一种p型PERC晶硅太阳电池及制备方法技术

本发明专利技术提出一种p型PERC晶硅太阳电池及其制备方法，在p型晶硅片正面生长具有绒面结构的氧化硅层和多晶硅层，包括以下步骤：对所述硅片表面制绒，形成随机分布的金字塔绒面；高温磷扩散形成n

【技术实现步骤摘要】
一种p型PERC晶硅太阳电池及制备方法
本申请涉及晶硅太阳电池
，特别涉及p型钝化发射极背面电池(PERC)。
技术介绍
晶硅(c-Si)太阳电池由于具有高转换效率和工业技术成熟的特点，在目前全球光伏市场中占据主导地位，而且传统的晶硅铝背场(Al-BSF)电池逐渐为PERC电池所替代。传统的Al-BSF电池由于背面金属半导体的直接接触造成严重的载流子复合，同时缺少介电膜层对长波段的反射，PERC电池通过在背面附上介电钝化层，较大程度减少了这种光电损失，从而将绝对转换效率提升1～2％。经过不断优化，单晶PERC电池的量产效率已经从2014年的20％提升到2019年的22％以上。但是，必须指出的是，当PERC电池转换效率提高之后，尤其是超过22.5％之后，曾经不起主要影响的前表面钝化开始变得越来越重要。德国科研机构曾对转换效率为22％的PERC电池进行效率损失分析，发现载流子复合损失主要发生在发射极的均匀扩散区和选择性扩散区。所以如果在电池前表面只采用选择性发射极，并不能充分发挥PERC电池效率能进一步提升的优势。近年来热门的隧穿氧化钝化接触(TOPCon)技术为我们找到了一种可行的解决方案。TOPCon结构由超薄氧化硅(SiO2)层和掺杂多晶硅(poly-Si)层组成，具有全面积钝化接触和兼容PERC产线高温烧结工艺等优点。但是，TOPCon的绝大部分研究成果都是基于n型晶硅电池的，是作为n型衬底的背表面场，而n型晶硅电池的年产能目前小于5GWp，远低于以p型晶硅为衬底的PERC电池产能(>100GWp)。有少数科研团队开始尝试在p型衬底上制备TOPCon，证明了TOPCon结构与p型晶硅电池结合的高效率潜力，但整理结果发现，这些电池要么仍然是背TOPCon结构，要么是基于平面晶硅衬底的。而TOPCon的钝化性能对制绒的表面很敏感，同时poly-Si本身的寄生吸收也严重影响TOPCon的广泛运用。因此，在p型晶硅衬底前侧绒面结构上制备出高性能的TOPCon对进一步发展高效PERC电池具有重要的学术和产业价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低成本高效率的具有正面全面积钝化的p型PERC晶硅太阳电池及制备方法。采用低压化学气相沉积(LPCVD)设备来在p型晶硅片正面生长超薄的具有绒面结构的氧化硅和多晶硅层。包括以下步骤：步骤1，对所述硅片表面制绒，形成随机分布的金字塔绒面；步骤2，高温磷扩散形成n+发射极，随后去除正面磷硅玻璃；步骤3，热氧化形成超薄致密的氧化硅层；步骤4，沉积本征多晶硅层，用高温扩散对多晶硅进行磷掺杂，得到具有载流子选择性接触的全面积TOPCon结构。进一步地，在所述步骤1中，把所述硅片放在体积比为3％的氢氧化钾溶液中，浸泡时间是420s，利用氢氧化钾溶液对不同晶面腐蚀速率的差异进行表面随机金字塔制绒，形成随机分布的尺寸为1～2μm的金字塔绒面，然后用盐酸和氢氟酸溶液分别去除金属离子和氧化层，并进行标准RCA清洗。进一步地，在所述步骤2中，将所述硅片以两两背靠背的放置方式，放进高温管式炉炉中进行磷扩散，这样可以使相互接触的硅片内部不能有效地像外部一样被扩散；形成表面薄层电阻为130Ω/□的n+发射极；随后用氢氟酸溶液去除正面磷硅玻璃。进一步地，在所述步骤3中，把所述硅片放在管式LPCVD设备中，在580℃条件下热氧化10min，形成超薄致密的氧化硅层；用透射电子显微镜观测到氧化硅层的厚度为1.5nm。进一步地，在所述步骤4中，使用LPCVD设备相同的管式炉，利用硅烷热分解沉积本征多晶硅层，沉积温度为610℃，沉积时间为3至15min；当沉积时间为5min时，对应的多晶硅厚度为25nm；然后同样采用硅片两两背靠背的放置方式，n+发射极朝外，用高温扩散对多晶硅进行磷掺杂，并通过退火提高多晶硅的晶化度并充分激活磷离子得到具有载流子选择性接触的全面积TOPCon结构，退火温度为780℃。进一步地，在所述步骤4之后，包括以下步骤：步骤5，把体积分数为68％的硝酸和体积分数为50％氢氟酸按照3：1的体积比配制成混合酸液，对前一步处理后的硅片背表面和边缘进行腐蚀，去除边缘p-n结，使硅片上下表面相互绝缘；随后的氢氧化钾溶液去除背面多孔硅，形成抛光面，再用氢氟酸溶液对硅片正面做去磷硅玻璃处理；步骤6，把所述硅片放进另一种管式炉中，通入氨气，接通高频电源用PECVD工艺在电池前后表面分别沉积氢化氮化硅减反射膜、氧化铝和氢化氮化硅叠层钝化膜；步骤7，在所述硅片前后表面分别印刷Ag浆和Al浆电极，通过红外带式烧结炉进行共烧结以形成良好的欧姆接触。一种晶硅太阳电池，是p型PERC晶硅太阳电池的改进，前侧绒面结构之上叠加有TOPCon结构。进一步地，所述TOPCon结构中多晶硅层材料为磷掺杂的多晶硅。进一步地，在所述TOPCon结构中，氧化硅层的厚度为1.5nm，多晶硅层厚度为25nm。本申请的有益效果是：第一，相比于目前的重掺杂选择性发射极，采用全面积TOPCon结构能有效降低载流子在电池前表面的复合，而不仅仅是降低金属半导体界面处的载流子复合。第二，超薄氧化硅和磷掺杂的多晶硅是基于LPCVD设备相同的管式炉进行制备的，以缩短与空气的接触时间，避免自然氧化层的形成。第三，该电池的制备工艺能与现有的PERC产线兼容，同时不需要激光选择性掺杂设备，在获得高效率的同时并不额外增加电池成本。附图说明图1是本申请的一个较佳实施例的p型PERC晶硅太阳电池结构示意图；图2是本申请的一个较佳实施例的隐开路电压与磷杂质推进时间关系图；图3是本申请的一个较佳实施例的电学参数比较图；其中，1-氢化氮化硅减反射层、2-正面Ag电极、3-掺磷的多晶硅层、4-超薄氧化硅层、5-高温磷扩散形成的发射极、6-氧化铝膜、7-氢化氮化硅钝化膜、8-p型晶硅衬底、9-背面Al电极。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本申请的优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本申请可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本申请的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。采用以下步骤制作具有前侧全面积钝化结构的p型PERC晶硅太阳电池：第一步，采用工业级晶向为(100)的p型Cz单晶硅片，硅片厚度180μm，电阻率～1Ω·cm。首先，对硅片进行预处理，包括去损伤层，把原硅片浸泡在温度为75℃的氢氧化钾溶液(体积比为4％)中，浸泡时间是150s，以便去除硅片表面的损伤层。第二步，把去损伤层的硅片放在氢氧化钾溶液(体积比为3％)中，浸泡时间是420s，利用氢氧化钾溶液对不同晶面腐蚀速率的差异进行表面随机金字塔制绒，形成随机分布的尺寸为1～2μm的金字塔绒面，用盐酸和氢氟酸溶液分别去除金属离子和氧化层，并进行标准RCA清洗。第三步，将制绒后的硅片以两两背靠背的放置方式，放进高温管式炉炉中进行磷扩散，这样可以使相互接触的硅片内部不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种p型PERC晶硅太阳电池制备方法，其特征在于，在p型晶硅片正面生长具有绒面结构的氧化硅层和多晶硅层。/n

