一种太阳电池及其制备方法与流程

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1.本技术涉及光伏电池制备领域，具体而言，涉及一种太阳电池及其制备方法。

背景技术：

2.太阳电池(又称“太阳能电池”)能将光能转化为电能，能起到节能减排的效果。太阳电池可以分为多个种类，例如topcon电池(tunnel oxide passivated contact solar cell，隧穿氧化层钝化接触太阳能电池)，其一般是以n型硅片为基底，在n型硅片的正面和背面均设置有良好的界面钝化层，而且在钝化层的表面还设置有与n型硅片形成良好的电性连接的电极。
3.目前的topcon电池方阻较高，能很好地减少俄歇复合的现象发生，可以提升电池开压及电流；但由于方阻较高，电极与n型硅片的接触电阻也很大，这会影响到电池的填充因子，不利于提升电池的光电转化效率。

技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种太阳电池及其制备方法，该太阳电池能很好地降低电极与n型硅片的接触电阻，从而提升电池效率。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种太阳电池，其包括n型硅片，n型硅片的正面设置有掺杂区，掺杂区中含有硼，掺杂区分为轻掺杂区和重掺杂区，轻掺杂区中的硼浓度小于重掺杂区的硼浓度，轻掺杂区的结深小于重掺杂区的结深；n型硅片的正面还依次叠加设置有钝化层、第一减反射层；第一减反射层的表面对应重掺杂区的区域设置有电极，且电极穿透第一减反射层和钝化层与重掺杂区形成欧姆接触。
6.在上述技术方案中，掺杂区中含有硼，因此掺杂区和n型硅片的其它区域之间形成了pn结，在经过太阳光照射后，pn结能产生载流子，与掺杂区形成欧姆接触的电极能收集掺杂区内的载流子，从而对外输出电流。掺杂区分为重掺杂区和轻掺杂区，其中电极位于重掺杂区，而且重掺杂区的硼浓度大于轻掺杂区的浓度，结深大于轻掺杂区的结深，这样有利于降低n型硅片与电极的接触电阻，可以提升电池效率。
7.钝化层能起到保护n型硅片以及其表面的掺杂区的作用，保证n型硅片的正面和掺杂区不容易被氧化；第一减反射层能降低太阳电池的光反射率，从而提升太阳电池的吸光效率，有利于提升电池效率。
8.在一种可能的实现方式中，轻掺杂区的硼浓度为10
18
cm-3
～10
19
cm-3
，重掺杂区的硼浓度为10
19
cm-3
～10
20
cm-3
。
9.在一种可能的实现方式中，轻掺杂区的结深为0.4～0.8μm，重掺杂区的结深为1.0～1.4μm。
10.在一种可能的实现方式中，n型硅片的背面依次叠加设置有多晶硅层、第二减反射层。
11.在上述技术方案中，n型硅片背面的多晶硅层具有良好的钝化作用，能降低金属接
触复合电流，第二减反射层不仅能降低太阳电池的光反射率，同时还能保护n型硅片的背面不容易发生氧化。
12.第二方面，本技术实施例提供了第一方面的太阳电池的制备方法，其包括以下步骤：使用气相硼源在n型硅片的正面进行第一次硼扩散，以在n型硅片的正面形成轻掺杂区和厚度不大于10nm的硼硅玻璃层；然后将硼浆涂覆在硼硅玻璃层的表面，并使用硼浆进行第二次硼扩散，以形成重掺杂区；之后除去硼硅玻璃层，并在n型硅片的正面依次形成钝化层、第一减反射层，并在第一减反射层的表面对应重掺杂区的区域印刷电极，且电极穿透第一减反射层和钝化层与重掺杂区形成欧姆接触。
13.现有的制备方法中，在硼扩散形成轻掺杂区的过程中，还会不可避免地产生bsg(borosilicate glass，硼硅玻璃)层，bsg层能保护轻掺杂区和n型硅片形成的pn结不被氧化；但是bsg层同样也会导致后续很难形成重掺杂区，这也是电极与n型硅片的接触电阻很难降低的原因。
14.在上述技术方案中，申请人发现，若在形成轻掺杂区的过程中(即第一次硼扩散的过程)，控制bsg层的厚度不大于10nm，然后再在不大于10nm的bsg层的表面涂覆硼浆，再进行第二次硼扩散就能很好地在n型硅片的表面形成重掺杂区；而且形成的bsg层仍然可以起到保护pn结的效果，保证pn结不容易被氧化。而且在第一硼扩散的过程中，使用气相硼源有利于形成厚度不大于10nm的bsg层；在第二硼扩散的过程中，使用硼浆有利于形成重掺杂区。
