一種高效率晶體硅太陽電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高效率晶體硅太陽電池及其制備方法，所述高效率晶體硅太陽電池包括依次疊置的上電極、鈍化減反射SiN層、磷擴(kuò)散層、基體晶體硅片、鋁的擴(kuò)散層、調(diào)節(jié)層和下電極；所述調(diào)節(jié)層包括：介質(zhì)材料和/或?qū)щ娔つげ牧希换蛄孔于宀牧?。本發(fā)明還公開了一種高效率晶體硅太陽電池的制備方法。本發(fā)明高效率晶體硅太陽電池構(gòu)簡單，制備成本低廉，能夠利用傳統(tǒng)的太陽電池生產(chǎn)線簡單升級來完成電池制備。
【專利說明】
一種高效率晶體硅太陽電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及太陽電池技術(shù)，尤其涉及一種高效率晶體硅太陽電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上晶體硅太陽電池是在P型硅片上，通過磷擴(kuò)散制備pn結(jié)，然后在上表面沉積SiN，最后再印刷銀上電極，其背面印刷鋁下電極。在電極的燒結(jié)過程中，背面的鋁與硅形成硅鋁合金層，鋁向硅中擴(kuò)散并形成鋁背場，它具有場鈍化的作用。但是重的鋁擴(kuò)散層同時也造成了嚴(yán)重的俄歇復(fù)合，影響電池的效率。研究發(fā)現(xiàn):Al的摻雜濃度為117Cnf3時，載流子壽命為?I微秒;Al的摻雜濃度為1018cm—3時，載流子壽命為?0.3微秒;Al的摻雜濃度為119Cnf3時，載流子壽命為?0.01微秒;載流子壽命的降低主要是俄歇復(fù)合引起的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，針對上述現(xiàn)有晶體硅電池俄歇復(fù)合嚴(yán)重的問題，提出一種高效率晶體硅太陽電池，該電池構(gòu)簡單，制備成本低廉，能夠利用傳統(tǒng)的太陽電池生產(chǎn)線簡單升級來完成電池制備。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高效率晶體硅太陽電池，包括依次疊置的上電極、鈍化減反射SiN層、磷擴(kuò)散層、基體晶體硅片、鋁的擴(kuò)散層、調(diào)節(jié)層和下電極；
[0005]所述調(diào)節(jié)層包括:
[000?]介質(zhì)材料和/或?qū)щ娔つげ牧希?br>[0007]或量子阱材料。
[0008]與傳統(tǒng)硅電池相比，調(diào)節(jié)層的作用是調(diào)節(jié)鋁在硅片中鋁擴(kuò)散層的厚度以及鋁摻雜濃度的作用，同時具有一定的鈍化作用。
[0009]進(jìn)一步地，所述介質(zhì)材料包括Al203、SiN、Si02和S1N中的一種或多種。
[0010]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電膜膜材料包括AlZn0、Sn02、Mg0和ZrO中的一種或多種，具有導(dǎo)電性能的半導(dǎo)體薄膜。調(diào)節(jié)層采用導(dǎo)電膜膜材料能增強其導(dǎo)電性。
[0011]進(jìn)一步地，所述量子阱材料是由半導(dǎo)體和金屬形成的納米多層結(jié)構(gòu)材料。所述量子阱材料是由抑制鋁擴(kuò)散的介質(zhì)層(比如:Al203、SiN、Si02、Si0N等)和導(dǎo)電層(比如:Ζη0、Α1等)交替生長形成。這樣結(jié)構(gòu)的材料，既調(diào)節(jié)了 Al的擴(kuò)散深度和濃度，又保證了電導(dǎo)性。
[0012]進(jìn)一步地，所述量子講材料包括但不限于々1203/2110、3丨1'1/2110、納米多層材料Α?2θ3/Α1中的一種或多種。
[0013]進(jìn)一步地，所述上電極為銀電極。
[0014]進(jìn)一步地，所述下電極為鋁電極。
[0015]進(jìn)一步地，所述基體晶體娃片3為P型單晶娃、P型多晶娃、η型單晶娃或η型多晶娃，電阻率為1-20 Ω cm的P型硅片或電阻率為1-20 Ω cm的η型硅片。
[0016]本發(fā)明的另一個目的還公開了一種高效率晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
[0017]第一步:清洗基體晶體硅片3，并對其雙面制絨，在硅片表面形成陷光絨面結(jié)構(gòu)；
[0018]第二步:利用三氯氧磷擴(kuò)散的方法在基體晶體硅片3制備磷擴(kuò)散層6;
[0019]第三步:利用化學(xué)氣相沉積方法在磷擴(kuò)散層6背離基體晶體硅片3的一側(cè)沉積鈍化減反射SiN層2;
