太阳能电池及其制备方法与流程

1.本申请涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种太阳能电池及其制备方法。


背景技术：

2.随着光伏技术的快速发展，市场对于高效电池与组件的需求也不断增长。就晶硅电池而言，其正面多设置有钝化减反射层，正面电极穿透该钝化减反射层与硅基底接触；业内也已公开一种局部接触背钝化电池，即通过背面钝化膜降低表面载流子的复合，提高电池转换效率。
3.业内还公开一种采用隧穿氧化层、多晶硅膜层相结合的钝化结构，能够减小金属电极与硅基底直接接触所导致的复合损失，降低接触电阻，近来广受瞩目。但上述钝化结构中的多晶硅膜层具有较强的光吸收系数，因此会降低电池的短路电流，从而限制电池效率的提升。目前，主要通过在保证金属电极浆料不烧穿隧穿氧化层及该金属电极与多晶硅膜层形成良好欧姆接触的前提下，尽量降低多晶硅膜层的厚度，以减少电流损失；抑或仅在电池的金属电极区域采用上述钝化结构，难以兼顾电池的光线吸收与钝化效果。业内还公开了将隧穿层上的多晶硅掺杂层设置呈厚度不同的第一区以及第二区，金属电极位于厚度较大的第一区上，但不同厚度多晶硅掺杂层的制备工艺较复杂；且随着膜层整体厚度的减小，对上述多晶硅掺杂层不同区域的厚度进行差异化设置也更为困难。
4.鉴于此，有必要提供一种新的太阳能电池及其制备方法。


技术实现要素：

5.本申请目的在于提供一种太阳能电池及其制备方法，能改善表面钝化性能，提高转换效率，且工艺更简洁。
6.为实现上述目的，本申请实施例提供一种太阳能电池，包括半导体基片、金属电极及依次层叠设置在所述半导体基片一侧表面的隧穿层、掺杂多晶硅层、减反射层，所述掺杂多晶硅层具有第一部分与第二部分，所述第一部分的掺杂浓度大于第二部分的掺杂浓度，所述金属电极穿透所述减反射层并与所述第一部分相接触。
7.作为本申请实施例的进一步改进，所述第一部分的掺杂浓度为1e20～2e20cm-3
；所述第二部分的掺杂浓度为2e19～8e19cm-3
。
8.作为本申请实施例的进一步改进，所述掺杂多晶硅层的厚度设置为40～300nm。
9.作为本申请实施例的进一步改进，所述隧穿层设置为氧化硅膜或氮氧化硅膜或由氧化硅膜与氮氧化硅膜两者相互层叠得到的复合膜，所述隧穿层的厚度设置为0.5～3nm。
10.作为本申请实施例的进一步改进，所述隧穿层的厚度设置为1～2nm。
11.作为本申请实施例的进一步改进，所述减反射层包括第一减反射膜层、层叠设置在第一减反射膜层背离所述半导体基片一侧表面上的第二减反射膜层，所述第一减反射膜层的厚度小于第二减反射膜层的厚度，且所述第一减反射膜层的折射率大于第二减反射膜层的折射率。
12.作为本申请实施例的进一步改进，所述太阳能电池设置为双面电池；所述隧穿层、掺杂多晶硅层、减反射层依次层叠设置在所述半导体基片的背面。
13.作为本申请实施例的进一步改进，所述半导体基片的正面形成有扩散层，所述太阳能电池还包括层叠设置在所述扩散层表面的正面钝化层、正面减反射层以及贯穿所述正面钝化层、正面减反射层并与所述扩散层相接触的正面电极。
14.作为本申请实施例的进一步改进，所述扩散层包括位于所述正面电极下的重扩区、位于所述重扩区旁侧的轻扩区，所述重扩区的方阻设置为30～90ohm/squ，所述轻扩区的方阻设置为110～150ohm/squ。
15.作为本申请实施例的进一步改进，所述正面钝化层设置为al2o3膜层，所述al2o3膜层的厚度设置为3～10nm。
16.作为本申请实施例的进一步改进，所述半导体基片为n型硅片，且所述半导体基片的电阻率设置为0.5～6ω
·
cm。
17.本申请还提供一种太阳能电池的制备方法，主要包括：
18.在半导体基片的一侧表面制备隧穿层；
19.在所述隧穿层表面沉积制得多晶硅膜层，再对多晶硅膜层进行局部掺杂得到掺杂多晶硅层；
