專利名稱：一種基于n型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體太陽電池技術領域，特別是一種基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池。
背景技術：
二十一世紀，能源危機和環(huán)境污染已經(jīng)成為了急需解決的全球問題。開發(fā)綠色能源成為解決這一危機的主要方法之一。太陽能電池具有安全、環(huán)保等優(yōu)點，因此光伏產(chǎn)業(yè)技術成為各國爭相發(fā)展的目標。目前，傳統(tǒng)晶體硅太陽電池在生產(chǎn)中采用了高溫工藝，如擴散、燒結溫度都在800°C以上等，易導致晶娃片的變形和熱損傷，且耗能多，成本聞。 傳統(tǒng)的異質結太陽電池的柵線是直接印刷在太陽電池的受光面上的，減少太陽電池受光面柵線的遮光面積是提高太陽電池轉化效率的重要方向。通過傳統(tǒng)采用絲網(wǎng)印刷的方法，減少遮光面積，提高柵線的高寬比的問題并不能得到很好的解決。采用低溫薄膜制備技術生產(chǎn)異質結太陽電池是一個新的研究方向，它降低了能耗，并且生產(chǎn)工藝簡單，易于商業(yè)化而且有利于降低制造成本。然而，氫化非晶硅(OL-Si'H )薄膜缺陷較多，導致了其轉換效率低，并且隨著光照的時間其轉換效率會不斷下降，這使得非晶硅薄膜太陽能電池的應用受到限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供了一種基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池。本發(fā)明太陽電池不會出現(xiàn)常規(guī)P型晶硅和常規(guī)非晶硅薄膜的晶硅構成的異質結太陽電池的大幅光衰現(xiàn)象，光譜響應更好，光電轉換效率提高，生產(chǎn)成本降低。本發(fā)明解決技術問題所米取的技術方案是一種基于N型娃片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池，包括N型單晶硅基體F-C -S、電池正電極、電池負電極、透明導電薄膜TCO以及在所述N型單晶硅基體F-c-S正面和背面制備形成的若干膜層；其特征在于所述的在N型單晶硅基體I-C S背面制備形成的膜層包括N+重摻層，形成N+/N高低結；所述N型單晶硅基體正面和背面的最外層均制備形成一層透明導電薄膜TC0;所述在N型單晶硅基體e-S正面設有凹槽，所述的電池正電極設置于凹槽內；所述的電池負電極設置于所述N型單晶硅基體F-c - Si背面。作為一種優(yōu)選，所述的在N型單晶硅基體況-t - St正面制備形成的膜層依次為本征氫化納米娃i — nc — Si: H薄膜和P型重摻雜氫化納米娃P+ — nc - Si: H薄膜，并在所述P型重摻雜氫化納米硅P+ 沒H薄膜上制備形成一層透明導電薄膜TC0，由表及里形成TCO// i-nc-Ei'H /況-沒的異質結構；所述的在N型單晶硅基體N-c-Si背面制備形成的膜層依次為N+重摻層、本征氫化納米硅薄膜和N型重摻雜氫化納米硅N*-nc-Si: H薄膜，并在所述N型重摻雜氫化納米硅JT薄膜上制備形成一層透明導電薄膜TCO，由內而外形成JV - c -沒/N+重摻層I i-m-H/ N*-nc-Si: H / TCO 異質結構。作為一種優(yōu)選，所述的電池正電極(3)和電池負電極(9)分別制作在位于N型單晶硅基體F-C-及正面和背面最外層的透明導電薄膜TCO上；所述的電池正電極采用真空鍍或電化學鍍或噴霧印刷制作于所述N型單晶硅基體F-C正面所述的凹槽內的兩側，所述電池負電極采用印刷方式制作于所述N型單晶硅基體e-沒背面；所述電池正電極為Ag或Al或Ag/Al,寬度為10-20um ；電池負電極為Ag或Al或Ag-Al,寬度為20_100um。作為進一步的優(yōu)選，所述的N型單晶硅基體iV-c 厚度為150-200um，摻雜濃度為I X IO15-I X IO1Vcm3,電導率為O. 3-15 Ω · cm ;所述的N+重摻層厚度為O. 2-0. 