一种高效P型IBC电池及其制备方法与流程

一种高效p型ibc电池及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种高效p型ibc电池及其制备方法。


背景技术：

2.ibc(interdigitated back contact)即叉指状背接触电池，最早在1975年被提出，是一种将发射区电极和基区电极均设置于电池背面的新型结构电池。ibc电池的正负电极交叉排列在电池背面，正面没有任何电极的遮挡，有效的避免了电极在电池正面造成的遮光损失，且光照面的没有任何金属复合的影响，能大大提升电池的转换效率。电池正面无栅遮挡，外观也很精美，其组件适合多种发电应用场景。美国sunpower，韩国lg，国内的黄河水电，天合等已经将ibc 电池进行了产业化推广，其转换效率达到23％以上；，越来越多的企业和研究所将研究重心转移到ibc电池上来，实验室最高效率达到 26.1％。
3.ibc电池的基底材料分为n型和p型，n型硅片有其先天优势，少子寿命高，正面光照后载流子运动到背面过程中的复合少，可以大大提升电池的转换效率；但是n型电池制造成本高，包括设备成本和硅片成本均提高很多。而p型硅片价格低，且p型ibc电池对设备的要求低，可以在目前p型perc电池生产线进行小的改造即可大批量生产，具有很大的成本优势；但是p型ibc电池的少子寿命低，载流子复合多，导致电池转换效率低下。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高效p型ibc电池及其制备方法，解决了p型ibc电池载流子复合多的问题，提高了电池的转换效率，降低了制造成本。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种高效p型ibc电池，包括p型单晶硅层，所述p型单晶硅层的背面交替设置有正极区和负极区；
7.所述p型单晶硅层的正面设置有n型单晶硅层，n型单晶硅层和 p型单晶硅层相接处形成浮动结；所述n型单晶硅层的正面设置有钝化减反膜层；
8.所述p型单晶硅层的背面位于负极区的位置设置有第一隧穿层，所述第一隧穿层的背面设置有n型多晶硅层，所述n型多晶硅层的背面以及p型单晶硅层的背面位于正极区的位置设置有第二隧穿层；所述第二隧穿层的背面设置有复合膜层；
9.所述正极区内设置有正电极，负极区内设置有负电极。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：一方面，本发明的电池正面采用n型单晶硅层和p型单晶硅层相接处形成浮动结，由光生伏特效应，浮动结将向p型单晶硅层里注入一定量的少子电子，在一定程度上增大了衬底中的少子电子浓度，从而大大提升p型ibc电池的转换效率。另一方面，本发明的电池背面采用隧穿层/n型多晶硅层结构，进一步降低复合，提升电池转换效率。
11.进一步的，所述钝化减反膜层为sinx层。
12.进一步的，所述钝化减反膜层的厚度为65-80nm，折射率为 2.05-2.2。
13.进一步的，所述第一隧穿层和第二隧穿层为siox隧穿层。
14.进一步的，所述复合膜层为alox/sinx复合膜；alox厚度为 5-20nm，sinx厚度为70-100nm。
15.进一步的，所述p型单晶硅层的厚度小于175μm，少子寿命大于400μs。
16.一种高效p型ibc电池的制备方法，包括以下步骤：
17.s1，制绒，p型单晶硅层的正面形成表面陷光结构；
18.s2，磷扩散，p型单晶硅层的正面形成n型单晶硅层；所述单晶硅层与p型单晶硅层形成浮动结；
19.s3，湿法刻蚀，对p型单晶硅层的背面进行抛光；
20.s4，高温氧化，在p型单晶硅层的背面形成第一隧穿层；
21.s5，非晶硅沉积，在第一隧穿层的背面形成磷掺杂的n型非晶硅层；
