一种钝化接触结构及太阳能电池的制作方法

本发明一般涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种钝化接触结构及太阳能电池。

背景技术：

目前的太阳电池片结构均是在太阳电池的表面制备一层掺杂层，然后再在其上制备介质膜层及金属电极。在这种情况下，金属电极和掺杂层接触的区域直接接触。通常情况下由于金属和半导体接触形成了载流子复合中心，造成太阳电池载流子的复合速率极高，影响钝化性能，从而造成电池性能的大幅下降。因此需要有较好的办法降低金属复合对钝化带来的影响。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种钝化接触结构及太阳能电池。

为了克服现有技术的不足，本发明所提供的技术方案是：

一种钝化接触结构，其特殊之处在于：包括基底、第一掺杂层、钝化隧穿层、掺杂膜层、第一介质膜层和第一电极；

所述基底的第一表面区域上设置所述第一掺杂层；

所述第一掺杂层背离所述基底的表面至少局部区域上设置所述钝化隧穿层；

所述钝化隧穿层背离所述第一掺杂层的表面局部区域上设置所述掺杂膜层；

所述第一掺杂层、所述掺杂膜层和所述钝化隧穿层表面共同形成的区域上设置所述第一介质膜层；

所述第一电极穿过所述第一介质膜层与所述掺杂膜层接触。

进一步地，所述钝化隧穿层与所述第一掺杂层的面积大小相同，所述第一介质膜层设置于所述钝化隧穿层和所述掺杂膜层表面共同形成的区域上。

进一步地，所述钝化隧穿层与所述掺杂膜层的面积大小相同，所述第一介质膜层设置于所述第一掺杂层、所述钝化隧穿层和所述掺杂膜层的表面共同形成的区域上。

进一步地，所述掺杂膜层包括半导体材质和掺杂元素，所述半导体材质包括多晶硅和非晶硅中的一种或多种；所述掺杂元素包括第五主族元素或第三主族元素中的一种。

进一步地，所述掺杂元素的浓度大于1×10¹⁵个/cm³。

进一步地，所述掺杂膜层的厚度为5-300nm。

进一步地，所述钝化隧穿层包括氧化硅、氮氧化硅、非晶硅、氧化铝、氧化钛、氮化硅和碳化硅中的一种。

进一步地，所述钝化隧穿层的厚度为0.1-5nm。

进一步地，所述第一掺杂层的方块电阻为50ohm/sq-300ohm/sq。

第二方面，本发明还提供了一种太阳能电池，其特殊之处在于：包括第二介质膜层、第二电极和所述的钝化接触结构，所述基底的第二表面区域上设置所述第二介质膜层，所述第二电极穿过所述第二介质膜层与所述基底接触。

进一步地，所述钝化接触结构中的所述基底为p型硅基底，第一掺杂层为n型的掺杂层，掺杂膜层为n型的掺杂膜层。

进一步地，所述掺杂膜层包括半导体材质和掺杂元素，所述半导体材质包括多晶硅和非晶硅中的一种或多种；所述掺杂元素包括第五主族元素中的一种。

进一步地，所述第一介质膜层和所述第二介质膜层均包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅中的一种或多种。

第三方面，本发明还提供了一种太阳能电池，其特殊之处在于：包括第二掺杂层、第二介质膜层、第二电极和所述的钝化接触结构，所述基底的第二表面区域上设置所述第二掺杂层，所述第二掺杂层上设置所述第二介质膜层，所述第二电极穿过所述第二介质膜层与所述第二掺杂层接触。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的钝化接触结构包括基底，所述基底的第一表面区域上设置所述第一掺杂层，所述第一掺杂层背离所述基底的表面至少局部区域上设置所述钝化隧穿层，所述钝化隧穿层背离所述第一掺杂层的表面局部区域上设置所述掺杂膜层，所述第一掺杂层、所述掺杂膜层和所述钝化隧穿层表面共同形成的区域上设置所述第一介质膜层；所述第一电极穿过所述第一介质膜层与所述掺杂膜层接触。将第一掺杂层与第一电极分开，可以有效的屏蔽第一电极的高复合作用，显著地降低表面复合，给电池提供良好的表面钝化，从而提高太阳能电池的转换效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的钝化接触结构的第一种结构图；

