一种钝化接触太阳电池及其制备方法、组件和系统与流程

1.本发明涉及光伏电池技术领域，具体涉及一种钝化接触太阳电池及其制备方法、组件和系统。


背景技术：

2.随着太阳电池技术的发展，人们对电池效率的要求也越来越高。目前量产阶段的高效电池主要有hit、topcon等。而hit电池因其高昂的设备投资成本，短时间内若无法解决设备国产化问题，将无法大规模推广。而topcon电池因其工艺步骤及设备可与当前主流的perc电池相兼容，使其投资成本远低于hit电池。且topcon电池的理论极限效率为28.7％，这与晶体硅的29.43％的理论极限效率最为接近，势必会成为下一代市场新宠产品。
3.topcon电池主要是在pert电池基础上将超薄的隧穿氧化层与重掺杂的多晶硅层相结合沉积于电池背面，隧穿氧化层可通过化学钝化作用降低硅基体与多晶硅之间的界面复合，多数载流子通过隧穿原理实现输运，少数载流子则由于势垒以及多晶硅场效应的存在难以隧穿通过该氧化层进入到硅基体被复合，故可获得较好的表面钝化和接触性能。
4.但现有的topcon电池背面的钝化接触结构是由一层超薄的隧穿氧化层和掺杂的多晶硅层组成；具体地，一般topcon电池背面会经过酸或碱刻蚀或抛光处理，此时电池背面呈刻蚀或抛光表面，再沉积隧穿氧化层和掺杂的多晶硅层，再沉积正、背面钝化膜，最后印刷正、背面金属电极。这种现有的topcon电池由于电池背面呈刻蚀或抛光表面，所以电池背面的光反射率较高，导致电池背面的光利用率低，进而导致电池的双面率及电池效率低，且电池背面的掺杂多晶硅层与背面金属电极接触的比表面积较低，其接触电阻较大，进而电池效率有待改善。而申请号cn201810660527.5公开了一种利用反应离子刻蚀制备高效陷光绒面的方法，该方法是对具有金纳米颗粒掩膜的硅基体进行反应离子刻蚀，以在硅基体表面制备具有锯齿状结构的高效绒光面，尽管这样能降低光反射率，提高硅基体对太阳光的吸收效率和电池的光电转化效率。但是，该方法在反应离子刻蚀前需要制备金纳米颗粒作为掩膜，且反应离子刻蚀后还需去除该金纳米颗粒掩膜，工序复杂繁琐，且该具有锯齿状结构的高效绒光面直接接触硅基体表面，这会大大增加复合，降低开路电压，进而降低电池效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种钝化接触太阳电池，该钝化接触太阳电池既能降低电池背面的光反射率，又能降低接触电阻，提高填充因子，且基本不会增加复合，故而能有效提高电池效率。
6.本发明的目的之二在于提供一种钝化接触太阳电池的制备方法，该方法无需掩膜和去除掩膜的步骤，工序更简化、制备更简单，适合大规模生产。
7.本发明的目的之三在于提供一种采用了该钝化接触太阳电池的太阳能电池组件。
8.本发明的目的之四在于提供一种采用了该太阳能电池组件的太阳能电池系统。
9.基于此，本发明公开了一种钝化接触太阳电池，包括硅基体，所述硅基体的正面依次设有p 发射极、正面钝化减反膜及设于p 发射极表面并延伸至正面钝化减反膜外的正面电极，所述硅基体的背面依次设有隧穿氧化层、掺杂多晶硅层、背面钝化膜和背面电极，所述掺杂多晶硅层的表面为次级陷光结构，所述背面电极经背面钝化膜设置于所述次级陷光结构的表面；所述背面钝化膜的厚度为40～110nm。
10.优选地，所述硅基体的正面为陷光结构，且硅基体的背面为平面结构或陷光结构。
11.进一步优选地，所述次级陷光结构为纳米级孔洞结构，孔洞大小为50～300nm、孔洞深度为50～300nm。
12.优选地，所述硅基体为n型硅基体。
13.优选地，所述p 发射极为掺杂硼的p 发射极，所述掺杂多晶硅层为掺杂磷的n 多晶硅层。
14.优选地，所述隧穿氧化层是厚度为1～2nm的氧化硅。
15.优选地，所述正面钝化减反膜是具有三氧化二铝钝化层的减反膜；所述背面钝化膜是氮化硅钝化膜。
16.本发明还公开了一种钝化接触太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
17.步骤s1，在所述硅基体的正面制备所述p 发射极；
18.步骤s2，在所述硅基体的背面制备所述隧穿氧化层；
19.步骤s3，在所述隧穿氧化层表面制备所述掺杂多晶硅层；
