一种P型晶体硅太阳能电池及其制备方法与流程

一种p型晶体硅太阳能电池及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种p型晶体硅太阳能电池及其 制备方法。


背景技术：

2.晶体硅太阳能电池是技术最成熟、应用最广泛的太阳能电池，在光伏电 池中的比例超过90％，并且在未来相当长的时间内都将占据主导地位。在影 响晶体硅太阳能电池光电转换效率的诸多因素中，金属电极与晶体硅接触处 的复合成为目前影响太阳能电池效率的关键因素，被认为是接近理论极限效 率的最后一个限制因素。
3.其中，隧穿氧化层钝化金属接触结构由一层超薄的隧穿氧化层和掺杂多 晶硅层组成，可以显著降低金属接触区域的复合，同时兼具良好的接触性能， 可以极大地提升太阳能电池的效率。利用隧穿氧化层钝化接触结构的太阳能 电池具有更加高的效率极限(28.2％～28.7％)，高于异质结电池的27.5％极 限效率。
4.目前，将钝化接触结构应该用到太阳能电池中，但制备工艺流程复杂， 尤其选用的n型晶硅为衬底的电池制备技术与现有的p型电池相比，技术成 熟度、设备兼容性及稳定性均较差，生产成本高。另外，由于掺杂多晶硅层 会对太阳光具有寄生吸收作用，使得整面生长钝化接触结构的太阳能电池光 转化效率较低，无法实现在良好的钝化和接触的同时，提高太阳能电池的光 转化效率。


技术实现要素：

5.本发明提供一种p型晶体硅太阳能电池的制备方法，以解决现有技术无 法实现在良好的钝化和接触的同时，提高太阳能电池的光转化效率。
6.本发明一方面提供了一种p型晶体硅太阳能电池的制备方法，包括：s1，提供p型晶体硅基底，并在所述硅基底的第一面扩散磷，使得在所述硅 基底的第一面形成n型晶体硅结构，在所述n型晶体硅结构背离所述硅基 底的一面形成第一磷硅玻璃层；
7.s2，在所述第一磷硅玻璃层的第一预设区域进行激光开孔，去除所述 第一预设区域的第一磷硅玻璃层，在所述第一预设区域形成第一凹槽，并使 所述第一凹槽的n型晶体硅结构暴露出；
8.s3，对所述第一凹槽中的所述n型晶体硅结构进行氧化处理，使得在所 述第一凹槽的所述n型晶体硅结构在背离所述p型晶体硅基底的一面形成第 一氧化硅层；
9.s4，在所述第一氧化硅层背离所述n型晶体硅结构的一面及所述第一磷 硅玻璃层背离所述n型晶体硅结构的一面，沉积n型半导体膜层；
10.s5，对所述n型半导体膜层进行磷扩散及退火工艺，使所述n型半导 体膜层变成n型重掺杂多晶硅，并在所述n型重掺杂多晶硅背离所述第一 磷硅玻璃层的一面形成第二磷硅玻璃层；
11.s6，去除所述第二磷硅玻璃层及除所述第一凹槽之外的n型重掺杂多晶 硅；
12.s7，对所述p型晶体硅基底的第二面进行抛光处理，并在所述p型晶体 硅基底的第二面依次形成第二氧化硅层、氧化铝钝化层、第一氮化硅层或第 一氮氧化硅层；其中，在形成所述第二氧化硅层的同时，在所述n型重掺杂 多晶硅及所述及第一磷硅玻璃层背离所述p型晶体硅基底的一面形成第三 氧化硅层；在形成所述第一氮化硅层或第一氮氧化硅层的同时，在所述第三 氧化硅层背离所述p型晶体硅基底的一面形成第二氮化硅层或第二氮氧化 硅层；
13.s8，在所述第二氧化硅层、氧化铝钝化层、第一氮化硅层的第二预设区 域进行激光开孔形成第二凹槽；其中，所述第一预设区域和所述第二预设区 域的位置对应；
14.s9，在所述n型重掺杂多晶硅上印刷银电极，在所述第二凹槽处印刷铝 电极。