22.s6，图形化激光消融，根据在设定好的正极区进行图形化激光消融，使正极区的p性单晶硅层露出；
23.s7，碱液清洗，去除s5中非晶硅沉积产生的绕镀层和s6中图形化激光消融形成的损伤层；
24.s8，高温退火，将n型非晶硅层晶化为n型多晶硅层；
25.s9，复合膜沉积，在n型多晶硅层的背面形成复合膜；
26.s10，钝化减反膜沉积，在n型单晶硅层的正面形成钝化减反膜层；
27.s11，激光开槽，在p型单晶硅层的背面对应正极区和负极区的局部位置分别开设有用于安装正电极和负电极的开槽；
28.s12，制备电极，在p型单晶硅层的背面烧结制备正电极和负电极。
29.与现有技术相比，由本方法制备的电池正面采用n型单晶硅层和 p型单晶硅层相接处形成浮动结，由光生伏特效应，浮动结将向p型单晶硅层里注入一定量的少子电子，在一定程度上增大了衬底中的少子电子浓度，从而大大提升p型ibc电池的转换效率。另一方面，本发明的电池背面采用隧穿层/n型多晶硅层结构，进一步降低复合，提升电池转换效率。
30.进一步的，所述s8中，在高温退火的同时充入氧气，在n型多晶硅层的背面形成第二隧穿层。
31.进一步的，所述n型非晶硅层采用pecvd或者lpcvd的方法，通过sih4和ph3反应制备而成。
32.进一步的，所述s7中，采用浓度1-5％的koh或naoh进行碱洗，反应温度20-50℃，碱洗时间为20-100s。
附图说明
33.图1为本发明一实施例的整体结构示意图。
34.图2为本发明一实施例的方法流程图。
35.图中：1、p型单晶硅层；2、n型单晶硅层；3、钝化减反膜层； 4、第一隧穿层；5、n型多晶硅层；6、第二隧穿层；7、复合膜层；8、正电极；9、负电极；a1、正极区；a2、负极区。
具体实施方式
36.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
37.实施例一：
38.请参阅图1，本实施例提供一种高效p型ibc电池，包括p型单晶硅层1，所述p型单晶硅层1的背面交替设置有正极区a1和负极区a2。
39.所述p型单晶硅层的厚度小于175μm，少子寿命大于400μs。
40.所述p型单晶硅层1的正面设置有n型单晶硅层2，n型单晶硅层2和p型单晶硅层1相接处形成浮动结。具体的，所述浮动结的深度为150-250nm，表面p浓度为0.5-3*10
20
个/cm3。该浮动结采用低表面浓度和浅结的形态，由光生伏特效应，浮动结将向p型单晶硅层 1里注入一定量的少子电子，在一定程度上增大了衬底中的少子电子浓度，一方面低掺杂可以减少杂质导致的复合，一方面可以达到浮动结的预期钝化效果。
41.所述n型单晶硅层的正面设置有钝化减反膜层。于本实施例中，所述钝化减反膜层为sinx层，厚度为65-80nm，折射率为2.05-2.2。 sinx一方面起到钝化的效果，一方面起到减反效果；sinx可以为单层膜，也可以为多层膜；反射率控制在1-3％。
42.所述p型单晶硅层的背面位于负极区的位置设置有第一隧穿层，电子可以自由穿透。
43.所述第一隧穿层的背面设置有n型多晶硅层。电池背面的氧化硅 /隧穿层/n型多晶硅结构，利用了topcon技术，可进一步降低复合，提升电池转换效率。
44.所述n型多晶硅层的背面以及p型单晶硅层的背面位于正极区的位置设置有第二隧穿层，电子可自由穿透。优选的，所述第一隧穿层和第二隧穿层采用siox。
45.所述第二隧穿层的背面设置有复合膜层；所述复合膜层为 alox/sinx复合膜；alox厚度为5-20nm，sinx厚度为70-100nm。
46.所述正极区内设置有正电极，负极区内设置有负电极。
47.本实施例的电池正面采用n型单晶硅层和p型单晶硅层相接处形成浮动结，由光生伏特效应，浮动结将向p型单晶硅层里注入一定量的少子电子，在一定程度上增大了衬底中的少子电子浓度，从而大大提升p型ibc电池的转换效率。另一方面，本发明的电池背面采用隧穿层/n型多晶硅层结构，进一步降低复合，提升电池转换效率。