5um,摻雜濃度為IX IO18 -5X IO2Vcm3 ;所述的P型重摻雜氫化納米硅P+ - C - S : H薄膜厚度為2-10nm，摻雜濃度為I X IO18-I X 102°/cm3 ;所述的N型重摻雜氫化納米硅AT -及/f薄 膜厚度為5-15nm，摻雜濃度為IX 1018-5X 102°/cm3 ;透明導電薄膜TCO為氧化物透明導電材料體系，厚度為60-100nm ;凹槽寬度為10_30um，深度為30_60um。作為進一步的優(yōu)選，所述的N型單晶硅基體沒正面刻槽方法可以激光刻槽、機械刻槽或等離子體刻槽；所述的透明導電薄膜TCO的制作方法包括APCVD、磁控濺射、離子束濺射、熱蒸發(fā)或離子束蒸發(fā)；在所述的N型單晶硅基體F-C-S背面制備形成N+重摻層的制備方法包括爐管擴散或離子注入；除制備形成N+重摻層以外，在所述的N型單晶硅基體F-c -51正面和背面制備形成膜層的制備方法包括射頻濺射、PECVD或HWCVD。本發(fā)明一種基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池，結構特征為在N型單晶硅基體況沒正面開槽，并在正面依次沉積本征氫化納米硅ι-抓-沒//薄膜、P型重摻雜氫化納米硅P+ - C-沒:H薄膜和透明導電薄膜TC0，形成TCO/ P今-nc-Si' H/ / N-c-Si的異質結構。在N型單晶硅基體況,SS背面依次擴散磷源形成N+重摻層，沉積本征氫化納米硅卜配Zi薄膜、N型重摻雜氫化納米硅N+-nc~Si: H薄膜和透明導電薄膜TC0,形成iV-c-沒/N+重摻層/
/ N+-nc-Si: H / TCO異質結構。具體作用為透明導電薄膜TCO具有較高的透光性和導電性，主要作用是收集電流，將透過電池體內的太陽光反射回去，增加太陽光吸收作用。P/N型氫化納米硅沉積在本征氫化納米硅j- -沒瓦薄膜上與N型硅片基體形成核心結構的HIT異質結。本發(fā)明中，N型單晶硅基體F-￠-51與P型重摻雜氫化納米硅P+ - e-沒:H薄膜之間以及N型單晶硅基體F-c -及(已經(jīng)擴散磷源形成N+重摻層)與N型重摻雜氫化納米娃Ar+-.%7-沒片薄膜之間沉積一層本征氫化納米娃薄膜作為降低界面態(tài)密度的緩沖層，增加鈍化效果，厚度為l_5nm。用氫化納米硅《C-沒//薄膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的非晶硅σ-沒片薄膜，降低了光致衰減。
本發(fā)明中，在N型單晶硅基體F-e-及背面擴散一層磷源形成N+重摻層，形成N+/N高低結，目的在于形成較高的內建電場，提升開壓。將電池正電極設置于N型單晶硅基體N-C-Si正面所設的凹槽內，避免了常規(guī)太陽電池柵線遮光面積較大的問題。本發(fā)明異質結太陽電池的技術優(yōu)勢在于⑴不會出現(xiàn)常規(guī)P型晶硅和常規(guī)非晶硅薄膜的晶硅構成的異質結太陽電池的大幅光衰現(xiàn)象，光譜響應更好，且較常規(guī)電池厚度大大減?。?2)利用開槽技術，真空鍍或電化學鍍或噴霧印刷的方法使金屬接觸在凹槽的兩側，柵線遮光面積由常規(guī)絲印方式的6%降低至1%，提高太陽電池的轉化效率； 可采用低溫生產(chǎn)工藝從而降低生產(chǎn)成本。



圖I是本發(fā)明的基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池的結構示意圖。其中1-凹槽，2-凹槽平臺，3-電池正電極，4-透明導電薄膜TC0，5-P型重摻雜氫化納米硅P+薄膜，6-本征氫化納米硅i — m-H薄膜，7-N型單晶硅基體N-c -Si ,8- N+重摻層，9-電池負電極，IO-N型重摻雜氫化納米硅JT- c-及//薄膜。
具體實施例方式下面結合附圖和實例來說明本發(fā)明的技術方案，但是本發(fā)明并不局限于此。在閱讀了本發(fā)明記載的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權利要求所限定的范圍。實施例I :
