专利名称：一种基于n型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体太阳电池技术领域，特别是一种基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池。
背景技术：
二十一世纪，能源危机和环境污染已经成为了急需解决的全球问题。开发绿色能源成为解决这一危机的主要方法之一。太阳能电池具有安全、环保等优点，因此光伏产业技术成为各国争相发展的目标。目前，传统晶体硅太阳电池在生产中采用了高温工艺，如扩散、烧结温度都在800°C以上等，易导致晶娃片的变形和热损伤，且耗能多，成本闻。 传统的异质结太阳电池的栅线是直接印刷在太阳电池的受光面上的，减少太阳电池受光面栅线的遮光面积是提高太阳电池转化效率的重要方向。通过传统采用丝网印刷的方法，减少遮光面积，提高栅线的高宽比的问题并不能得到很好的解决。采用低温薄膜制备技术生产异质结太阳电池是一个新的研究方向，它降低了能耗，并且生产工艺简单，易于商业化而且有利于降低制造成本。然而，氢化非晶硅(OL-Si'H )薄膜缺陷较多，导致了其转换效率低，并且随着光照的时间其转换效率会不断下降，这使得非晶硅薄膜太阳能电池的应用受到限制。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的缺陷，提供了一种基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池。本发明太阳电池不会出现常规P型晶硅和常规非晶硅薄膜的晶硅构成的异质结太阳电池的大幅光衰现象，光谱响应更好，光电转换效率提高，生产成本降低。本发明解决技术问题所米取的技术方案是一种基于N型娃片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池，包括N型单晶硅基体F-C -S、电池正电极、电池负电极、透明导电薄膜TCO以及在所述N型单晶硅基体F-c-S正面和背面制备形成的若干膜层；其特征在于所述的在N型单晶硅基体I-C S背面制备形成的膜层包括N+重掺层，形成N+/N高低结；所述N型单晶硅基体正面和背面的最外层均制备形成一层透明导电薄膜TC0;所述在N型单晶硅基体e-S正面设有凹槽，所述的电池正电极设置于凹槽内；所述的电池负电极设置于所述N型单晶硅基体F-c - Si背面。作为一种优选，所述的在N型单晶硅基体况-t - St正面制备形成的膜层依次为本征氢化纳米娃i — nc — Si: H薄膜和P型重掺杂氢化纳米娃P+ — nc - Si: H薄膜，并在所述P型重掺杂氢化纳米硅P+ 沒H薄膜上制备形成一层透明导电薄膜TC0，由表及里形成TCO// i-nc-Ei'H /況-没的异质结构；所述的在N型单晶硅基体N-c-Si背面制备形成的膜层依次为N+重掺层、本征氢化纳米硅薄膜和N型重掺杂氢化纳米硅N*-nc-Si: H薄膜，并在所述N型重掺杂氢化纳米硅JT薄膜上制备形成一层透明导电薄膜TCO，由内而外形成JV - c -沒/N+重掺层I i-m-H/ N*-nc-Si: H / TCO 异质结构。作为一种优选，所述的电池正电极(3)和电池负电极(9)分别制作在位于N型单晶硅基体F-C-及正面和背面最外层的透明导电薄膜TCO上；所述的电池正电极采用真空镀或电化学镀或喷雾印刷制作于所述N型单晶硅基体F-C正面所述的凹槽内的两侧，所述电池负电极采用印刷方式制作于所述N型单晶硅基体e-沒背面；所述电池正电极为Ag或Al或Ag/Al,宽度为10-20um ；电池负电极为Ag或Al或Ag-Al,宽度为20_100um。作为进一步的优选，所述的N型单晶硅基体iV-c 厚度为150-200um，掺杂浓度为I X IO15-I X IO1Vcm3,电导率为O. 3-15 Ω · cm ;所述的N+重掺层厚度为O. 2-0. 