48.实施例二：
49.结合图1和图2，本实施例提供一种高效p型ibc电池的制备方法，包括以下步骤：
50.s1，制绒，p型单晶硅层1的正面形成表面陷光结构。可采用湿法刻蚀或干法刻蚀的方法获得绒面，p型单晶硅层制绒后的反射率控制在8-12％。
51.s2，磷扩散，p型单晶硅层1的正面形成n型单晶硅层2；所述单晶硅层与p型单晶硅层形成浮动结。磷扩散后浮动结深度为 150-250nm，表面p浓度为0.5-3*10
20
个/cm3。正面的浮动结采用低表面浓度和浅结的形态，一方面低掺杂可以减少杂质导致的复合，一方面可以达到浮动结的预期钝化效果；p型单晶硅层的正面方块电阻控制在150-250欧/sq。本实施例中，磷扩散为双面扩散，可对硅片正背面进行吸杂，提升硅片的少子寿命5-10％。
52.p型硅片少子寿命比n型硅片低很多，因此对表面钝化的要求很高；简单的氧化铝，氧化硅或者高低结已经不适合p-ibc的钝化了。 p型单晶硅层正面进行磷扩散是在硅片正面形成浮动结；由光生伏特效应，浮动结将向p型衬底里注入一定量的少子电子，在一定程度上增大了衬底中的少子电子浓度，使得p-ibc电池的短路电流比其它钝化技术都要高，如在前表面制作钝化膜，p 层，从而大大提升p-ibc 电池的转换效率。
53.s3，湿法刻蚀，对p型单晶硅层1的背面进行抛光；同时去除由磷扩散产生的磷硅玻璃，背面抛光后反射率控制在35-50％。
54.s4，高温氧化，在p型单晶硅层1的背面形成第一隧穿层4。第一隧穿层优选为厚度为1-5nm的siox，电子可以自由穿透。
55.s5，非晶硅沉积，在第一隧穿层4的背面形成磷掺杂的n型非晶硅层；n型非晶硅层5采用pecvd或者lpcvd的方法，通过sih4和 ph3反应制备而成；厚度控制在90-150nm。
56.s6，图形化激光消融，根据在设定好的正极区进行图形化激光消融，使正极区的p性单晶硅层露出；在p性单晶硅层的背面形成交替设置的正极区a1和负极区a2。
57.s7，碱液清洗，去除s5中非晶硅沉积产生的绕镀层和s6中图形化激光消融形成的损伤层；具体的，碱为koh或naoh，质量浓度1-5％，反应温度20-50℃，碱洗时间为20-100s。
58.s8，高温退火，将n型非晶硅层晶化为n型多晶硅层5；800-950℃下高温退火将n型非晶硅层晶化为n型多晶硅层；同时，高温退火中充入氧气，在硅片表面形成1-5nm的第二隧穿层6，第二隧穿层亦优选siox。
59.s9，复合膜沉积，在n型多晶硅层的背面形成复合膜7，所述复合膜7优选alox/sinx复合膜；沉积后，alox厚度为5-20nm，sinx 厚度为70-100nm；alox/sinx复合膜沉积在正极区a1和负极区a2上，对正极区a1和负极区a2进行钝化。
60.s10，钝化减反膜沉积，在n型单晶硅层的正面形成钝化减反膜层；所述钝化减反膜层优选sinx，厚度为65-80nm，折射率为2.05-2.2； sinx一方面起到钝化的效果，一方面起到减反效果；sinx可以为单层膜，也可以为多层膜；反射率控制在1-3％。
61.s11，激光开槽，在p型单晶硅层的背面对应正极区和负极区的局部位置分别开设有用于安装正电极和负电极的开槽；开槽激光光斑直径为25-40μm。
62.s12，制备电极，在p型单晶硅层的背面烧结制备正电极8和负电极9。
63.由本实施例制备的电池正面采用n型单晶硅层和p型单晶硅层相接处形成浮动结，由光生伏特效应，浮动结将向p型单晶硅层里注入一定量的少子电子，在一定程度上增大了衬底中的少子电子浓度，从而大大提升p型ibc电池的转换效率。另一方面，本发明的电池背面采用隧穿层/n型多晶硅层结构，进一步降低复合，提升电池转换效率。
64.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。