如圖I所示，一種基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池，包括N型單硅片基體F-c - ￡1 7、電池正電極3、凹槽I、本征氫化納米硅卜從-i并薄膜6、P型重摻雜氫
化納米硅P+ -nc-Si'H薄膜5、N型重摻雜氫化納米硅IT-nc-Si:H薄膜10、擴散磷源形成的N+重摻層8、透明導電薄膜TCO 4、電池負電極9。所述N型單晶硅基體F-C-沒7正面(主要受光面)上設置凹槽I，并在正面依次沉積一層本征氫化納米硅薄膜6，P型重摻雜氫化納米硅P+ - nc -沒薄膜5，在P型重摻雜氫化納米硅P+ -nc-Si.'H薄膜5上制備一層透明導電薄膜TCO 4;所述N型單晶硅基體-SS 7背面擴散磷源形成N+重摻層8，然后再依次沉積一層本征氫化納米硅I -肥-沒H薄膜6和N型重摻雜氫化納米硅iT-nc-Si : H薄膜10，并在N型重摻雜氫化納米硅礦-nc - SiH薄膜10上制備一層透明導電薄膜TCO 4，并在背面透明導電薄膜TCO 4上印刷電池負電極9;所述N型單晶硅基體F-e-沒7正面上凹槽I內兩側化學鍍電池正電極3。上述N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池的制備方法如下
所用N型單晶硅片基體N-c-Si 7厚度在200um，電阻率為3 Q - cm,進行超聲波預清洗。在N型單晶體硅基體F-c-S 7的一面用工藝參數(shù)為non印osition光，掃描速率為50mm/s,功率為40%進行激光刻槽，得到寬度為30um，深度為30um的凹槽。用濃度為5%的HF水溶液去除N型單晶體硅基體iV-c-55 7表面的SiO2層。在制絨液(其中含有2%的NaOH以及少量異丙醇和制絨添加劑)中，于80°C制備金字塔形狀絨面。然后先后用濃度為25%HC1水溶液和濃度為15%HF水溶液清洗工藝將N型單晶體硅基體c -沒7清洗干凈并甩干，硅片表面潔凈度要求很高。采用離子注入的方式在N型單晶體硅基體F-C7的背面(未刻凹槽的一面)擴散磷源形成N+重摻層8，結深為O. 3um,濃磷摻雜最高濃度為lX102°/cm3。再將離子注入后的硅片用化學腐蝕的方式進行邊緣隔離。然后將隔離后的N型單晶體硅基體沒7采用酸清洗工藝清洗干凈并甩干。在爐管900°C退火1.5h。再用HWCVD技術分別在N型單晶硅基體iV-c 7正面(刻有凹槽的一面)沉積本征氫化納米硅 薄膜6，厚度約I. 5nm ；P型重摻雜氫化納米硅P* - nc-Si: H薄膜5，厚度約5nm，摻雜濃度為5X 102°/cm3 ;在N型單晶硅基體Af-c - S 7背面分別沉積本征氫化納米硅！-nc-Sr.H薄膜6，厚度約I. 5nm ；N型重摻雜氫化納米硅AT薄膜10，厚度約10nm，摻雜濃度為5X102°/cm3 ;以及用APCVD技術雙面沉積透明導電薄膜TCO 4，厚度約85nm。最后，在正面凹槽I內的兩側采用電化學鍍方法(使用電鍍中的點鍍方式)鍍上電池正電極Ag并清洗干凈甩干，在背面用絲網(wǎng)印刷電池負電極Ag-Al衆(zhòng)，并在250°C溫度中進行低溫燒結。本實施案例制備的基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池的電性 能輸出參數(shù) 溫度25°C，模擬光源AMl. 5，1000ff/cm2的標準光強照射下，短路電流密度41. 5mA/cm2，開路電壓703. 5mV，填充因子78. 9%，光電轉換效率21. 4%。實施例2
如圖I所示，一種基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池，包括N型單硅片基體JV-e -沒7、電池正電極3、凹槽I、本征氫化納米硅i - a:-沒Zi薄膜6、P型重摻雜氫化納米硅P+ - nc - SiH薄膜5、N型重摻雜氫化納米硅AT-nc-Si: H薄膜10、擴散磷源形成的N+重摻層8、透明導電薄膜TCO 4、電池負電極9。所述N型單晶硅基體F-e-51 7正面(主要受光面)上設置凹槽1，并在正面依次沉積一層本征氫化納米硅？