一種單晶硅雙面太陽電池及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種單晶硅雙面太陽電池，屬于太陽電池技術領域，在單晶硅襯底的正面依次形成正面金字塔形絨面、正面摻雜發射結、正面鈍化減反介質層以及正面電極，在單晶硅襯底的背面依次形成背面金字塔形絨面、背表面場、背面鈍化減反介質層以及背面電極，其特征在于：所述背面金字塔形絨面為分離型金字塔形絨面，金字塔結構僅部分地覆蓋單晶硅襯底，金字塔結構分散地分布在硅襯底上，被金字塔結構覆蓋的區域占背面硅襯底的20%?90%。同時，本發明還公開了一種單晶硅雙面太陽電池的制備方法。本發明可優化雙面太陽電池的少數載流子表面復合和光學吸收特性，提高量子轉換效率。
【專利說明】
一種單晶硅雙面太陽電池及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種太陽電池及其制備方法，尤其涉及一種單晶硅雙面太陽電池及其制備方法，屬于太陽電池技術領域。
【背景技術】
[0002]追求提高電池轉換效率，同時降低甚至維持制造成本及是業界不斷追求的目標和提高自身競爭力之所在。相對于單面受光的傳統晶體硅太陽電池，雙面太陽電池利用正、背兩個受光面，可以獲得更高的光電流密度，很大程度地提高發電功率。根據安裝地面和環境，基于雙面太陽電池的光伏發電系統可以獲得10至30%的功率增益。
[0003]雙面太陽電池結構包括:正、背面的絨面形貌結構、pn結發射極、鈍化減反介質層、正、背面電極等。其中，背面的絨面可以有效地提高地面和環境反射光在雙面電池背面的吸收，是雙面太陽電池的重要結構。目前雙面太陽電池的背面都采用與正面類似的絨面形貌結構，即制絨獲得的金字塔分布緊密，相互交疊。雖然這種緊密分布的金字塔有利于最大限度地吸收直射光，但不一定是漫反射光的最佳光吸收結構，并且較高的表面積會帶來少數載流子復合。因此，雙面太陽電池的背面結構有待進一步優化。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術中存在的上述技術問題，提供一種單晶硅雙面太陽電池，優化太陽電池少數載流子表面負荷和光學吸收特性，提高量子轉換效率。
[0005]本發明的另一方面，提供一種單晶硅雙面太陽電池的制備方法，提高太陽電池的轉換效率和生產效率。
[0006]為此，本發明采用如下技術方案:
一種單晶硅雙面太陽電池，在單晶硅襯底(100)的正面依次形成正面金字塔形絨面(101)、正面摻雜發射結(102)、正面鈍化減反介質層(103)以及正面電極(104)，在單晶硅襯底的背面依次形成背面金字塔形絨面(105)、背表面場(106)、背面鈍化減反介質層(107)以及背面電極(108)，其特征在于:所述背面金字塔形絨面(105)為分離型金字塔形絨面，金字塔結構(105a)僅部分地覆蓋單晶硅襯底，金字塔結構(105a)分散地分布在硅襯底上，被金字塔結構(105a )覆蓋的區域占背面硅襯底的20%-90%。
[0007]進一步地，單個金字塔結構(105a)的底邊長是1_7μπι。
[0008]進一步地，所述正面鈍化減反介質層(103)和背面鈍化減反介質層(107)分別為由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、碳化硅、非晶硅、微晶硅、氧化銦錫或者氧化鈦為材料組成的單層膜或多層膜。
[0009]進一步地，所述正面電極(104)、背面電極(108)為銀、鋁、銅、鎳、鈦、錫、鉛、鎘、金、
鋅的一種或多種金屬或其合金。
[0010]本發明的另一方面，提供一種單晶硅雙面太陽電池的制備方法，用于制備所述單晶硅雙面太陽電池，包括如下步驟: SI:在單晶娃襯底表面制域；
S2:正面摻雜形成發射結；
S3:去除背面含雜質玻璃層；
54:濕化學法制備背面分離金字塔形貌結構，并去除背面摻雜層；