20.在所述掺杂多晶硅层表面制备减反射层；
21.制备金属电极，所述金属电极穿透所述减反射层并与所述掺杂多晶硅层相接触。
22.作为本申请实施例的进一步改进，所述“对多晶硅膜层进行局部掺杂得到掺杂多晶硅层”，包括在所述多晶硅膜层的局部表面设置固态源，加热扩散得到掺杂多晶硅层。
23.作为本申请实施例的进一步改进，所述固态源采用al(po3)3，所述“加热扩散得到掺杂多晶硅层”过程的反应温度设置为800～950℃。
24.作为本申请实施例的进一步改进，所述制备方法还包括在所述半导体基片的另一侧表面制备扩散层，所述扩散层与掺杂多晶硅层的掺杂类型相反，且所述扩散层包括重扩区、位于所述重扩区旁侧的轻扩区，所述重扩区的方阻小于轻扩区的方阻。
25.作为本申请实施例的进一步改进，所述制备方法还包括在所述扩散层制备完成后，对所述半导体基片背离扩散层的一侧表面进行制绒。
26.作为本申请实施例的进一步改进，所述隧穿层、掺杂多晶硅层、减反射层依次层叠设置在所述半导体基片的背面。
27.作为本申请实施例的进一步改进，所述制备方法还包括在所述半导体基片的正面依次制备正面钝化层与正面减反射层。
28.本申请的有益效果是：采用本申请太阳能电池及其制备方法，所述掺杂多晶硅层的制备更简洁，通过局部掺杂得到掺杂浓度较高的第一部分，有效降低金属电极位置的界面复合与接触电阻；所述第二部分则由于掺杂浓度较低，其对光线的吸收系数亦较小，在不改变所述掺杂多晶硅层的基础上，减少对光线的吸收，利于该太阳能电池转换效率的提升。
附图说明
29.图1是本申请太阳能电池第一实施例的结构示意图；
30.图2是本申请太阳能电池第二实施例的结构示意图；
31.图3是本申请太阳能电池的制备方法的主要流程示意图。
32.10-半导体基片；11-扩散层；111-重扩区；112-轻扩区；20-隧穿层；30-掺杂多晶硅层；31-第一部分；32-第二部分；40-减反射层；50-金属电极；60-正面钝化层；70-正面减反射层，80-正面电极。
具体实施方式
33.以下将结合附图所示的实施方式对本申请进行详细描述。但该实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
34.参图1所示，本申请提供的太阳能电池100包括半导体基片10、依次层叠设置在所述半导体基片10一侧表面的隧穿层20、掺杂多晶硅层30、减反射层40以及穿透所述减反射层40并与掺杂多晶硅层30相接触的金属电极50。
35.所述隧穿层20能够隔绝金属电极50与半导体基片10接触，且不影响电流传递，其与掺杂多晶硅层30相结合，改善半导体基片10的表面钝化效果，降低反向饱和电流j0。所述掺杂多晶硅层30具有第一部分31与第二部分32，所述第一部分31的掺杂浓度大于第二部分32的掺杂浓度，以使得所述第二部分32对入射光线的吸收系数小于第一部分31的吸收系数，所述金属电极50设置在所述第一部分31上。也就是说，所述第一部分31对应设置在所述半导体基片10的电极区域；所述第二部分32则设置在该半导体基片10的非电极区域，针对电极区域与非电极区域，所述掺杂多晶硅层30的掺杂浓度不一致，既能降低所述金属电极50位置的复合损失与接触电阻，又能减小该掺杂多晶硅层30对非电极区域的吸光影响。第一部分31与第二部分32的膜层厚度相一致，无需对所述非电极区域的部分掺杂多晶硅层30进行局部刻蚀，便能制备得到具有不同吸光性能的电极区域、非电极区域。
36.所述隧穿层20设置为氧化硅膜或氮氧化硅膜或由氧化硅膜与氮氧化硅膜两者相互层叠得到的复合膜，所述隧穿层20的厚度设置为0.5～3nm。更优选地，所述隧穿层20的厚度设置为1～2nm。所述掺杂多晶硅层30的厚度设置为40～300nm，优选设置为60～200nm。其中，所述第一部分31的掺杂浓度为1e20～2e20cm-3