[0020]第四步:利用磁控濺射或化學(xué)氣相沉積方法或原子層沉積技術(shù)在晶體硅片3背離磷擴(kuò)散層6的一側(cè)沉積調(diào)節(jié)層4;
[0021]第五步:在鈍化減反射SiN層2背離磷擴(kuò)散層6的一側(cè)印刷制備上電極，在調(diào)節(jié)層4背離基體晶體硅片3的一側(cè)印刷制備下電極;烘烤燒結(jié)，在基體晶體硅片與調(diào)節(jié)層之間形成鋁擴(kuò)散層。
[0022]進(jìn)一步地，所述第五步中烘烤燒結(jié)包括:在犯氣氛下對硅片進(jìn)行烘干，之后在N2氣氛下對硅片進(jìn)行850-9000C高溫?zé)Y(jié)，優(yōu)選的燒結(jié)溫度為880°C，燒結(jié)后下電極中的鋁向基體晶體硅片3擴(kuò)散，形成鋁擴(kuò)散層7。
[0023 ]本發(fā)明高效率晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)簡單、合理、緊湊，其制備方法簡單易行，與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點:
[0024](I)、當(dāng)基體晶體硅片為P型硅片時，因為調(diào)節(jié)層的存在，它調(diào)節(jié)鋁擴(kuò)散層的摻雜深度和濃度，使得鋁背場在起到場鈍化作用的同時，降低其引起的俄歇復(fù)合，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0025](2)、當(dāng)基體晶體硅片為η型硅片時，其pn結(jié)空間電荷區(qū)在電池背面，是鋁擴(kuò)散形成的。該電池結(jié)構(gòu)同樣通過調(diào)節(jié)層調(diào)節(jié)鋁擴(kuò)散層的摻雜深度和濃度，阻止形成硅鋁合金層，降低其中的俄歇復(fù)合。
[0026](3)、本發(fā)明高效率晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)簡單，制備成本低廉，能夠利用傳統(tǒng)的太陽電池生產(chǎn)線簡單升級來完成電池制備，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0027 ]圖1為本發(fā)明高效率晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明:
[0029]實施例1
[0030]本實施例公開一種簡單有效控制俄歇復(fù)合的晶體硅太陽電池，該電池結(jié)構(gòu)簡單，制備成本低廉，能夠利用傳統(tǒng)的太陽電池生產(chǎn)線簡單升級來完成電池制備。
[0031 ]具體地高效率晶體硅太陽電池如圖1所示，包括依次疊置的上電極1、鈍化減反射SiN層2、磷擴(kuò)散層6、基體晶體硅片3、鋁的擴(kuò)散層7、調(diào)節(jié)層4和下電極5;
[0032]本實施例所采用的基體晶體硅片3為電阻率為1-20Qcm的P型硅片，所述上電極為銀電極，所述下電極為鋁電極。所述調(diào)節(jié)層4包括但不限于:(l)Al203、SiN、Si02、Si0N或它們組合的復(fù)合膜；(2)為了增強導(dǎo)電性，調(diào)節(jié)層4也可以為具有導(dǎo)電性能的薄膜，比如:Α1Ζη0等具有導(dǎo)電性能的薄膜；(3)量子阱材料，比如:Al203/Zn0、SiN/Zn0、Al203/Al等。
[0033]本實施例基體晶體硅片P型硅片，因為調(diào)節(jié)層4的存在，它調(diào)節(jié)鋁擴(kuò)散層7的摻雜深度和濃度，使得鋁背場在起到場鈍化作用的同時，降低其引起的俄歇復(fù)合，提高電池的轉(zhuǎn)換效率?；螂娮杪蕿?-20 Ω cm的η型硅片。
[0034]本實施例簡單有效的控制俄歇復(fù)合的晶體硅太陽電池的制備方法，包括以下步驟:
[0035]第一步，選取電阻率為1-20 Qcm的P型硅襯底，去除P型硅襯底硅片兩面的損傷層，并對硅片進(jìn)行雙面制絨，在硅片表面形成陷光絨面結(jié)構(gòu)。
[0036]第二步，單面磷擴(kuò)散形成前表面磷擴(kuò)散層6
[0037]將兩張硅片背靠背插入擴(kuò)散石英舟，以三氯氧磷為擴(kuò)散源對硅片擴(kuò)散，形成η型的磷擴(kuò)散層6。
[0038]第三步，上表面沉積SiN鈍化減反射薄膜2
[0039]第四步，在下表面沉積調(diào)節(jié)層4