- -沒并薄膜6，P型重摻雜氫化納米硅P+ -nc-Si : H薄膜5，在P型重摻雜氫化納米硅P今-nc-Si'H薄膜5上制備一層透明導電薄膜TCO 4;所述N型單晶硅基體-Si 7背面擴散磷源形成N+重摻層8,然后再依次沉積一層本征氫化納米娃i - K-SI: H薄膜6和N型重摻雜氫化納米硅F+ -nc-Si : H薄膜10，在N型重摻雜氫化納米硅JT-nc-Si: H薄膜10上制備一層透明導電薄膜TCO 4，并在背面透明導電薄膜TCO 4上印刷電池負電極9;所述N型單晶硅基體沒7正面上凹槽I內兩側化學鍍電池正電極3。上述N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池的制備方法如下
所用N型單晶硅片基體7厚度在180um，電阻率為5 Ω · cm，進行超聲波預清洗。在N型單晶體硅基體況-c-沒7的一面通過機械快速旋轉切磨開槽，槽寬度20um，深度30um。在制絨液(其中含有I. 5%的NaOH以及少量異丙醇和制絨添加劑)中，于80°C制備金字塔形狀絨面。然后先后用濃度為25%HC1水溶液和濃度為15%HF水溶液清洗工藝將N型單晶體硅基體F-沒7清洗干凈并甩干，硅片表面潔凈度要求很高。在N型單晶體硅基體N-c -Si 7的背面(未刻凹槽的一面)擴散磷源形成N+重摻層8，擴散溫度820°C，結深為O. 3um，濃磷摻雜最高濃度為5X IO19-IX 102°/cm3。再將擴散后的硅片進行邊緣刻蝕，去磷硅玻璃(PSG)。然后將刻蝕后的N型單晶體硅基體F-i-S 7采用酸清洗工藝清洗干凈并甩干。再用HWCVD技術在N型單晶硅基體7正面(刻有凹槽的一面)分別沉積本征氫化納米硅！-nc-Si'H薄膜6，厚度約2nm ；P型重摻雜氫化納米硅P*-m-Si' H薄膜5，厚度約5nm，摻雜濃度為5X 102°/cm3 ;在N型單晶硅基體F-c -S 7背面分別沉積本征氫化納米硅！ — nc — Si'.H薄膜6，厚度約2nm ；N型重摻雜氫化納米硅F+ -m — Si'. H薄膜10，厚度約10nm，摻雜濃度為5X102°/cm3 ;以及用APCVD技術雙面沉積透明導電薄膜TCO 4，厚度約80nm。最后，在正面凹槽I內的兩側采用電化學鍍方法(使用電鍍中的點鍍方式)鍍上電池正電極Ag并清洗干凈甩干，背面用絲網(wǎng)印刷電池負電極Ag-Al衆(zhòng)，并在180°C溫度中進行低溫燒結。本實施案例制備的基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池的電性能輸出參數(shù) 溫度25°C，模擬光源AMl. 5，1000ff/cm2的標準光強照射下，短路電流密度38. 9mA/cm2,開路電壓725mV，填充因子79. 1%，光電轉換效率22. 3%。實施例3
電池正電極3的制作是采用真空蒸鍍的方法將Ag鍍在N型單晶硅基體F-e-S 7正面凹槽I內的兩側。其余與實施例I相同。
權利要求
1.一種基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池，包括N型單晶硅基體N-C-Si (7)、電池正電極(3)、電池負電極(9)、透明導電薄膜TCO (4)以及在所述N型單晶硅基體iV-c-S (7)正面和背面制備形成的若干膜層；其特征在于所述的在N型單晶硅基體- SI (7)背面制備形成的膜層包括N+重摻層(8)，形成N+/N高低結；所述N型單晶硅基體F-e-及(7)正面和背面的最外層均制備形成一層透明導電薄膜TCO (4);所述在N型單晶硅基體F--及(7 )正面設有凹槽(I )，所述的電池正電極(3 )設置于凹槽(I)內；所述的電池負電極(9)設置于所述N型單晶硅基體iV-c-(7)背面。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池，其特征在于所述的在N型單晶硅基體F-c-S (7)正面制備形成的膜層依次為本征氫化納米硅I — nc - Si: H薄膜(6 )和P型重摻雜氫化納米娃P+ -nc - Si : H薄膜(5 ),并在所述P型重摻雜氫化納米硅P+ -nc-Si; H薄膜(5)上制備形成一層透明導電薄膜TCO (4)，由表及里形成TCO/P+- c-S:丑/ i-nc-Si:H / JV-c-S的異質結構；所述的在N型單晶硅基體N-c-Si (7)背面制備形成的膜層依次為N+重摻層(8)、本征氫化納米硅卜肥-沒if薄膜(6)和N型重摻雜氫化納米硅JT 沒Zf薄膜(10)，并在所述N型重摻雜氫化納米硅2T- C-沒/￡薄膜(10)上制備形成一層透明導電薄膜TCO (4)，由內而外形成N-c-Si /N+重摻層 / i —BC-S:丑 / IT -nc-Si'. H / TCO 異質結構。