5um,掺杂浓度为IX IO18 -5X IO2Vcm3 ;所述的P型重掺杂氢化纳米硅P+ - C - S : H薄膜厚度为2-10nm，掺杂浓度为I X IO18-I X 102°/cm3 ;所述的N型重掺杂氢化纳米硅AT -及/f薄 膜厚度为5-15nm，掺杂浓度为IX 1018-5X 102°/cm3 ;透明导电薄膜TCO为氧化物透明导电材料体系，厚度为60-100nm ;凹槽宽度为10_30um，深度为30_60um。作为进一步的优选，所述的N型单晶硅基体没正面刻槽方法可以激光刻槽、机械刻槽或等离子体刻槽；所述的透明导电薄膜TCO的制作方法包括APCVD、磁控溅射、离子束溅射、热蒸发或离子束蒸发；在所述的N型单晶硅基体F-C-S背面制备形成N+重掺层的制备方法包括炉管扩散或离子注入；除制备形成N+重掺层以外，在所述的N型单晶硅基体F-c -51正面和背面制备形成膜层的制备方法包括射频溅射、PECVD或HWCVD。本发明一种基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池，结构特征为在N型单晶硅基体况沒正面开槽，并在正面依次沉积本征氢化纳米硅ι-抓-沒//薄膜、P型重掺杂氢化纳米硅P+ - C-沒:H薄膜和透明导电薄膜TC0，形成TCO/ P今-nc-Si' H/ / N-c-Si的异质结构。在N型单晶硅基体况,SS背面依次扩散磷源形成N+重掺层，沉积本征氢化纳米硅卜配Zi薄膜、N型重掺杂氢化纳米硅N+-nc~Si: H薄膜和透明导电薄膜TC0,形成iV-c-沒/N+重掺层/
/ N+-nc-Si: H / TCO异质结构。具体作用为透明导电薄膜TCO具有较高的透光性和导电性，主要作用是收集电流，将透过电池体内的太阳光反射回去，增加太阳光吸收作用。P/N型氢化纳米硅沉积在本征氢化纳米硅j- -沒瓦薄膜上与N型硅片基体形成核心结构的HIT异质结。本发明中，N型单晶硅基体F-￠-51与P型重掺杂氢化纳米硅P+ - e-沒:H薄膜之间以及N型单晶硅基体F-c -及(已经扩散磷源形成N+重掺层)与N型重掺杂氢化纳米娃Ar+-.%7-没片薄膜之间沉积一层本征氢化纳米娃薄膜作为降低界面态密度的缓冲层，增加钝化效果，厚度为l_5nm。用氢化纳米硅《C-没//薄膜代替传统的非晶硅σ-沒片薄膜，降低了光致衰减。
本发明中，在N型单晶硅基体F-e-及背面扩散一层磷源形成N+重掺层，形成N+/N高低结，目的在于形成较高的内建电场，提升开压。将电池正电极设置于N型单晶硅基体N-C-Si正面所设的凹槽内，避免了常规太阳电池栅线遮光面积较大的问题。本发明异质结太阳电池的技术优势在于⑴不会出现常规P型晶硅和常规非晶硅薄膜的晶硅构成的异质结太阳电池的大幅光衰现象，光谱响应更好，且较常规电池厚度大大减薄；(2)利用开槽技术，真空镀或电化学镀或喷雾印刷的方法使金属接触在凹槽的两侧，栅线遮光面积由常规丝印方式的6%降低至1%，提高太阳电池的转化效率； 可采用低温生产工艺从而降低生产成本。
图I是本发明的基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池的结构示意图。其中1-凹槽，2-凹槽平台，3-电池正电极，4-透明导电薄膜TC0，5-P型重掺杂氢化纳米硅P+薄膜，6-本征氢化纳米硅i — m-H薄膜，7-N型单晶硅基体N-c -Si ,8- N+重掺层，9-电池负电极，IO-N型重掺杂氢化纳米硅JT- c-及//薄膜。
具体实施例方式下面结合附图和实例来说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。实施例I :
如图I所示，一种基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池，包括N型单硅片基体F-c - ￡1 7、电池正电极3、凹槽I、本征氢化纳米硅卜從-i并薄膜6、P型重掺杂氢