15.在一种可能的实现方式中，在第一次硼扩散的步骤中，温度为850～1000℃。
16.在一种可能的实现方式中，在第一次硼扩散的步骤中，气相硼源为bcl3、bbr3、bh3中的至少一种。
17.在一种可能的实现方式中，在第二次硼扩散的步骤时，先通入氧气并在700～800℃下处理30～60min以除去硼浆中的杂质；之后停止通入氧气，在无氧条件下于900～1100℃处理10～60min。
18.在一种可能的实现方式中，采用气相沉积的方式形成钝化层或第一减反射层。
19.在上述技术方案中，采用气相沉积的方式能精确地控制钝化层和第一减反射层的厚度。
20.在一种可能的实现方式中，在形成重掺杂区之后，其还包括以下步骤：在n型硅片的背面依次形成多晶硅层、第二减反射层。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为本技术实施例提供的一种太阳电池的结构示意图。
23.图标：001-太阳电池；100-n型硅片；110-掺杂区；111-轻掺杂区；112-重掺杂区；200-钝化层；300-第一减反射层；400-多晶硅层；500-第二减反射层；600-电极。
具体实施方式
24.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
25.下面对本技术实施例的太阳电池001及其制备方法进行具体说明。
26.请参看图1，本实施例的太阳电池001的结构如下：
27.本技术实施例中的太阳电池001的结构是以n型硅片100为基底，在n型硅片100的正面设置有含有硼的掺杂区110，掺杂区110为p型，能和n型硅片100的其它区域形成pn结，pn结在经过太阳光照射后能产生载流子，以便后续能对外输出电流。掺杂区110分为轻掺杂区111和重掺杂区112，其中轻掺杂区111中的硼浓度小于重掺杂区112的硼的浓度。
28.在n型硅片100的正面依次叠加设置有钝化层200、第一减反射层300，钝化层200能起到保护n型硅片100以及其表面的掺杂区110的作用，保证n型硅片100的正面和掺杂区110不容易被氧化，钝化层200的材质可以是氧化铝(alo
x
)、氧化硅等氧化物，作为示例性地，本实施例中的钝化层200是氧化铝。第一减反射层300能降低太阳电池001的光反射率，从而提升太阳电池001的吸光效率，有利于提升电池效率。作为示例性的，本实施例中的第一减反射层300的材质为氮化硅(sin
x
)。
29.在第一减反射层300的表面对应重掺杂区112的区域设置有电极600，电极600的材质通常为银；由于第一减反射层300和钝化层200不导电，因此电极600会穿透第一减反射层300和钝化层200与重掺杂区112形成欧姆接触，这样电极600才能收集到pn结产生的载流子。轻掺杂区111的硼浓度小于重掺杂区112的浓度，结深也小于重掺杂区112的浓度，因此重掺杂区112在与电极600形成欧姆接触时，接触电阻会明显降低，这有利于提升电池效率，而且还不会明显增加俄歇复合的现象发生。作为示例性的，本实施例中轻掺杂区111中的硼浓度为10
18
cm-3
～10
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cm-3
，结深为0.4～0.8μm；重掺杂区112的硼浓度为10
19
cm-3
～10
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cm-3
，结深为1.0～1.4μm。
30.在n型硅片100的背面依次叠加设置有多晶硅层400、第二减反射层500。多晶硅层400具有良好的钝化作用，能降低金属接触复合电流。第二减反射层500不仅能降低太阳电池001的光反射率，同时还能保护n型硅片100的背面不容易发生氧化；作为示例性的，本实施例中的第二减反射层500的材质和第一减反射层300的材质相同，都是氮化硅。另外，本实施例在第二减反射层500的表面也设置有电极600，材质也为银。第二减反射层500表面的电极600会穿透第二减反射层500与多晶硅层400接触，并利用量子隧穿效应收集pn结产生的载流子。