【技术特征摘要】
1.一种p型PERC晶硅太阳电池制备方法，其特征在于，在p型晶硅片正面生长具有绒面结构的氧化硅层和多晶硅层。


2.如权利要求1所述的p型PERC晶硅太阳电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对所述硅片表面制绒，形成随机分布的金字塔绒面；
步骤2，高温磷扩散形成n+发射极，随后去除正面磷硅玻璃；
步骤3，热氧化形成所述氧化硅层；
步骤4，沉积本征多晶硅层，用高温扩散对所述本征多晶硅层进行磷掺杂，得到具有载流子选择性接触的全面积TOPCon结构。


3.如权利要求2所述的p型PERC晶硅太阳电池制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，把所述硅片放在体积比为3％的氢氧化钾溶液中，浸泡时间是420s，利用氢氧化钾溶液对不同晶面腐蚀速率的差异进行表面随机金字塔制绒，形成随机分布的尺寸为1～2μm的金字塔绒面，然后用盐酸和氢氟酸溶液分别去除金属离子和氧化层，并进行标准RCA清洗。


4.如权利要求2所述的p型PERC晶硅太阳电池制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，将所述硅片以两两背靠背的放置方式，放进高温管式炉炉中进行磷扩散，这样可以使相互接触的所述硅片内部不能有效地像外部一样被扩散；形成表面薄层电阻为130Ω/□的n+发射极；随后用氢氟酸溶液去除正面磷硅玻璃。


5.如权利要求2所述的p型PERC晶硅太阳电池制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，把所述硅片放在管式LPCVD设备中，在580℃条件下热氧化10min，形成所述氧化硅层；用透射电子显微镜观测到所述氧化硅层的厚度为1.5nm。


6.如权利要求2所述的p型PERC晶硅太阳电池制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈文忠，丁东，李正平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31