CN210403743U - 一种三层介电钝化膜perc太阳电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三层介电钝化膜PERC太阳电池，属于太阳能光伏发电技术领域中的一种太阳能电池，其目的在于提供一种三层介电钝化膜沉积的太阳电池，其技术方案为包括P型硅衬底、设置在P型硅衬底上侧的发射结区，所述发射结区与P型硅衬底之间设置有N++SE重掺区，所述P型硅衬底裹附设置有SiO₂钝化膜，所述SiO₂钝化膜外侧裹附设置有氧化铝钝化膜，所述氧化铝钝化膜外侧裹附设置有氮化硅减反封盖层，所述P型硅衬底设置有发射结区的另一侧面设置有Local‑BSF P++区；本实用新型提供一种三层介电钝化膜PERC太阳电池，可以有效地增强钝化和入射光综合利用率，增加电池的短路电流和开路电压，同时提高该结构电池的抗光衰及抗PID类稳定性与可靠性表现。

Description

一种三层介电钝化膜PERC太阳电池

技术领域

本实用新型属于太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种三层介电钝化膜PERC太阳电池。

背景技术

随着太阳能光伏发电产业的不断发展与成熟,在新一轮清洁能源竞争中其优势不断显现，如应用地域广泛、原料来源丰富、安全可靠不受能源危机和资本燃料市场影响、工业化智能化程度逐步提升、发电***建设周期短浪费少。清洁、可持续的光伏发电产品已经成为未来新能源发展的重要一环。传统BSF太阳电池，制备工艺流程如图1所示，经过10余年的产业化，通过不断的正面发射结工艺配方改进，金半接触导出电极工艺升级、绒面制备方式和设备的优化改造，正面减反钝化工艺设备开发，使太阳电池光电转换效率获得较大提升，而提高太阳电池的转换效率为推动光伏平价上网，降低每度电成本，推动光伏发电持续发展具有重要意义。

对于传统BSF太阳电池背表面,商业化的P-type太阳电池背表面浓铝掺杂形成铝背场, 背面形成一层P+的浓扩散层，形成P+P-结构。在P+P-界面产生一个由P-区指向P+的内建电场，这个内建电场对P型基区的少数载流子电子起一个背面排斥“反射”作用，减小其向背表面扩散的速度，也随之减小了背面有效复合速率。这其实就是一个所谓的场钝化效果,背表面复合速率可以降低到1000cm/s左右,在一-定程度上提高了开路电压和短路电流，但是背面金属和半导体接触的区域依然是有效的复合中心，背表面的复合损失依然较大。为了解决此结构设计问题，国内外各大研究机构推出的高效电池都对硅片背表面做了一定的钝化处理，如现在的PERC电池主要设计原理即以减小背表面复合，提高电池长波段光电转换量子效率为主。

PERC电池概念最早在1989年由UNSW的丁格林研究组报道，通过高温(>900度)生长一层厚氧化硅对硅片表面很好地形成钝化，再通过半导体的光刻、金属溅射蒸发工艺和电镀,形成 PERC器件结构。但由于高温热氧化工艺生长的Si02不适合工业化太阳电池生产,主要原因是高温工艺对扩散PN结有再扩散作用，不便工艺控制，另外太阳能级硅片少子寿命对高温敏感，特别是温度约为900℃时多晶硅片的少子寿命会减少很多。因此，适用于工业化高效硅太阳电池的钝化膜应当在低溫制备,并与热氧化的Si02具有可比拟的钝化性能。近年来,通过前期积累尝试发现存在负电荷的氧化铝介电膜可以很好的钝化硅P型硅表面，具备良好绝缘性不易反型层导通漏电，且氧化铝薄膜可以在较低的温度实现沉积。随着工业化的氧化铝沉积设备推出，工业化PERC太阳电池逐渐成为目前行业的主流电池技术。

