一種鈍化接觸n型太陽能電池及其組件和系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種鈍化接觸N型太陽能電池及其組件和系統。本實用新型的一種鈍化接觸N型太陽能電池，包括N型晶體硅基體，所述N型晶體硅基體的正表面包括依次從內到外的p+摻雜區域、正表面鈍化減反膜和正面電極；所述N型晶體硅基體的背表面包括依次從內到外的隧穿氧化層、n+摻雜多晶硅層、背表面鈍化膜和背面電極。其有益效果是：隧穿氧化層可以給硅基體提供優良的表面鈍化效果，并實現載流子的選擇性隧穿，n+摻雜多晶硅層可以有效的傳輸載流子以備背表面的金屬電極收集，背面金屬電極不破壞晶體硅基體表面的鈍化層，從而可以極大的提高電池的開路電壓。
【專利說明】
一種鈍化接觸N型太陽能電池及其組件和系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及太陽能電池技術領域，特別涉及一種鈍化接觸N型太陽能電池及其組件和系統。
【背景技術】
[0002]太陽能電池是一種能將太陽能轉化為電能的半導體器件，其關鍵指標為光電轉換效率。多種因素會影響光電轉換效率，其中硅基體表面的鈍化質量是一個較為關鍵的因素。鈍化質量好，硅基體的表面復合速率低，就能獲得較高的開路電壓和短路電流，所以太陽能電池的表面鈍化一直是設計和優化的重中之重。業內常見的鈍化方法是在硅基體表面生長鈍化膜，常見的鈍化膜有Si02、SiNx、Si0xNy、Al203等。另一方面，為了收集電池產生的電流，必須在娃基體上制作金屬電極。這些金屬電極需要穿過鈍化膜和娃基體形成歐姆接觸，從而不可避免地破壞了金屬電極下方的鈍化膜。處于金屬電極下方的硅基體不僅無法被鈍化，還因為和金屬的直接接觸存在非常高的復合。采用點接觸電極或類似方法只能在一定程度上緩解但無法根除這一問題。
[0003]以N型太陽能電池為例，常見的N型太陽能電池的結構為p+/N/n+結構，其中背表面為η+型摻雜層，其上一般采用SiNx或Si02/SiNx作為鈍化層，然后使用燒穿型銀漿穿透鈍化層與硅形成歐姆接觸。其中背面金屬電極約占背面面積的5%-8%，這就意味著超過5%面積的硅表面沒有被鈍化層覆蓋，而且這些區域都存在嚴重的金屬復合。一種既能讓金屬電極和硅基體形成良好的接觸，又能保持鈍化膜的完整性的新型電池，是太陽能電池領域的發展趨勢。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種鈍化接觸N型太陽能電池及其組件和系統。所述的鈍化接觸N型太陽能電池可以在保持鈍化膜完整性的同時讓金屬電極和硅基體形成良好的接觸，從而顯著提高N型電池的開路電壓、短路電流及最終的轉換效率，同時與現有工藝之間的兼容性較好。
[0005]本實用新型提供的一種鈍化接觸N型太陽能電池的制備方法，其技術方案為:
[0006]—種鈍化接觸N型太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0007](1)、對N型晶體硅基體的正表面進行摻雜處理，形成p+摻雜區域；
[0008](2)、在N型晶體硅基體的背表面制備隧穿氧化層，在隧穿氧化層上制備含磷非晶硅層或含磷多晶硅層，然后進行退火處理；
[0009](3)、在N型晶體硅基體的正表面制備鈍化減反膜并在背表面制備鈍化膜，在N型晶體硅基體的背表面印刷金屬漿料形成背面電極，在N型晶體硅基體的正表面印刷金屬漿料形成正面電極，燒結后完成鈍化接觸N型太陽能電池的制備。
