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一種背鈍化晶硅太陽(yáng)電池及其制備方法與流程

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一種背鈍化晶硅太陽(yáng)電池及其制備方法與流程

本發(fā)明屬于光伏太陽(yáng)能技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種背鈍化晶硅太陽(yáng)電池及其制備方法。



背景技術(shù):

晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率影響著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和決定著光企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,如何提升晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率倍受業(yè)界關(guān)注。當(dāng)前主流的晶硅太陽(yáng)電池產(chǎn)品的背表面是采用鋁背場(chǎng)(Al-BSF)結(jié)構(gòu),背鋁電極與晶體硅直接接觸。其中,950-1200nm光譜范圍的長(zhǎng)波光子在晶體硅中的吸收系數(shù)小于5×102/cm,導(dǎo)致吸收不完全入射到晶硅太陽(yáng)電池背表面,隨后被背鋁電極吸收損失。另外,晶體硅背表面與鋁電極直接接觸,使得界面存在高密度的載流子復(fù)合中心,從而背表面處光生載流子復(fù)合嚴(yán)重。因此,在鋁背場(chǎng)(Al-BSF)結(jié)構(gòu)的晶硅太陽(yáng)電池中,背表面處光學(xué)損失和載流子復(fù)合損失是限制其光電轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要原因。

PERC背鈍化光電結(jié)構(gòu)是一種求解方法,該背鈍化光電結(jié)構(gòu)是在鋁電極和硅之間引入氧化鋁和氮化硅疊層介質(zhì)膜,借助疊層介質(zhì)膜的光學(xué)干涉耦合效應(yīng)來(lái)提高長(zhǎng)波太陽(yáng)光子背反射率,降低背鋁電極的光吸收損失;同時(shí)利用氧化鋁層的表面鈍化和場(chǎng)鈍化效應(yīng)來(lái)降低載流子背表面復(fù)合,從而有效地提升晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。可是,在該結(jié)構(gòu)中氧化鋁和氮化硅疊層介質(zhì)膜不導(dǎo)電,需要局域激光開孔,隨后印刷鋁漿料與硅接觸,燒結(jié)形成金屬半導(dǎo)體歐姆接觸。因此,PERC背鈍化光電結(jié)構(gòu)將存在如下三個(gè)問(wèn)題:

(1)背鋁電極與硅接觸處仍然存在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的光損失和載流子復(fù)合損失;

(2)背鋁電極與硅接觸面積小,造成電池串聯(lián)電阻偏大,從而導(dǎo)致填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率降低;

(3)包含激光開孔制備工藝,激光加工設(shè)備昂貴、工藝難度大。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

針對(duì)上述問(wèn)題,本發(fā)明提供一種背鈍化晶硅太陽(yáng)電池及其制備方法,旨在降低Al-BSF結(jié)構(gòu)晶硅太陽(yáng)電池中背表面光損失和載流子復(fù)合損失,同時(shí)避免了上述PERC背鈍化光電結(jié)構(gòu)中存在的三個(gè)問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的,一種背鈍化晶硅太陽(yáng)電池,所述背鈍化晶硅太陽(yáng)電池背表面含有超薄氧化鋁及高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物疊層鈍化膜,置于p型晶體硅和背電極之間;所述超薄氧化鋁及高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物疊層可鈍化接觸p型晶體硅背表面。

進(jìn)一步,超薄氧化鋁(AlOx)層中含有固定負(fù)電荷,其與p型晶體硅背表面直接接觸可實(shí)現(xiàn)硅表面懸掛鍵鈍化和場(chǎng)效應(yīng)鈍化;并且其厚度為為0.2~3nm,能夠使空穴隧穿通過(guò)。因此,所述超薄氧化鋁具有鈍化p型晶體硅背表面且能夠使空穴隧穿通過(guò)的功能

進(jìn)一步,高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層為非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬(MoOx)、氧化鎢(WOx)或氧化釩(V2Ox)中的一種,厚度為10nm~100nm。這些非化學(xué)計(jì)量比過(guò)渡金屬氧化物存在氧空位缺陷,使其費(fèi)米能級(jí)接近導(dǎo)帶底,呈現(xiàn)半金屬特性,能夠收集和傳輸空穴;且其費(fèi)米能級(jí)低于晶體硅的價(jià)帶頂,從而與超薄氧化鋁、p型晶體硅接觸后形成由p型晶體硅指向過(guò)渡金屬氧化物的誘導(dǎo)電場(chǎng),進(jìn)一步場(chǎng)效應(yīng)鈍化p型晶體硅背表面。因此,所述高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層能夠進(jìn)一步鈍化p型硅背表面且能夠收集空穴和并將其傳導(dǎo)至背電極。