15.可选地，在步骤s1中，所述p型晶体硅基底的电阻率包括：0.5ω.cm-1.5ω.cm；进行所述扩散磷的扩散工艺的温度为780℃-860℃；所述 n型晶体硅结构的方阻包括：140ω/square-1.5ω/square。
16.可选地，在步骤s2之后，还包括：去除所述第一凹槽内由于激光开孔 残留的粉末杂质，然后采用预设溶液对所述第一凹槽的形状进行修饰，使所 述第一凹槽的截面形状呈类倒梯形；所述类倒梯形在所述第一凹槽口的边长 大于所述第一凹槽底的边长。
17.可选地，在步骤s2中，激光开孔还去除所述第一凹槽的预设深度的n 型晶体硅结构，则在所述第一凹槽留下的所述n型晶体硅结构的磷的掺杂浓 度包括：10
16
/cm
3-10
18
/cm3。
18.可选地，在步骤s2中，所述第一凹槽的深度包括：0.1μm-0.5μm；所述 第一凹槽的宽度大于步骤s9中的银电极的宽度。
19.可选地，在步骤s3中，所述对所述第一凹槽中的所述n型晶体硅结构 进行氧化处理，包括：利用等离子体增强化学气相沉积设备，采用氧气、臭 氧、二氧化碳、或一氧化碳二氮中的一种形成的等离子体对所述n型晶体硅 结构进行氧化处理；所述第一氧化硅层的厚度包括：1nm-3nm。
20.可选地，在步骤s4中，所述n型半导体膜层包括：本征非晶硅、本征 非晶锗、本征非晶硅锗混合物、本征非晶硅碳混合物、本征非晶碳锗混合物、 或氧化锌中的一种。
21.可选地，在步骤s5中，所述n型重掺杂多晶硅的磷的掺杂浓度包括：1
ꢀ×
10
20
/cm
3-1
×
10
22
/cm3。
22.可选地，在步骤s6，包括：通过链式清洗去除在步骤s5后形成的所有 第二磷硅玻璃层及除所述第一凹槽之外所有区域的n型重掺杂多晶硅，同时 去除第一凹槽内的部分所述n型重掺杂多晶硅，使所述第一凹槽内留有的所 述n型重掺杂多晶硅的厚度包括：40nm-150nm。
23.可选地，在步骤s7中，采用臭氧或者紫外线照射生长所述第二氧化硅 层，所述第二氧化硅层的厚度包括：1nm-3nm。
24.本发明另一方面提供一种p型晶体硅太阳能电池，包括：
25.p型晶体硅基底；
26.n型晶体硅结构，所述n型晶体硅结构设置在所述p型晶体硅基底第一 面；
27.第一磷硅玻璃层，所述第一磷硅玻璃层设置在所述n型晶体硅结构背离 所述p型晶体硅基底的一面；
28.第三氧化硅层，所述第三氧化硅层设置在所述第一磷硅玻璃层背离所述 n型晶体硅结构的一面；
29.第二氮化硅层或第二氮氧化硅层，所述第二氮化硅层或第二氮氧化硅层 设置在所述第三氧化硅层背离所述第一磷硅玻璃层的一侧；
30.在所述第二氮化硅层或第二氮氧化硅层的第一预设区域设置有第一凹 槽，所述第一凹槽贯穿至所述n型晶体硅结构；则所述p型晶体硅太阳能电 池还包括：
31.第一氧化硅层；所述第一氧化硅层设置在所述第一凹槽中，并设置在所 述n型晶体硅结构上；
32.n型重掺杂多晶硅，所述n型重掺杂多晶硅设置在所述第一凹槽中，并 设置在所述第一氧化硅层背离所述n型晶体硅结构的一面；
33.银电极，所述银电极设置在所述第一凹槽中，并设置在所述n型重掺杂 多晶硅背离所述第一氧化硅层的一侧；
34.第二氧化硅层，所述第二氧化硅层设置在所述p型晶体硅基底的第二 面；
35.氧化铝钝化层、所述氧化铝钝化层设置在所述第二氧化硅层背离所述p 型晶体硅基底的一面；
