專利名稱：一種背面點(diǎn)接觸晶體硅太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種晶體硅太陽電池，具體涉及一種前表面和背表面都具有雙層鈍化介質(zhì)層，背面點(diǎn)接觸的晶體硅太陽電池。
背景技術(shù)：
晶體硅太陽能電池生產(chǎn)過程中前表面采用PECVD制備的氮化硅作為鈍化層兼減反層，單層減反層的反射較高，且在燒結(jié)過程中氮化硅中的氫容易溢出，減弱鈍化效果；文獻(xiàn)報(bào)道折射率為2. 3的氮化硅可達(dá)到低于20cm/s表面復(fù)合速度，工業(yè)電池考慮到鈍化和減反射的優(yōu)化組合一般采用折射率為2. 0左右SOnm的氮化硅，其鈍化效果并未達(dá)到最優(yōu)。 采用了絲網(wǎng)印刷漿料然后燒結(jié)制備電極，尤其是背面采用銀漿制備背電極和鋁漿制備背電場(chǎng)，燒結(jié)后鋁漿和硅形成硅鋁合金鈍化硅表面和導(dǎo)出電流，在這種結(jié)構(gòu)下，硅背表面的表面復(fù)合速度高于lOOOcm/s，且對(duì)于紅外光的反射效率差，只有70%左右。在硅材料成本的驅(qū)動(dòng)下，基底硅材料將會(huì)越來越薄，表面復(fù)合效應(yīng)將會(huì)越來越嚴(yán)重，因此降低電池中硅表面復(fù)合是一個(gè)重要的改善方向。
發(fā)明內(nèi)容本專利要解決的技術(shù)問題在于，應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化的工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有雙層介質(zhì)層鈍化減反射作用的薄膜和具有背表面雙層鈍化介質(zhì)層薄膜鈍化的背面點(diǎn)接觸晶體硅太陽能電池。電池結(jié)構(gòu)如圖1所示在P型硅基底5的上表面向上依次為η+發(fā)射極4、60-100nm折射率為1. 7-2. 8的上氮化硅層3和IO-IOOnm的上氧化鋁層201，金屬銀電極1穿過上氧化鋁層201和上氮化硅層3與η+發(fā)射極4連接；在P型硅基底5的下表面向下依次為IO-IOOnm的下氧化鋁層 202、60-200nm的下氮化硅層6和金屬鋁層7，金屬鋁層7通過孔洞與P型硅基底5連接；所述孔洞為圓形孔或方形孔，圓形孔直徑為50-300um，方形孔邊長為50-200um，開孔面積占背表面總面積的-10%。所述上氧化鋁層和下氧化鋁層同時(shí)通過ALD制備，厚度為lO-lOOnm，工業(yè)生產(chǎn)一般為 10-30nm。所述上氮化硅層和下氮化硅層通過PECVD制備，上氮化硅厚度為60-100nm，下氮化硅厚度為60-200nm，折射率均為1. 7-2. 8可調(diào)節(jié)；為調(diào)節(jié)折射率上氮化硅層和下氮化硅層的材料包括氮化硅SiNx和含有一定量氧元素的氮氧化硅SiNxOy。一般傳統(tǒng)工業(yè)電池采用單層非晶氮化硅鈍化前表面，同時(shí)作為減反射層，從制備工藝上來說很難同時(shí)達(dá)到兩者的最優(yōu)值，所以一般非晶氮化硅的折射率約為2.0，厚度約 SOnm ；本專利所述前表面氮化硅的折射率可從1. 7變化到2. 8，再配合折射率為1. 6-1. 7的氧化鋁可實(shí)現(xiàn)鈍化效果和反射效果的最優(yōu)組合?？紤]到ALD生長氧化鋁速率緩慢，為達(dá)到工業(yè)化要求，一般非晶氧化鋁不宜生長過厚，一般小于30nm。[0009]本專利主要采用氮化硅/氧化鋁及氧化鋁/氮化硅雙層膜分別鈍化晶體硅電池的前表面和背表面，減少表面復(fù)合速度，同時(shí)減少前表面的反射，增強(qiáng)背表面的內(nèi)反射，從而達(dá)到提高電池光電轉(zhuǎn)換效率的目的。