同時(shí),超薄氧化鋁及高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物疊層能夠干涉耦合傳輸?shù)骄Ч杼?yáng)電池背表面長(zhǎng)波太陽(yáng)光子,提高長(zhǎng)波光子背反射率,從而增強(qiáng)長(zhǎng)波太陽(yáng)光子的光伏轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明另一目的在于提供一種背鈍化晶硅太陽(yáng)電池的制備方法,包括:

清洗制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、濕法刻邊及背拋光去背結(jié)、去磷硅玻璃、淀積氮化硅減反射層、淀積超薄氧化鋁層、淀積高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層、印刷背電極、印刷正銀柵線電極、燒結(jié)工藝。

本發(fā)明提供的背鈍化晶硅太陽(yáng)電池的制備方法中,所述淀積超薄氧化鋁層采用原子層淀積法,所述淀積高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層采用熱蒸發(fā)法;

進(jìn)一步,高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層的制備或采用等離子增強(qiáng)原子層淀積法。

進(jìn)一步,所述采用原子層淀積的方法制備超薄氧化鋁層具體包括:

以(CH3)3Al為鋁源、高純H2O為氧源,氮?dú)鉃檩d氣,150~200攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成0.2~3nm厚的氧化鋁(AlOx)層。

進(jìn)一步,所述采用熱蒸發(fā)法制備高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層具體包括:

以純度大于99.9%的過(guò)渡金屬氧化物粉末為蒸發(fā)源,蒸發(fā)速率約0.05~0.2nm/S,通過(guò)控制熱蒸發(fā)時(shí)間獲得約10~100nm厚的高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層。

本發(fā)明通過(guò)背鈍化晶硅太陽(yáng)電池背表面置有超薄氧化鋁及高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物疊層鈍化膜,構(gòu)成了晶硅太陽(yáng)電池的背鈍化結(jié)構(gòu),能夠降低背表面光損失和載流子復(fù)合損失,從而提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率;同時(shí)超薄氧化鋁及高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物疊層能夠收集和傳輸空穴,僅需原子層淀積和熱蒸發(fā)鍍膜工藝制備獲得,避免了進(jìn)一步使用工藝難度大、所需設(shè)備昂貴的激光開孔工藝。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的背鈍化晶硅太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖中:1、正銀柵線電極;2、氮化硅減反射層;3、n型晶體硅;4、p型晶體硅;5、超薄氧化鋁層;6、過(guò)渡金屬氧化物層;7、背電極。

圖2是本發(fā)明提供的背鈍化晶硅太陽(yáng)電池的制備方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明應(yīng)用原理作詳細(xì)描述。

如圖1所示,本發(fā)明實(shí)施例提供的背鈍化晶硅太陽(yáng)電池,該晶硅太陽(yáng)電池背表面置有超薄氧化鋁層5及高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層6;所述超薄氧化鋁及高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物疊層鈍化膜置于p型晶體硅和背電極之間,能夠鈍化接觸p型晶體硅背表面。

所述背鈍化晶硅太陽(yáng)電池各組成單元自前表面至背表面依次為:正銀柵線電極1,氮化硅減反射層2,n型晶體硅3,p型晶體硅4,超薄氧化鋁層5,過(guò)渡金屬氧化物層6,背電極7。

進(jìn)一步,超薄氧化鋁層(AlOx)厚度為0.2~3nm;所述超薄氧化鋁層用于鈍化p型晶體硅背表面且能夠使空穴隧穿通過(guò)。

進(jìn)一步,高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層為非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬(MoOx)、氧化鎢(WOx)或氧化釩(V2Ox)中的一種,厚度為10~100nm;所述高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層用于進(jìn)一步鈍化p型硅背表面且能夠收集和空穴并及其能夠其傳導(dǎo)至背電極。

進(jìn)一步,背電極選用銀漿電極、鋁漿電極、銅漿電極的一種或兩種以上的混合電極。

如圖2所示,本發(fā)明實(shí)施例提供的背鈍化晶硅太陽(yáng)電池的制備方法,包括:

S101:清洗制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、濕法刻邊及背拋光去背結(jié)、去磷硅玻璃、淀積氮化硅減反射層;

S102:采用原子層淀積的方法制備用于鈍化p型晶體硅背表面且能夠使空穴隧穿通過(guò)的超薄氧化鋁層;

