一種雙面n型晶體硅電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種雙面N型單晶硅電池結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前晶體硅電池是太陽能電池市場的主流產(chǎn)品，晶硅太陽能電池從材料基體類型上又可以分為P型晶娃電池和N型晶娃電池。相對于P型單晶娃電池，N型單晶娃電池具有光致衰減小、耐金屬雜質(zhì)污染性能好、少數(shù)載流子擴散長度長等特點。這是因為(I)P型電池光致衰減效應產(chǎn)生的原因在于P型晶硅襯底中的硼與氧的結(jié)合，因此欲從根本上解決光致衰減效應，就必須避免同時在硅襯底中出現(xiàn)硼和氧，改用N型晶硅代替P型硅作為基底是解決上述問題的有效途徑；(2)鐵等常見金屬雜質(zhì)對電子的俘獲截面比對空穴的俘獲截面大，所以在低注人情況下，N型硅比P型硅耐金屬雜質(zhì)污染性好，具有更長的少子壽命；(3)在太陽能級硅材料中，不同體電阻率的N型太陽能級硅少子壽命都在幾百微秒到一毫秒之間，遠遠高于P型硅的水平，所以在一般的太陽光照情況下，N型電池對光照產(chǎn)生的少數(shù)載流子收集率高，有利于提高電池的光伏轉(zhuǎn)換性能。目前商業(yè)化的高效電池都是在N型單晶的基底上完成的，典型的是美國的Sunpower的背接觸電池(IBC)和日本三洋的異質(zhì)結(jié)電池(HIT)，光電轉(zhuǎn)換效率分別達到24%和22%的水平，但制程中涉及到繁雜的制備步驟和特殊的設備，每瓦成本居高不下，降價潛力有限。
[0003]太陽能電池表面接收的太陽光除了直接由太陽輻射來的分量之外，還包括由空氣、塵埃、天空懸浮物等散射引起的相當可觀的間接輻射或散射輻射分量，這個分量可達直射的輻射總量的10?30%，在陽光不足的天氣，這個比例還要增加。如果光線能從電池背面進入電池體內(nèi)被吸收轉(zhuǎn)化為電能，則太陽能的利用率即光電轉(zhuǎn)化率將顯著提高。所以雙面受光的電池可以充分提高太陽電池的輸出功率和硅材料的利用率，雙面N型晶體硅電池結(jié)合了雙面電池及N型硅材料的優(yōu)點，已經(jīng)成為目前研究的熱點。尋求能夠較好地兼容目前晶硅電池生產(chǎn)線設備，制備成本較低且效率較高的雙面N型電池結(jié)構(gòu)跟制備工藝流程對于降低太陽能電池每瓦成本和雙面電池的推廣應用至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種雙面N型晶體硅電池的結(jié)構(gòu)及其制備方法，制備工藝較為簡單，能夠與當前晶體硅電池制造生產(chǎn)線設備兼容，可降低成本，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種雙面N型晶體硅電池結(jié)構(gòu)，包括前表面AgAl電極、前表面減反射膜、前表面鈍化層、硼擴散發(fā)射極P+層、N型基底、磷擴散η+背表面場層、背面鈍化層、背面減反射膜、背面Ag電極，其特征在于:電池正面與背面均為絨面結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)雙面受光發(fā)電，所述正面和背面鈍化膜是經(jīng)過熱氧化同時制備而成，厚度為2?10nm。
[0006]上述雙面N型晶體硅電池的制備方法，包括如下步驟: (1)將原始N型硅片進行清洗，去除表面的損傷層，制絨；
(2)將步驟(I)處理后的硅片的面貼面地放置進行單面硼擴散，這里稱硼擴散面為正面，采用BBr3液態(tài)源擴散，擴散溫度為900?970°C，時間為30?60min，擴散方阻為50?80 Ω / □;
