一种应用于背面接触太阳电池的双层TiOx结构制造技术

一种应用于背面接触太阳电池的双层TiOx结构，在背面接触太阳电池正面硅材料表面形成一层钝化TiOx层，在钝化TiOx层之上再形成一层n型掺杂且掺杂浓度较高的n‑TiOx层；形成背面接触太阳电池正面硅表面‑钝化TiOx层‑n‑TiOx层结构。该结构包含一层可对硅片形成良好钝化的钝化TiOx层以及一层n型掺杂的TiOx层。使用这种结构可同时起到钝化硅片正表面、形成表面电场、增强空穴传输以及减反射层等作用，而且该结构可在低温下（不超过300°C）制备。采用本发明专利技术所提出的结构将会简化背面接触太阳电池的结构及制备工艺。

Double layer TiOx structure applied to back contact solar cell

The double TiOx structure applied to the back contact solar cell, solar cell contact on the back to form a layer of silicon surface passivation layer is TiOx, n TiOx layer to form a layer of N type doping and high doping concentration in the passivation layer TiOx; formation of back contact solar cell surface is surface passivation layer TiOx n TiOx layer structure. The structure consists of a passivation layer of TiOx which can form good passivation to the silicon wafer and a layer of N doped TiOx layer. The structure can simultaneously play the role of passivating the positive surface of the silicon wafer, forming a surface electric field, enhancing hole transmission, and reducing the reflection layer, etc., and the structure can be prepared at low temperature (no more than 300 DEG C). The structure proposed by the invention will simplify the structure and the preparation process of the back contact solar cell.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于背面接触太阳电池的双层TiOx结构
本专利技术属于太阳电池领域，也属于半导体器件领域，涉及硅太阳电池的结构设计。
技术介绍
晶体硅太阳电池占据了当前全球太阳电池产量的大部分份额，其光电转换效率较高、性能稳定、结构简单、易于生产。在过去的十几年内，晶体硅太阳电池的成本不断降低，效率不断提高。目前高效率晶体硅太阳电池组件的效率已经超越20%，未来晶体硅太阳电池将向着更高效率发展。背面接触太阳电池（简称IBC电池）是高效晶体硅太阳电池中的一种。IBC电池通常采用n型硅为光吸收材料，将p型发射区和和n型的扩散接触区放置在电池背面。电池的正面由于无金属栅线，更多太阳光可以进入太阳电池内部。另外电池背面的p型区和n型区可以进行重掺杂，从而提高电池开路电压。目前基于同质结的晶体硅IBC电池最高转换效率达到25.2%。基于IBC电池的高效率，我国《能源技术创新“十三五”规划》明确将IBC电池国产化定为目标，预计在5年内将建成IBC电池25MW示范生产线。由于半导体的光吸收特性，IBC太阳电池中大部分光生载流子产生于电池正面表面附近。相比于常规结构的太阳电池，IBC电池中少数载流子需要传输较长的距离才能被收集。因此，IBC电池对硅材料的少子寿命要求更高。另外IBC电池在正面也会制备表面电场，辅助少数载流子空穴的输运。除此之外，IBC电池的正面还需制备减反射层以及钝化层，以减少入射光的损失以及抑制表面复合。这使得IBC电池正面结构及制备工艺非常复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了简化IBC电池正面的结构及其制备工艺，提出一种可应用于IBC电池正面的双层TiOx（x≈2）结构，该结构可同时起到钝化硅片正表面、形成表面电场、增强空穴传输以及减反射层等作用，而且该结构可在低温下（不超过300°C）制备。采用这种结构可简化IBC电池的制备工艺及减少制备过程中能源的消耗。