36.第一氮化硅层或第一氮氧化硅层，所述第一氮化硅层或第一氮氧化硅层 设置在所述氧化铝钝化层背离所述第二氧化硅层的一面；
37.在所述第一氮化硅层或第一氮氧化硅层上设置有第二凹槽，所述第二凹 槽贯穿至所述p型晶体硅基底；所述第二凹槽中设置有铝电极。
38.综上所述，本发明实施例提供的一种p型晶体硅太阳能电池的制备方 法，具有以下技术效果：
39.(1)本发明实施例采用p型晶体硅作为基底进行太阳能电池的制备， 能够利用现有p型晶体硅太阳能电池生产设备实现太阳能电池的制备，与现 有的生产设备兼容性强，进而实现太阳能电池制备流程的稳定性较高；
40.(2)通过只对第一凹槽内的n型晶体硅结构进行氧化处理，在保证正 面电极良好的接触以及正面电极接触处的钝化效果的同时，保证了非电极接 触区域(除第一凹槽外的其他区域)的良好光吸收。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的 描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1是本发明实施例提供的一种p型晶体硅基底的结构示意图；
43.图2是本发明实施例提供的一种p型晶体硅基底磷扩散后的结构示意 图；
44.图3是本发明实施例提供的一种p型晶体硅太阳能电池激光开孔后的结 构示意图；
45.图4是本发明实施例提供的对n型晶体硅结构氧化处理后的结构示意 图；
46.图5是本发明实施例提供的对n型半导体膜层进行磷扩散及退火工艺后 的结构示
意图；
47.图6是本发明实施例提供的清洗后的p型晶体硅太阳能电池的结构示意 图；
48.图7是本发明实施例提供的一种p型晶体硅基底第二面进行处理后的结 构示意图；
49.图8是本发明实施例提供的一种p型晶体硅太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创 造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.实施例一
52.参照图1-图8，提供了一种p型晶体硅太阳能电池的制备方法的示意图， 其中，该制备方法包括：
53.s1，提供p型晶体硅基底10，并在所述硅基底10的第一面扩散磷， 使得在所述硅基底的第一面形成n型晶体硅结构20，在所述n型晶体硅结 构背离所述硅基底的一面形成第一磷硅玻璃层30。
54.在本发明实施例中，参照图1，为本发明实施例提供的p型晶体硅基底 10的示意图，其中，所述p型晶体硅基底的电阻率包括：0.5ω.cm-1.5ω.cm； 进行所述扩散磷的扩散工艺的温度为780℃-860℃；所述n型晶体硅结构的 方阻包括：140ω/square-1.5ω/square。
55.在本发明实施例中，通过对规格为158.78mm2*158.75mm2的p型单晶 硅片进行清洗、去损伤层、制绒及在p型单晶硅片第一面和第二面形成金字 塔结构，得到p型晶体硅基底10；其中，第一面和第二面是p型晶体硅基 底10相对的两面。
56.在本发明实施例中，p型晶体硅基底10的第一面和第二面的金字塔结 构，能够增加光吸收的面积，提高太阳能电池的光转化效率。
57.在本发明实施例中，参照图2，只在p型晶体硅基底10的第一面进行 扩散磷的工艺，则p型晶体硅基底10的第一面由于磷的扩散，变成n型晶 体硅结构20和磷硅玻璃层30，则p型晶体硅基底10和n型晶体硅结构20 组成pn结。