图2为本发明实施例提供的钝化接触结构的第二种结构图；

图3为本发明实施例提供的钝化接触结构的第三种结构图；

图4为本发明实施例提供的p型硅基底单面太阳能电池的第一种结构图；

图5为图4中第一电极的分布示意图；

图6为图4中第二电极的分布示意图；

图7为本发明实施例提供的p型硅基底双面太阳能电池结构图；

图8为图7中第一电极的分布示意图；

图9为图7中第二电极的分布示意图；

图10为本发明实施例提供的包括第二接触电极掺杂层的p型硅基底双面太阳能电池结构图；

图11为本发明实施例提供的n型硅基底双面太阳能电池的结构图；

图12为本发明实施例提供的p型硅基底双面太阳能电池的第二种结构图。

图中：1-基底，2-第一掺杂层，3-钝化隧穿层，4-掺杂膜层，5-第一介质膜层，6-第二介质膜层，7-第一接触电极，8-第一连接电极，9-第二接触电极，10-第二连接电极，11-第二接触电极掺杂层，12-合金层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如背景技术中提到的，目前的太阳电池片结构均是在太阳电池的表面制备一层掺杂层，然后再在其上制备介质膜层及金属电极。在这种情况下，金属电极和掺杂层接触的区域直接接触。通常情况下由于金属和半导体接触形成了载流子复合中心，造成太阳电池载流子的复合速率极高，影响钝化性能，从而造成电池性能的大幅下降。因此需要有较好的办法降低金属复合对钝化带来的影响。

参见图1，本实施例提供一种钝化接触结构，包括基底1、掺杂层第一掺杂层2、钝化隧穿层、掺杂膜层、第一介质膜层5和第一电极；所述基底1的第一表面区域上复合设置所述掺杂层第一掺杂层2；所述掺杂层第一掺杂层2背离所述基底1的表面至少局部区域上复合设置所述钝化隧穿层3；所述钝化隧穿层3背离所述掺杂层第一掺杂层2的表面局部区域上复合设置所述掺杂膜层4；所述掺杂层第一掺杂层2、所述掺杂膜层4和所述钝化隧穿层3表面共同形成的区域上复合设置所述第一介质膜层5；所述第一电极穿过所述第一介质膜层5与所述掺杂膜层4接触。

第一电极是金属电极，第一电极穿过第一介质膜层5后仅与掺杂膜层4形成接触，由于第一电极与第一掺杂层2发射极并不接触，因此屏蔽了金属接触的高复合影响，这样可以大幅降低上述太阳电池钝化接触区的复合速率，从而提高电池转换效率。

参见图2，作为一种可实现方式，所述钝化隧穿层3与所述第一掺杂层2的面积大小相同，所述第一介质膜层5设置于所述钝化隧穿层3和所述掺杂膜层4表面共同形成的区域上。

参见图3，作为一种可实现方式，所述钝化隧穿层3与所述掺杂膜层4的面积大小相同，所述第一介质膜层5设置于所述第一掺杂层2、所述钝化隧穿层3和所述掺杂膜层4的表面共同形成的区域上。

本申请对基底1、第一掺杂层2和掺杂膜层4没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的基底1即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况和产品性能进行选择调整。可以遵循的原则是：采用具有第一导电类型的基底1，采用具有第二导电类型的第一掺杂层2和掺杂膜层4。当然地，也可以遵循的原则是：采用具有第一导电类型的基底1，采用具有相同的第一导电类型的第一掺杂层2和掺杂膜层4。

具体地，本申请基底1的材质可以选择p型硅基底，也可以选择n型硅基底。其中，当基底1的材质选择p型硅基底时，第一掺杂层2选择n型的掺杂层，掺杂膜层4选择n型的掺杂膜层；当基底1的材质选择n型硅基底时，第一掺杂层2选择p型的掺杂层，掺杂膜层4选择p型的掺杂膜层。

同样具体地，本申请基底1的材质可以选择p型硅基底，也可以选择n型硅基底。其中，当基底1的材质选择p型硅基底时，第一掺杂层2选择p型的掺杂层，掺杂膜层4选择p型的掺杂膜层；当基底1的材质选择n型硅基底时，第一掺杂层2选择n型的掺杂层，掺杂膜层4选择n型的掺杂膜层。

本申请掺杂膜层4包括半导体材质和掺杂元素，所述半导体材质包括多晶硅和非晶硅中的一种或多种；所述掺杂元素包括第五主族元素中的一种。

本申请对半导体材质的具体组成没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况和产品性能进行选择调整，其中一种组成形式是采用多晶硅作为半导体材质；另外一种组成形式是采用非晶硅和多晶硅混合组成半导体材质。

当采用非晶硅和多晶硅作为半导体材质时，对二者的混合比例没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况和产品性能进行选择调整，比如一个具体的方案中是多晶硅占70％，非晶硅占30％。