20.步骤s4，对所述掺杂多晶硅层的背面进行反应离子刻蚀，以在所述掺杂多晶硅层的表面形成所述次级陷光结构，再在所述次级陷光结构表面制备所述背面钝化膜；
21.步骤s5，在所述p 发射极表面制备所述正面钝化减反膜，再进行金属化处理，以在所述p 发射极的表面形成延伸至所述正面钝化减反膜外的所述正面电极，并在所述掺杂多晶硅层的次级陷光结构表面形成延伸至所述背面钝化膜外的所述背面电极。
22.优选地，在步骤s1之前，还包括对所述硅基体进行预处理，以使所述硅基体的正面和背面形成所述陷光结构的步骤；
23.在步骤s3之前，还包括对所述硅基体的背面进行刻蚀或抛光处理，以使硅基体的背面形成所述平面结构的步骤。
24.优选地，步骤s4中，形成所述次级陷光结构的具体步骤为：将步骤s3处理后的所述硅基体置于化学气相沉积反应腔体内，抽真空至10-4
pa以下时，通入气体sf6和o2，以产生等离子体来对所述掺杂多晶硅层的表面进行选择性反应离子刻蚀，以形成所述次级陷光结构。
25.本发明还公开了一种太阳能电池组件，包括由上至下依次设置的正面材料层、正面封装层、太阳电池、背面封装层和背面材料层，所述太阳电池是本发明上述所述的一种钝化接触太阳电池。
26.本发明还公开了一种太阳能电池系统，包括一个或一个以上的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件是本发明上述所述的一种太阳能电池组件。
27.与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
28.本发明在钝化接触太阳电池背面的掺杂多晶硅层表面设置次级陷光结构，并使背面电极经背面钝化膜设置于次级陷光结构的表面；这样能得到一种新的topcon电池结构，
该新的topcon电池结构具有如下优势：
29.(1)相比现有topcon电池背面的刻蚀或抛光表面，在掺杂多晶硅层及背面钝化膜背表面设置的次级陷光结构的光反射率更低，可有效降低topcon电池背面的光反射率，能提高双面率，从而能提高电池整体的功率，且厚度为40～110nm的具有次级陷光结构的背面钝化膜能使电池背面吸收更多的太阳光，提高双面率；(2)次级陷光结构表面与背面电极接触的比表面积增大，能获得更低的接触电阻，从而能提高填充因子，同时因为该次级陷光结构是在掺杂多晶硅层背表面，不直接与硅基体接触，因此，即便在制备次级陷光结构的过程中给掺杂多晶硅层表面带来了晶格缺陷，也不会给掺杂多晶硅层带来负面影响，所以，其对电池复合的影响较小，基本可以忽略。因此，该钝化接触太阳电池在不影响开路电压的前提下，能提高填充因子，并能提高双面率，进而能有效提高电池效率。
30.此外，由于次级陷光结构制备于电池背面的掺杂多晶硅层上，不直接与硅基体接触，因此，即便在制备次级陷光结构的过程中给掺杂多晶硅层表面带来了晶格缺陷，掺杂多晶硅层的这种晶格缺陷也基本不会影响电池复合，故而，本发明在制备次级陷光结构之前，无需对掺杂多晶硅层进行掩膜处理，在制备次级陷光结构之后，也无需进行刻蚀掩膜和修复掺杂多晶硅层表面晶格缺陷的处理工序，能大大简化制备工序、方法简单、成本低，特别适合大规模生产。
附图说明
31.图1为实施例1的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤1后的结构示意图。
32.图2为实施例1的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤2后的结构示意图。
33.图3为实施例1的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤3后的结构示意图。
34.图4为实施例1的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤4后的结构示意图。
35.图5为实施例1的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤5后的结构示意图。
36.图6为实施例1的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤6后的结构示意图。
