一种太阳能电池叠层钝化结构及其制备方法与流程 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池叠层钝化结构及其制备方法。背景技术：2.太阳能电池是通过光电效应或光化学效应把光能转化成电能的装置，主流是以光伏效应工作的晶硅太阳能电池。为了提高晶硅太阳能电池的效率，必须对电池表面进行良好的钝化，降低表面缺陷复合从而提高电池的开路电压。目前，产业化perc电池最常见的背面钝化技术是用氧化铝和氮化硅层进行叠层钝化，正面是氮化硅钝化膜。cn111106183a先在抛光后的硅片背面沉积二氧化硅薄膜层，再沉积磷掺杂非晶碳化硅薄膜层，退火处理使非晶碳化硅转变为微晶碳化硅。cn110112243a的背面钝化结构包括自所述太阳能电池硅片衬底背面依次向外设置的第一氧化硅膜层、氧化铝钝化膜层、第一氮化硅减反射层和第二氧化硅膜层。3.但是，上述的方法的钝化效果不理想，太阳能电池的效率有待提升，有必要提供一种太阳能电池叠层钝化结构以提高晶硅太阳能电池的效率。技术实现要素：4.针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种太阳能电池叠层钝化结构及其制备方法。5.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：6.第一方面，本发明提供一种太阳能电池叠层钝化结构，所述叠层钝化结构包括由太阳能电池硅衬底背面的表面依次向外设置的第一层钝化层、第二层钝化层和第三钝化层，所述第三钝化层含氢，所述第三钝化层选自二氧化钛(tio2)层、二氧化硅(sio2)层、氮化钛层(tin)和氮氧化硅(sioxny，其中，x和y满足物质的化合价平衡)层中的至少一层，所述所述第三钝化层的含氢量为1e+20h/cm3～1e+23h/cm3。7.本发明的叠层钝化结构中，由于远离硅衬底的第三钝化层中含有特定含量的氢，会在后续退火或烧结工艺中注入硅片表面和内部，对复合中心进行钝化，从而具有良好的钝化效果，提高电池的开路电压，进而提升太阳能电池的性能。其中，第三钝化层的含氢量若过少会导致无法对复合中心钝化，从而使钝化效果变差；含氢量若过多会导致氢变成复合中心，引入更多缺陷。8.需要说明的是，本发明中，第一钝化层、第二钝化层和第三钝化层可按照上述顺序直接接触，也可以在第一钝化层和第二钝化层之间设置其他功能层，或者在第二钝化层和第三钝化层之间设置其他功能层，本发明不作具体限定。9.以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。10.优选地，所述第三钝化层的厚度为25nm～150nm，例如25nm、30nm、35nm、40nm、50nm、60nm、80nm、85nm、90nm、100nm、115nm、125nm、135nm或150nm等，优选为50nm～80nm。11.本发明中，第三钝化层可以是单层，也可以是至少两个层形成的叠层。当为至少两个层形成的叠层时，上述第三钝化层的厚度指的是叠层的总厚度。在上述的优选厚度范围内，既可以保证良好的钝化效果，又可以提高对于双玻组件膜系的适用性。12.优选地，所述第三钝化层为二氧化钛层，氮氧化硅层，或者二氧化钛层和氮氧化硅层的叠层。也即，可以是单独的二氧化钛层，也可以是单独的氮氧化硅层，还可以是二者的叠层。13.对于二氧化钛层和氮氧化硅层的叠层的情况，优选二氧化钛和氮氧化硅层的厚度比为(1～2):1，例如1:1、1.5:1或2:1等。14.优选地，所述第一钝化层为sio2层。15.优选地，所述第一钝化层的厚度为0.2nm～5nm，例如0.2nm、0.5nm、1nm、1.5nm、2nm、2.5nm、3nm、4nm或5nm等。16.优选地，所述第二钝化层为氧化铝层。17.优选地，所述第二钝化层的厚度为1nm～30nm，例如1nm、3nm、4nm、5nm、8nm、10nm、15nm、18nm、20nm、25nm或30nm等。18.本发明还提供了一种高效的perc太阳能电池，其结构示意图参见图1，所述perc太阳能电池包括硅衬底1(例如p型硅衬底)和形成于所述硅衬底1上的发射结区，所述发射结区包括重扩散区2和轻扩散区3，所述硅衬底正面设置依次设置有sio2膜4和sinx减反射层5，所述硅衬底正面还设置有ag电极6，所述ag电极6和发射结区相连，所述硅衬底背面设置有叠层钝化结构和al电极7，所述al电极7穿过所述的叠层钝化结构与局部bsf p++8相连，所述叠层钝化结构包括由太阳能电池硅衬底背面的表面依次向外设置的第一层钝化层9、第二层钝化层10和第三钝化层11。