化纳米硅P+ -nc-Si'H薄膜5、N型重掺杂氢化纳米硅IT-nc-Si:H薄膜10、扩散磷源形成的N+重掺层8、透明导电薄膜TCO 4、电池负电极9。所述N型单晶硅基体F-C-沒7正面(主要受光面)上设置凹槽I，并在正面依次沉积一层本征氢化纳米硅薄膜6，P型重掺杂氢化纳米硅P+ - nc -没薄膜5，在P型重掺杂氢化纳米硅P+ -nc-Si.'H薄膜5上制备一层透明导电薄膜TCO 4;所述N型单晶硅基体-SS 7背面扩散磷源形成N+重掺层8，然后再依次沉积一层本征氢化纳米硅I -肥-沒H薄膜6和N型重掺杂氢化纳米硅iT-nc-Si : H薄膜10，并在N型重掺杂氢化纳米硅矿-nc - SiH薄膜10上制备一层透明导电薄膜TCO 4，并在背面透明导电薄膜TCO 4上印刷电池负电极9;所述N型单晶硅基体F-e-沒7正面上凹槽I内两侧化学镀电池正电极3。上述N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池的制备方法如下
所用N型单晶硅片基体N-c-Si 7厚度在200um，电阻率为3 Q - cm,进行超声波预清洗。在N型单晶体硅基体F-c-S 7的一面用工艺参数为non印osition光，扫描速率为50mm/s,功率为40%进行激光刻槽，得到宽度为30um，深度为30um的凹槽。用浓度为5%的HF水溶液去除N型单晶体硅基体iV-c-55 7表面的SiO2层。在制绒液(其中含有2%的NaOH以及少量异丙醇和制绒添加剂)中，于80°C制备金字塔形状绒面。然后先后用浓度为25%HC1水溶液和浓度为15%HF水溶液清洗工艺将N型单晶体硅基体c -沒7清洗干净并甩干，硅片表面洁净度要求很高。采用离子注入的方式在N型单晶体硅基体F-C7的背面(未刻凹槽的一面)扩散磷源形成N+重掺层8，结深为O. 3um,浓磷掺杂最高浓度为lX102°/cm3。再将离子注入后的硅片用化学腐蚀的方式进行边缘隔离。然后将隔离后的N型单晶体硅基体沒7采用酸清洗工艺清洗干净并甩干。在炉管900°C退火1.5h。再用HWCVD技术分别在N型单晶硅基体iV-c 7正面(刻有凹槽的一面)沉积本征氢化纳米硅 薄膜6，厚度约I. 5nm ；P型重掺杂氢化纳米硅P* - nc-Si: H薄膜5，厚度约5nm，掺杂浓度为5X 102°/cm3 ;在N型单晶硅基体Af-c - S 7背面分别沉积本征氢化纳米硅！-nc-Sr.H薄膜6，厚度约I. 5nm ；N型重掺杂氢化纳米硅AT薄膜10，厚度约10nm，掺杂浓度为5X102°/cm3 ;以及用APCVD技术双面沉积透明导电薄膜TCO 4，厚度约85nm。最后，在正面凹槽I内的两侧采用电化学镀方法(使用电镀中的点镀方式)镀上电池正电极Ag并清洗干净甩干，在背面用丝网印刷电池负电极Ag-Al衆，并在250°C温度中进行低温烧结。本实施案例制备的基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池的电性 能输出参数 温度25°C，模拟光源AMl. 5，1000ff/cm2的标准光强照射下，短路电流密度41. 5mA/cm2，开路电压703. 5mV，填充因子78. 9%，光电转换效率21. 4%。实施例2
如图I所示，一种基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池，包括N型单硅片基体JV-e -沒7、电池正电极3、凹槽I、本征氢化纳米硅i - a:-沒Zi薄膜6、P型重掺杂氢化纳米硅P+ - nc - SiH薄膜5、N型重掺杂氢化纳米硅AT-nc-Si: H薄膜10、扩散磷源形成的N+重掺层8、透明导电薄膜TCO 4、电池负电极9。所述N型单晶硅基体F-e-51 7正面(主要受光面)上设置凹槽1，并在正面依次沉积一层本征氢化纳米硅？- -沒并薄膜6，P型重掺杂氢化纳米硅P+ -nc-Si : H薄膜5，在P型重掺杂氢化纳米硅P今-nc-Si'H薄膜5上制备一层透明导电薄膜TCO 4;所述N型单晶硅基体-Si 7背面扩散磷源形成N+重掺层8,然后再依次沉积一层本征氢化纳米娃i - K-SI: H薄膜6和N型重掺杂氢化纳米硅F+ -nc-Si : H薄膜10，在N型重掺杂氢化纳米硅JT-nc-Si: H薄膜10上制备一层透明导电薄膜TCO 4，并在背面透明导电薄膜TCO 4上印刷电池负电极9;所述N型单晶硅基体沒7正面上凹槽I内两侧化学镀电池正电极3。上述N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池的制备方法如下