[0010]其中，步驟(I)中，對N型晶體硅基體的正表面進行摻雜處理的方法是:選擇N型晶體硅基體，并對N型晶體硅基體的前表面作制絨處理;N型晶體硅基體的電阻率為0.5?15Ω.cm;然后將N型晶體硅基體放入工業用擴散爐中對制絨面進行硼擴散形成正表面的ρ+摻雜區域，硼源采用三溴化硼，擴散溫度為900-1000°C，時間為60-180分鐘，硼擴散后的方阻值為40-100 Ω/sqr。
[0011]其中，步驟(2)中，制備遂穿氧化層的方法是硝酸氧化法、高溫熱氧化法、干式臭氧氧化法或者濕式臭氧氧化法;所述硝酸氧化法采用質量濃度為40?68%的硝酸溶液，反應溫度為室溫，時間為5-20min ；所述濕式臭氧氧化法為在去離子水中通入臭氧，使得臭氧濃度達到20-50ppm，反應溫度為30-50 °C，時間為5_20min。
[0012]其中，步驟(2)中，在隧穿氧化層上制備含磷多晶硅層的方法是將N型晶體硅基體放入LPCVD設備中，采用磷烷作為摻雜源，在隧穿氧化層上生長含磷多晶硅層;或者將N型晶體硅基體放入LPCVD設備中，首先在其背表面生長本征多晶硅層，然后使用離子注入設備，將磷離子注入該多晶硅層中得到含磷多晶硅層。其中，步驟(2)中，進行退火處理的方法是將N型晶體硅基體放入退火爐中進行高溫退火，退火溫度為800-950°C，含磷非晶硅層或含磷多晶硅層經退火后形成η+摻雜多晶硅層。
[0013]其中，步驟(3)中，背面電極的制備方法是:在N型晶體硅基體的背表面使用銀漿印刷背面電極并進行烘干，正面電極的制備方法是:在N型晶體硅基體的正表面使用摻鋁銀漿印刷正面電極并進行烘干。
[0014]其中，步驟(3)中，燒結的峰值溫度為850_950°C
[0015]本實用新型提供的一種鈍化接觸N型太陽能電池，包括N型晶體硅基體，所述N型晶體硅基體的正表面包括依次從內到外的p+摻雜區域、正表面鈍化減反膜和正面電極;所述N型晶體硅基體的背表面包括依次從內到外的隧穿氧化層、n+摻雜多晶硅層、背表面鈍化膜和背面電極，N型晶體硅基體的長度與厚度的比值為300?10000。
[0016]其中，所述η+摻雜多晶娃層的厚度大于lOOnm。
[0017]其中，所述隧穿氧化層的厚度為0.5_5nm;所述遂穿氧化層是S12層。
[0018]其中，所述背面電極是銀背面電極，所述正面電極是銀鋁合金正面電極。
[0019]其中，所述鈍化減反膜是Si02、SiNx或Al2O3介質膜中一種或多種，所述鈍化膜是S12和SiNx介質膜組成的復合介質膜;所述鈍化減反膜的厚度為70?IlOnm;所述鈍化膜的厚度為不低于20nmo
[0020]其中，所述背面電極包括背面主柵和背面副柵，所述背面主柵和所述背面副柵構成H型柵線，其中背面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，背面副柵寬20-60μπι。所述正面電極包括正面主柵和正面副柵，所述正面主柵和所述正面副柵構成H型柵線，其中正面主柵寬
0.5-3mm，等間距設置3_6根，正面副柵寬20-60μπι。
[0021]本實用新型還提供了一種鈍化接觸N型太陽能電池組件，包括由上至下依次設置的前層材料、封裝材料、鈍化接觸N型太陽能電池、封裝材料、背層材料，所述鈍化接觸N型太陽能電池是上述的一種鈍化接觸N型太陽能電池。
[0022]本實用新型還提供了一種鈍化接觸N型太陽能電池系統，包括一個以上串聯的鈍化接觸N型太陽能電池組件，所述鈍化接觸N型太陽能電池組件是上述的一種鈍化接觸N型太陽能電池組件。
[0023]本實用新型的實施包括以下技術效果:
[0024]本實用新型的技術優點主要體現在:(I)N型晶體硅基體背表面覆蓋有一層S12作為隧穿氧化層，該隧穿氧化層可以給硅基體提供優良的表面鈍化效果，同時隧穿氧化層上方的η+摻雜多晶硅層可以為硅基體提供較好的場鈍化效果，基于此本實用新型的鈍化接觸N型太陽能電池具有較高的開路電壓和短路電流；(2)背面金屬電極與基體硅的沒有直接接觸，相比現有技術，既沒有破壞硅基體表面的鈍化效果，還減少了金屬和硅界面的復合；(3)金屬電極與η+摻雜多晶硅層之間為歐姆接觸，而η+摻雜多晶硅層和硅基體之間通過隧穿氧化層進行載流子的傳輸，所以電池的填充因子并不會降低；(4)對現有N型電池的工藝沒有大幅度的改變，包括金屬化方法及漿料也沒有變化，電池外觀和現有N型電池沒有任何差異。在現有N型電池生產線的基礎上，僅需增加一臺LPCVD即可完成本鈍化接觸N型太陽能電池的制作。綜合來說，本實用新型可以顯著提高N型電池的開路電壓、短路電流及最終的轉換效率，同時與現有工藝之間的兼容性較好。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型實施例的一種鈍化接觸N型太陽能電池的制備方法中步驟一后的電池結構截面示意圖。
[0026]圖2為本實用新型實施例的一種鈍化接觸N型太陽能電池的制備方法中步驟三后的電池結構截面示意圖。
[0027]圖3為本實用新型實施例的一種鈍化接觸N型太陽能電池的制備方法中步驟四后的電池結構截面示意圖。
[0028]圖4為本實用新型實施例的一種鈍化接觸N型太陽能電池的制備方法中步驟六后的電池結構截面示意圖。
[0029]圖5為本實用新型實施例的一種鈍化接觸N型太陽能電池的制備方法中步驟七后的電池結構截面示意圖。
[0030]圖6為本實用新型實施例的一種鈍化接觸N型太陽能電池的制備方法中步驟八后的電池結構截面示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面將結合實施例以及附圖對本實用新型加以詳細說明，需要指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本實用新型的理解，而對其不起任何限定作用。
[0032]參見圖6所示，本實施例提供的一種鈍化接觸N型太陽能電池，包括N型晶體硅基體10，Ν型晶體硅基體10的正表面包括依次從內到外的ρ+摻雜區域12、正表面鈍化減反膜14和正面電極20;Ν型晶體硅基體10的背表面包括依次從內到外的隧穿氧化層15、η+摻雜多晶硅層16、背表面鈍化膜18和背面電極22，Ν型晶體硅基體的長度與厚度的比值為300?10000，比值優選156或者312。!!+摻雜多晶硅層16的厚度大于lOOnm。隧穿氧化層15的厚度為0.5-5nm;遂穿氧化層15是S12層。工作時光生載流子能夠穿透隧穿氧化層15形成電導通，本實施例的N型晶體硅基體10背表面覆蓋有一層S12作為隧穿氧化層，該隧穿氧化層可以給硅基體提供優良的表面鈍化效果，同時隧穿氧化層上方的η+摻雜多晶硅層可以為硅基體提供較好的場鈍化效果，基于此本實用新型的鈍化接觸N型太陽能電池具有較高的開路電壓和短路電流;背面金屬電極與基體硅的沒有直接接觸，相比現有技術，既沒有破壞硅基體表面的鈍化效果，還減少了金屬和硅界面的復合。
[0033]優選地，背面電極22是銀背面電極，正面電極20是銀鋁合金正面電極。鈍化減反膜12是Si02、SiNx或Al2O3介質膜中一種或多種，鈍化膜18是S12和SiNx介質膜組成的復合介質膜;鈍化減反膜的厚度為70?IlOnm;鈍化膜的厚度為不低于20nm。背面電極22包括背面主柵和背面副柵(圖中未示出)，背面主柵和背面副柵構成H型柵線，其中背面主柵寬0.5-3_，等間距設置3-6根，背面副柵寬20-60μπι。正面電極20包括正面主柵和正面副柵(圖中未示出)，正面主柵和正面副柵構成H型柵線，其中正面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3_6根，正面副柵寬20-60μηι。