，其方阻介于20～70ohm/squ；所述第二部分32的掺杂浓度为2e19～8e19cm-3
，其方阻介于80～150ohm/squ。
37.为提高所述减反射层40的膜层性能与减反射效果，同时兼顾该减反射层40的“可烧穿”性能，通过气体流量、反应时间、温度等工艺参数调节，所述减反射层40可设置呈层叠或渐变的膜层结构。此处，所述减反射层40具有第一减反射膜层、层叠设置在第一减反射膜层背离所述半导体基片10一侧表面上的第二减反射膜层，所述第一减反射膜层的厚度小于第二减反射膜层的厚度，且所述第一减反射膜层的折射率大于第二减反射膜层的折射率。所述减反射层40由若干折射率、厚度各不相同的氮化硅膜层构成，厚度优选为70～85nm。当然，所述减反射层40中亦可设置折射率相对较小的氧化硅、氮氧化硅膜层，此时，所述减反射层40的厚度需适当增加，优选为80～100nm。
38.所述太阳能电池100设置为双面电池，所述隧穿层20、掺杂多晶硅层30、减反射层40依次设置在所述半导体基片10的背面，所述金属电极50即为该太阳能电池100的背面电极。所述半导体基片10的正面形成有扩散层11，所述太阳能电池还包括设置在所述半导体基片10正面的正面钝化层60、正面减反射层70与正面电极80，所述正面钝化层60、正面减反
射层70依次层叠设置于所述扩散层11的表面，所述正面电极80穿透所述正面钝化层60、正面减反射层70并与所述扩散层11实现欧姆接触。所述金属电极50、正面电极80通常可采用相应的浆料进行丝网印刷、高温烧结得到。
39.此处，所述半导体基片10为n型硅片，且所述半导体基片10的电阻率设置为0.5～6ω
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cm。所述掺杂多晶硅层30采用n型掺杂元素；所述扩散层11采用p型掺杂元素进行掺杂。所述金属电极50优选为银电极，即该太阳能电池100背面所采用的浆料中的导电相主要为金属银；所述太阳能电池100的正面则可采用银浆、银铝浆或铝浆印制得到前述正面电极80。
40.所述正面钝化层60可设置为al2o3膜层，该al2o3膜层适于p型扩散层11表面的钝化，避免形成反转层，所述al2o3膜层的厚度设置为3～10nm；所述正面减反射层70通常可采用sinx膜层。当所述半导体基片10设置为p型硅片，且该p型硅片正面进行n型扩散时，则可直接采用前述sinx膜层实现正面的钝化减反射。所述正面减反射层70也可设置呈层叠或渐变的膜层结构，在此不再赘述。
41.参图2所示，该实施例区别于前述实施例的特征在于：所述扩散层11包括位于所述正面电极80下的重扩区111、位于所述重扩区111旁侧的轻扩区112，所述重扩区111的方阻设置为30～90ohm/squ，所述轻扩区的方阻设置为110～150ohm/squ。
42.结合图3所示，所述太阳能电池100的实际制备过程包括：
43.提供半导体基片10，该半导体基片10为n型单晶硅片；
44.通过碱溶液在半导体基片10的表面蚀刻形成规则的金字塔绒面结构；
45.在半导体基片10的正面扩散形成扩散层11；
46.采用hf/hno3混合液对半导体基片10进行边缘刻蚀，再对半导体基片10的背面进行制绒；
47.制备隧穿层20，通过湿化学法(hno3/o3/h2so4+h2o2)或热氧化法(lpcvd)在半导体基片10的背面生长得到厚度为1～2nm的隧穿层20；
48.在所述隧穿层20表面沉积制得多晶硅(poly-si)膜层，再对该多晶硅膜层进行局部掺杂得到掺杂多晶硅层30，所述掺杂多晶硅层30具有相邻排布的第一部分31与第二部分32；
49.利用hf清洗去除硼硅玻璃、磷硅玻璃(bsg、psg)后，在半导体基片10的正面利用ald工艺沉积制得正面钝化层60，沉积温度180～280℃；
