钝化层，在背面氮化硅钝化层背面的铝硅合金层，以及位于铝硅合金层背面的背电极，其特征在于，在绒面结构上表面从下往上依次具有正面SiO2层和正面氮化硅钝化层，所述正电极穿过正面氮化硅钝化层、正面SiO2层和绒面结构而进入N+层中；在硅衬底和背面SiO2层之间还具有P+层；所述背面SiO2层包括从上到下还依次堆叠的第一SiO2层和第二SiO2层；第一背电极穿过铝硅合金层进入到背面氮化硅钝化层中；所述第一SiO2层的厚度小于或等于所述第二SiO2层。
2.根据权利要求1所述的双面钝化太阳能电池，其特征在于，所述第一SiO2层为热氧化SiO2层，所述第二SiO2层为等离子体增强化学气相沉积SiO2层，所述正面SiO2层为热氧化SiO2层。
3.根据权利要求1所述的双面钝化太阳能电池，其特征在于，所述P+层的厚度大于所述第一SiO2层的厚度，也大于所述第二SiO2层的厚度。
4.根据权利要求1所述的双面钝化太阳能电池，其特征在于，所述第一SiO2层的厚度大于所述正面SiO2层的厚度，所述第二SiO2层的厚度大于所述正面SiO2层的厚度。
5.根据权利要求1所述的双面钝化太阳能电池，其特征在于，所述第一SiO2层的厚度为1～3nm。
6.根据权利要求1所述的双面钝化太阳能电池，其特征在于，所述第二SiO2层的厚度为2～10nm。
7.根据权利要求1所述的双面钝化太阳能电池，其特征在于，所述正面SiO2层的厚度为1～3nm。
8.根据权利要求1所述的双面钝化太阳能电池，其特征在于，所述背面氮化硅钝化层为叠层结构，其包括：与背面SiO2层的背面相接触的SiNx钝化层，在SiNx钝化层背面的SiNy钝化层，SiNx钝化层中的硅含量高于SiNy钝化层中的硅含量，其中，x、y均为正数，且x≦y；所述SiNx钝化层的厚度与所述SiNy钝化层厚度不相同。
9.根据权利要求8所述的双面钝化太阳能电池，其特征在于，所述正面氮化硅层的表达式为SiNz，所述正面氮化硅钝化层的硅含量低于SiNy钝化层中的硅含量，z为正数，z≧y；所述正面氮化硅钝化层的厚度大于或等于所述SiNx钝化层的厚度，且大于或等于所述SiNy钝化层的厚度。
10.根据权利要求1所述的双面钝化太阳能电池，其特征在于，所述正面氮化硅钝化层的厚度为40～200nm，所述背面氮化硅钝化层的厚度为40～200nm。
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