(3)在硼擴散推進結(jié)束后的降溫過程中通入一定流量的氧氣對硼硅玻璃及其與硅的界面進行氧化，氧氣的流量為3 — 16 slm，氧化時間為3 — 40 min，直到降溫至760 °C?840 0C ；
(4)在氧化后的硼硅玻璃層上用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)的方法沉積一層氮化硅薄膜，厚度為25 - 50nm ;
(5)把上述硅片置于單面化學蝕刻裝置中，該化學刻蝕設備傳送硅片的系統(tǒng)為為輥式運送系統(tǒng)，可以水平傳送移動硅片，使硅片背面接觸刻蝕溶液，去除硅片背面及側(cè)邊的擴散繞射層，刻蝕所用的化學溶液為硝酸、氫氟酸、硫酸和水的混合溶液。
[0007](6)利用槽式制絨設備將硼擴散一 PECVD鍍膜的硅片背面進行堿式制絨刻蝕，硼擴散面的硼硅玻璃層及其上面的氮化硅層充當堿式刻蝕的保護掩膜，進一步去除硼擴散過程中在硅片背面形成的繞射擴散層，同時形成良好的正面隨機金字塔絨面，降低背面對光的反射率；這一步制備的電池背面也是絨面，對光的反射小，光從背面入射時轉(zhuǎn)化效率也高，正面背面效率都有所兼顧；
(7)將步驟(6)處理過的硅片正面面貼面放置，對硅片的背面進行單面磷擴散，擴散方阻為40?80 Ω / 口，硼擴散面上的硼硅玻璃和氮化硅層作為磷擴散的掩膜，防止磷擴散對硼擴散面的摻雜；
(8)利用等離子體刻蝕或激光刻蝕去除磷擴散形成的周邊結(jié)，此處硼擴散面上的硼硅玻璃和氮化硅層可作為等離子體刻蝕過程中對硼擴散面保護層；
(9)利用HF溶液去除硅片正面的硼硅玻璃層和氮化硅層，去除背面磷擴散形成的磷硅玻璃層(PSG)，HF溶液質(zhì)量分數(shù)為8% — 20%，時間為5?20 min，反應溫度為20°C ；
(10)將完成去除掩膜后的硅片放入氧化爐中在高純氧氣氣氛中進行氧化鈍化處理，氧化溫度為650°C — 790°C，氧化時間為5min — 60min ；
(11)在硅片的正面和背面沉積氮化硅減反膜，厚度為65-80nm;
(12)在硅片的正面印刷AgAl漿電極，背面印刷Ag漿電極，烘干燒結(jié)，即可得到雙面N型晶體硅太陽能電池。
[0008]本發(fā)明的有益效果是電池結(jié)構(gòu)為正面背面均為絨面結(jié)構(gòu)，可以雙面受光發(fā)電；在制備工藝中對硼擴散推進完畢后的在硼發(fā)射極表面形成的硼硅玻璃層進行氧化處理，可降低硅與硼硅玻璃層界面處的B原子的濃度，從而降低界面態(tài)的密度，降低了界面復合速率，同時使得硼硅玻璃在后續(xù)的化學處理中容易被去除；采用經(jīng)過氧化處理的硼硅玻璃層和氮化硅層疊層薄膜充當硼發(fā)射極的保護層，在后續(xù)堿腐蝕、磷擴散、等離子刻蝕過程中對硼發(fā)射極進行保護，防止化學溶液對硼擴散面的刻蝕及磷擴散的交叉污染，減少了制程中多次刻蝕和掩膜沉積的過程，簡化了工藝流程；利用低溫干法氧化在硼發(fā)射極和背面磷背場層上形成一層氧化硅層，降低表面懸鍵密度，可實現(xiàn)硼發(fā)射極和磷背場的鈍化功能，可以提高電池的開路電壓、短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率；另外因為氧化鈍化溫度在650°C — 790°C，溫度較低，對硼擴散及磷擴散的濃度曲線分布影響不大，易于控制；避免了硅片經(jīng)歷傳統(tǒng)干法氧化的高溫過程(850°C?1100°C)，可以保持少子壽命不因高溫過程而衰減。