55:背面摻雜形成背表面場；
56:制備正面、背面鈍化減反介質層；
S7:制備正面、背面電極。
[0011]在步驟S4中，濕化學法制備背面分離金字塔形貌結構所采用的化學藥劑有氫氧化鈉、氫氧化鉀、四甲基氫氧化銨、硝酸、磷酸、氫氟酸、乙醇、異丙醇或乙二醇中的一種或兩種以上混合的水溶液;制備溫度是60至80°C，時間是10-900秒。
[0012]進一步地，在步驟S2和S3之間，還可以包括如下步驟:S2-1:正面沉積阻擋層。
[0013]進一步地，在步驟S5和S6之間，還包括如下步驟:S5-1:使用氫氟酸去除正面的氧化硅、磷硅玻璃和背面的硼硅玻璃。
[0014]本發明的單晶硅雙面太陽電池，通過在電池的背面設置分離型金字塔形絨面，減少太陽電池背面絨面的表面積，明顯地降低光生少數載流子在背表面的復合;正面入射的長波長光在背表面的反射增加，透射減小，重新被太陽電池吸收；同時，背面覆有減反介質層，背面的光學反射沒有明顯增加，保證背面的光學吸收特性。因此，通過背面分離金字塔形貌結構，可以優化雙面太陽電池的少數載流子表面復合和光學吸收特性，提高量子轉換效率。
[0015]本發明的單晶硅雙面太陽電池的制備方法，僅僅增加一道濕化學方法制備背面分離金字塔形貌結構，工藝相對簡單，適合于低成本、大批量、穩定的工業制造。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的單晶硅雙面太陽電池的結構示意圖；
圖2為本發明的分離型金字塔形絨面的顯微鏡照片；
其中，100為單晶硅襯底，101為正面金字塔形絨面，102為正面摻雜發射結，103為正面鈍化減反介質層，104為正面電極，105為背面金字塔形絨面，105a為金字塔結構，106為背表面場，107為背面鈍化減反介質層，108為背面電極，109為未被金字塔結構覆蓋的區域；圖中相應的產品結構僅為示意圖，未按比例繪制。
【具體實施方式】
[0017]為了使本技術領域的人員更好的理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。
[0018]實施例1:
本實施例是本發明應用于P型單晶娃的情形。如圖1所不，在P型單晶娃襯底100的正面依次形成正面金字塔形絨面101、正面磷摻雜發射結102、正面鈍化減反介質層103以及正面電極104，在P型單晶硅襯底的背面依次形成背面分離型金字塔形絨面105、背面硼摻雜形成的硼摻雜背表面場106、背面鈍化減反介質層107以及背面電極108，其中，如圖2所示，背面分離型金字塔形絨面105中，金字塔結構105a僅部分地覆蓋單晶硅襯底，金字塔結構105a分散地分布在單晶硅襯底的背面，留下一些未被金字塔結構覆蓋的區域109。
[0019]在本實施例中，被金字塔結構105a覆蓋的區域占整個背面硅襯底的85%，單個金字塔結構105a的底邊長是5μπι;正面鈍化減反介質層103為由氮化硅制成的單層膜，膜厚70至80nm;背面鈍化減反介質層107為由氧化鋁和氮化硅制成的雙層膜，其中，氧化鋁膜厚20至30nm和氮化娃膜厚50至70nm。正面電極104和背面電極108均為銀柵電極。
[0020]實施例2:
本實施例與實施例1的不同之處在于:背面分離型金字塔形絨面105中，被金字塔結構105a覆蓋的區域占整個背面硅襯底的50%，單個金字塔結構105a的底邊長是7μπι。正面鈍化減反介質層103為由氮氧化硅制成的單層膜，膜厚70至80nm;背面鈍化減反介質層107為由氧化鈦和氧化娃制成的雙層膜，其中，氧化鈦膜厚20至30nm和氧化娃膜厚50至70nm。正面電極104和背面電極108均為銅電極。
[0021]實施例3:
本實施例是本發明應用于N型單晶娃的情形。如圖1所不，在N型單晶娃襯底100的正面依次形成正面金字塔形絨面101、正面摻硼摻雜發射結102、正面鈍化減反介質層103以及正面電極104，在N型單晶硅襯底的背面依次形成背面分離型金字塔形絨面105、背面磷摻雜形成的磷摻雜背表面場106、背面鈍化減反介質層107以及背面電極108，其中，背面分離型金字塔形絨面105中，金字塔結構105a僅部分地覆蓋單晶硅襯底，金字塔結構105a分散地分布在單晶硅襯底的背面，被金字塔結構105a覆蓋的區域占整個背面硅襯底的30%，單個金字塔結構105a的底邊長是2μπι。
[0022]在本實施例中，正面鈍化減反介質層103為由由氧化鋁和氮化硅制成的雙層膜，其中，氧化鋁膜厚20至30nm和氮化硅膜厚50至70nm;背面鈍化減反介質層107為氮化硅制成的單層膜，膜厚70至80nm;正面電極104和背面電極108均為銀柵電極。
[0023]實施例4:
本實施例與實施例3的不同之處在于:背面分離型金字塔形絨面105中，被金字塔結構105a覆蓋的區域占整個背面硅襯底的65%，單個金字塔結構105a的底邊長是4μπι。正面鈍化減反介質層103為由由氧化銦錫和非晶硅制成的雙層膜，其中，氧化銦錫膜厚60至SOnm和非晶硅膜厚5至20nm;背面鈍化減反介質層107為氧化銦錫和非晶硅制成的雙層膜，其中，氧化銦錫膜厚60至80nm和非晶硅膜厚5至20nm;正面電極104和背面電極108均為銀電極。
[0024]實施例5:
一種單晶硅雙面太陽電池的制備方法，用于制備實施例1所述的P單晶硅雙面太陽電池，包括如下步驟:
S1:在單晶硅襯底表面制絨:使用含氫氧化鈉和異丙醇的堿性制絨液，溫度是80°C，對P型單晶硅襯底100表面進行制絨，形成正面金字塔形絨面101，同時去除硅片切割損傷層；
S2:正面摻雜形成發射結:進行磷摻雜形成正面摻雜發射結102，磷摻雜可以采用三氯氧磷源的管式爐擴散、離子注入或涂覆含磷雜質層的擴散，擴散方阻是40至200 Ω/□;
S2-1:正面沉積阻擋層:采用PECVD在正面沉淀氧化硅薄膜的工藝阻擋層，厚度是50至300nm；
S3:去除背面含雜質玻璃層:使用氫氟酸去除背面的磷硅玻璃層；
S4:濕化學法制備背面分離型金字塔形絨面，并去除背面摻雜:使用含四甲基氫氧化銨和異丙醇的堿性藥液，溫度是80°C，時間是10至900s，制備形成背面分離型金字塔形絨面105，同時去除背面磷摻雜層；
S5:背面摻雜形成背表面場:進行硼摻雜形成背表面場106，硼摻雜可以采用三溴化硼源的管式爐擴散、離子注入或涂覆含硼雜質層的擴散，擴散方阻是60至200 Ω/□;
S5-1:使用氫氟酸去除正面的氧化硅、磷硅玻璃和背面的硼硅玻璃；
S6:制備正面、背面鈍化減反介質層:采用PECVD制備正面氮化硅103和背面氧化鋁/氮化硅的鈍化減反介質層107;正面氮化硅厚度是70至80nm，背面氧化鋁厚度是20至30nm，氮化娃厚度是50至70nm;
S7:制備正、背面電極:采用絲網印刷分別在正、背面制備含銀柵線電極104和108，并進行高溫燒結，燒結溫度是850至900 °C。
[0025]當然，在步驟S4中，也可以采用含硝酸和氫氟酸的酸性藥液制備背面分離型金字塔形絨面。
[0026]實施例2的制備方法參照實施例1的制備方法。
[0027]實施例6:
一種單晶硅雙面太陽電池的制備方法，用于制備實施例3所述的N單晶硅雙面太陽電池，包括如下步驟:
S1:在單晶硅襯底表面制絨:使用含氫氧化鈉和異丙醇的堿性制絨液，溫度是80°C，對η型單晶硅襯底100表面進行制絨，形成正面絨面形貌101，同時去除硅片切割損傷層；
S2:正面摻雜形成發射結:進行硼摻雜形成正面硼摻雜發射結102，磷摻雜可以采用三溴化硼源的管式爐擴散、離子注入或涂覆含硼雜質層的擴散，擴散方阻是60至200 Ω/□;
S2-1:正面沉積阻擋層:采用PECVD在正面沉淀氧化硅薄膜的工藝阻擋層，厚度是50至300nm；
S3:去除背面含雜質玻璃層:使用氫氟酸去除背面的硼硅玻璃層；