通過本專利制備的電池，具有如下優(yōu)點(diǎn)1，背表面氧化鋁/硅界面存在大量的負(fù)電荷，通過場(chǎng)效應(yīng)鈍化和化學(xué)鈍化硅表面減小電池背表面的表面復(fù)合速度；2，背表面氧化鋁/氮化硅/鋁結(jié)構(gòu)增強(qiáng)背表面對(duì)紅外光的內(nèi)反射提高量子效率；3，氧化鋁折射率為1.6-1. 7，SiNx折射率為1. 7_2. 8，前表面形成氮化硅/氧化鋁雙層抗反射涂層減少表面反射，一個(gè)較優(yōu)化的組合為IOOnm折射率為1. 6的氧化鋁+65nm 折射率為2. 46的氮化硅；4，前表面致密的氧化鋁層阻止前表面氮化硅在后續(xù)燒結(jié)工藝中含氫量的減少，從而減弱高溫對(duì)鈍化效果的消極影響；5，氧化鋁對(duì)硅的鈍化性能對(duì)UV輻射穩(wěn)定，增強(qiáng)電池抗UV輻射性能；6，熱性能良好，通過下氮化硅層保護(hù)較薄的氧化鋁層及抑制高溫過程氧化鋁中氫的溢出，增強(qiáng)燒結(jié)高溫過程中的鈍化性能的穩(wěn)定性。本專利背面點(diǎn)接觸晶體硅太陽電池的制備工藝如下§ 1去除P型硅基底5表面損傷、酸或堿液制絨形成減反射結(jié)構(gòu)及化學(xué)清洗；§ 2在P0C13氛圍中進(jìn)行擴(kuò)散形成η+發(fā)射極4及去除周邊ρη結(jié)和磷硅玻璃形成 ρη+結(jié)構(gòu)的ρη+結(jié)硅基底；§ 3在η+發(fā)射極4表面采用傳統(tǒng)PECVD淀積60-100nm折射率為1. 7-2. 5的非晶氮化硅薄膜形成上氮化硅層3 ；為防止后續(xù)清洗工藝過多腐蝕氮化硅層，這里采用直接法 PECVD淀積上氮化硅層3 ；§ 4采用原子層沉積(ALD)系統(tǒng)同時(shí)在上氮化硅層3表面和ρ型硅基底5背表面制備IO-IOOnm的上氧化鋁層201和下氧化鋁層202 ；由于ALD生長方式薄膜生長速率很低， 而工業(yè)化生產(chǎn)需要考慮產(chǎn)能問題，一般生長厚度小于30nm ； 沉積氧化鋁前，采用HF酸或HF和HCl混酸清洗表面0. 5-2分鐘；所述氫氟酸為 HF H20 = 1 10-50 ；所述 HF 和 HCl 混酸為 HF HCl H20 = 2 5 50 ；此步中酸會(huì)刻蝕掉部分前表面的上氮化硅層3，因?yàn)椤?3制備氮化硅層3的厚度需要考慮刻蝕的影響；沉積氧化鋁后在氮?dú)饣驓鍤夥諊型嘶?-15分鐘，退火溫度350-450°C ；此退火過程可以在§ 5步驟中的PECVD系統(tǒng)中完成，在淀積下氮化硅層6前；§ 5在背表面下氧化鋁層202表面采用傳統(tǒng)PECVD淀積60-200nm折射率為 1. 7-2. 8的非晶氮化硅薄膜形成下氮化硅層6 ；§ 6采用刻蝕漿料在背表面開孔，刻蝕掉開孔部位的氧化鋁/氮化硅層；所述開孔為圓形空或方形孔，圓形孔直徑為50-300um，，方形孔邊長為50-200um，調(diào)節(jié)開孔間距使得開孔面積占背表面總面積的_10%?？涛g漿料有可能微量殘留在開孔處，可采用HF酸或HF和HCl混酸漂洗，所述酸與前面沉積氧化鋁之前的清洗用的酸一致；通過將§6制備的硅片漂過含有HF酸或混酸的溶液，類似濕法刻蝕去邊ρη+結(jié)工藝，即開孔的背面與溶液接觸，正面不與溶液接觸，同時(shí)起到去除微量漿料殘留和去除漿料刻蝕開孔處損傷層的作用；去離子水清洗、吹干；[0026]§ 7絲網(wǎng)印刷背面銀漿、背面鋁漿和正面銀漿，或采用熱蒸發(fā)、濺射等制備背面金屬鋁電極。這里所需的鋁漿不同于工業(yè)常用鋁漿，因?yàn)楣I(yè)常用鋁漿會(huì)破壞掉背表面鈍化介質(zhì)層，所述鋁漿要滿足在高溫?zé)Y(jié)工藝中不完全穿透背表面下氮化硅層/下氧化鋁層；§ 8燒結(jié)使銀電極1與η+發(fā)射極4以及背電極7與P型基底5形成歐姆接觸，最終形成背面點(diǎn)接觸晶體硅太陽電池。