58.其中，磷硅玻璃层中磷的浓度较高，其中磷硅玻璃层的厚度为 15nm-25nm。在n型晶体硅结构20中，磷的浓度从塔尖到塔底的方向依次 降低。
59.在本发明实施例中，将凹槽开到较低浓度磷掺杂的n型晶体硅结构，则 在后续制备完n型重掺杂多晶硅后，会使浅掺杂区得n型晶体硅结构的电 势与重掺杂区n型重掺杂多晶硅的电势差更大，形成更强的场效应钝化效 果。
60.s2，在所述第一磷硅玻璃层30的第一预设区域进行激光开孔，去除所 述第一预设区域的第一磷硅玻璃层30，在所述第一预设区域形成第一凹槽 x，并使所述第一凹槽的n型晶体硅结构20暴露出。
61.在本发明实施例中，参照图3，在步骤s2中，激光开孔还去除所述第 一凹槽的预设深度的n型晶体硅结构，则在所述第一凹槽留下的所述n型 晶体硅结构的磷的掺杂浓度包
括：10
16
/cm
3-10
18
/cm3。
62.其中，n型晶体硅结构朝向塔尖的部分磷的掺杂浓度高，因此去掉预设 深度的n型晶体硅结构，留下磷的掺杂浓度较低的n型晶体硅结构。
63.其中，第一凹槽为后续要设置电极的区域，第一凹槽的宽度大于要设置 的电极的宽度。
64.在本发明实施例中，在步骤s2中，所述第一凹槽的深度包括：0.1μm
ꢀ-
0.5μm；所述第一凹槽的宽度大于步骤s9中的银电极的宽度。
65.其中，第一凹槽的宽度大于对应位置要放置的电极的宽度，具体第一凹 槽的宽度，长度及相邻第一凹槽之间的间隔可根据实际需要进行设定，在此 不加以限定。
66.在本发明实施例中，参照图4，在步骤s2之后，还包括：去除所述第 一凹槽内由于激光开孔残留的粉末杂质，然后采用预设溶液对所述第一凹槽 的形状进行修饰，使所述第一凹槽的截面形状呈类倒梯形；所述类倒梯形在 所述第一凹槽口的边长大于所述第一凹槽底的边长。
67.其中，采用兆声波震荡，中性添加剂溶液去除所述第一凹槽内由于激光 开孔残留的粉末杂质。预设溶液包括：koh及其他添加剂溶液。预设溶液 起到对第一凹槽腐蚀、扩孔和去粉末颗粒的作用。
68.s3，对所述第一凹槽x中的所述n型晶体硅结构20进行氧化处理，使 得在所述第一凹槽的所述n型晶体硅结构20在背离所述p型晶体硅基底10 的一面形成第一氧化硅层40。
69.其中，参照图4，在步骤s3中，所述对所述第一凹槽x中的所述n型 晶体硅结构20进行氧化处理，包括：利用等离子体增强化学气相沉积设备， 采用氧气、臭氧、二氧化碳、或一氧化碳二氮中的一种形成的等离子体对所 述n型晶体硅结构20进行氧化处理；所述第一氧化硅层40的厚度包括： 1nm-3nm。
70.在本发明实施例中，氧化处理是讲第一凹槽x中的n型晶体硅结构的 一部分氧化成第一氧化硅层40。
71.其中，第一氧化硅层40的厚度为1nm-2nm。
72.s4，在所述第一氧化硅层40背离所述n型晶体硅结构的一面及所述第 一磷硅玻璃层30背离所述n型晶体硅结构的一面，沉积n型半导体膜层50。
73.在本发明实施例中，参照图4，所述n型半导体膜层50包括：本征非 晶硅、本征非晶锗、本征非晶硅锗混合物、本征非晶硅碳混合物、本征非晶 碳锗混合物、或氧化锌中的一种。
74.在本发明实施例中，利用等离子体增强化学气相沉积设备沉积n型半导 体膜层50。其中，沉积n型半导体膜层50的工艺温度是430℃-480℃；沉 积的n型半导体膜层50的厚度为130nm-180nm，折射率为3.7-4.3。