本专利技术提出一种可应用于IBC电池正面的双层TiOx结构（结构示意图见附图1），可简化IBC电池的结构及制备工艺。该结构中，靠近IBC电池正面硅表面的内层TiOx主要起钝化硅表面的作用。该TiOx层可采用原子层外延等工艺制备，经TiOx钝化的硅片表面复合速率可低于10cm/s。外层的TiOx层为掺杂浓度较高的n型半导体，可与n型硅形成方向指向电池内部的表面内建电场，该电场可增强n型硅中少数载流子空穴的输运。另外，由于TiOx的价带要远低于硅的价带，所形成的价带阶可对硅材料内部空穴形成势垒，阻碍空穴靠近表面，从而减少表面复合。TiOx材料的光学带隙较宽，对太阳光的吸收有限，不会对电池的短路电路产生较大影响。而且TiOx本身就是一种减反射材料，通过控制TiOx层的厚度，即可降低太阳光的反射损失。本专利技术是通过以下技术方案实现。本专利技术所述的一种应用于背面接触太阳电池的双层TiOx结构，其特征是在IBC电池正面硅材料表面形成一层对硅表面具有良好钝化效果的钝化TiOx层，在钝化TiOx层之上再形成一层n型掺杂且掺杂浓度较高的n-TiOx层。形成IBC电池正面硅表面-钝化TiOx层-n-TiOx层结构。本专利技术所述的结构的形成过程是：首先对IBC电池正面进行处理使得新鲜的硅表面裸露出来；使用原子层沉积工艺等制备一层钝化TiOx层，该TiOx层对硅片表面提供良好钝化；在钝化TiOx层之上使用蒸发或溅射等工艺沉积一层n型掺杂的TiOx层，沉积过程中通过调整制备参数调节所制备TiOx的掺杂浓度等，使得表面形成合适强度的内建电场。另外，控制外层TiOx至合适厚度，形成减反射层以减少入射光的反射损失。本专利技术所述的对硅片形成具有良好钝化的TiOx层（钝化TiOx层）为非晶态半导体，导电类型为本征型或弱n型。本专利技术所述的n型掺杂的TiOx层（n-TiOx层）为结晶态半导体，其掺杂浓度为1×1016-1×1020cm-3。本专利技术所提出的可应用于IBC电池正面的双层TiOx结构，结构简单且可同时起到钝化硅片正表面、形成表面电场、增强空穴传输以及减反射层等作用，可简化IBC电池的结构及制备工艺。另外，本专利技术所提出的结构可在低温下（不超过300°C）制备，这将使IBC电池整个制备工艺更具弹性。例如：制备IBC电池时可在不做正面保护的情况下先制备背面结构，等背面结构做好后用干法或湿法刻蚀去掉正面形成的扩散层，随后制备双层TiOx结构，这也会简化IBC电池的制备工艺。附图说明附图1为本专利技术所提及的双层TiOx结构示意图。图中，1为IBC电池，其包含了电池背面的器件结构；2为钝化TiOx层，其对IBC电池正面硅材料表面提供良好钝化作用；3为n-TiOx层，其为n型掺杂且具有一定掺杂浓度。具体实施方式本专利技术将通过以下实施例作进一步说明。实施例1。（1）对背面结构已制备好的IBC电池正面进行清洗、刻蚀，使得新鲜的硅表面裸露出来。（2）在IBC电池正面裸露的硅表面上沉积一层非晶态的TiOx层，该TiOx层为硅表面提供良好的钝化。钝化TiOx层的制备使用原子层沉积工艺，其厚度控制在1nm。（3）在非晶态的钝化TiOx层上沉积一层结晶态TiOx层，其掺杂类型为n型。该n型TiOx层的制备使用溅射工艺，其厚度为100nm，掺杂浓度控制在1×1018cm-3。实施例2。（1）对背面结构已制备好的IBC电池正面进行清洗、刻蚀，使得新鲜的硅表面裸露出来。（2）在IBC电池正面裸露的硅表面上沉积一层非晶态的TiOx层，该TiOx层为硅表面提供良好的钝化。钝化TiOx层的制备使用化学气相沉积工艺，其厚度控制在3nm。（3）在非晶态的钝化TiOx层上沉积一层结晶态TiOx层，其掺杂类型为n型。该n型TiOx层的制备使用蒸发工艺，其厚度为50nm，掺杂浓度控制在5×1017cm-3。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于背面接触太阳电池的双层TiOx结构，其特征是在背面接触太阳电池正面硅材料表面形成一层钝化TiOx层，在钝化TiOx层之上再形成一层n型掺杂且掺杂浓度较高的n‑TiOx层；形成背面接触太阳电池正面硅表面‑钝化TiOx层‑n‑TiOx层结构。

【技术特征摘要】
1.一种应用于背面接触太阳电池的双层TiOx结构，其特征是在背面接触太阳电池正面硅材料表面形成一层钝化TiOx层，在钝化TiOx层之上再形成一层n型掺杂且掺杂浓度较高的n-TiOx层；形成背面接触太阳电池正面硅表面-钝化TiOx层-n-TiOx层结构。2.根据权利要求1所述的一种应用于背面接触太阳电池的双层TiOx结构，其特征是所述的结构的制备过程是：首先对背面接触太阳电池正面进行处理使得新鲜的硅表面裸露出来；使用原子层沉积工...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超，周浪，黄海宾，岳之浩，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36