[0040]利用化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積技術(shù)(ALD)沉積調(diào)節(jié)層4。第五步，制備上電極1、下電極5。在上表面印刷銀電極，在下表面印刷鋁電極，烘干并燒結(jié)。在燒結(jié)過程中下電極5的部分鋁向基體晶體硅片3擴(kuò)散，形成場鈍化，調(diào)節(jié)層4的存在可以調(diào)制鋁擴(kuò)散的程度，降低鋁擴(kuò)散后的鋁擴(kuò)散層7內(nèi)的俄歇復(fù)合。介質(zhì)膜調(diào)節(jié)場擴(kuò)散鈍化和俄歇復(fù)合的作用，從而使得電池達(dá)到最高效率。
[0041 ] 實施例2
[0042]本實施例公開一種簡單有效的控制俄歇復(fù)合的晶體硅太陽電池，該電池結(jié)構(gòu)簡單，制備成本低廉，能夠利用傳統(tǒng)的太陽電池生產(chǎn)線簡單升級來完成電池制備。
[0043]具體地高效率晶體硅太陽電池包括依次疊置的上電極1、鈍化減反射SiN層2、磷擴(kuò)散層6、基體晶體硅片3、鋁的擴(kuò)散層7、調(diào)節(jié)層4和下電極5;
[0044]本實施例所采用的基體晶體硅片3為電阻率為1-20Qcm的η型硅片，所述上電極為銀電極，所述下電極為鋁電極。調(diào)節(jié)層4包括但不限于:(l)Al203、SiN、Si02、Si0N或它們組合的復(fù)合膜；(2)為了增強導(dǎo)電性，調(diào)節(jié)層4也可以為具有導(dǎo)電性能的薄膜，比如:Α1Ζη0等具有導(dǎo)電性能的薄膜；(3)量子阱材料，比如:Al203/Zn0、SiN/Zn0、Al203/Al等。
[0045]本實施例基體晶體硅片η型硅電池，其pn結(jié)空間電荷區(qū)在電池背面，是鋁擴(kuò)散形成的。該電池結(jié)構(gòu)同樣通過調(diào)節(jié)層4調(diào)節(jié)鋁擴(kuò)散層7的摻雜深度和濃度，阻止形成硅鋁合金層，降低其中的俄歇復(fù)合。
[0046]本實施例簡單有效的控制俄歇復(fù)合的晶體硅太陽電池的制備方法，包括以下步驟:
[0047]第一步，選取電阻率為1-20 Qcm的n型硅襯底，去除n型硅襯底硅片兩面的損傷層，并對硅片進(jìn)行雙面制絨，在硅片表面形成陷光絨面結(jié)構(gòu)。
[0048]第二步，單面磷擴(kuò)散形成前表面淺的磷擴(kuò)散層6
[0049]將兩張硅片背靠背插入擴(kuò)散石英舟，以三氯氧磷為擴(kuò)散源對硅片，形成η型磷擴(kuò)散層6。可以采用其它技術(shù)防止在硅片背面的磷擴(kuò)散，或擴(kuò)散后采取清洗的方法去除背面的磷擴(kuò)散層。
[0050]第三步，上表面沉積SiN鈍化減反射薄膜2
[0051]第四步，在下表面沉積調(diào)節(jié)層4
[0052]利用化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積技術(shù)(ALD)沉積調(diào)節(jié)層4。第五步，制備上電極1、下電極5。在上表面印刷銀電極，在下表面印刷鋁電極，烘干并燒結(jié)。在燒結(jié)過程中下電極5中的部分鋁向基體晶體硅片3擴(kuò)散，形成鋁擴(kuò)散層7，從而形成pn結(jié)。調(diào)節(jié)層4的存在同樣是阻止硅鋁合金層的產(chǎn)生，抑制鋁擴(kuò)散的程度，降低鋁擴(kuò)散后的鋁擴(kuò)散層6內(nèi)的俄歇復(fù)合，從而提尚電池效率。
[0053]上述方法也可以用在與鋁擴(kuò)散有關(guān)的其它結(jié)構(gòu)的太陽電池，比如背結(jié)背接觸(IBC)電池等。
[0054]實施例3
[0055]本實施例公開了一種高效率晶體硅太陽電池的制備方法，包括以下步驟:
[0056]1.選取2Ω.cm的P型硅片，去除硅片表面損傷層并利用Κ0Η/ΙΡΑ進(jìn)行表面制絨；
[0057]2.利用三氯氧磷對硅片進(jìn)行單面磷擴(kuò)散形成前表面η型磷擴(kuò)散層，擴(kuò)散方式為背靠背擴(kuò)散，擴(kuò)后方阻為50 ± 10 Ω /口；
[0058]3.利用鏈?zhǔn)綕穹涛g方法對硅片進(jìn)行背面拋光以及PSG去除，從而將磷擴(kuò)散中背面輕微的磷擴(kuò)散層去除干凈，以免發(fā)生漏電；
[0059]4.清洗并且在正面沉積SiN鈍化減反層；
[0060]5.利用ALD方法在背面沉積Α1203/Ζη0量子阱材料，在這里它是具有導(dǎo)電性能的調(diào)節(jié)層，Al2O3厚度為l-4nm，它具有調(diào)控鋁擴(kuò)散以及鈍化的作用，同時電子可以隧穿它形成電流，ZnO的厚度為1-8nm。另一個樣品的制備方法還可以選擇AI2O3/AI，六1203厚度為1-4]1111，八1的厚度為l-8nm。