所用N型单晶硅片基体7厚度在180um，电阻率为5 Ω · cm，进行超声波预清洗。在N型单晶体硅基体况-c-没7的一面通过机械快速旋转切磨开槽，槽宽度20um，深度30um。在制绒液(其中含有I. 5%的NaOH以及少量异丙醇和制绒添加剂)中，于80°C制备金字塔形状绒面。然后先后用浓度为25%HC1水溶液和浓度为15%HF水溶液清洗工艺将N型单晶体硅基体F-沒7清洗干净并甩干，硅片表面洁净度要求很高。在N型单晶体硅基体N-c -Si 7的背面(未刻凹槽的一面)扩散磷源形成N+重掺层8，扩散温度820°C，结深为O. 3um，浓磷掺杂最高浓度为5X IO19-IX 102°/cm3。再将扩散后的硅片进行边缘刻蚀，去磷硅玻璃(PSG)。然后将刻蚀后的N型单晶体硅基体F-i-S 7采用酸清洗工艺清洗干净并甩干。再用HWCVD技术在N型单晶硅基体7正面(刻有凹槽的一面)分别沉积本征氢化纳米硅！-nc-Si'H薄膜6，厚度约2nm ；P型重掺杂氢化纳米硅P*-m-Si' H薄膜5，厚度约5nm，掺杂浓度为5X 102°/cm3 ;在N型单晶硅基体F-c -S 7背面分别沉积本征氢化纳米硅！ — nc — Si'.H薄膜6，厚度约2nm ；N型重掺杂氢化纳米硅F+ -m — Si'. H薄膜10，厚度约10nm，掺杂浓度为5X102°/cm3 ;以及用APCVD技术双面沉积透明导电薄膜TCO 4，厚度约80nm。最后，在正面凹槽I内的两侧采用电化学镀方法(使用电镀中的点镀方式)镀上电池正电极Ag并清洗干净甩干，背面用丝网印刷电池负电极Ag-Al衆，并在180°C温度中进行低温烧结。本实施案例制备的基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池的电性能输出参数 温度25°C，模拟光源AMl. 5，1000ff/cm2的标准光强照射下，短路电流密度38. 9mA/cm2,开路电压725mV，填充因子79. 1%，光电转换效率22. 3%。实施例3
电池正电极3的制作是采用真空蒸镀的方法将Ag镀在N型单晶硅基体F-e-S 7正面凹槽I内的两侧。其余与实施例I相同。
权利要求
1.一种基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池，包括N型单晶硅基体N-C-Si (7)、电池正电极(3)、电池负电极(9)、透明导电薄膜TCO (4)以及在所述N型单晶硅基体iV-c-S (7)正面和背面制备形成的若干膜层；其特征在于所述的在N型单晶硅基体- SI (7)背面制备形成的膜层包括N+重掺层(8)，形成N+/N高低结；所述N型单晶硅基体F-e-及(7)正面和背面的最外层均制备形成一层透明导电薄膜TCO (4);所述在N型单晶硅基体F--及(7 )正面设有凹槽(I )，所述的电池正电极(3 )设置于凹槽(I)内；所述的电池负电极(9)设置于所述N型单晶硅基体iV-c-(7)背面。
