本發(fā)明涉及硅太陽電池制造領(lǐng)域，尤其涉及一種c-Si/a-Si/mc-Si太陽電池結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

作為一種清潔能源，太陽電池于促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展方面越來越受關(guān)注。在制造方面，太陽電池永恒不變的一大主題即為降低成本、提高電池效率。近年來，HIT電池綜合了晶硅電池和非晶硅電池的優(yōu)點(diǎn)，以其高效和穩(wěn)定性成為太陽電池領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)。

HIT電池通過在晶體硅上生長非晶硅來實(shí)現(xiàn)。先在單晶硅正反兩面生長本征a-Si層來降低界面復(fù)合，再于本征a-Si層上生長摻雜P型或N型的a-Si層來構(gòu)成電池的發(fā)射層和背場層。發(fā)射層和背場層材料質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定電池的性能。為了進(jìn)一步降低材料復(fù)合、減小串聯(lián)電阻，需要提高發(fā)射層和背場層材料的質(zhì)量。用摻雜多晶硅替代摻雜非晶硅是有效的一種方案。一般來講，非晶硅晶化的方法有固相結(jié)晶法、金屬誘導(dǎo)結(jié)晶法、準(zhǔn)分子激光退火法和連續(xù)激光結(jié)晶法。上述方法中不是需要將整個電池置于較高的溫度氛圍里，就是耗時太久。如果將整個電池置于較高的溫度氛圍里，起到鈍化作用的本征a-Si層將被一起晶化，鈍化作用失效；如果耗時過久，將在很大程度上增加時間成本，不利于產(chǎn)業(yè)化。所以，目前還沒有c-Si/a-Si/mc-Si結(jié)構(gòu)的太陽電池被提出和制造。

最近，氙燈瞬間輻照退火技術(shù)被成功研發(fā)。這種氙燈發(fā)射的光譜能被硅強(qiáng)烈吸收，在幾毫秒之內(nèi)將硅的溫度加熱到熔點(diǎn)以上，并在10～20毫秒內(nèi)精確地將雜質(zhì)摻雜進(jìn)硅體40～200nm深，同時完成非晶硅的晶化過程。調(diào)整氙燈的能量密度，在保證本征a-Si層(輻照深度不及處)不被晶化的同時，將受到輻照的一定深度的本征a-Si的摻雜和晶化過程合二為一，瞬間完成。這種c-Si/a-Si/mc-Si太陽電池結(jié)構(gòu)及其制備方法的好處有：1)相比于摻雜a-Si，使用摻雜mc-Si作為發(fā)射層和背場層材料，可有效減小復(fù)合、降低串聯(lián)電阻，有利于提升電池性能；2)一步完成本征a-Si層的沉積，不需要再另外沉積摻雜P型或N型的a-Si，簡化生產(chǎn)步驟；3)非晶硅摻雜和晶化同時完成，整個摻雜晶化過程只需幾十毫秒，適用于大規(guī)模生產(chǎn)；4)輻照光只摻雜晶化一定深度的本征a-Si層，從而保留更深層的本征a-Si，使得本征a-Si和摻雜mc-Si并存。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種c-Si/a-Si/mc-Si太陽電池結(jié)構(gòu)及其制備方法，通過所述結(jié)構(gòu)和制備方法可降低電池的復(fù)合、減小串聯(lián)電阻，同時簡化生產(chǎn)步驟從而提高生產(chǎn)效率。

本發(fā)明提供一種c-Si/a-Si/mc-Si太陽電池結(jié)構(gòu)，包括N型硅片，該結(jié)構(gòu)包括N型單晶硅片，設(shè)在N型單晶硅片受光面的本征非晶硅層和背光面的本征非晶硅層，設(shè)在N型單晶硅片受光面本征非晶硅層上的摻雜P型多晶硅層，設(shè)在N型單晶硅片背光面本征非晶硅層上的摻雜N型多晶硅層，分別設(shè)在摻雜P型多晶硅層和摻雜N型多晶硅層上的ITO透明導(dǎo)電膜層，設(shè)在ITO透明導(dǎo)電膜層上的金屬柵線電極。

優(yōu)選的，所述摻雜P型多晶硅層和摻雜N型多晶硅層由本征非晶硅層經(jīng)過摻雜和晶化過程制備而成，所述摻雜和晶化過程為一個過程，所述摻雜晶化方法為瞬間輻照退火。