31.上述的电池一般被称为topcon(tunnel oxide passivated contact solar cell，隧穿氧化层钝化接触太阳能电池)。目前在制备该类电池时，都会直接使用硼源在n型硅片100的正面进行硼扩散，以形成掺杂区110，会不可避免地形成厚的bsg层，bsg层虽然能保护掺杂区110不会被氧化，但是会阻止硼进一步扩散，无法形成硼浓度不同的轻掺杂区111和重掺杂区112。
32.因此，本技术还提供了上述的太阳电池001的制备方法，其具体步骤如下：
33.s100、制绒。
34.取n型硅片100，使用碱液对n型硅片100的正面和背面进行制绒，以使得n型硅片100的表面形成金字塔型的绒面，有利于增加n型硅片100的吸光率，制绒时碱液一般为koh或naoh溶液，浓度一般为1％。制绒完成之后再使用双氧水和碱液清洗硅片。
35.s200、第一次硼扩散。
36.使用气相硼源在n型硅片100的正面进行第一次硼扩散，以在n型硅片100的正面形成轻掺杂区111和厚度不大于10nm的bsg层，厚度不大于10nm的bsg层既能够起到保护轻掺杂区111的作用，保证其在生产过程中不会被氧化，还不会阻碍后续的第二次硼扩散，能保证后续在n型硅片100的正面形成重掺杂区112。
37.作为示例性地，本步骤中的气相硼源可以是bcl3、bbr3、bh3中的至少一种，而且本步骤的处理温度一般为850～1000℃，时间一般为10～60min。
38.s300、第二次硼扩散。
39.本步骤是将硼浆涂覆在bsg层的表面并进行第二次硼扩散，使用硼浆有利于硼元素穿过bsg层并渗透在n型硅片100的正面，从而形成重掺杂区112的形成，而且在第二次硼扩散的过程中，bsg层的厚度会增加到100nm以上，这样能防止后续清洗(清洗过程详见后续说明)绕镀时造成正面过刻。
40.具体的，本步骤中，会先在150～300℃的温度下烘干浆料，烘干时间一般持续30～90s。之后再通入氧气在700～800℃下处理30～60min，这样能除去硼浆中的碳之类的杂质，使其转化成二氧化碳排出，解决了杂质残留问题；之后停止通入氧气，在无氧条件下于900～1100℃处理10～60min，这样有利于硼浆更好地推结，形成更深的结深。
41.s400、清理n型硅片100的背面。
42.在对n型硅片100的正面进行硼扩散的同时，不仅会在正面形成bsg层，还会在背面形成bsg层和掺杂区110。bsg层是后续形成太阳电池001不需要的层结构，因此需要除去。本步骤一般都是采用链式hf机去除背面硼扩绕镀的bsg层，再采用槽式碱抛机去除背面和边缘p-n结。
43.s500、形成多晶硅层400。
44.本步骤一般是采用气相沉积的方式在n型硅片100的背面沉积非晶硅薄膜，然后再通过退火的方式，在氮气或氧气的氛围下使得非晶硅薄膜转化形成多晶硅层400。
45.采用气相沉积的方式有利于控制薄膜的厚度，气相沉积的方式有peald(plasma enhanced atomic layer deposition，等离子体增强原子层沉积)和pecvd(plasma enhanced chemical vapor deposition，等离子体增强化学气相沉积法)等方式，作为示例性地，本实施例中是通过pecvd的方式沉积非晶硅薄膜。
46.s600、清理n型硅片100的正面。
47.正如步骤s400中的，bsg层是后续形成太阳电池001不需要的层结构，因此需要除去。该步骤是将n型硅片100的正面的bsg层除去。具体为：先使用rca标准清洗法进行清洗(rca标准清洗法为现有常用的技术，本技术在此不再赘述)；然后再用链式hf机去除正面的bsg层，再采用槽式碱抛机去除正面印刷残余的硼浆。
48.在该步骤才将bsg层除去，目的是为了防止制备过程中对掺杂层造成污染。
49.s700、形成钝化层200和第一减反射层300。
50.本步骤一般也是采用气相沉积的方式分别沉积钝化层200和第一减反射层300，其
中钝化层200的材质一般为氧化铝，第一减反射层300的材质为氮化硅。
51.s800、形成第二减反射层500。
52.本步骤一般也是采用气相沉积的方式分别沉积钝化层200和第一减反射层300，而且在本实施例中，第二减反射层500的材质和第一减反射层300的材质相同，都是氮化硅。
53.s900、形成电极600。
54.该步骤一般使用丝网印刷的方式，分别在第一减反射层300和第二减反射层500的表面印刷银浆，然后经过烘干烧结形成电极600。其中在第一减反射层300表面的电极600是位于重掺杂区112所在的区域，而且第一减反射层300表面的电极600穿透了第一减反射层300和钝化层200，并与重掺杂区112形成欧姆接触。