PERC技术的优势还体现在与其他高效电池和组件技术兼容性佳，具备持续提升电池效率和发电能力、在原有工业化产线基础上降低成本的潜力。通过与多主栅、选择性发射极(SE) 和TOPCon等技术的叠加，PERC电池效率可以进一步提升；组合金刚线切割和黑硅技术，可以提高多晶电池性价比。而双面PERC+电池在几乎不增加成本的情况下实现双面发电，在***端直接实现10％-25％的发电增益,极大地增强了PERC技术的竞争力与未来发展潜力。

目前产业化PERC电池是基于背面氧化铝和背面氮化硅，和正面氮化硅的介电钝化膜结构。沉积氧化铝薄膜有PECVD、ALD、APCVD、PE-ALD、磁控溅射等多种方式，其中的ALD 沉积方式多需要额外做一-次退火工艺，因此会增加产业工艺成本。另外，由于氧化铝介电膜层中可能存在的-0H和-CH,基团，在退火工艺未经严格匹配的情况下可能与烧结时来自于封盖叠层中的SixNy:H叠层中H反应，从而在后端烧结高温条件下(>860'C)破坏该叠层钝化膜的钝化效果，从而导致电性能下降、EL检测不良片产生；同时在放置一段时间以后一定的光照、温度条件组合累计可能残留二次反应物聚集逃逸，造成PERC电池中LID/LeTID现象。其中的LeTID现象成因复杂，众多研究机构如SCHOTT、UNSW、Konstan大学、ISFH、Aalto大学都在进--步研究中，目前主流观点认为氢是其中的主要因素，原料中B-0/FeB及Cu等金属离子所致的衰减也较为严重。因此，目前工业化PERC太阳电池普遍存在钝化薄膜层容易受损，后端衰减严重及EL异常类问题；另一方面存在较大改进空间的是双面PERC+电池的双面PID现象，通过介质钝化膜结构设计与组件封装材料如POE的匹配可以--定程度降低EVA封装的双面PERC组件PID衰减。但由于双面电池结合PID为近年来出现的新产品失效现象，而针对原有PID现象的产生机理、诱发条件、影响因素等均存在不明确性与多因素制约，通过组件封装材料匹配必将一定程度增加后端制造成本，因此太阳电池制造商更倾向于通过电池前端介质膜层结构设计，与工艺配方的优化组合来降低工业化PERC系列太阳电池的PID失效现象。随着组件、***端要求太阳电池具有较佳的CTM、光衰及热辅助光衰表现、抗PID性能，提高PERC电池的以.上稳定性与可靠性能正变得愈发重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于:为解决现有技术中PERC电池的钝化效果不好的问题，提供一种三层介电钝化膜PERC太阳电池,PERC电池结构采取三层介电钝化膜沉积，可以有效地增强钝化和入射光综合利用率，增加电池的短路电流和开路电压，同时提高该结构电池的抗光衰及抗PID类稳定性与可靠性表现。

本实用新型采用的技术方案如下:

一种三层介电钝化膜PERC太阳电池，包括P型硅衬底、设置在P型硅衬底上侧的发射结区，所述发射结区与P型硅衬底之间设置有N++SE重掺区，所述P型硅衬底襄附设置有SiO2 钝化膜，所述SiO2钝化膜外侧襄附设置有氧化铝钝化膜，所述氧化铝钝化膜外侧裹附设置有氮化硅减反封盖层，所述P型硅衬底设置有发射结区的另一侧面设置有Loca I-BSFP++区，所述氮化硅减反封盖层的底部设置有背面AI背场电极，所述背面AI背场电极设置有电极柱，所述电极柱依次穿过氮化硅减反封盖层、氧化铝钝化膜、Si0,钝化膜，所述电极柱的顶部与 Local-BSF P++区连接。

进一步的，所述P型硅衬底设置有N++SE重掺区的一侧设置有正面Ag电极,所述正面 Ag电极依次穿过氮化硅减反封盖层、氧化铝钝化膜、Si02钝化膜，所述正面Ag电极靠近P