50.再利用pecvd工艺分别制得正面减反射层70、减反射层40，所述正背面减反层70、减反射层40的厚度介于60～130nm；
51.丝网印刷、烧结得到金属电极50与正面电极80，烧结的峰值温度设置为750～800℃。
52.其中，上述多晶硅膜层采用化学气相沉积工艺制得，反应气体包括sih4、ph3与h2，其中，h2主要用以对sih4进行稀释；sih4与h2的流量比设置为1：10～1：250；sih4与ph3的流量比设置为＝1：0.1～1：0.001；反应温度设置为500～700℃。优选地，sih4与h2的流量比设置为1：50～1：150；sih4与ph3的流量比设置为＝1：0.1～1：0.01；反应温度设置为500～600℃，沉积得到的多晶硅膜层中p元素的掺杂浓度为2e19～8e19cm-3
。
53.上述“对该多晶硅膜层进行局部掺杂”步骤具体包括：在所述多晶硅膜层的局部表
面设置al(po3)3固态源，再经加热扩散得到掺杂多晶硅层30，扩散温度为800～950℃。所述掺杂多晶硅层30的第一部分31对应于al(po3)3固态源的扩散区域，所述第一部分31中p元素的掺杂浓度增大至1e20～2e20cm-3
。上述加热扩散过程亦是退火过程，所述掺杂掺杂多晶硅层30经此退火过程形成更为稳定的膜层结构。当然，完成所述金属电极50、正面电极80的烧结后，还可以对太阳电池100进行再次退火，以改善膜层性能，提高转换效率。
[0054]“对半导体基片10的背面进行制绒”步骤是指采用碱溶液或酸溶液对扩散后的半导体基片10的背面进行蚀刻得到相应的绒面结构，就单晶硅片而言，优选采用碱溶液进行制绒得到规则的金字塔结构。相较于现有的背面抛光工艺，背面复合虽略有增大，但背面的绒面结构可以降低背面反射率，增加双面率，还能够改善膜层的沉积与结合性能。此处，通过对半导体基片10进行背面的二次制绒，有利于太阳电池100填充因子与转换效率的提升。
[0055]
所述扩散层11可采用不同的扩散工艺制得，其各自对应的太阳能电池100的电性参数亦有所差别。参下表：
[0056]
groupvoc(mv)isc(a)ff(％)eff(％)实施例1706.49.76482.3423.25％实施例2705.39.82482.8623.50％对比例684.39.77380.6222.07％
[0057]
其中，实施例1采用bbr3气态源在半导体基片10正面进行扩散形成一p型掺杂层，扩散温度为950～1100℃；再对部分区域通过激光掺杂得到扩散层11，所述扩散层11包括对应于激光掺杂区域的重扩区111、位于重扩区111旁侧的轻扩区112。实施例2则通过在半导体基片10正面丝印一层硼浆并经高温扩散得到另一p型掺杂层；再通过对应于金属电极50图案的细线掩膜对部分区域进行遮掩后，细线掩膜的宽度为50～300μm，利用hf/hno3溶液回刻的方式在无细线掩膜遮掩的区域进行刻蚀减薄，得到所述扩散层11，所述轻扩区112对应于刻蚀减薄的区域。此处，对比例为采用同样的n型单晶硅片制得的pert电池。显然地，本申请太阳能电池100通过结构优化设计，提高开路电压与填充因子，相较于现有的pert电池，转换效率具有明显提高。
[0058]
综上所述，本申请太阳能电池100通过隧穿层20、掺杂多晶硅层30对半导体基片10表面形成有效钝化，降低表面电阻；且所述掺杂多晶硅层30的制备更简洁，通过局部掺杂得到掺杂浓度较高的第一部分31，有效降低金属电极50位置的界面复合与接触电阻；所述第二部分32则由于掺杂浓度较低，其对光线的吸收系数亦较小，减少对入射光线的吸收，利于该太阳能电池100电流与转换效率的提升。
[0059]
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0060]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。