S103:采用熱蒸發(fā)法制備用于進(jìn)一步鈍化p型硅背表面且能夠收集和傳導(dǎo)空穴的高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層。

S104:印刷背電極、印刷正銀柵線電極、燒結(jié)后獲得背鈍化晶硅太陽(yáng)電池。

進(jìn)一步,高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層的制備或采用等離子增強(qiáng)原子層淀積法制備。

進(jìn)一步,所述采用原子層淀積的方法制備用于鈍化p型晶體硅背表面且能夠使空穴隧穿通過(guò)的超薄氧化鋁層具體包括:

以(CH3)3Al為鋁源、高純H2O為氧源,氮?dú)鉃檩d氣,150~200攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成0.2~3nm厚的氧化鋁(AlOx)層。

進(jìn)一步,所述采用等離子增強(qiáng)原子層淀積法制備用于進(jìn)一步鈍化p型硅背表面且能夠收集和傳導(dǎo)空穴的高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物疊層具體包括:

以純度大于99.9%的過(guò)渡金屬氧化物粉末為蒸發(fā)源,蒸發(fā)速率約0.05~0.2nm/S,通過(guò)控制熱蒸發(fā)時(shí)間獲得約10~100nm厚的高功函數(shù)過(guò)渡金屬氧化物層。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1:

以156*156mm2面積的p型單晶硅片為初始材料,依次經(jīng)過(guò)清洗制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、濕法刻邊及背拋光去背結(jié)、去磷硅玻璃、淀積氮化硅減反射層、淀積超薄氧化鋁層、淀積非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層、印刷背銀電極、印刷正銀柵線電極、燒結(jié)工藝獲得背鈍化單晶硅太陽(yáng)電池。超薄氧化鋁層采用原子層淀積法制得,工藝中以(CH3)3Al為鋁源、高純H2O為氧源,150攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成1nm厚氧化鋁層。非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層采用熱蒸發(fā)法制得,工藝中以純度大于99.9%的氧化鉬粉末為蒸發(fā)源,蒸發(fā)速率約0.1nm/S,通過(guò)控制熱蒸發(fā)時(shí)間獲得約35nm厚非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層。

實(shí)施例2:

以156*156mm2面積的p型多晶硅片為初始材料,依次經(jīng)過(guò)清洗制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、濕法刻邊及背拋光去背結(jié)、去磷硅玻璃、淀積氮化硅減反射層、淀積超薄氧化鋁層、淀積非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層、印刷背銀電極、印刷正銀柵線電極、燒結(jié)工藝獲得背鈍化多晶硅太陽(yáng)電池。超薄氧化鋁層采用原子層淀積法制得,工藝中以(CH3)3Al為鋁源、高純H2O為氧源,150攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成1nm厚氧化鋁層。非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層采用熱蒸發(fā)法制得,工藝中以純度大于99.9%的氧化鉬粉末為蒸發(fā)源,蒸發(fā)速率約0.1nm/S,通過(guò)控制熱蒸發(fā)時(shí)間獲得約35nm厚非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層。

實(shí)施例3:

以156*156mm2面積的p型單晶硅片為初始材料,依次經(jīng)過(guò)清洗制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、濕法刻邊及背拋光去背結(jié)、去磷硅玻璃、淀積氮化硅減反射層、淀積超薄氧化鋁層、淀積非化學(xué)計(jì)量比的氧化鎢層、印刷背銀電極、印刷正銀柵線電極、燒結(jié)工藝獲得背鈍化單晶硅太陽(yáng)電池。超薄氧化鋁層采用原子層淀積法制得,工藝中以(CH3)3Al為鋁源、高純H2O為氧源,150攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成1nm厚氧化鋁層。非化學(xué)計(jì)量比的氧化鎢層采用熱蒸發(fā)法制得,工藝中以純度大于99.9%的氧化鉬粉末為蒸發(fā)源,蒸發(fā)速率約0.1nm/S,通過(guò)控制熱蒸發(fā)時(shí)間獲得約35nm厚非化學(xué)計(jì)量比的氧化鎢層。

實(shí)施例4:

以156*156mm2面積的p型多晶硅片為初始材料,依次經(jīng)過(guò)清洗制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、濕法刻邊及背拋光去背結(jié)、去磷硅玻璃、淀積氮化硅減反射層、淀積超薄氧化鋁層、淀積非化學(xué)計(jì)量比的氧化鎢層、印刷背銀電極、印刷正銀柵線電極、燒結(jié)工藝獲得背鈍化多晶硅太陽(yáng)電池。超薄氧化鋁層采用原子層淀積法制得,工藝中以(CH3)3Al為鋁源、高純H2O為氧源,150攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成1nm厚氧化鋁層。非化學(xué)計(jì)量比的氧化鎢層采用熱蒸發(fā)法制得,工藝中以純度大于99.9%的氧化鉬粉末為蒸發(fā)源,蒸發(fā)速率約0.1nm/S,通過(guò)控制熱蒸發(fā)時(shí)間獲得約35nm厚非化學(xué)計(jì)量比的氧化鎢層。

實(shí)施例5:

以156*156mm2面積的p型單晶硅片為初始材料,依次經(jīng)過(guò)清洗制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、濕法刻邊及背拋光去背結(jié)、去磷硅玻璃、淀積氮化硅減反射層、淀積超薄氧化鋁層、淀積非化學(xué)計(jì)量比的氧化釩層、印刷背銀電極、印刷正銀柵線電極、燒結(jié)工藝獲得背鈍化單晶硅太陽(yáng)電池。超薄氧化鋁層采用原子層淀積法制得,工藝中以(CH3)3Al為鋁源、高純H2O為氧源,150攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成1nm厚氧化鋁層。非化學(xué)計(jì)量比的氧化釩層采用熱蒸發(fā)法制得,工藝中以純度大于99.9%的氧化鉬粉末為蒸發(fā)源,蒸發(fā)速率約0.1nm/S,通過(guò)控制熱蒸發(fā)時(shí)間獲得約35nm厚非化學(xué)計(jì)量比的氧化釩層。

實(shí)施例6:

以156*156mm2面積的p型多晶硅片為初始材料,依次經(jīng)過(guò)清洗制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、濕法刻邊及背拋光去背結(jié)、去磷硅玻璃、淀積氮化硅減反射層、淀積超薄氧化鋁層、淀積非化學(xué)計(jì)量比的氧化釩層、印刷背銀電極、印刷正銀柵線電極、燒結(jié)工藝獲得背鈍化多晶硅太陽(yáng)電池。超薄氧化鋁層采用原子層淀積法制得,工藝中以(CH3)3Al為鋁源、高純H2O為氧源,150攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成1nm厚氧化鋁層。非化學(xué)計(jì)量比的氧化釩層采用熱蒸發(fā)法制得,工藝中以純度大于99.9%的氧化鉬粉末為蒸發(fā)源,蒸發(fā)速率約0.1nm/S,通過(guò)控制熱蒸發(fā)時(shí)間獲得約35nm厚非化學(xué)計(jì)量比的氧化釩層。

實(shí)施例7:

以156*156mm2面積的p型單晶硅片為初始材料,依次經(jīng)過(guò)清洗制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、濕法刻邊及背拋光去背結(jié)、去磷硅玻璃、淀積氮化硅減反射層、淀積超薄氧化鋁層、淀積非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層、印刷背銀電極、印刷正銀柵線電極、燒結(jié)工藝獲得背鈍化單晶硅太陽(yáng)電池。超薄氧化鋁層采用原子層淀積法制得,工藝中以(CH3)3Al為鋁源、高純H2O為氧源,150攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成1nm厚氧化鋁層。非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層采用等離子增強(qiáng)原子層淀積法制得,工藝中以(NtBu)2(NMe2)2Mo為鉬源、O2等離子體為氧源,150攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成約35nm厚的非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層。

實(shí)施例8:

以156*156mm2面積的p型多晶硅片為初始材料,依次經(jīng)過(guò)清洗制絨、磷擴(kuò)散制pn結(jié)、濕法刻邊及背拋光去背結(jié)、去磷硅玻璃、淀積氮化硅減反射層、淀積超薄氧化鋁層、淀積非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層、印刷背銀電極、印刷正銀柵線電極、燒結(jié)工藝獲得背鈍化多晶硅太陽(yáng)電池。超薄氧化鋁層采用原子層淀積法制得,工藝中以(CH3)3Al為鋁源、高純H2O為氧源,150攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成1nm厚氧化鋁層。非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層采用等離子增強(qiáng)原子層淀積法制得,工藝中以(NtBu)2(NMe2)2Mo為鉬源、O2等離子體為氧源,150攝氏度的襯底溫度下反應(yīng)生成約35nm厚的非化學(xué)計(jì)量比的氧化鉬層。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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