型硅衬底的一端与发射结区连接。

进一步的，所述背面AI背场电极设置有背面Ag-AI电极。

进一步的，所述LocaI-BSFP++区为多个不规则半球区组成。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:

1、本实用新型中，相比较常规的BSF太阳电池生产工艺，本实用新型PERC太阳电池生产工艺增加了三层介质结构的钝化膜作为正背面钝化层和光学接收层，可以大大降低背表面的复合速率，提高光生载流子的收集率。在所述硅衬底上从里到外双面依次沉积薄氧化硅 (Si02)，氧化铝(A1203)和氮化硅(SixNy:H)三层结构作为介电钝化膜层，在硅片表面形成一层全新的三层膜叠层结构。通过对PERC结构采取该三层介电钝化膜沉积，可以有效地增强钝化和入射光综合利用率，增加电池的短路电流和开路电压，同时提高该结构电池的抗光衰及抗PID类稳定性与可靠性表现。

2、本实用新型中，硅表面悬挂键的钝化通过正背面及周边全表面的热氧化膜实现，与相关专利中利用直接接触硅表面的A1202膜中富含的氧离子经后续热处理来钝化悬挂键的工艺有本质不同。首层高折射率的致密氧化层SiO2含有大量的氢、致密性好，可以对硅片表面的悬挂键进行很好的钝化，提高Voc。

3、本实用新型中，在SiO2薄膜钝化的基础上，再辅助致密氧化铝膜层不仅可以加强钝化效果，还可阻止钝化层里的可动离子在外电场及温、湿度作用下的移动迁移，加强抗PID 效果，避免电池组件产生漏电造成功率衰减，具有较好的抗PID性能和抗光衰表现。

4、本实用新型中，背面氮化硅膜层可以对相邻的氧化铝膜起到保护以防止浆料腐蚀,并在后期高温烧结时通过H钝化加强钝化效果。氮化硅膜中的H+正电荷可以中和氧化铝膜的负电荷产生的电场效应，同时兼顾N型和P型硅表面钝化，提高电池开路电压。

5、本实用新型中，匹配氧化硅(Si02)，氧化铝(A1203)和氮化硅(SixNy:H)三层叠层结构，可以减少正面光反射比率，同时增强背面光反射比率，保证短波和长波段光的兼顾利用，从而增强入射光综合利用率，增加电池的短路电流。

6、本实用新型中，本实用新型中使用的设备和传统的太阳电池设备80％以上相兼容，不需要过多新增设备投入，工艺改造成本较低，产能较大，性能提升优势显著，具有非常好的产业应用前景。

附图说明

图1为本实用新型三层介电钝化膜PERC太阳电池结构示意图。

图中标记:1-氮化硅减反封盖层、2-氧化铝钝化膜、3-SiO2钝化膜、4-P型硅衬底、5- 背面Ag-A1电极、6-正面Ag电极、7-背面Al背场电极、8-Local-BSF P++区、9-发射结区、10-N++SE重掺区、11-电极柱。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种三层介电钝化膜PERC太阳电池，包括P型硅衬底4、设置在P型硅衬底4上侧的发射结区9，所述发射结区9与P型硅衬底4之间设置有N++SE重掺区10，所述P型硅衬底4 裹附设置有SiO2钝化膜3,所述Si02钝化膜3外侧裹附设置有氧化铝钝化膜2,所述氧化铝钝化膜2外侧裹附设置有氮化硅减反封盖层1,所述P型硅衬底4设置有发射结区9的另一侧面设置有Local-BSF P++区8,所述氮化硅减反封盖层1的底部设置有背面AI背场电极7,所述背面AI背场电极7设置有电极柱11，所述电极柱11依次穿过氮化硅减反封盖层1.氧化铝钝化膜2、SiO2钝化膜3,所述电极柱11的顶部与Loca1-BSF P++区8连接；三氧化二铝、二氧化硅、氮化硅及其叠层结构的背表面钝化层，大大降低了背表面复合速率，提高背反射率，同时降低组件CTM,提高电池光衰及热辅助光衰表现、抗PID性能。