2.根据权利要求I所述的基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池，其特征在于所述的在N型单晶硅基体F-c-S (7)正面制备形成的膜层依次为本征氢化纳米硅I — nc - Si: H薄膜(6 )和P型重掺杂氢化纳米娃P+ -nc - Si : H薄膜(5 ),并在所述P型重掺杂氢化纳米硅P+ -nc-Si; H薄膜(5)上制备形成一层透明导电薄膜TCO (4)，由表及里形成TCO/P+- c-S:丑/ i-nc-Si:H / JV-c-S的异质结构；所述的在N型单晶硅基体N-c-Si (7)背面制备形成的膜层依次为N+重掺层(8)、本征氢化纳米硅卜肥-沒if薄膜(6)和N型重掺杂氢化纳米硅JT 沒Zf薄膜(10)，并在所述N型重掺杂氢化纳米硅2T- C-没/￡薄膜(10)上制备形成一层透明导电薄膜TCO (4)，由内而外形成N-c-Si /N+重掺层 / i —BC-S:丑 / IT -nc-Si'. H / TCO 异质结构。
3.根据权利要求I所述的基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池，其特征在于所述的电池正电极(3)和电池负电极(9)分别制作在位于N型单晶硅基体F-e -55(7)正面和背面最外层的透明导电薄膜TCO (4)上；所述的电池正电极(3)采用真空镀或电化学镀或喷雾印刷的方法制作于所述N型单晶硅基体F-c(7)正面所述的凹槽(I)内的两侧，所述电池负电极(9)采用印刷方式制作于所述N型单晶硅基体-S (7)背面；所述电池正电极(3)为Ag或Al或Ag/Al,宽度为10-20um ;电池负电极(9)为Ag或Al或 Ag/Al，宽度为 20-100um。
4.根据权利要求I至3之任意一项所述的基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池，其特征在于所述的N型单晶硅基体iV-C-沒(7)厚度为150-200um，掺杂浓度为I X IO15-I X IO1Vcm3,电导率为0. 3-15 Q *cm ;所述的N+重掺层(8)厚度为0. 2-0. 5um，掺杂浓度为I X IO18 -5X IO2Vcm3 ;所述的P型重掺杂氢化纳米硅P+ -配-S ; H薄膜(5)厚度为2-10nm，掺杂浓度为IX IO18-IX 102°/cm3 ;所述的N型重掺杂氢化纳米硅AT+ - 没:H薄膜(10)厚度为5-15nm,掺杂浓度为I X 1018-5 X IO2Vcm3 ;透明导电薄膜TCO (4)为氧化物透明导电材料体系，厚度为60-100nm ;凹槽(I)宽度为10_30um，深度为30_60um。
5.根据权利要求I至3之任意一项所述的基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池，其特征在于所述的N型单晶硅基体F-c-51 (7)正面刻槽方法可以激光刻槽、机械刻槽或等离子体刻槽；所述的透明导电薄膜TCO (4)的制作方法包括APCVD、磁控溅射、离子束溅射、热蒸发或离子束蒸发；在所述的N型单晶硅基体(7)背面制备形成N+重掺层(8)的制备方法包括炉管扩散或离子注入；除制备形成N+重掺层(8)以外，在 所述的N型单晶硅基体-55 (7)正面和背面制备形成膜层的制备方法包括射频溅射、PECVD 或 HWCVD。
全文摘要
本发明涉及一种基于N型硅片倾斜金属接触结构的异质结太阳电池。其包括N型单晶硅基体、正电极、负电极、透明导电薄膜以及在N型单晶硅基体正面和背面制备形成的若干膜层；在N型单晶硅基体背面制备形成的膜层包括N+重掺层，形成N+/N高低结；N型单晶硅基体正面和背面的最外层均制备形成一层透明导电薄膜；在N型单晶硅基体正面设有凹槽，电池正电极设置于凹槽内；电池负电极设置于N型单晶硅基体背面。本发明不会出现常规P型晶硅和非晶硅薄膜的晶硅构成的异质结太阳电池的大幅光衰现象，光谱响应更好，且厚度大大减薄；栅线遮光面积由常规丝印方式的6%降低至1%，提高太阳电池的转化效率；可采用低温生产工艺从而降低生产成本。
文档编号H01L31/0224GK102709340SQ201210171008
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者梅晓东, 涂宏波, 王学林, 聂金艳 申请人:浙江晶科能源有限公司