[0061]6.利用絲網(wǎng)印刷設(shè)備在硅片上面印刷銀漿料，形成柵線上電極，背面AlZnO薄膜調(diào)節(jié)層上印刷鋁漿料形成下電極，在犯氣氛下對硅片進(jìn)行烘干，之后在犯氣氛下對硅片進(jìn)行880°C高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)后鋁部分向基體晶體硅片擴(kuò)散，形成厚度300±20nm的鋁擴(kuò)散層。特別注意燒結(jié)的溫度和時間，使其有效抑制鋁擴(kuò)散層的俄歇復(fù)合。檢測其串聯(lián)電阻為0.0043 Ω，符合導(dǎo)電性要求。
[0062]實施例4
[0063]本實施例公開了一種高效率晶體硅太陽電池的制備方法，其步驟與實施例3基本相同，不同的是本實施例采用η型硅片制備，它的空間電荷區(qū)在基體硅片與鋁擴(kuò)散層之間。
[0064]最后應(yīng)說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種高效率晶體硅太陽電池，其特征在于，包括依次疊置的上電極、鈍化減反射SiN層、磷擴(kuò)散層、基體晶體硅片、鋁的擴(kuò)散層、調(diào)節(jié)層和下電極； 所述調(diào)節(jié)層包括: 介質(zhì)材料和/或?qū)щ娔つげ牧希? 或量子阱材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效率晶體硅太陽電池，其特征在于，所述介質(zhì)材料包括A1203、SiN、Si02和S1N中的一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效率晶體硅太陽電池，其特征在于，所述導(dǎo)電膜膜材料包括AlZn0、Sn02、Mg0和ZrO中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效率晶體硅太陽電池，其特征在于，所述量子阱材料是由抑制鋁擴(kuò)散的介質(zhì)層和導(dǎo)電層交替生長形成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效率晶體硅太陽電池，其特征在于，所述量子阱材料為Al2O3/Zn0、SiN/Zn0、納米多層材料A1203/A1中的一種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述高效率晶體硅太陽電池，其特征在于，所述上電極為銀電極。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述高效率晶體硅太陽電池，其特征在于，所述下電極為鋁電極。8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述高效率晶體硅太陽電池，其特征在于，所述基體晶體娃片為P型單晶娃、P型多晶娃、η型單晶娃或η型多晶娃。9.一種權(quán)利要求1-8任意一項所述高效率晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:清洗基體晶體硅片，并對其雙面制絨； 第二步:利用三氯氧磷擴(kuò)散的方法在基體晶體硅片制備磷擴(kuò)散層； 第三步:利用化學(xué)氣相沉積方法在磷擴(kuò)散層背離基體晶體硅片的一側(cè)沉積鈍化減反射SiN 層； 第四步:利用磁控濺射或化學(xué)氣相沉積方法或原子層沉積技術(shù)在晶體硅片背離磷擴(kuò)散層的一側(cè)沉積調(diào)節(jié)層； 第五步:在鈍化減反射SiN層背離磷擴(kuò)散層的一側(cè)印刷制備上電極，在調(diào)節(jié)層背離基體晶體硅片的一側(cè)印刷制備下電極;烘烤燒結(jié)，在基體晶體硅片與調(diào)節(jié)層之間形成鋁擴(kuò)散層。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述高效率晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述第五步中烘烤燒結(jié)包括:在犯氣氛下對硅片進(jìn)行烘干，之后在犯氣氛下對硅片進(jìn)行850-900 °C高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)后下電極中的鋁向基體晶體硅片擴(kuò)散，形成鋁擴(kuò)散層。
【文檔編號】H01L31/18GK106098811SQ201610445415
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】劉愛民, 譚鑫, 魏, 魏一
【申請人】劉愛民, 譚鑫, 魏, 魏一