所述掺杂元素的浓度大于1×10¹⁵个/cm³，优化的掺杂浓度大于1×10¹⁷个/cm³，更为优化的掺杂浓度大于1×10¹⁹个/cm³，如能达到更高的浓度如1×10²⁰个/cm³，性能会更佳。其中掺杂膜层4的掺杂浓度越高，其电阻率越低，则可以提供更好的电流传输性能和电极的接触性能。

本申请对掺杂元素是第五主族元素中的哪一种元素没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况和产品性能进行选择调整，可以采用硼元素作为掺杂元素，也可以采用磷元素作为掺杂元素。当以硼元素作为掺杂元素时，硼元素的掺杂浓度为1×10¹⁷个/cm³；当以磷元素作为掺杂元素时，磷元素的掺杂浓度为2×10²⁰个/cm³。

所述掺杂膜层4的厚度为5-300nm，优选的厚度为10-250nm，更优选的厚度为50-150nm，最优选的厚度为100nm。本领域技术人员可以根据实际应用情况和产品性能进行选择调整。

所述钝化隧穿层包括氧化硅、氮氧化硅、非晶硅、氧化铝、氧化钛、氮化硅和碳化硅中的一种，优选的方案包括氧化硅、氧化钛和碳化硅中的一种。

所述钝化隧穿层的厚度为0.1-5nm，优选的厚度为1-5nm，更优选的厚度为2nm。钝化隧穿层不宜太厚，如果钝化隧穿层较厚的话会大大降低载流子穿过的几率，从而使得电传输效果变差。

第一掺杂层2的方块电阻不宜太高，一般为50ohm/sq-300ohm/sq，优选方案是第一掺杂层2的方块电阻可以为100ohm/sq、150ohm/sq、200ohm/sq等。较高的方块电阻，虽然可能会稍微增加横向传输电阻，可以提供较低的表面复合速率，提高电池的开路电压和短路电流，因此可以在此方块电阻条件下，优化实施方式，从而达到较高的电池转换效率。

本发明实施例还提供了一种单面太阳能电池，当基底1的材质选择p型硅基底时，第一掺杂层2选择n型的掺杂层，掺杂膜层4选择n型的掺杂膜层，如图4至图10所示。所述掺杂元素选取第五主族元素中的一种。该太阳能电池包括第二介质膜层6、第二电极和上述的钝化接触结构，所述基底1的第二表面区域上设置所述第二介质膜层6，所述第二电极穿过所述第二介质膜层6与所述基底1接触。

当基底1的材质选择n型硅基底时，第一掺杂层2选择p型的掺杂层，掺杂膜层4选择p型的掺杂膜层。如图11所示，太阳能电池包括第二掺杂层、第二介质膜层、第二电极和根据前述钝化接触结构，所述基底的第二表面区域上设置所述第二掺杂层，所述第二掺杂层上设置所述第二介质膜层，所述第二电极穿过所述第二介质膜层与所述第二掺杂层接触。

需要说明的是，第一表面指的是太阳能电池的其中一个表面，第二表面指的是太阳能电池的另外一个表面，并不具体指代太阳能电池的正面还是反面。当第一表面指代太阳能电池的正面时，太阳能电池的结构如图4到图11所示，掺杂膜层的掺杂元素选取第五主族元素中的一种；当第一表面指代太阳能电池的背面时，太阳能电池的结构如图12所示。

所述第一介质膜层5和所述第二介质膜层6均包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅中的一种或多种，优选的是采用氮化硅、氧化硅和氧化钛中的一种或多种，更为优选的是采用氮化硅、氧化硅叠层，本领域技术人员可以根据实际应用情况和产品性能进行选择调整。

所述第一介质膜层5和所述第二介质膜层6厚度为40-100nm，优选的厚度为60-90nm,更优选的厚度为85nm。

第一介质膜层5和所述第二介质膜层6的整体折射率为2.00-2.20，优选的整体折射率为2.05-2.15，更为优选的整体折射率为2.10。

图4至图6为本发明实施例提供的单面太阳能电池的结构示意图。

第一电极包括第一接触电极7和第一连接电极8，第一连接电极8与第一接触电极7均为长条状，由电池的一边延伸至与其相对的另一边。第一连接电极8与第一接触电极7的设置方向互相垂直并在相交处连接，并通过第一连接电极8导出电流。

第一接触电极7穿过第一介质膜层5与掺杂膜层4接触；第一连接电极8有两种设置形式，一种设置形式是穿过第一介质膜层5与掺杂膜层4接触，另一种设置形式是不与掺杂膜层4接触，直接设在第一介质膜层5上。