優(yōu)選的，所述本征非晶硅層(12)和(13)的厚度為2～10nm，所述摻雜P型多晶硅層(14)厚度為50～150nm，表面摻雜濃度為9×10¹⁹～3×10²⁰cm^-3，晶粒尺寸為1～4μm，所述摻雜N型多晶硅層(15)厚度為50～150nm，表面摻雜濃度為8×10¹⁹～6×10²⁰cm^-3，晶粒尺寸為1～4μm。

本發(fā)明還提供一種c-Si/a-Si/mc-Si結(jié)構(gòu)太陽電池的制備方法，步驟如下：(a)提供完成清洗的N型單晶硅片(21)；(b)在所述硅片受光面沉積厚度為d₁的本征非晶硅層(22)，并在背光面沉積厚度為d₂的本征非晶硅層(23)；(c)在所述受光面本征非晶硅層上沉積硼源層(24)并在所述背光面本征非晶硅層上沉積磷源層(25)；(d)分別對所述沉積過摻雜源的本征非晶硅層進(jìn)行一定厚度內(nèi)的瞬間輻照退火，形成厚度為d₃的摻雜P型多晶硅層(34)和厚度為d₄的摻雜N型多晶硅層(35)；(e)清洗去除殘留在摻雜P型多晶硅層上的硼源層(36)和摻雜N型多晶硅層上的磷源層(37)；(f)在摻雜P型多晶硅層和摻雜N型多晶硅層上制備ITO透明導(dǎo)電膜層和金屬柵線電極。

優(yōu)選的，所述d₁＞d₃，d₂＞d₄。

優(yōu)選的，步驟(b)中所述雙面本征非晶硅層由PECVD沉積而成，所述PECVD溫度低于400℃，所述本征非晶硅(22)和(23)厚度為52～160nm。

優(yōu)選的，步驟(c)中所述硼源與磷源的沉積采用旋涂法或噴淋法，旋涂烘干后摻雜源膜厚為100～300nm，所述烘干溫度低于400℃。

優(yōu)選的，所述步驟(d)中通過氙燈進(jìn)行瞬間輻照退火，輻照強(qiáng)度70～150J/cm²，輻照時間10～20ms，輻照退火氛圍為100％N₂。

優(yōu)選的，所述步驟(e)中的摻雜源清洗去除分兩步，樣品先浸沒于HNO₃:H₂SO₄(1:1)溶液中進(jìn)行氧化，然后再浸沒于1％的HF進(jìn)行表面疏水處理。

優(yōu)選的，步驟(f)中所述的ITO透明導(dǎo)電膜層和金屬柵線電極的制備溫度低于400℃。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益之處在于：1)相比于摻雜a-Si，使用摻雜mc-Si作為發(fā)射層和背場層材料，可有效減小復(fù)合、降低串聯(lián)電阻，有利于提升電池性能；2)一步完成本征a-Si層的沉積，不需要再另外沉積摻雜P型或N型的a-Si，簡化生產(chǎn)步驟；3)非晶硅摻雜和晶化同時完成，整個摻雜晶化過程只需幾十毫秒，適用于大規(guī)模生產(chǎn)；4)輻照光只摻雜晶化一定深度的本征a-Si層，從而保留更深層的本征a-Si，使得本征a-Si和摻雜mc-Si并存。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的c-Si/a-Si/mc-Si太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是瞬間輻照退火步驟前后的電池樣品結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。

圖1是本發(fā)明提供的c-Si/a-Si/mc-Si太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：11-N型單晶硅片、12-受光面的本征非晶硅層、13-背光面的本征非晶硅層、14-摻雜P型多晶硅層、15-摻雜N型多晶硅層、16-摻雜P型多晶硅層和摻雜N型多晶硅層上的ITO透明導(dǎo)電膜層、17-ITO透明導(dǎo)電膜層上的金屬柵線電極。

圖2是本發(fā)明提供的瞬間輻照退火步驟前后的電池樣品結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：21-N型單晶硅片、22-受光面的本征非晶硅層、23-背光面的本征非晶硅層、24-P型摻雜源層、25-N型摻雜源層、31-N型單晶硅片、32-受光面的本征非晶硅層、33-背光面的本征非晶硅層、34-摻雜P型多晶硅層、35-摻雜N型多晶硅層、36-P型摻雜源層、37-N型摻雜源層。