[0034]實施例1
[0035]參見圖1?圖6所示，本實施例的一種鈍化接觸N型太陽能電池的制備方法，主要包括以下步驟:
[0036](I)、選擇156mm X 156mm的N型晶體硅基體1，并對N型晶體硅基體1的前表面作制絨處理;N型晶體硅基體10的電阻率為0.5?15Ω ?。111，優選1?50.cm;N型晶體硅基體10的厚度為50?300μπι，優選80?200μπι;完成本步驟后的電池結構如圖1所示。
[0037](2)、將步驟(I)處理后的N型晶體硅基體10放入工業用擴散爐中對制絨面進行硼擴散形成正面的P+摻雜區域12，硼源采用三溴化硼，擴散溫度為900-1000°C，時間為60-180分鐘。硼擴散后的方阻值為40-100 Ω /sqr，優選50-70 Ω /sqr。
[0038](3)、將硼擴散后的N型晶體硅基體10放入刻蝕清洗機中，去除背面的硼擴散層和正面的硼硅玻璃層。完成本步驟后的電池結構如圖2所示。
[0039](4)、在步驟(3)處理后的N型晶體硅基體10背表面生長一層隧穿氧化層15，工作時光生載流子能夠穿透隧穿氧化層15形成電導通，本實施例中隧穿氧化層15是S12層。生長隧穿氧化層15的方法有硝酸氧化法、高溫熱氧化法、干式臭氧氧化法或濕式臭氧氧化法。本實施例采用硝酸氧化法，將N型晶體硅基體10放入質量濃度為68%的硝酸溶液中，反應溫度為室溫(可以是10?40°C，優選20?30°C)，時間為5-20min，得到隧穿氧化層15的厚度為
0.5-5nm。完成本步驟后的電池結構如圖3所示。
[0040](5)、在步驟(4)處理后的N型晶體硅基體1放入LPCVD設備(低壓化學氣相沉積)中，采用磷烷作為摻雜源，在其背表面的隧穿氧化層15上生長含磷多晶硅層，含磷多晶硅層的厚度為大于lOOnm。本實施例還可以使用APCVD或PECVD設備在隧穿氧化層上制備含磷非晶娃層。
[0041](6)、在步驟(5)處理后的N型晶體硅基體10放入退火爐中進行高溫退火。退火溫度為800-950°C。含磷多晶硅層或者含磷非晶硅層經退火后形成η+摻雜多晶硅層16。完成本步驟后的電池結構如圖4所示。
[0042](7)、在步驟(6)處理后的N型晶體硅基體10的正表面生長鈍化減反膜14，在N型晶體硅基體10的背表面生長鈍化膜18。鈍化減反膜14是Si02、SiNx或Al2O3介質膜中一種或多種，其厚度為70?llOnm。背表面的鈍化膜18是S12和SiNx介質膜組成的復合介質膜，其厚度為不低于20nm。完成本步驟后的電池結構如圖5所示。
[0043](8)、在N型晶體硅基體10的背表面使用銀漿印刷背面電極22并進行烘干，在N型晶體硅基體10的正表面使用摻鋁銀漿印刷正面電極20并進行烘干。銀漿及摻鋁銀漿均采用現有N型電池工藝中常用的型號。完成本步驟后的電池結構如圖6所示。
[0044](9)、將步驟(8)處理后的N型晶體硅基體10傳送入帶式燒結爐進行燒結，燒結峰值溫度為850-950 °C，即完成鈍化接觸N型太陽能電池的制備。
[0045]實施例2
[0046](I)、選擇156mm X 156mm的N型晶體硅基體1，并對N型晶體硅基體1的前表面作制絨處理;N型晶體硅基體10的電阻率為0.5?15Ω ?。111，優選1?50.cm;N型晶體硅基體10的厚度為50?300μπι，優選80?200μπι;完成本步驟后的電池結構如圖1所示。
[0047](2)、將步驟(I)處理后的N型晶體硅基體10放入工業用擴散爐中對制絨面進行硼擴散形成正面的P+摻雜區域12，硼源采用三溴化硼，擴散溫度為900-1000°C，時間為60-180分鐘。硼擴散后的方阻值為40-100 Ω /sqr，優選50-70 Ω /sqr。