作为优选，所述P型硅衬底4设置有N++SE重掺区10的一-侧设置有正面Ag电极6,所述正面Ag电极6依次穿过氮化硅减反封盖层1、氧化铝钝化膜2、SiQ钝化膜3，所述正面 Ag电极6靠近P型硅衬底4的一端与发射结区9连接。

作为优选，所述背面AI背场电极7设置有背面Ag-AI电极5。

作为优选，所述Local-BSF P++区8为多个不规则半球区12组成。

实施例一

一种三层介电钝化膜PERC太阳电池，包括P型硅衬底4、设置在P型硅衬底4.上侧的发射结区9,所述发射结区9与P型硅衬底4之间设置有N++SE重掺区10，所述P型硅衬底4 裹附设置有SiO2钝化膜3，所述Si02钝化膜3外侧裹附设置有氧化铝钝化膜2,所述氧化铝钝化膜2外侧裹附设置有氮化硅减反封盖层1,所述P型硅衬底4设置有发射结区9的另一侧面设置有Local-BSF P++区8,所述氮化硅减反封盖层1的底部设置有背面AI背场电极7，所述背面Al背场电极7设置有电极柱11，所述电极柱11依次穿过氮化硅减反封盖层1、氧化铝钝化膜2、SiO2钝化膜3,所述电极柱11的顶部与Local-BSF P++区8连接；三氧化二铝、二氧化硅、氮化硅及其叠层结构的背表面钝化层，大大降低了背表面复合速率，提高背反射率，同时降低组件CTM,提高电池光衰及热辅助光衰表现、抗PID性能。

实施例二

在实施例1的基础上，所述P型硅衬底4设置有N++SE重掺区10的一侧设置有正面Ag电极6,所述正面Ag电极6依次穿过氮化硅减反封盖层1、氧化铝钝化膜2、SiO2钝化膜3，所述正面Ag电极6靠近P型硅衬底4的一端与发射结区9连接。

实施例三

在上述实施例的基础上，所述背面AI背场电极7设置有背面Ag-AI电极5。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种三层介电钝化膜PERC太阳电池，其特征在于：包括P型硅衬底(4)、设置在P型硅衬底(4)上侧的发射结区(9)，所述发射结区(9)与P型硅衬底(4)之间设置有N++SE重掺区(10)，所述P型硅衬底(4)裹附设置有SiO2钝化膜(3)，所述SiO2钝化膜(3)外侧裹附设置有氧化铝钝化膜(2)，所述氧化铝钝化膜(2)外侧裹附设置有氮化硅减反封盖层(1)，所述P型硅衬底(4)设置有发射结区(9)的另一侧面设置有Local-BSFP++区(8)，所述氮化硅减反封盖层(1)的底部设置有背面Al背场电极(7)，所述背面Al背场电极(7)设置有电极柱(11)，所述电极柱(11)依次穿过氮化硅减反封盖层(1)、氧化铝钝化膜(2)、SiO2钝化膜(3)，所述电极柱(11)的顶部与Local-BSFP++区(8)连接。

2.如权利要求1所述的一种三层介电钝化膜PERC太阳电池，其特征在于：所述P型硅衬底(4)设置有N++SE重掺区(10)的一侧设置有正面Ag电极(6)，所述正面Ag电极(6)依次穿过氮化硅减反封盖层(1)、氧化铝钝化膜(2)、SiO2钝化膜(3)，所述正面Ag，电极(6)靠近P型硅衬底(4)的一端与发射结区(9)连接。

3.如权利要求1所述的一种三层介电钝化膜PERC太阳电池，其特征在于：所述背面Al背场电极(7)设置有背面Ag-Al电极(5)。

4.如权利要求1所述的一种三层介电钝化膜PERC太阳电池，其特征在于：所述Local-BSFP++区(8)为多个不规则半球区(12)组成。

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