37.图7为实施例1的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤7后的结构示意图。
38.图8为实施例1的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤8后的结构示意图。
39.图9为实施例1的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤9后的结构示意图。
40.图10为实施例2的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤3后的结构示意图。
41.图11为实施例2的一种钝化接触太阳电池的制备方法中经步骤9后的结构示意图。
42.附图标号说明：硅基体1；p 发射极2；bsg膜3；隧穿氧化层4；非晶硅层5；掺杂多晶硅层6；psg膜7；正面钝化减反膜8；背面钝化膜9；正面电极10；背面电极11。
具体实施方式
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
44.实施例1
45.本实施例的一种钝化接触太阳电池，参见图9，其包括硅基体1；其中，硅基体1的正表面为呈金字塔状的陷光结构，以降低电池正面的光反射率，确保电池正面的光利用率；其中，呈金字塔状的陷光结构为微米级结构；而硅基体1的背面为平面结构，而非陷光结构或
次级陷光结构，以降低电池复合，确保较高的开路电压及电池效率。
46.其中，硅基体1的正面依次叠层设置有p 发射极2和正面钝化减反膜8，且p 发射极2表面设有延伸至正面钝化减反膜8外的正面电极10；硅基体1的背面依次叠层设置有隧穿氧化层4、掺杂多晶硅层6和背面钝化膜9，掺杂多晶硅层6的背表面为次级陷光结构，且叠层设于掺杂多晶硅层6背面的背面钝化膜9也为次级陷光结构，背面电极11设于次级陷光结构的背表面并延伸至背面钝化膜9外。该次级陷光结构为纳米级孔洞结构，孔洞大小为50～300nm(若孔洞呈圆柱体状，则孔洞大小即为圆柱体的直径，当然，此处孔洞还可以呈圆锥体状，或其他形状)、孔洞深度为50～300nm。
47.该钝化接触太阳电池中，掺杂多晶硅层6及背面钝化膜9背表面的次级陷光结构不仅能极大减少光反射率，提高电池双面率及电池整体的功率；而且，还能大大增加掺杂多晶硅层6背表面的次级陷光结构与背面电极11接触的比表面积，从而在钝化接触降低接触电阻的同时，还能获得比常规钝化接触太阳电池更低的接触电阻，大大提高填充因子，且该次级陷光结构是在掺杂多晶硅背表面，不直接与硅基体1接触，因此，即便在制备次级陷光结构的过程中给掺杂多晶硅层6表面带来了晶格缺陷，这种晶格缺陷也不会给掺杂多晶硅层6带来负面影响，所以其对电池复合的影响较小，基本可以忽略。因此，该钝化接触太阳电池在不影响开路电压的前提下，能提高填充因子，并能提高双面率，进而能有效提高电池效率。
48.为确保该钝化接触太阳电池的钝化接触性能、电池效率及品质，硅基体1优选为n型硅基体，而p 发射极2优选为掺杂硼的p 发射极2，掺杂多晶硅层6优选为掺杂磷的n 多晶硅层。进一步，为确保该钝化接触太阳电池的钝化接触性能，隧穿氧化层4优选为厚度为1～2nm的氧化硅。此外，该钝化接触太阳电池正面钝化减反膜8优选为具有三氧化二铝钝化层的减反膜，背面钝化膜9优选为厚度为40～110nm的氮化硅钝化膜，以提高该背面钝化膜9的减反射性能；以使电池背面可以吸收更多的太阳光，并使该正面钝化减反膜8和背面钝化膜9分别对电池的正面和背面起到好的保护和钝化作用。
49.本实施例还提供了一种钝化接触太阳电池的制备方法，以简单、高效地制备出本实施例上述结构的钝化接触太阳电池；其制备步骤如下：
50.步骤1，选择合适的硅基体1，对硅基体1进行预处理，以使硅基体1的正表面和背表面形成呈金字塔状的陷光结构。其中，预处理的方法为碱处理或酸处理，但不仅限于这两种预处理方法。
51.本实施例的一个示例中，在碱处理过程中，可加入添加剂来促进预处理过程的进行。经步骤1预处理后的硅基体1的结构如图1所示。
52.步骤2，在预处理后的硅基体1的正面进行硼掺杂处理，以制备掺杂硼的p 发射极2。其中，硼掺杂处理的方法为扩散法、旋涂法、丝网印刷法或喷墨法。