因此采用本發(fā)明的雙面N型電池結(jié)構(gòu)和工藝可以大大簡化工藝流程，所使用的設備均是傳統(tǒng)晶硅電池產(chǎn)線常備設備，兼容性強，提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)工藝成本，具有積極的現(xiàn)實意義。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的電池結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，附圖1標記為:1是正面AgAl電極；2是正面減反射膜(SiNx) ;3是正面及背面氧化鈍化層；4是硼擴散發(fā)射極層(p+層);5是N型基體材料；6是磷擴散背場層(η+層);7是背面減反射膜(SiNx) ;8是背面Ag金屬電極。
【具體實施方式】
[0010]實施例1
一種雙面N型晶體硅太陽能電池的制備方法，包括如下步驟:
(1)米用N型單晶娃為襯底，將娃片進行清洗、制絨，N型單晶娃襯底的電阻率為1~12Ω.cm，厚度為 170~200 mm ;
(2)將上述硅片面貼面地放置進行單面硼擴散，硅片硼擴散面為正面，方塊電阻為60Ω / □，采用BBr3液態(tài)源擴散，擴散溫度為970°C，時間為50min ;
(3)在硼擴散推進結(jié)束后的降溫過程中通入一定流量的氧氣對硼硅玻璃及其與硅的界面進行氧化，直到降溫至790°C，氧氣的流量為3 — 16 slm，，優(yōu)選5 slm，氧化時間為3 —40 min，優(yōu)選 20 min ；
(4)在氧化后的硼硅玻璃層上用PECVD方法沉積一層氮化硅薄膜，厚度為25- 50 nm,優(yōu)選35 nm ；
(5)把上述硅片置于單面化學蝕刻裝置中，該化學刻蝕設備傳送硅片的系統(tǒng)為為輥式運送系統(tǒng)，可以水平傳送移動硅片，使硅片背面接觸刻蝕溶液，去除硅片背面及側(cè)邊的擴散繞射層，刻蝕所用的化學溶液為硝酸、氫氟酸、硫酸和水的混合溶液；
(6)利用槽式制絨設備將硼擴散一PECVD鍍膜的硅片背面進行堿式制絨刻蝕，刻蝕液采用雙氧水、氫氧化鈉、制絨緩釋劑混合溶液，其中氫氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為I % — 3 %，溶液溫度為 65 - 85 0C ;
(7)把(6)中的硅片背對背放置于擴散爐中進行磷擴散，擴散溫度為790- 840°C，沉積與推進時間總共為30 — 40 min，擴散方阻為50 — 80 Ω / □；
(8)利用等離子體刻蝕或激光劃刻的方法去除磷擴散形成的周邊結(jié)；
(9)利用HF溶液去除硅片正面的硼硅玻璃層和氮化硅層，去除背面磷擴散形成的磷硅玻璃層(PSG)，HF溶液質(zhì)量分數(shù)為8% — 20%，優(yōu)選15%，時間為5?20 min，反應溫度為20 0C ；
(10)將完成去除掩膜后的硅片放入氧化爐中在高純氧氣氣氛中進行氧化鈍化處理，氧化溫度為650°C — 790°C，優(yōu)選730°C，氧化時間為5min — 60min ；
(11)利用PECVD系統(tǒng)在硅片正面和背面沉積SiNjA反射層，厚度為65- 75 nm ；
(12)利用絲網(wǎng)印刷設備在硅片正面印刷AgAl漿，背面印刷Ag漿，燒結(jié)，制備出雙面N型晶體硅電池。
[0011]如圖1所示，制備得到的電池包括前表面AgAl電極、前表面減反射膜、硼發(fā)射極鈍化層、硼發(fā)射極P+層、N型硅片、磷擴散η+背表面場層、背面鈍化層、背面減反射膜、背面Ag電極，電池正面與背面均為制絨表面，所述硼發(fā)射極鈍化層和背面鈍化層是經(jīng)過熱氧化生長S12層問時制備而成。
[0012]實施例2
一種雙面N型晶體硅太陽能