在所述瞬間輻照退火之前，所述受光面的本征非晶硅層(22)厚度為d₁，所述背光面的本征非晶硅層(23)厚度為d₂。所述瞬間輻照退火過程是使用氙燈透過P型摻雜源層(24)和N型摻雜源層(25)對樣品進(jìn)行輻照，通過熱作用在摻雜的同時使受光面的本征非晶硅層(22)和背光面的本征非晶硅層(23)晶化一定的厚度，形成摻雜P型多晶硅層(34)和摻雜N型多晶硅層(35)。所述瞬間輻照退火過程能精確控制輻照時間和能量密度，從而調(diào)節(jié)所述摻雜多晶硅層(34)和(35)的厚度(即摻雜深度)、摻雜濃度。所述瞬間輻照退火過程之后，摻雜P型多晶硅層(34)厚度為d₃，摻雜N型多晶硅層(35)厚度為d₄，受光面的本征非晶硅層(32)厚度為(d₁-d₃)，背光面的本征非晶硅層(33)厚度為(d₂-d₄)。所述d₁＞d₃，d₂＞d₄。

具體實(shí)施方式如下。

實(shí)施例1：

一種c-Si/a-Si/mc-Si結(jié)構(gòu)太陽電池的制備方法，包括以下步驟：

(a)提供N型單晶硅片進(jìn)行清洗；

(b)用PECVD法在所述N型單晶硅片受光面沉積厚度為52nm的本征非晶硅層，并在背光面沉積厚度為52nm的本征非晶硅層；

(c)用旋涂法在所述受光面本征非晶硅層上沉積180nm的硼源層，然后在100℃的箱式爐里烘干，并用旋涂法在所述背光面本征非晶硅層上沉積180nm磷源層，然后在100℃的箱式爐里烘干；

(d)在100％N₂氛圍下對所述沉積過摻雜源的本征非晶硅層進(jìn)行80J/cm²、10ms的瞬間輻照退火，形成厚度為50nm、表面摻雜濃度為9×10¹⁹cm^-3、晶粒尺寸為1.5μm的摻雜P型多晶硅層和摻雜N型多晶硅層，瞬間輻照退火后的受光面和背光面本征非晶硅層厚度為2nm；

(e)分兩步清洗去除殘留在摻雜P型多晶硅層上的硼源層和摻雜N型多晶硅層上的磷源層，先把樣品先浸沒于HNO₃:H₂SO₄(1:1)溶液中進(jìn)行氧化，然后再浸沒于1％的HF進(jìn)行表面疏水處理；

(f)在摻雜P型多晶硅層和摻雜N型多晶硅層上制備ITO透明導(dǎo)電膜層和金屬柵線電極，所述制備溫度低于400℃。

實(shí)施例2：

一種c-Si/a-Si/mc-Si結(jié)構(gòu)太陽電池的制備方法，包括以下步驟：

(a)提供N型單晶硅片進(jìn)行清洗；

(b)用PECVD法在所述N型單晶硅片背光面沉積厚度為85nm的本征非晶硅層，并在受光面沉積厚度為85nm的本征非晶硅層；

(c)用旋涂法在所述背光面本征非晶硅層上沉積180nm的磷源層，然后在150℃的箱式爐里烘干，并用旋涂法在所述受光面本征非晶硅層上沉積180nm硼源層，然后在150℃的箱式爐里烘干；

(d)在100％N₂氛圍下對所述沉積過摻雜源的本征非晶硅層進(jìn)行100J/cm²、20ms的瞬間輻照退火，形成厚度為80nm、表面摻雜濃度為2×10²⁰cm^-3、晶粒尺寸為3.5μm的摻雜P型多晶硅層和摻雜N型多晶硅層，瞬間輻照退火后的受光面和背光面本征非晶硅層厚度為5nm；

(e)分兩步清洗去除殘留在摻雜P型多晶硅層上的硼源層和摻雜N型多晶硅層上的磷源層，先把樣品先浸沒于HNO₃:H₂SO₄(1:1)溶液中進(jìn)行氧化，然后再浸沒于1％的HF進(jìn)行表面疏水處理；

(f)在摻雜P型多晶硅層和摻雜N型多晶硅層上制備ITO透明導(dǎo)電膜層和金屬柵線電極，所述制備溫度低于400℃

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。