53.本实施例的一个示例中，采用扩散法的制备过程为：在常压管中，采用三溴化硼作为硼源，对硅基体1的正面进行硼源扩散，扩散温度为700～1000℃、时间为40～100min、方阻为60～100ω/sqr，硼源扩散后，即可在硅基体1的正面制得掺杂硼的p 发射极2，并在掺杂硼的p 发射极2表面形成厚度为60～120nm的bsg膜3；具体地，扩散过程采用背靠背的方式进行插片，即扩散面朝外，非扩散面朝内。完成步骤2的硼掺杂处理后，其结构如图2所示。
54.步骤3，对完成硼掺杂处理的硅基体1背面进行刻蚀或抛光处理，以去除步骤2中绕
镀于硅基体1背面的p 发射极2及bsg膜3，使硅基体1背表面形成平面结构，其结构如图3所示。
55.步骤4，在刻蚀或抛光处理后的硅基体1的背面制备隧穿氧化层4。
56.本实施例的一个示例中，当隧穿氧化层4的材质为氧化硅时，隧穿氧化层4的制备方法为硝酸氧化法、高温热氧化或臭氧氧化法，但不限于以上制备方法。
57.具体地，采用硝酸氧化法制备氧化硅的步骤为：将经预处理后的硅基体1置于质量分数为45～80％的硝酸溶液中反应4～8min、反应温度为90～100℃，反应结束后，采用氮气枪对硅基体1进行快速吹干处理，即可在硅基体1的背面制得厚度为1～2nm的氧化硅，其结构如图4所示。
58.步骤5，在隧穿氧化层4的整个背面制备一层非晶硅层5，其制备方法为物理气相沉积法(pvd)、低压化学气相沉积法(lpcvd)、等离子体化学气相沉积法(pecvd)或常压化学气相沉积法(apcvd)；对应地，沉积非晶硅层5所用的设备为pvd设备、lpcvd设备、pecvd设备或apcvd设备。
59.本实施例的一个示例中，采用lpcvd法的制备过程为：在真空低于7
×
10-3
torr、温度为550～700℃的条件下，通入sih4，然后沉积反应10～40min，再抽真空，确认危险气体sih4抽干净后，通入氮气至常压，冷却降温后，取出，即可在隧穿氧化层4表面制备一层非晶硅层5，其结构如图5所示。
60.步骤6，对整个非晶硅层5的背面进行掺杂处理，再经高温过程，使非晶硅层5的非晶结构发生变化并转变为多晶结构，这样，能在隧穿氧化层4的表面形成晶粒尺寸较小且均匀的掺杂多晶硅层6。其中，该掺杂处理的方法为扩散法、旋涂法、离子注入法、丝网印刷法或喷墨法。
61.本实施例的一个示例中，采用扩散法的制备过程为：在常压管中，采用五氧化二磷作为磷源，对整个非晶硅层5的背面进行磷源扩散，扩散温度为700～900℃、时间为30～90min、方阻为100～300ω/sqr，磷源扩散后，即可在隧穿氧化层4表面制得掺杂磷的n 多晶硅层，并会在该掺杂磷的n 多晶硅层表面形成厚度为50～120nm的psg膜7，其结构如图6所示；具体地，扩散过程中采用背靠背的方式进行插片，即扩散面朝外，非扩散面朝内。
62.步骤7，对磷扩散处理后的硅基体1进行化学清洗处理，以去除bsg膜3和psg膜7。其中，化学清洗处理采用酸溶液。化学清洗处理后，其结构如图7所示。
63.步骤8，对化学清洗处理后的掺杂多晶硅层6背面依次进行反应离子刻蚀及钝化处理。
64.其中，反应离子刻蚀过程为：将步骤7处理后的硅基体1置于pecvd设备腔体内，抽真空至10-4
pa以下时，通入sf6和o2两种工艺气体，其中o2作为稀释性气体，容易实现气体sf6辉光放电，产生等离子体，同时，o2也能更好地调节刻蚀的选择性，实现对掺杂多晶硅层6背面的各向异性刻蚀；其中，当反应腔室中通入sf6时，辉光放电发生的化学反应为：sf6→
sf
5
f
*
e-，生成的f
*
自由基到达掺杂多晶硅层6表面时，发生的化学反应为：si f
*
→
sif4，其中，sif4为挥发性气体，可以被泵抽走，而生成的sf
5
和e-能实现对掺杂多晶硅层6表面的反应离子刻蚀。sf6的气体流量优选为20～30cm3/s，o2的气体流量优选为3～10cm3/s，反应压力优选为200～300mtorr，选择射频功率优选为100～200w，刻蚀速率优选为800～200nm/s，以确保能在掺杂多晶硅层6的背表面形成如图8所示的次级陷光结构。