[0048](3)、將硼擴散后的N型晶體硅基體10放入刻蝕清洗機中，去除背面的硼擴散層和正面的硼硅玻璃層。完成本步驟后的電池結構如圖2所示。
[0049](4)、在步驟(3)處理后的N型晶體硅基體10背表面生長一層隧穿氧化層15，工作時光生載流子能夠穿透隧穿氧化層15形成電導通，本實施例中隧穿氧化層15是S12層。生長隧穿氧化層15的方法有硝酸氧化法、高溫熱氧化法、干式臭氧氧化法及濕式臭氧氧化法。本實施例采用濕式臭氧氧化法，將N型晶體硅基體10放入去離子水中，然后在去離子水中通入臭氧，使得臭氧濃度達到20-50ppm，反應溫度30-50°C，時間為5_20min，生長的隧穿氧化層15的厚度為0.5-5nm。完成本步驟后的電池結構如圖3所示。
[0050](5)、在步驟(4)處理后的N型晶體硅基體1放入LPCVD設備(低壓化學氣相沉積)中，在其背表面生長本征多晶硅層，多晶硅層的厚度為大于lOOnm。然后使用離子注入設備，將磷離子注入該多晶硅層中。
[0051](6)、在步驟(5)處理后的N型晶體硅基體10放入退火爐中進行高溫退火。退火溫度為800-950°C ο注入了磷離子的多晶硅層經退火后形成η+摻雜多晶硅層16。完成本步驟后的電池結構如圖4所示。
[0052](7)、在步驟(6)處理后的N型晶體硅基體10的正表面生長鈍化減反膜14，在N型晶體硅基體10的背表面生長鈍化膜18。鈍化減反膜14是Si02、SiNx或Al2O3介質膜中一種或多種，其厚度為70?llOnm。背表面的鈍化膜18是S12和SiNx介質膜組成的復合介質膜，其厚度為不低于20nm。完成本步驟后的電池結構如圖5所示。
[0053](8)、在N型晶體硅基體10的背表面使用銀漿印刷背面電極22并進行烘干，在N型晶體硅基體10的正表面使用摻鋁銀漿印刷正面電極20并進行烘干。銀漿及摻鋁銀漿均采用現有N型電池工藝中常用的型號。完成本步驟后的電池結構如圖6所示。
[0054](9)、將步驟(8)處理后的N型晶體硅基體10傳送入帶式燒結爐進行燒結，燒結峰值溫度為850-950 °C，即完成鈍化接觸N型太陽能電池的制備。
[0055]本實施例的技術優點主要體現在:(I)N型晶體硅基體背表面覆蓋有一層S12作為隧穿氧化層，該隧穿氧化層可以給硅基體提供優良的表面鈍化效果，同時隧穿氧化層上方的η+摻雜多晶硅層可以為硅基體提供較好的場鈍化效果，基于此本實用新型的鈍化接觸N型太陽能電池具有較高的開路電壓和短路電流；(2)背面金屬電極與基體硅的沒有直接接觸，相比現有技術，既沒有破壞硅基體表面的鈍化效果，還減少了金屬和硅界面的復合；(3)金屬電極與η+摻雜多晶硅層之間為歐姆接觸，而η+摻雜多晶硅層和硅基體之間通過隧穿氧化層進行載流子的傳輸，所以電池的填充因子并不會降低；(4)對現有N型電池的工藝沒有大幅度的改變，包括金屬化方法及漿料也沒有變化，電池外觀和現有N型電池沒有任何差異。在現有N型電池生產線的基礎上，僅需增加一臺LPCVD即可完成本鈍化接觸N型太陽能電池的制作。綜合來說，本實用新型可以顯著提高N型電池的開路電壓、短路電流及最終的轉換效率，同時與現有工藝之間的兼容性較好。
[0056]本實施例還提供了一種鈍化接觸N型太陽能電池組件，包括由上至下連接的前層材料、封裝材料、鈍化接觸N型太陽能電池、封裝材料、背層材料，鈍化接觸N型太陽能電池是上述的一種鈍化接觸N型太陽能電池。本實施例的鈍化接觸N型太陽能電池組件的結構及工作原理使用本領域公知的技術，且本實用新型提供的鈍化接觸N型太陽能電池組件的改進僅涉及上述的鈍化接觸N型太陽能電池，不對其他部分進行改動。故本說明書僅對鈍化接觸N型太陽能電池及其制備方法進行詳述，對鈍化接觸N型太陽能電池組件的其他部件及工作原理這里不再贅述。本領域技術人員在本說明書描述的內容基礎上，即可實現本實用新型的鈍化接觸N型太陽能電池組件。