75.在本发明实施例中，利用等离子体增强化学气相沉积设备实现第一氧化 硅层40的原位生长及n型半导体膜层的沉积，提高第一氧化硅层40表面的 洁净度的同时，不仅提高第一氧化硅层40的致密性及钝化效果，还避免了 国产低压化学气相沉积的设备沉积n型半导体膜层时稳定性差的缺点。
76.s5，对所述n型半导体膜层50进行磷扩散及退火工艺，使所述n型半 导体膜层50变成n型重掺杂多晶硅60，并在所述n型重掺杂多晶硅60背 离所述第一磷硅玻璃层的一面形
成第二磷硅玻璃层70。
77.在本发明实施例中，参照图5，磷扩散及退火工艺的温度为780℃-920℃。
78.其中，在步骤s5中，所述n型重掺杂多晶硅60的磷的掺杂浓度包括： 1
×
10
20
/cm
3-1
×
10
22
/cm3。
79.s6，去除所述第二磷硅玻璃层70及除所述第一凹槽之外的n型重掺杂 多晶硅60。
80.在本发明实施例中，参照图6，在步骤s6，包括：通过链式清洗去除在 步骤s5后形成的所有第二磷硅玻璃层70及除所述第一凹槽之外所有区域的 n型重掺杂多晶硅60，同时去除第一凹槽x内的部分所述n型重掺杂多晶 硅60，使所述第一凹槽x内留有的所述n型重掺杂多晶硅的厚度包括： 40nm-150nm。
81.其中，参照图6，先使用氢氟酸溶液去除第一面的第二磷硅玻璃层70， 再利用硝酸溶液去除第一面除第一凹槽内其他区域的n型重掺杂多晶硅60， 具体的，可以通过控制第一面在硝酸溶液中浸入的深度调节第一凹槽内的n 型重掺杂多晶硅的刻蚀厚度；将上述刻蚀后的产品放入水槽后进行清洗。
82.在本发明实施例中，由于在步骤s4和步骤s5时，在p型晶体硅基底的 第二面以及侧面也会形成n型重掺杂多晶硅和第二磷硅玻璃层，因此，在去 除第一面的n型重掺杂多晶硅和第二磷硅玻璃层后，去除其他面的n型重 掺杂多晶硅和第二磷硅玻璃层。
83.其中，可以去除第一磷硅玻璃层30，也可以保留第一磷硅玻璃层30， 在此不加以限定。
84.s7，对所述p型晶体硅基底10的第二面进行抛光处理，并在所述p型 晶体硅基底10的第二面依次形成第二氧化硅层80、氧化铝钝化层90、第一 氮化硅层或第一氮氧化硅层100；其中，在形成所述第二氧化硅层80的同时， 在所述n型重掺杂多晶硅60及所述及第一磷硅玻璃层30背离所述p型晶体 硅基底的一面形成第三氧化硅层110；在形成所述第一氮化硅层或第一氮氧 化硅层100的同时，在所述第三氧化硅层110背离所述p型晶体硅基底的一 面形成第二氮化硅层或第二氮氧化硅层120。
85.在本发明实施例中，在步骤s7中，采用臭氧或者紫外线照射生长所述 第二氧化硅层80，所述第二氧化硅层80的厚度包括：1nm-3nm。具体的， 是采用链式清洗机下料处的臭氧或者紫外线照射生长所述第二氧化硅层80。 其中，第三氧化硅层110与第二氧化硅层80的厚度相同。
86.其中，氧化铝钝化层90的厚度为3nm-4nm。第一氮化硅层或第一氮氧 化硅层100的厚度为90nm-100nm。第二氮化硅层或第二氮氧化硅层120的 厚度为75nm-80nm。具体的，采用等离子体化学气相沉积设备沉积第一氮化 硅层或第一氮氧化硅层、第二氮化硅层或第二氮氧化硅层。
87.s8，在所述第二氧化硅层、氧化铝钝化层、第一氮化硅层的第二预设区 域进行激光开孔形成第二凹槽；其中，所述第一预设区域和所述第二预设区 域的位置对应。
88.s9，在所述n型重掺杂多晶硅上印刷银电极130，在所述第二凹槽处印 刷铝电极140。
89.在本发明实施例中，参照图8，银电极130和铝电极140采用丝网印刷 制备。
