一种n型硅太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地说是一种η型硅太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]晶体硅太阳能电池的表面缺陷对电池性能有着非常大的影响，电池的开路电压(V。。)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)等主要参数很大程度上依赖于表面缺陷密度的高低。光生载流子的复合损失是太阳能电池效率损失的主要途径之一，而表面复合是最主要的复合损失。降低表面缺陷密度，减少表面复合，是提高硅太阳能电池能量转换效率的重要手段。钝化可有效降低载流子的复合，进而提高太阳能电池的转换效率。钝化通常有化学钝化和场钝化两种方法。化学钝化通常是指钝化材料与硅片表面发生化学反应，成键，进而减少表面硅悬键，达到钝化的目的；场钝化是指利用钝化材料中的带电离子产生的库仑场驱赶硅片近表面的电子或者空穴使其远离表面进而减少它们的表面复合，从而实现钝化的效果O
[0003]现有技术中一般是在电池的正面和背面均采用钝化材料制成钝化层，以降低表面缺陷密度;并且在正面钝化层上镀减反射膜，丝网印刷电极浆料收集正面电荷，在背面钝化层上局部开口后印刷非接触性电极浆料或者采用物理气相沉积法制备全背金属电极用以收集背面电荷。现在常用的钝化材料包括Si02( 二氧化硅，简称氧化硅)、SiNxC氮化硅，也可写作Si3N4)、Al203(三氧化二铝，简称氧化铝)、a-S1:H(氢化非晶硅)或者它们互相结合的叠层。其中S12是典型的化学钝化材料，具有非常好的钝化效果，但是需要约800-900°C的高温工艺进行热氧化才能制备而成，严重耗能的同时影响了硅片内部和表面的杂质和缺陷。a-S1: H也具有很好的钝化效果，但是其制备工艺要求低于200°C，与扩散结晶体硅电池产业化工艺不兼容，通常不被考虑用于扩散结晶体硅电池的表面钝化。SiNx和Al2O3是基于场钝化的原理，即SiNx内部含有固定的正电荷，Al2O3含有负电荷，分别适用于钝化η型和P型硅表面，具有一定的钝化效果并且和产业兼容，但是这两种材料都是很好的介电材料，具有非常差的电荷传导能力，因此在集成到硅太阳能电池中后，需要激光开槽，形成金属电极与硅的局部接触和局部钝化，增加工艺复杂性和制备成本的同时，不可避免地降低了太阳能电池的填充因子，限制了效率的进一步提升。再有，激光开槽后，为了形成局部接触，需要有选择性地印刷非接触性电子浆料，这将要求印刷机具有精准的对准技术(增加成本)，同时要消耗浆料(浆料在晶体硅太阳能电池制备过程中占据大部分成本)，这都不利于技术的发展。
【发明内容】
[0004]本发明的目的之一就是提供一种η型硅太阳能电池，以解决现有的η型硅太阳能电池转换效率低的问题。
[0005]本发明的目的之二就是提供一种η型硅太阳能电池的制备方法，该制备方法可采用较低的制造成本制备出效率较高的η型硅太阳能电池。
[0006]本发明的目的之一是这样实现的:一种η型硅太阳能电池，包括η型硅衬底，在所述η型硅衬底的正面由下至上依次制有P掺杂层、正面钝化层和减反射层，所述正面钝化层为氧化硅或氮化硅膜层；穿过所述减反射层和所述正面钝化层制有正面电极，所述正面电极与所述P掺杂层相接;在所述η型娃衬底的背面通过掺杂形成有η+掺杂层，在所述η+掺杂层上制有背面钝化层，所述背面钝化层包括由铁电薄膜材料或掺杂的铁电薄膜材料制成的膜层，在所述背面钝化层上制有全背金属薄膜，该全背金属薄膜构成电池的背面电极。
[0007]所述背面钝化层包括锆钛酸铅膜层、铁酸铋膜层、钛酸钡膜层和钛酸锶钡膜层中的一种或任意两种相互结合的叠层。
[0008]所述背面钝化层还包括由氧化硅或氮化硅材料制成的膜层，例如:背面钝化层可以为PZT与S12或PZT与SiNx的叠层。
[0009]所述背面钝化层的厚度为3nm?600nm。
[0010]所述背面钝化层在η型硅衬底背面的覆盖率为5%?100%。
[0011]本发明所提供的η型硅太阳能电池，在η型硅衬底的正面和背面分别制备钝化层，正面钝化层为采用现有的氧化硅或氮化硅钝化材料制成的膜层;背面钝化层包括由铁电薄膜材料或掺杂的铁电薄膜材料制成的膜层，铁电薄膜材料作为一种功能氧化物薄膜材料，由于其内部存在自发极化场，因此将其应用于晶体硅太阳能电池的背表面作为主要的钝化材料，可以很大程度上提高光生载流子的寿命，提升电池的开路电压；另外，采用铁电薄膜材料制作背面钝化层，其除了拥有钝化效果的作用外，还可增强硅太阳能电池的背反射，这在很大程度上改善了太阳能电池的短路电流;再者，铁电薄膜材料虽然也属于电介质一类，材料本身电导率非常低，但是由于极化场的存在，导致极化电荷的产生，相比一般的钝化材料而言，电池的填充因子(FF)得到了很好的改善;背面钝化层与η型硅衬底之间形成了天然的局部接触，完全避免了激光消融、开槽等复杂工艺的使用，即背面无需电子浆料，仅制备全背金属电极即可实现背表面电荷的全部收集，这极大地简化了工艺，降低了太阳能电池的制造成本，同时保证了电池效率的提升。