圖1本專利制備的點(diǎn)接觸晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)；1金屬銀電極；201前表面的上氧化鋁層；202背表面的下氧化鋁層；3上氮化硅；4η+ 發(fā)射極；5Ρ型硅基底；6下氮化硅；7金屬Al電極。圖2(1)_圖2(7)實(shí)施例中制備具有上表面雙層鈍化膜，下表面雙層鈍化膜的點(diǎn)接觸晶體硅太陽電池主要工藝流程。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖2和實(shí)施例1，對(duì)本專利作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 步驟§ 1，§ 2，§ 3，§ 5，§ 7和§ 8均為傳統(tǒng)晶體硅電池制備工藝，工藝參數(shù)有所不同?！?1圖2 (1)，采用一般的單晶硅清洗方法，即氫氧化鈉+異丙醇(NaOH+IPA)溶液去除P型的CZ硅表面損傷并制絨形成減反射結(jié)構(gòu)及化學(xué)清洗；P型的CZ硅片為工業(yè)用125 單晶硅片，電阻率0. 5-5 Ω cm，厚度180-220um ；§ 2圖2 O)，在P0C13氛圍中進(jìn)行擴(kuò)散形成η+發(fā)射極及去除周邊ρη結(jié)和磷硅玻璃形成ρη+結(jié)構(gòu)的ρη+結(jié)硅基底；§ 3圖2 (3)，在η+發(fā)射極表面采用傳統(tǒng)直接法PECVD淀積70nm折射率為2. 3的
非晶氮化硅薄膜；§ 4采用HF酸清洗§ 3得到的結(jié)構(gòu)表面1分鐘；所示氫氟酸為體積比HF H20 =1 50;圖2 )，然后采用原子層沉積(ALD)系統(tǒng)同時(shí)在前表面和ρ型硅基底背表面制備30nm的非晶氧化鋁層；沉積氧化鋁后在氮?dú)夥諊型嘶?5分鐘，退火溫度400°C ；§ 5圖2(5)，在背表面非晶氧化鋁層表面采用傳統(tǒng)PECVD淀積IOOnm折射率為2. 5 的非晶氮化硅薄膜；§ 6圖2 (6)，采用刻蝕漿料在背表面開圓形孔，刻蝕掉開孔部位的氧化鋁/氮化硅層；所述圓形孔直徑為200um，開孔間距1mm?！?7圖2(7)，絲網(wǎng)印刷背面鋁漿，背面銀漿和正面銀漿，燒結(jié)使銀電極與η+發(fā)射極以及背電極與P型基底形成歐姆接觸。[0047] §8I_V測(cè)試和分檢。
權(quán)利要求1. 一種背面點(diǎn)接觸晶體硅太陽電池，其特征在于該電池結(jié)構(gòu)為在P型硅基底(5) 的上表面向上依次為η+發(fā)射極G)、60-100nm折射率為1. 7-2. 8的上氮化硅層(3)和 IO-IOOnm的上氧化鋁層001)，金屬銀電極(1)穿過上氧化鋁層(201)和上氮化硅層(3)與 η+發(fā)射極(4)連接；在P型硅基底(5)的下表面向下依次為IO-IOOnm的下氧化鋁層(202)、 60-200nm的下氮化硅層(6)和金屬鋁層(7)，金屬鋁層(7)通過孔洞與P型硅基底(5)連接；所述孔洞為圓形孔或方形孔，圓形孔直徑為50-300um，方形孔邊長為50-200um，開孔面積占背表面總面積的_10%。
專利摘要本專利公開了一種背面點(diǎn)接觸晶體硅太陽電池，該電池采用氮化硅/氧化鋁雙層膜鈍化前表面，采用氧化鋁/氮化硅雙層膜鈍化背表面，背面采用點(diǎn)接觸導(dǎo)出電流。其制備方法包括氮化硅的制備和氧化鋁的制備，背面氧化鋁/氮化硅的開孔及損傷層的去除。本專利電池具有表面鈍化效果好，背表面增強(qiáng)對(duì)紅外光的內(nèi)反射，前表面雙層抗反射涂層減少表面反射，抗UV輻射性能好，光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/0216GK202259320SQ201120235560
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者何悅, 江作, 王建祿, 王濤, 竇亞楠, 褚君浩 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所