55.以下结合实施例对本技术的特征和性能作进一步的详细描述。
56.实施例1
57.本实施例提供了一种太阳电池001，其制备工艺包括如下步骤：
58.(1)制绒：采用n型硅片100，采用1％的naoh溶液对n型硅片100进行制绒，之后分别使用双氧水和碱液清洗制绒后的n型硅片100。
59.(2)第一次硼扩散：以bcl3作为硼源，在管式硼扩散炉中对n型硅片100的正面进行第一次硼扩散，处理温度为950℃，处理时间为1800s，形成轻掺杂区111和5nm的bsg层。
60.(3)第二次硼扩散：采用丝网印刷机在bsg层表面印刷浓度7％、栅线高度为2μm的硼浆，并将硼浆在200℃温度下烘60s；之后在800℃条件下通入氧气30min，去除有机物中的碳，再在无氧条件下升温至1000℃并维持1800s进行无氧推结，在n型硅片100的正面形成重掺杂区112，并在硅片正面形成120nm的bsg层。
61.(4)清理n型硅片100的背面：采用链式hf机去除背面硼扩绕镀bsg，再采用槽式碱抛机去除背面和边缘p-n结。
62.(5)形成多晶硅层400：采用管式pecvd设备在硅片背面沉积非晶硅薄膜，然后采用管式炉退火，利用氮气使沉积的非晶硅薄膜转化成多晶硅层400。
63.(6)清理n型硅片100的正面：使用rca标注清洗法清洗n型硅片100的正面，然后采用链式hf机去除正面的bsg层，再采用槽式碱抛机去除正面印刷残余的硼浆。
64.(7)形成钝化层200和第一减反射层300：采用pecvd的方式，先在n型硅片100的正面沉积一层氧化作为钝化层200，然后在钝化层200的表面沉积一层氮化硅作为第一减反射层300。
65.(8)形成第二减反射层500：采用pecvd的方式沉积氮化硅，在多晶硅层400的表面沉积一层的氮化硅层作为第二减反射层500。
66.(9)形成电极600：使用丝网印刷的方式，分别在第一减反射层300和第二减反射层500的表面印刷银浆，然后经过烘干烧结形成电极600。其中第一减反射层300表面的电极600位于重掺杂区112所在的区域，且穿透了第一减反射层300和钝化层200与重掺杂区112形成欧姆接触。第二减反射层500的表面的电极600穿透第二减反射层500与多晶硅层400形成电性接触。
67.实施例2
68.本实施例提供了一种太阳电池001，其制备工艺相比于实施例1，主要区别为：
69.步骤(3)中，在700℃条件下通入氧气30min，去除有机物中的碳。
70.实施例3
71.本实施例提供了一种太阳电池001，其制备工艺相比于实施例1，主要具有如下区别：
72.步骤(3)中，在减压(700pa)条件下升温至980℃进行无氧推结，在n型硅片100的正面形成重掺杂区112，并在硅片正面形成120nm的bsg层。
73.实施例4
74.本实施例提供了一种太阳电池001，其制备工艺相比于实施例1，主要区别如下：
75.步骤(3)中，在1040℃的常压无氧条件下进行无氧推结，在n型硅片100的正面形成重掺杂区112，并在硅片正面形成120nm的bsg层。
76.实施例5
77.本实施例提供了一种太阳电池001，其制备工艺相比于实施例1，主要区别有：
78.步骤(3)中，通入1000sccm的氧在n型硅片100的正面形成150nm的bsg层。
79.实施例6
80.本实施例提供了一种太阳电池001，其制备工艺相比于实施例1，主要具有以下区别：
81.步骤(2)中，以bbr3作为硼源，处理温度为950℃，处理时间为2400s，形成轻掺杂区111和9nm的bsg层。
82.对比例1
83.本对比例提供了一种太阳电池001，其制备工艺相比于实施例1，主要区别为：
84.步骤(2)中，以硼浆作为硼源，处理温度为950℃，处理时间为2400s，形成掺杂区110和20nm的bsg层。
85.对比例2
86.本对比例提供了一种太阳电池001，其制备工艺相比于实施例1，主要区别是：
87.步骤(2)中，处理温度为980℃，处理时间为3600s，形成掺杂区110和30nm的bsg层。
88.对比例3
89.本对比例提供了一种太阳电池001，其制备工艺相比于实施例1，主要区别如下：