65.反应离子刻蚀后，接着在同一腔体内制备背面钝化膜9，其制备条件为：压力1500～2000mtorr，功率6600w～8600w，sih4:nh3＝1:6，沉积温度400～500℃，沉积时间10～20min，即得厚度为40～110nm的氮化硅钝化膜。其结构如图8所示。
66.步骤9，步骤8处理后，再在p 发射极2表面制备正面钝化减反膜8。优选为，采用原子层沉积法(ald)制备三氧化二铝钝化层，再采用pecvd法或apcvd法制备减反层，至此完成正面钝化减反膜8的制备。然后，再进行金属化处理，以在p 发射极2的表面形成正面电极10，并在掺杂多晶硅层6的次级陷光结构表面形成背面电极11。即完成本实施例的钝化接触太阳电池的制备，其结构如图9所示。综上，本实施例在制备隧穿氧化层4和掺杂多晶硅层6后，对掺杂多晶硅层6的表面采用反应离子刻蚀法来制备次级陷光结构，再在反应离子刻蚀的同一腔体内制备背面钝化膜9，以使设于掺杂多晶硅层6背面的背面钝化膜9也为次级陷光结构，再制备正面钝化减反膜8，然后制备正面电极10和背面电极11，以制得钝化接触太阳电池(即一种新的topcon电池)，该钝化接触太阳电池的优势主要有：
67.(1)相比现有topcon电池背面的刻蚀或抛光表面，在掺杂多晶硅层6及背面钝化膜9表面制备的次级陷光结构的光反射率更低，可有效降低topcon电池背面的光反射率，能提高双面率，从而能提高电池整体的功率；(2)该钝化接触太阳电池背面的掺杂多晶硅层6经过反应离子刻蚀后，其背表面形成次级陷光结构，相比现有刻蚀或抛光表面，该钝化接触太阳电池制备背面电极11时，次级陷光结构与背面电极11接触的比表面积更大，能获得更低的接触电阻，从而能提高填充因子，同时因为该次级陷光结构是在掺杂多晶硅背表面，不直接与硅基体1接触，因此，即便在制备次级陷光结构的过程中给掺杂多晶硅层6表面带来了晶格缺陷，也不会给掺杂多晶硅层6带来负面影响，所以，其对电池复合的影响较小，基本可以忽略。故该钝化接触太阳电池在不影响开路电压的前提下，能提高填充因子，并能提高双面率，进而能有效提高电池效率。(3)此外，由于次级陷光结构制备于电池背面的掺杂多晶硅层6上，不直接与硅基体1接触，因此，即便在制备次级陷光结构的过程中给掺杂多晶硅层6表面带来了晶格缺陷，掺杂多晶硅层6的这种晶格缺陷也基本不会影响电池复合(需要说明的是，若采用本实施例的制备方法在电池的硅基体1正面或背面制备次级陷光结构，亦或在电池正面的p 发射极2表面制备次级陷光结构，为确保电池的光电转化过程中硅基体1和p 发射极2的正常使用，在制备次级陷光结构之前，势必需要对硅基体1或p 发射极2表面进行掩膜处理，制备次级陷光结构之后，需刻蚀掩膜，还需修复因次级陷光结构的制备过程中给硅基体1或p 发射极2表面带来的晶格缺陷，制备工序繁琐；若不对电池的硅基体1或p 发射极2表面进行掩膜、刻蚀掩膜和晶格缺陷修复的工序，则会大大增加电池复合，进而反而会降低电池效率)，故而，本发明在制备次级陷光结构之前，无需对掺杂多晶硅层6进行掩膜处理，在制备次级陷光结构之后，也无需进行刻蚀掩膜和修复掺杂多晶硅层6表面晶格缺陷的处理工序，能大大简化制备工序、方法简单、成本低，特别适合大规模生产。
68.本实施例还公开了一种太阳能电池组件，包括由上至下依次设置的正面材料层、正面封装层、太阳电池、背面封装层和背面材料层，所述太阳电池是本实施例上述所述的一种钝化接触太阳电池。
69.本实施例还公开了一种太阳能电池系统，包括一个或一个以上的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件是本实施例上述所述的一种太阳能电池组件。
70.实施例2
71.本实施例的一种钝化接触太阳电池及其制备方法、组件和系统均与实施例1基本相同，其区别仅在于：
72.本实施例的一种钝化接触太阳电池的制备方法：
73.在步骤3中，仅去除步骤2中绕镀于硅基体1背面的p 发射极2及bsg膜3，而保留硅基体1背面的陷光结构，其结构如图10所示。
74.本实施例采用上述制备方法所得的一种钝化接触太阳电池的电池结构如图11所示。
75.尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
76.以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。