本申请对第一接触电极7和第一连接电极8的数量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况和产品性能进行选择调整，优选的是第一接触电极7根数100根，第一连接电极8根数4根。

本申请对第一接触电极7和第一连接电极8的材质没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况和产品性能进行选择调整，所述第一接触电极7和/或第一连接电极8的材质包含但不限于银、铜、和镍中的一种或多种，优选的方案是银材质。如第一接触电极7采用穿透第一介质膜层5的银浆作为浆料，第一连接电极8采用非穿透第一介质膜层5的导电浆料。

第二电极包括第二接触电极9和第二连接电极10。第二连接电极10呈短条状，多个短条状的第二连接电极10阵列排布，第二接触电极9涂覆第二介质膜层6上，除第二连接电极10的设置区域外的其余区域，使得第二接触电极9与基底1直接接触，导出电流。

图7至图9为本发明实施例提供的双面太阳能电池的一种结构示意图。

双面太阳能电池的第一电极包括第一接触电极7和第一连接电极8，与上述单面太阳能电池的设置方式相同。

第二电极包括第二接触电极9和第二连接电极10。第二连接电极10与第二连接电极10均为长条状，由电池的一边延伸至与其相对的另一边。第二连接电极10与第二接触电极9的设置方向互相垂直并在相交处连接，并通过第二连接电极10导出电流。

图10为本发明实施例提供的双面太阳能电池的另一种结构示意图。

与上述结构类似，不同之处在于，第二接触电极9与基底1之间包含一层ⅲ族元素的第二接触电极掺杂层11，由于第二接触电极掺杂层11掺杂浓度高于基底1，因此有背面场的效应，可以增加电池的开路电压。

并且作为进一步优化方案，第二接触电极9掺杂层与第二接触电极9之间还可以存在有合金层12，合金层12则可以大幅度改善基底1和第二电极的电流收集作用，从而提高电池的性能。本申请对上述合金材质没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况和产品性能进行选择调整，优选的方案是采用铝硅合金。

本申请对第二接触电极9和第二连接电极10的材质没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况和产品性能进行选择调整，所述第二接触电极9和/或第二连接电极10的材质包含但不限于银、铜、铝和镍中的一种或多种，优选的方案是第二接触电极9采用含铝材质，第二连接电极10采用非穿透第二介质膜层6的银浆作为浆料。

背面使用丝网印刷方法先印刷铝浆，在激光开孔的位置覆盖有长条状分布的铝浆，铝浆线条线宽150mm，铝浆线条完全覆盖激光开孔的位置；然后在背面使用丝网印刷方法形成和正面连接电极相同形状和根数的银连接电极。

本实施例提供了太阳能电池的制备方法。下面以p型单晶硅作为太阳能电池的基底1，对单面太阳能电池和双面太阳能电池的制备方法进行详细说明。

单面太阳能电池的制备方法具体如下：

1)对基底1进行去损伤处理，表面织构化处理和清洗。

使用含有koh的50-70℃溶液对基底1进行去损伤处理，并在60-100℃条件下使用含有koh的溶液进行表面织构化处理，形成2-5um的金字塔绒面，并使用含有氢氟酸和盐酸的混合溶液进行清洗，清洗完成后烘干。

2)在基底1第一面金字塔绒面上进行掺杂。

使用管式扩散炉进行pocl3扩散，一次性形成pn结，整个工艺条件的温度为750-840℃，时间为60-120分钟；pn结形成后，采用含有hno3和hf酸的溶液进行磷硅玻璃和多边缘掺杂，并对背面的多余掺杂进行去除；然后先后依次经过naoh、水、氢氟酸、以及去离子水进行清洗，清洗完成后烘干。

3)在基底1正面进行钝化隧穿层3和掺杂膜层4的制备。

使用低压化学气相沉积设备进行氧化硅隧穿层的制备，并在氧化硅隧穿层上继续制备一层含有磷元素掺杂的n型多晶硅掺杂膜层4。

4)掺杂膜层4的局域化。

使用丝网印刷掩膜在掺杂膜层4表面进行掩膜制备，此掩膜不与碱溶液反应；然后使用四甲基氢氧化铵溶液对掺杂膜层4进行腐蚀；去除第一电极区域之外的掺杂膜层4，并暴露钝化隧穿层3；然后使用盐酸溶液、去离子水清洗。

5)第一介质膜层5和第二介质膜层6的制备。

使用增强型等离子化学气相沉积在电池正面沉积氮化硅叠层，完成第一介质膜层5的制备；使用增强型等离子化学气相沉积在电池背面沉积5-10nm的氧化铝层，在其上再沉积80-120nm的氮化硅，完成二介质膜层的制备。

