一种单晶掺镓背钝化太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单晶掺镓背钝化太阳电池及制备方法。单晶掺镓包括：掺杂有镓元素的单晶掺镓硅基底，以及在其上的发射极和背表面场，置于发射极表面的钝化及减反射正面减反射膜/钝化膜和置于基底背表面的背面钝化膜，置于正面减反射膜/钝化膜表面的导电材料组成的正面电极，置于背面钝化膜表面的导电材料组成的背面电极。其制备方法，包括：在掺镓的硅片上完成表面织构化，发射极制备，绝缘处理，正表面钝化减反射膜及背表面钝化膜制备，背面钝化膜局域开膜以及金属化过程。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶掺镓背钝化太阳电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，特别涉及一种单晶掺镓背钝化太阳电池及其制备方法。
技术介绍
目前，随着化石能源的逐渐耗尽，太阳电池作为新的能源替代方案，使用越来越广泛。太阳电池是将太阳的光能转换为电能的装置。太阳电池利用光生伏特原理产生载流子，然后使用电极将载流子引出，从而利于将电能有效利用。目前使用的p型太阳电池基底，一般为掺杂有硼元素的硅片。但是采用掺杂有硼元素的单晶硅作为基底的太阳电池一起电池效率在太阳光照下会发生一定的衰减。这种衰减称之为光衰(LID)。目前光伏产业中的掺硼单晶硅片制成的背钝化太阳电池的效率衰减在3～10％之间。这种电池的光致衰减产生的本质原因和掺杂基底中的代替位硼原子和单晶硅中间隙态的氧原子在光注入的情况下会形成硼氧复合体。而硼氧复合体是深能级复合中心，这样会降低少数载流子的寿命，从而降低少数载流子的扩散长度，导致太阳电池的效率降低。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种单晶掺镓背钝化太阳电池及其制备方法，可以解决上述问题，降低由于硼氧复合体造成的光致衰减。本专利技术的技术解决方案是：一种单晶掺镓背钝化太阳电池，由正面至背面依次包括：正面电极、正面减反射膜/钝化膜、发射极、单晶掺镓硅基底、背面钝化膜和背面电极；所述的背面电极包括铝电极和背面银电极。所述的单晶掺镓硅基底中镓元素的掺杂浓度为1×1013～1×1017个原子/立方厘米。所述的单晶掺镓硅基底还掺杂有硼元素，硼元素的掺杂浓度为1×1013～1×1017个原子/立方厘米。所述的正面电极是由导电材料通过烧结局部或全部穿透正面减反射膜/钝化膜或通过在正面减反射膜/钝化膜上的局部开膜区域与发射极形成直接接触。所述的背面钝化膜开设有局部开膜区域，铝电极通过局部开膜区域与单晶掺镓硅基底的背面形成接触。所述的铝电极和单晶掺镓硅基底之间包括一层掺杂成分为铝的空穴掺杂层，所述空穴掺杂层的厚度为1～15um。所述的空穴掺杂层中还掺杂有硼，硼元素掺杂浓度为5×1016～1×1021个原子/立方厘米。所述的空穴掺杂层和铝电极之间还包括一层铝硅合金层，铝硅合金层厚度为1～5um。所述的正面减反射膜/钝化膜为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝和碳化硅薄膜中的一种或多种叠层构成；正面减反射膜/钝化膜的折射率为1.5～2.5，厚度50～100nm。一种单晶掺镓背钝化太阳电池的制备方法，包括以下步骤：1)对单晶掺镓硅基底进行表面织构化及清洗；2)在单晶掺镓硅基底正面进行制备发射极；3)对单晶掺镓硅基底进行边缘绝缘处理；4)对单晶掺镓硅基底正背面分别进行正面减反射膜/钝化膜和背面钝化膜的制备；5)在背面钝化膜上进行局域开膜；6)在对单晶掺镓硅基底正面、背面进行导电浆料图形化涂布；7)进行金属化热处理过程分别制备正面电极和背面电极。相对于现有技术，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术包括掺杂有镓元素的单晶硅半导体基底，以及在其上的发射极和背表面场，置于发射极表面的钝化及减反射介质膜和置于基底背表面的钝化介质膜，置于介质膜表面的导电材料组成的正面电极和背面电极，置于太阳电池正面的导电材料经过高温烧结局部穿透介质膜材料或通过在介质膜上的局部开膜区域和发射极形成直接接触,，置于太阳电池背面的背面电极通过在介质膜上的局部开膜区域和半导体形成直接接触。采用单晶掺镓硅作为太阳电池的基底材料，制备了单晶掺镓背钝化太阳电池，掺镓能够减少掺杂基底中的代替位硼原子和单晶硅中间隙态的氧原子在光注入的情况下会形成硼氧复合体，这样会增加少数载流子的寿命，从而增加少数载流子的扩散长度，导致太阳电池的效率增加，并且保证电池的长期可靠性。该电池结构可以降低或基本抑制单晶硅太阳电池的光衰，能将单晶硅背钝化太阳电池的光衰控制在3％以内。进一步形成的所述的铝电极和单晶掺镓硅基底之间的一层掺杂成分为铝的硅基空穴掺杂层。这一层铝的硅基空穴掺杂层和硅基底形成p+/p的势差，从而提高了整个电池的开路电压，也降低了靠近电极附近的复合速率，从而提高了转换效率。所述的空穴掺杂层中还可进一步掺杂有硼，硼元素掺杂浓度为5×1016～1×1021个原子/立方厘米。