[0057]本實施例還提供了一種鈍化接觸N型太陽能電池系統，包括一個以上串聯的鈍化接觸N型太陽能電池組件，鈍化接觸N型太陽能電池組件是上述的一種鈍化接觸N型太陽能電池組件。本實施例的鈍化接觸N型太陽能電池系統的結構及工作原理使用本領域公知的技術，且本實用新型提供的鈍化接觸N型太陽能電池系統的改進僅涉及上述的鈍化接觸N型太陽能電池，不對其他部分進行改動。故本說明書僅對鈍化接觸N型太陽能電池及其制備方法進行詳述，對鈍化接觸N型太陽能電池系統的其他部件及工作原理這里不再贅述。本領域技術人員在本說明書描述的內容基礎上，即可實現本實用新型的鈍化接觸N型太陽能電池系統。
[0058]最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對本實用新型保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的實質和范圍。
【主權項】
1.一種純化接觸N型太陽能電池，其特征在于:包括N型晶體娃基體，所述N型晶體娃基體的正表面包括依次從內到外的P+摻雜區域、正表面鈍化減反膜和正面電極;所述N型晶體硅基體的背表面包括依次從內到外的隧穿氧化層、n+摻雜多晶硅層、背表面鈍化膜和背面電極;所述N型晶體硅基體的長度與厚度的比值為300?1000。2.根據權利要求1所述的一種鈍化接觸N型太陽能電池，其特征在于:所述η+摻雜多晶娃層的厚度大于I OOnm ο3.根據權利要求1所述的一種鈍化接觸N型太陽能電池，其特征在于:所述隧穿氧化層的厚度為0.5-5nmo4.根據權利要求1所述的一種鈍化接觸N型太陽能電池，其特征在于:所述隧穿氧化層是S12層。5.根據權利要求1?4任一所述的一種鈍化接觸N型太陽能電池，其特征在于:所述背面電極是銀背面電極，所述正面電極是銀鋁合金正面電極。6.根據權利要求1所述的一種鈍化接觸N型太陽能電池，其特征在于:所述鈍化減反膜是Si02、SiNx或Al2O3介質膜中一種或多種，所述鈍化膜是S12和SiNx介質膜組成的復合介質膜;所述鈍化減反膜的厚度為70?I 1nm;所述鈍化膜的厚度為不低于20nmo7.根據權利要求1所述的一種鈍化接觸N型太陽能電池，其特征在于:所述背面電極包括背面主柵和背面副柵，所述背面主柵和所述背面副柵構成H型柵線，其中背面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，背面副柵寬20-60μπι。8.根據權利要求1所述的一種鈍化接觸N型太陽能電池，其特征在于:所述正面電極包括正面主柵和正面副柵，所述正面主柵和所述正面副柵構成H型柵線，其中正面主柵寬0.5-3mm，等間距設置3-6根，正面副柵寬20-60μπι。9.一種鈍化接觸N型太陽能電池組件，包括由上至下依次設置的前層材料、封裝材料、鈍化接觸N型太陽能電池、封裝材料、背層材料，其特征在于:所述鈍化接觸N型太陽能電池是權利要求1-8任一所述的一種鈍化接觸N型太陽能電池。10.一種鈍化接觸N型太陽能電池系統，包括一個以上串聯的鈍化接觸N型太陽能電池組件，其特征在于:所述鈍化接觸N型太陽能電池組件是權利要求9所述的一種鈍化接觸N型太陽能電池組件。
【文檔編號】H01L31/068GK205564789SQ201620360636
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月26日
【發明人】林建偉, 孫玉海, 劉志鋒, 季根華, 張育政
【申請人】泰州中來光電科技有限公司