[0012]本发明的目的之二是这样实现的:一种η型硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:
a、选取η型硅衬底，对所述η型硅衬底进行清洗及正面、背面制绒；
b、在所述η型娃衬底的背面通过掺杂制成η+掺杂层，在所述η型娃衬底的正面通过掺杂制成P掺杂层；
c、在所述P掺杂层上制备正面钝化层，所述正面钝化层为氧化硅或氮化硅膜层;在所述η+掺杂层上制备背面钝化层，并在温度为450°C~700°C的条件下退火处理Imin?90min，所述背面钝化层包括由铁电薄膜材料或掺杂的铁电薄膜材料制成的膜层；
d、在所述正面钝化层上制备减反射层；
e、通过丝网印刷、烧结工艺制备正面电极，所述正面电极穿过所述减反射层和所述正面钝化层与所述P掺杂层相接；
f、在所述背面钝化层上制备全背金属薄膜以作为背面电极；
g、对上述制备的η型硅太阳能电池进行极化，具体极化工艺为:采用稳压电源对上述制备的η型娃太阳能电池施加一恒定电压或恒定电流，恒定电压范围为IV?50V，恒定电流范围为0.0lA?10Α，极化时间为Is?100s。
[0013]在步骤a之后步骤b之前还包括如下步骤:对所述η型硅衬底的背面进行平坦化处理。
[0014]步骤c中所形成的背面钝化层包括锆钛酸铅膜层、铁酸铋膜层、钛酸钡膜层和钛酸锶钡膜层中的一种或任意两种相互结合的叠层。
[0015]步骤c中所形成的背面钝化层在η型硅衬底背面的覆盖率为5%?100%。
[0016]步骤C中所形成的背面钝化层的厚度为3nm?600nm。
[0017]本发明所提供的η型硅太阳能电池的制备方法，在硅衬底的正面按照现有工艺制备氧化硅或氮化硅膜层作为正面钝化层，在硅衬底的背面通过溶胶-凝胶法(sol-gel)、物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)或激光脉冲沉积法(PLD)等制备背面钝化层，并对背面钝化层进行退火处理，背面钝化层包括由铁电薄膜材料或掺杂的铁电薄膜材料制成的膜层，例如背面钝化层包括锆钛酸铅(PZT)膜层、钛酸钡(BaT13,简写为ΒΤ0)膜层、铁酸铋(BFO)膜层或钛酸锶钡(BST)膜层，还可以是PZT、BT0、BF0和BST膜层中的任意两种或三种相互结合形成的叠层，还可以是掺杂(例如掺杂La或Ni等)的PZT、BTO、BFO或BST膜层等。现有技术采用的氧化硅或氮化硅钝化层材料，工作原理是基于材料内部的固定电荷产生的库伦静电场，本发明所采用的铁电薄膜材料作为背面钝化层的主要材料，是基于铁电薄膜材料的铁电特性，即材料内部存在极化场，极化场的产生根源是由于铁电薄膜材料特殊的结构，即钙钛矿结构，在钙钛矿结构中，由于正负电荷中心不重合而形成电偶极矩，在材料内部产生极化场，这是这一类材料特殊的物理机制，将其应用于晶体硅太阳能电池的背面作为钝化材料，可以很好地改善电池的开路电压、短路电流和填充因子，体现了优良的钝化效果。而且，在制备好正面电极和背面电极后，采用稳压电源对η型硅太阳能电池进行极化，极化后电池的FF将得到明显改善，进一步提升了电池的能量转化效率。
【附图说明】
[0018]图1是本发明中η型硅太阳能电池的结构示意图。
[0019]图2是本发明实施例2中形成PZT背面钝化层后硅衬底背表面的SEM图。
[0020]图3是本发明实施例2中所制备的η型硅太阳能电池极化前后的1-V曲线示意图。
[0021]图4是本发明实施例2中所制备的η型硅太阳能电池的XRD测试图。
[0022]图5是本发明实施例2和对比例I分别制备的η型硅太阳能电池的1-V曲线示意图。
[0023]图6是本发明实施例2和对比例I分别制备的η型硅太阳能电池的透射率测试图。
[0024]图7是本发明实施例2和对比例I分别制备的η型硅太阳能电池的光电压衰减测试图。
【具体实施方式】
[0025]实施例1，一种η型硅太阳能电池。
[0026]如图1所示，本实施例所提供的η型硅太阳能电池包括η型硅衬底5，在η型硅衬底5的正面由下至上依次制有P掺杂层4、正面钝化层3和减反射层2，正面钝化层3所采用的材料为氧化硅(S12)或氮化硅(Si3N4)。通过丝网印刷、烧结工艺制备正面电极I，正面电极I穿过减反射层2和正面纯化层3与P惨杂层4相接。
[0027 ]在η型娃衬底5的背面通过掺杂形成有η+掺杂层6，在η+掺杂层6上制有背面钝化层7，背面钝化层7的主要材料为铁电薄膜材料，铁电薄膜材料例如可以为锆钛酸铅(PZT)Ji酸钡(BTO )、铁酸铋(BF0)或钛酸锶钡(BST )等，在铁电薄膜材料里面还可以掺杂质(例如掺La或Ni等)。背面钝化层7可以为PZT膜层、BTO膜层、BFO膜层或BST膜层，也可以在上述膜层中掺杂质，还可以是上述膜层中的任意两种或两种以上膜层相互结合在一