19.第二方面，本发明提供如第一方面所述的太阳能电池叠层钝化结构的制备方法，所述方法包括：在形成有p-n结的硅片背面依次制备第一钝化层、第二钝化层和第三钝化层，得到所述的叠层钝化结构。20.优选地，所述第一钝化层的制备方法包括热氧化法、湿法或化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)法中的任意一种。21.优选地，所述第二钝化层的制备方法包括等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd)法或原子层沉积(atomic layer deposition，ald)法中的任意一种。22.优选地，所述第三钝化层的制备方法包括等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd)法、原子层沉积(atomic layer deposition，ald)法、磁控溅射、热蒸发、物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)法或化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)法，采用上述方法制备薄膜时，反应气体含氢元素。23.与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：24.本发明的叠层钝化结构中，由于远离硅衬底的第三钝化层中含有特定含量的氢，会在后续退火或烧结工艺中注入硅片表面和内部，对复合中心进行钝化，从而具有良好的钝化效果，提高电池的开路电压，进而提升太阳能电池的性能。附图说明25.图1是perc太阳能电池的结构示意图，1-硅衬底，2-重扩散区，3-轻扩散区，4-sio2膜，5-sinx减反射层，6-ag电极，7-al电极，8-bsf p++，9-第一层钝化层，10-第二层钝化层，11-第三钝化层。具体实施方式26.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。27.实施例128.本实施例提供一种perc太阳能电池，通过如下方法制备得到：29.(1)用浓度为35g/l的koh溶液去除p型硅片的机械损伤层3μm，然后用15g/l的naoh溶液对硅片表面进行腐蚀，形成2.5μm的金字塔结构。30.(2)采用pocl3液态低压扩散进行扩散，形成p-n结，扩散温度为810℃，工艺时长为90min，扩散方阻控制在130ohm/sq之间。31.(3)激光se掺杂，通过激光高温将扩散后磷硅玻璃中的p原子进行激光掺杂，形成局部重掺杂区域，扩散方阻为80ohm/sq。32.(4)链式清洗机去除背结，并对硅片背面进行3.5μm的抛光，去除周边的p-n结。33.(5)在步骤(4)得到的硅衬底的背面制备叠层钝化结构：34.对步骤(4)得到的硅片进行氧化，在硅片的正面、背面和边缘生成薄的sio2膜，厚度为3nm。35.利用pecvd法在背面沉积al2o3薄膜，厚度为20nm。36.利用pecvd法在背面沉积tio2薄膜，厚度为70nm，tio2薄膜中的氢含量为4e+21h/cm3。37.(6)利用pecvd法在正面沉积sinx薄膜，厚度为85nm。38.(7)采用532nm的ns激光器在背面叠层膜上进行局部开槽，打开叠层钝化膜。39.(8)印刷背面ag电极烘干后，再印刷背面al浆料。40.(9)印刷正面ag电极并在875℃快速烧结，形成良好的欧姆接触，得到太阳能电池。41.(10)测试i-v并分选。42.实施例243.本实施例提供一种perc太阳能电池，通过如下方法制备得到：44.(1)用浓度为35g/l的koh溶液去除p型硅片的机械损伤层3μm，然后用15g/l的naoh溶液对硅片表面进行腐蚀，形成3μm的金字塔结构。45.(2)采用pocl3液态低压扩散进行扩散，形成p-n结，扩散温度为810℃，工艺时长为90min，扩散方阻控制在160ohm/sq之间。46.(3)激光se掺杂，通过激光高温将扩散后磷硅玻璃中的p原子进行激光掺杂，形成局部重掺杂区域，扩散方阻为95ohm/sq。