S4:濕化學法制備背面分離型金字塔形絨面，并去除背面摻雜:使用含四甲基氫氧化銨和異丙醇的堿性藥液，溫度是80°C，時間是10至900s，制備背面金字塔形絨面105，同時去除背面硼摻雜層；
S5:背面摻雜形成背表面場:進行磷摻雜形成背表面場106，磷摻雜可以采用三氯氧磷源的管式爐擴散、離子注入或涂覆含磷雜質層的擴散，擴散方阻是40至200 Ω/□;
S5-1:使用氫氟酸去除正面的氧化硅、硼硅玻璃和背面的磷硅玻璃；
S6:制備正面、背面鈍化減反介質層:采用PECVD制備正面氧化鋁/氮化硅，103和背面氮化硅的鈍化減反介質層107;正面氧化鋁厚度是20至30nm，氮化硅厚度是50至70nm;背面氮化娃厚度是70至80nm;
S7:制備正、背面電極:采用絲網印刷分別在正、背面制備含銀柵線電極104和108，并進行高溫燒結，燒結溫度是850至900 °C。
[0028]實施例4的制備方法參照實施例3的制備方法。
[0029]顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。
【主權項】
1.一種單晶硅雙面太陽電池，在單晶硅襯底(100)的正面依次形成正面金字塔形絨面(101)、正面摻雜發射結(102)、正面鈍化減反介質層(103)以及正面電極(104)，在單晶硅襯底的背面依次形成背面金字塔形絨面(105)、背表面場(106)、背面鈍化減反介質層(107)以及背面電極(108)，其特征在于:所述背面金字塔形絨面(105)為分離型金字塔形絨面，金字塔結構(105a)僅部分地覆蓋單晶硅襯底，金字塔結構(105a)分散地分布在硅襯底上，被金字塔結構(105a )覆蓋的區域占背面硅襯底的20%-90%。2.根據權利要求1所述的單晶硅雙面太陽電池，其特征在于:單個金字塔結構(105a)的底邊長是l_7ym。3.根據權利要求1所述的單晶硅雙面太陽電池，其特征在于:所述正面鈍化減反介質層(103)和背面鈍化減反介質層(107)分別為由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、碳化硅、非晶硅、微晶硅、氧化銦錫或者氧化鈦為材料組成的單層膜或多層膜。4.根據權利要求1所述的單晶硅雙面太陽電池，其特征在于:所述正面電極(104)、背面電極(108)為銀、鋁、銅、鎳、鈦、錫、鉛、鎘、金、鋅的一種或多種金屬或其合金。5.—種單晶硅雙面太陽電池的制備方法，用于制備權利要求1-4任一所述單晶硅雙面太陽電池，包括如下步驟: SI:在單晶娃襯底表面制域； S2:正面摻雜形成發射結； S3:去除背面含雜質玻璃層； S4:濕化學法制備背面分離金字塔形貌結構，并去除背面摻雜層； S5:背面摻雜形成背表面場； S6:制備正面、背面鈍化減反介質層； S7:制備正面、背面電極。6.根據權利要求5所述的單晶硅雙面太陽電池的制備方法，其特征在于:在步驟S4中，濕化學法制備背面分離金字塔形貌結構所采用的化學藥劑有氫氧化鈉、氫氧化鉀、四甲基氫氧化銨、硝酸、磷酸、氫氟酸、乙醇、異丙醇或乙二醇中的一種或兩種以上混合的水溶液；制備溫度是60至80°C，時間是10-900秒。7.根據權利要求5所述的單晶硅雙面太陽電池的制備方法，其特征在于:在步驟S2和S3之間，還包括如下步驟 S2-1:正面沉積阻擋層:采用PECVD在正面沉淀氧化硅薄膜的工藝阻擋層，厚度是50至300nmo8.根據權利要求5所述的單晶硅雙面太陽電池的制備方法，其特征在于:在步驟S5和S6之間，還包括如下步驟 S5-1:使用氫氟酸去除正面的氧化硅、磷硅玻璃和背面的硼硅玻璃。
【文檔編號】H01L31/068GK105826405SQ201610331351
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月17日
【發明人】盛赟
【申請人】常州天合光能有限公司