90.不含有步骤(3)，且在步骤(9)中，第一减反射层300表面的电极600穿透第一减反射层300和钝化层200与轻掺杂区111形成欧姆接触。
91.应用例
92.使用halm测试机对实施例1～实施例6和对比例1～对比例3中的太阳电池001的性能进行测试，具体结果如下表所示：
93.表1实施例1～6和对比例1～3的太阳能电池性能
[0094][0095]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种太阳电池，其特征在于，其包括n型硅片，所述n型硅片的正面设置有含有硼的掺杂区，所述掺杂区分为轻掺杂区和重掺杂区，所述轻掺杂区中的硼浓度小于所述重掺杂区的硼浓度，所述轻掺杂区的结深小于所述重掺杂区的结深；所述n型硅片的正面还依次叠加设置有钝化层、第一减反射层；所述第一减反射层的表面对应所述重掺杂区的区域设置有电极，且所述电极穿透所述第一减反射层和所述钝化层与所述重掺杂区形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述轻掺杂区的硼浓度为10
18
cm-3
～10
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cm-3
，所述重掺杂区的硼浓度为10
19
cm-3
～10
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cm-3
。3.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述轻掺杂区的结深为0.4～0.8μm，所述重掺杂区的结深为1.0～1.4μm。4.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述n型硅片的背面依次叠加设置有多晶硅层、第二减反射层。5.一种权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：使用气相硼源在n型硅片的正面进行第一次硼扩散，以在所述n型硅片的正面形成轻掺杂区和厚度不大于10nm的硼硅玻璃层；将硼浆涂覆在所述硼硅玻璃层的表面，并使用所述硼浆进行第二次硼扩散，以形成重掺杂区；除去所述硼硅玻璃层，并在所述n型硅片的正面依次形成钝化层、第一减反射层，并在所述第一减反射层的表面对应所述重掺杂区的区域印刷电极，且所述电极穿透所述第一减反射层和所述钝化层与所述重掺杂区形成欧姆接触。6.根据权利要求5所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，在所述第一次硼扩散的步骤中，温度为850～1000℃。7.根据权利要求5所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，在所述第一次硼扩散的步骤中，所述气相硼源为bcl3、bbr3、bh3中的至少一种。8.根据权利要求5所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，在所述第二次硼扩散的步骤时，先通入氧气并在700～800℃下处理30～60min以除去所述硼浆中的杂质；之后停止通入氧气，在无氧条件下于900～1100℃处理10～60min。9.根据权利要求5所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，采用气相沉积的方式形成所述钝化层或所述第一减反射层。10.根据权利要求5所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，在形成所述重掺杂区之后，其还包括以下步骤：在所述n型硅片的背面依次形成多晶硅层、第二减反射层。

技术总结

本申请实施例提供一种太阳电池及其制备方法，涉及光伏电池制备领域。太阳电池包括N型硅片，N型硅片的正面设置有掺杂区，掺杂区中含有硼，掺杂区分为轻掺杂区和重掺杂区，轻掺杂区中的硼浓度小于重掺杂区的硼浓度，轻掺杂区的结深小于重掺杂区的结深；N型硅片的正面还依次叠加设置有钝化层、第一减反射层；第一减反射层的表面对应重掺杂区的区域设置有电极，且电极穿透第一减反射层和钝化层与重掺杂区形成欧姆接触。本申请实施例的太阳电池能很好地降低电极与N型硅片的接触电阻，从而提升电池效率。池效率。池效率。