47.(4)链式清洗机去除背结，并对硅片背面进行4μm的抛光，去除周边的p-n结。48.(5)在步骤(4)得到的硅衬底的背面制备叠层钝化结构：49.对步骤(4)得到的硅片进行氧化，在硅片的正面、背面和边缘生成薄的sio2膜，厚度为3nm。50.利用ald法在背面沉积al2o3薄膜，厚度为5nm。51.利用pecvd法在背面依次沉积tio2薄膜和tin薄膜，厚度分别为35nm和50nm，tio2薄膜和tin薄膜中总的氢含量为6e+21h/cm3。52.(6)利用pecvd法在正面沉积sinx薄膜，厚度为85nm。53.(7)采用532nm的ns激光器在背面叠层膜上进行局部开槽，打开叠层钝化膜。54.(8)印刷背面ag电极烘干后，再印刷背面al浆料。55.(9)印刷正面ag电极并在875℃快速烧结，形成良好的欧姆接触，得到太阳能电池。56.(10)测试i-v并分选。57.实施例358.本实施例提供一种perc太阳能电池，通过如下方法制备得到：59.(1)用浓度为35g/l的koh溶液去除p型硅片的机械损伤层3μm，然后用15g/l的naoh溶液对硅片表面进行腐蚀，形成2μm的金字塔结构。60.(2)采用pocl3液态低压扩散进行扩散，形成p-n结，扩散温度为810℃，工艺时长为90min，扩散方阻控制在140ohm/sq之间。61.(3)激光se掺杂，通过激光高温将扩散后磷硅玻璃中的p原子进行激光掺杂，形成局部重掺杂区域，扩散方阻为70ohm/sq。62.(4)链式清洗机去除背结，并对硅片背面进行3μm的抛光，去除周边的p-n结。63.(5)在步骤(4)得到的硅衬底的背面制备叠层钝化结构：64.对步骤(4)得到的硅片进行氧化，在硅片的正面、背面和边缘生成薄的sio2膜，厚度为3nm。65.利用pecvd法在背面沉积al2o3薄膜，厚度为20nm。66.利用pecvd法在背面沉积tio2薄膜，厚度为70nm，tio2薄膜中的氢含量为5e+21h/cm3。67.(6)利用pecvd法在正面沉积sinx薄膜，厚度为85nm。68.(7)采用532nm的ns激光器在背面叠层膜上进行局部开槽，打开叠层钝化膜。69.(8)印刷背面ag电极烘干后，再印刷背面al浆料。70.(9)印刷正面ag电极并在875℃快速烧结，形成良好的欧姆接触，得到太阳能电池。71.(10)测试i-v并分选。72.实施例473.本实施例与实施例1的区别仅在于步骤(5)不同，本实施例步骤(5)为：在步骤(4)得到的硅衬底的背面制备叠层钝化结构：74.对步骤(4)得到的硅片进行氧化，在硅片的正面、背面和边缘生成薄的sio2膜，厚度为3nm。75.利用pecvd法在背面沉积al2o3薄膜，厚度为20nm。76.利用pecvd法在背面沉积sioxny薄膜，厚度为60nm，sioxny薄膜中的氢含量为5e+21h/cm3。77.实施例578.本实施例与实施例1的区别仅在于步骤(5)不同，本实施例步骤(5)为：79.对步骤(4)得到的硅片进行氧化，在硅片的正面、背面和边缘生成薄的sio2膜，厚度为3nm。80.利用pecvd法在背面沉积al2o3薄膜，厚度为20nm。81.利用pecvd法在背面沉积tio2薄膜，厚度为35nm，利用pecvd法在背面沉积sioxny薄膜，厚度为35nm，tio2薄膜和sioxny薄膜中的总的氢含量为5e+21h/cm3。82.本发明实施例1-5由于具有钝化层具有合适的氢含量，可以有效提升钝化效果，提高电池的开路电压，进而提升太阳能电池的性能。尤其当第三钝化层为二氧化钛单层，或者为二氧化钛与氮氧化硅层的叠层时，改善效果更佳。83.对比例184.本对比例与实施例1的区别在于，tio2薄膜中的氢含量为1e+19h/cm3。85.由于钝化层含氢量若过少，无法对复合中心钝化，钝化效果差。86.对比例287.本对比例与实施例1的区别在于，tio2薄膜中的氢含量为5e+23h/cm3。88.由于钝化层含氢量若过多，导致氢变成复合中心，引入更多缺陷，不利于提升晶体硅太阳能电池的效率。89.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。









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