6)第一电极和第二电极的制备。

使用激光在第一介质膜层5开孔，扫描方式为对第二介质膜层6进行脉冲式局部激光辐照处理，扫描方向沿着掺杂的平行线方向，第二介质膜层6在激光的光斑辐照的区域形成开孔，未辐照的区域则没有形成接触孔。此接触孔区域上进过激光开孔后，去除了第二介质膜层6。其中开孔激光的波长为532nm，光斑大小为80um直径圆形，扫描速度为10000mm/s，频率为10khz。

在电池的第一面和第二面经过激光扫描后的区域涂覆导电材料。本实施例中我们采用丝网印刷方式进行导电浆料图形化涂布。采用银浆作为第一接触电极7浆料，填满扫描形成的多个平行设置的长条形第一接触电极7设置区域；采用非穿透第一介质膜层5的导电浆料，填满设置方向与第一接触电极7的互相垂直的第一连接电极8的设置区域。第二接触电极9采用铝浆作为浆料，填满扫描形成的阵列排布的多个短条状的第二连接电极10设置区域，第二连接电极10采用非穿透第二介质膜层6的银浆作为浆料，填满扫描形成除第二连接电极10的设置区域外的其余区域。

双面太阳能电池的制备方法具体如下：

1)对基底1进行去损伤处理，表面织构化处理和清洗。

使用含有koh的50-70℃溶液对基底1进行去损伤处理，并在60-100℃条件下使用含有koh的溶液进行表面织构化处理，形成2-5um的金字塔绒面，并使用含有氢氟酸和盐酸的混合溶液进行清洗，清洗完成后烘干。

2)在基底1第一面金字塔绒面上进行掺杂。

使用管式扩散炉进行pocl3扩散，一次性形成pn结，整个工艺条件的温度为750～840℃，时间为60-120分钟；pn结形成后，采用含有hno3和hf酸的溶液进行磷硅玻璃和多边缘掺杂，并对背面的多余掺杂进行去除；然后先后依次经过naoh、水、氢氟酸、以及去离子水进行清洗，清洗完成后烘干。

3)在基底1正面进行钝化隧穿层3和掺杂膜层4的制备。

使用低压化学气相沉积设备进行氧化硅隧穿层的制备，并在氧化硅隧穿层上继续制备一层含有磷元素掺杂的n型多晶硅掺杂膜层4。

4)掺杂膜层4的局域化。

使用丝网印刷掩膜在掺杂膜层4表面进行掩膜制备，此掩膜不与碱溶液反应；然后使用四甲基氢氧化铵溶液对掺杂膜层4进行腐蚀；去除第一电极区域之外的掺杂膜层4，并暴露钝化隧穿层3；然后使用盐酸溶液、去离子水清洗。

5)第一介质膜层5和第二介质膜层6的制备。

使用增强型等离子化学气相沉积在电池正面沉积氮化硅叠层，完成第一介质膜层5的制备；使用增强型等离子化学气相沉积在电池背面沉积5-10nm的氧化铝层，在其上再沉积80-120nm的氮化硅，完成二介质膜层的制备。

6)第一电极和第二电极的制备。

使用激光在第一介质膜层5开孔，扫描方式为对第二介质膜层6进行脉冲式局部激光辐照处理，扫描方向沿着掺杂的平行线方向，第二介质膜层6在激光的光斑辐照的区域形成开孔，未辐照的区域则没有形成接触孔。此接触孔区域上进过激光开孔后，去除了第二介质膜层6。其中开孔激光的波长为532nm，光斑大小为80um直径圆形，扫描速度为10000mm/s，频率为10khz。

在电池的第一面和第二面经过激光扫描后的区域涂覆导电材料。本实施例中我们采用丝网印刷方式进行导电浆料图形化涂布。采用银浆作为第一接触电极7浆料，填满扫描形成的多个平行设置的长条形第一接触电极7设置区域；采用非穿透第一介质膜层5的导电浆料，填满设置方向与第一接触电极7的互相垂直的第一连接电极8的设置区域。第二接触电极9铝浆作为浆料，填满扫描形成的多个平行设置的长条形第二接触电极9设置区域；第二连接电极10采用银浆作为浆料，填满设置方向与第二接触电极9的互相垂直的第二连接电极10的设置区域。

7)进行金属化热处理。在此过程中，可以使用链式烧结炉，烧结峰值温度850℃，此温度为实测硅片表面的温度。最终使得铝导电材料与基底1直接接触。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。