90.综上所述，本发明实施例提供的一种p型晶体硅太阳能电池的制备方 法，具有以下技术效果：
91.(1)本发明实施例采用p型晶体硅作为基底进行太阳能电池的制备， 能够利用现有p型晶体硅太阳能电池生产设备实现太阳能电池的制备，与现 有的生产设备兼容性强，进而实现太阳能电池制备流程的稳定性较高；
92.(2)通过只对第一凹槽内的n型晶体硅结构进行氧化处理，在保证正 面电极良好的接触以及正面电极接触处的钝化效果的同时，保证了非电极接 触区域(除第一凹槽外的其他区域)的良好光吸收。
93.实施例二
94.参照图8，本发明另一方面提供一种p型晶体硅太阳能电池，采用实施 例一所述的方法制备所得，其中，该p型晶体硅太阳能电池包括：
95.p型晶体硅基底10；
96.n型晶体硅结构20，所述n型晶体硅结构设置在所述p型晶体硅基底 10第一面；
97.第一磷硅玻璃层30，所述第一磷硅玻璃层30设置在所述n型晶体硅结 构20背离所述p型晶体硅基底10的一面；
98.第三氧化硅层110，所述第三氧化硅层110设置在所述第一磷硅玻璃层 30背离所述n型晶体硅结构20的一面；
99.第二氮化硅层或第二氮氧化硅层120，所述第二氮化硅层或第二氮氧化 硅层120设置在所述第三氧化硅层110背离所述第一磷硅玻璃层30的一侧；
100.在所述第二氮化硅层或第二氮氧化硅层120的第一预设区域设置有第一 凹槽，所述第一凹槽贯穿至所述n型晶体硅结构20；则所述p型晶体硅太 阳能电池还包括：
101.第一氧化硅层40；所述第一氧化硅层40设置在所述第一凹槽中，并设 置在所述n型晶体硅结构20上；
102.n型重掺杂多晶硅60，所述n型重掺杂多晶硅60设置在所述第一凹槽 中，并设置在所述第一氧化硅层40背离所述n型晶体硅结构20的一面；
103.银电极130，所述银电极设置在所述第一凹槽中，并设置在所述n型重 掺杂多晶硅60背离所述第一氧化硅层40的一侧；
104.第二氧化硅层80，所述第二氧化硅层80设置在所述p型晶体硅基底10 的第二面；
105.氧化铝钝化层90、所述氧化铝钝化层90设置在所述第二氧化硅层80 背离所述p型晶体硅基底10的一面；
106.第一氮化硅层或第一氮氧化硅层100，所述第一氮化硅层或第一氮氧化 硅层100设置在所述氧化铝钝化层90背离所述第二氧化硅层80的一面；
107.在所述第一氮化硅层或第一氮氧化硅层100上设置有第二凹槽，所述第 二凹槽贯穿至所述p型晶体硅基底10；所述第二凹槽中设置有铝电极140。
108.本发明实施例具体内容参照实施例一，在此不再赘述。
109.综上所述，本发明实施例提供的一种p型晶体硅太阳能电池在保证正面 电极良好的接触以及正面电极接触处的钝化效果的同时，保证了非电极接触 区域(除第一凹槽外的其他区域)的良好光吸收。
110.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描 述的基板的工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘 述。
111.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
112.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应以权利要求的保护范围为准。