硼的掺杂浓度一般高于铝掺杂空穴浓度，因此，p+/p的势差加大，进一步提高了开路电压。所述的空穴掺杂层和铝电极之间还可包括一层铝硅合金层，铝硅合金层厚度为1～5um。此铝硅合金层的存在，可以使得铝质的导电电极和p型的半导体基底形成更好的接触性能。进一步掺杂有硼元素的单晶掺镓硅基底作为上述电池的基底也能够实现降低电池光衰的作用。本专利技术单晶掺镓太阳电池的制备方法步骤包括：在掺镓的硅基底上进行表面织构化，并在电池的正面制备发射极，在正面制备钝化及减反射膜，背面开孔，以及在电池的正面和反面制备电极，以及高温烧结过程，整体工艺简单，适合工业化生产。附图说明图1是本专利技术的太阳电池的实施方式中的一个实例的电池示意图。图2是本专利技术的太阳电池的实施例1中的正面的电极示意图。图3是本专利技术的太阳电池的实施例1中的反面的电极示意图。其中，1为单晶掺镓硅基底，2为发射极，3为正面减反射膜/钝化膜，4为背面钝化膜，5为铝电极，6为正面电极，7为背面银电极，8为局部开膜区域，9为正面细栅线，10为正面连接电极。具体实施方式下面举例具体实施例对本专利技术进行说明。需要指出的是，以下实施例只用于对本专利技术做进一步说明，不代表本专利技术的保护范围，其他人根据本专利技术的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本专利技术的保护范围。如图1所示，一种单晶掺镓背钝化太阳电池，包括：掺杂单晶硅基底1，以及在其上的发射极2，置于发射极2表面的钝化减反射膜3，置于钝化减反射膜3表面的导电材料组成的正面电极6，置于基底背面钝化膜4，置于背面钝化膜4上的导电电极；上述正面导电材料局部或全部穿透钝化减反射膜3和发射极2形成直接接触；背面导电材料在背面钝化膜4局域开膜区域与单晶掺镓硅基底1形成接触，而在非开膜区域则不与单晶掺镓硅基底1形成直接接触。单晶掺镓硅基底1中镓元素掺杂的浓度为1×1013～1×1017个原子/立方厘米。优选地，单晶掺镓硅基底1还可进一步含有硼，其中硼元素掺杂的浓度为1×1013～1×1017个原子/立方厘米。其中，单晶掺镓硅基底1正表面的正面减反射膜/钝化膜，由一层或一层以上膜叠加组成，其中膜的成分包括氮化硅，氧化硅，氮氧化硅之一或之二，或者全部包含。背表面的正面减反射膜/钝化膜，由一层或一层以上膜叠加组成；其中膜的成分包括氧化铝，氮化硅，氧化硅，氮氧化硅的一种或者多种，或者全部包含。如图2所示，正面电极6包括用于引导电流的正面细栅线9和用于收集电流的正面连接电极10，正面细栅线9与正面连接电极10垂直布置。背面、正面减反射膜/钝化膜上的局域开膜区，正面减反射膜/钝化膜被去除，所形成的开膜局域图形，可以是直线、线段、点阵形式，也可以是其中的一种或几种混合形式。背面电极包括铝电极5和若干个背面银电极7。如图3所示，背面银电极呈局域化分布在硅基底背面，背面银电极7的各个区域各不相连；铝电极5分布在除银电极和硅基底背面边缘区域的电池背面，也可以不完全覆盖上述背面区域；铝导电材料在局部开膜区域8与硅基底形成背面接触，而在非开膜区域则不与硅基底形成接触。铝电极的背面接触由以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶掺镓背钝化太阳电池，其特征在于，由正面至背面依次包括：正面电极(6)、正面减反射膜/钝化膜(3)、发射极(2)、单晶掺镓硅基底(1)、背面钝化膜(4)和背面电极；所述的背面电极包括铝电极(5)和背面银电极(7)。

【技术特征摘要】
1.一种单晶掺镓背钝化太阳电池，其特征在于，由正面至背面依次包括：正面电极(6)、正面减反射膜/钝化膜(3)、发射极(2)、单晶掺镓硅基底(1)、背面钝化膜(4)和背面电极；所述的背面电极包括铝电极(5)和背面银电极(7)。2.根据权利要求1所述的一种单晶掺镓太阳电池，其特征在于，所述的单晶掺镓硅基底(1)中镓元素的掺杂浓度为1×1013～1×1017个原子/立方厘米。3.根据权利要求1所述的一种单晶掺镓背钝化太阳电池，其特征在于，所述的单晶掺镓硅基底(1)还掺杂有硼元素，硼元素的掺杂浓度为1×1013～1×1017个原子/立方厘米。4.根据权利要求1所述的一种单晶掺镓背钝化太阳电池，其特征在于，所述的正面电极(6)是由导电材料通过烧结局部或全部穿透正面减反射膜/钝化膜(3)或通过在正面减反射膜/钝化膜(3)上的局部开膜区域与发射极(2)形成直接接触。5.根据权利要求1所述的一种单晶掺镓背钝化太阳电池，其特征在于，所述的背面钝化膜(4)开设有局部开膜区域(8)，铝电极(5)通过局部开膜区域(8)与单晶掺镓硅基底(1)的背面形成接触。6.根据权利要求6所述的一种单晶掺镓背钝化太阳电池，其特征在于，所述的铝电极(5)和单晶掺镓硅基底(1)之间包括一层掺杂成分为铝的空...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华，童洪波，靳玉鹏，朱海涛，
申请(专利权)人：泰州隆基乐叶光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32