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池，其特征在于所述的電池正電極(3)和電池負電極(9)分別制作在位于N型單晶硅基體F-e -55(7)正面和背面最外層的透明導電薄膜TCO (4)上；所述的電池正電極(3)采用真空鍍或電化學鍍或噴霧印刷的方法制作于所述N型單晶硅基體F-c(7)正面所述的凹槽(I)內的兩側，所述電池負電極(9)采用印刷方式制作于所述N型單晶硅基體-S (7)背面；所述電池正電極(3)為Ag或Al或Ag/Al,寬度為10-20um ;電池負電極(9)為Ag或Al或 Ag/Al，寬度為 20-100um。
4.根據(jù)權利要求I至3之任意一項所述的基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池，其特征在于所述的N型單晶硅基體iV-C-沒(7)厚度為150-200um，摻雜濃度為I X IO15-I X IO1Vcm3,電導率為0. 3-15 Q *cm ;所述的N+重摻層(8)厚度為0. 2-0. 5um，摻雜濃度為I X IO18 -5X IO2Vcm3 ;所述的P型重摻雜氫化納米硅P+ -配-S ; H薄膜(5)厚度為2-10nm，摻雜濃度為IX IO18-IX 102°/cm3 ;所述的N型重摻雜氫化納米硅AT+ - 沒:H薄膜(10)厚度為5-15nm,摻雜濃度為I X 1018-5 X IO2Vcm3 ;透明導電薄膜TCO (4)為氧化物透明導電材料體系，厚度為60-100nm ;凹槽(I)寬度為10_30um，深度為30_60um。
5.根據(jù)權利要求I至3之任意一項所述的基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池，其特征在于所述的N型單晶硅基體F-c-51 (7)正面刻槽方法可以激光刻槽、機械刻槽或等離子體刻槽；所述的透明導電薄膜TCO (4)的制作方法包括APCVD、磁控濺射、離子束濺射、熱蒸發(fā)或離子束蒸發(fā)；在所述的N型單晶硅基體(7)背面制備形成N+重摻層(8)的制備方法包括爐管擴散或離子注入；除制備形成N+重摻層(8)以外，在 所述的N型單晶硅基體-55 (7)正面和背面制備形成膜層的制備方法包括射頻濺射、PECVD 或 HWCVD。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于N型硅片傾斜金屬接觸結構的異質結太陽電池。其包括N型單晶硅基體、正電極、負電極、透明導電薄膜以及在N型單晶硅基體正面和背面制備形成的若干膜層；在N型單晶硅基體背面制備形成的膜層包括N+重摻層，形成N+/N高低結；N型單晶硅基體正面和背面的最外層均制備形成一層透明導電薄膜；在N型單晶硅基體正面設有凹槽，電池正電極設置于凹槽內；電池負電極設置于N型單晶硅基體背面。本發(fā)明不會出現(xiàn)常規(guī)P型晶硅和非晶硅薄膜的晶硅構成的異質結太陽電池的大幅光衰現(xiàn)象，光譜響應更好，且厚度大大減薄；柵線遮光面積由常規(guī)絲印方式的6%降低至1%，提高太陽電池的轉化效率；可采用低溫生產(chǎn)工藝從而降低生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L31/0224GK102709340SQ201210171008
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權日2012年5月30日
發(fā)明者梅曉東, 涂宏波, 王學林, 聶金艷 申請人:浙江晶科能源有限公司