异质结太阳能电池

866 编辑：中冶有色技术网来源：福建金石能源有限公司

2024-02-22 11:53:54

权利要求书： 1.一种异质结太阳能电池，其特征在于：它包括由向光面至背光面依次叠设的第一电极、第一导电膜层、P型微晶叠层、本征膜层、半导体基板、隧穿氧化层、N型半导体膜层、第二导电膜层以及第二电极；所述P型微晶叠层包含一层以上的含氧型微晶层和一层以上的非含氧型微晶层。

2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述半导体基板为单晶硅片，所述半导体基板向光面设有金字塔绒面，所述半导体基板背光面为化学抛光面。

3.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述本征膜层为氢化本征非晶硅层，厚度为3?12nm；所述P型半导体膜层的厚度为9?45nm。

4.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述N型半导体膜层为N型多晶硅层。

5.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述隧穿氧化层厚度为1?

2nm；所述N型多晶硅层的厚度为20?300nm、方阻为30?200Ω/□。

6.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述P型微晶叠层包括由向光面至背光面依次叠设的非含氧型微晶层、含氧型微晶层以及非含氧型孵育层，其对应的膜厚比例为（0.5?1.5）：1：（0.15?0.6）。

7.根据权利要求6所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述P型微晶叠层的各个膜层为逐阶段提高P型掺杂气体与硅烷的比值进行沉积形成。

8.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述第一导电膜层和/或第二导电膜层为透明导电膜层；所述透明导电膜层为氧化铟锡、掺钨的氧化铟、掺镓掺锌氧化铟、掺铝氧化锌、掺锌氧化铟、掺镓氧化锌、掺钛氧化铟的一种膜层或两种以上膜层组合。

9.根据权利要求8所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述第一导电膜层的厚度为

60?110nm；所述第二导电膜层的厚度为15?50nm。

10.根据权利要求1?9任意一项所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述N型半导体膜层和第二导电膜层之间设有高掺杂晶化硅膜层。

11.根据权利要求10所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述高掺杂晶化硅膜层的

19 20 ?3

厚度为0.3 3nm，其掺杂浓度为1×10 ?2×10 cm 。

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说明书：异质结太阳能电池技术领域[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种异质结太阳能电池。背景技术[0002] 随着科学技术的不断发展，太阳能电池已广泛应用于人们的日常生活以及工业中。近年来，太阳能电池生产技术不断进步，生产成本不断降低，转换效率不断提高，太阳能电池发电的应用日益广泛并成为电力供应的重要能源。[0003] 硅基异质结太阳能电池是其中一种高效的电池技术，其综合了单晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池的优势，有转换效率更高、高温特性好等特点，因此具有很大的市场潜力。[0004] 目前硅基异质结太阳能电池正背面的钝化层及掺杂层采用板式等离子体增强化学气相沉积（PECD）设备沉积，沉积温度一般小于220℃，为减少掺杂元素的交叉污染，目前硅片一般采用背面本征非晶硅层、正面本征非晶硅层及N型掺杂非晶硅层、背面P型掺杂非晶硅层的顺序依序沉积，需要使用到3套板式PECD镀膜设备，且中间需要进出真空腔室3次，其高昂设备成本，严重阻碍了异质结太阳能电池的发展。发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种异质结太阳能电池，背面隧穿氧化层和n掺杂多晶硅层组成的TOPCON技术具有钝化效果好，导电性佳的特点，同时正面采用P型微晶叠层，用含氧型微晶层加强电学势垒同时拓宽光学能隙，既保证了电池的开路电压，又提升了电池填充因子。[0006] 本发明的目的通过如下技术方案实现：一种异质结太阳能电池，它包括由向光面至背光面依次叠设的第一电极、第一导电膜层、P型微晶叠层、本征膜层、半导体基板、隧穿氧化层、N型半导体膜层、第二导电膜层以及第二电极；所述P型微晶叠层包含一层以上的含氧型微晶层和一层以上的非含氧型微晶层。

[0007] 较之现有技术而言，本发明的优点在于：1、背面隧穿氧化层和N型半导体膜层组成的TOPCON技术具有钝化效果好，导电性佳的特点，既保证了电池的开路电压，又提升了电池填充因子；

2、正面采用P型微晶叠层，用含氧型微晶层加强电学势垒同时拓宽光学能隙，高度微晶化的非含氧型微晶层保证导电性，克服了单一P型非晶硅层无法兼顾钝化能力和导电性的缺点；

3、由于背面用隧穿氧化层和N型半导体膜层取代了传统异质结的非晶N层或微晶N层，减少了平板式PECD的设备投入，可以大幅降低异质结设备总成本。

附图说明[0008] 图1是本发明中高效异质结太阳能电池片一实施例的结构示意图；图2是本发明实施例中经双面抛光清洗后硅片的示意性截面图；

图3是本发明实施例中在硅片表面依次形成隧穿氧化层及第一本征多晶硅层后的示意性截面图；

图4是本发明实施例中硅片通过高温扩散后第一本征多晶层转换为N型多晶硅层

及其表面形成磷硅玻璃层后的示意性截面图；

图5是本发明实施例中去除硅片表面磷硅玻璃层后的示意性截面图；

图6是本发明实施例中在硅片背面沉积氮化硅保护层后的示意性截面图；

图7是本发明实施例中通过制绒清洗在硅片正面形成金字塔绒面的示意性截面

图；

图8是本发明实施例中去除硅片背面的氮化硅保护层后的示意性截面图；

图9是本发明实施例中在硅片正面依次沉积第二本征非晶硅层、P型微晶叠层后的示意性截面图；

图10是本发明实施例中在硅片背面形成高掺杂晶化硅膜层后的示意性截面图；

图11是本发明实施例中在硅片的正背面沉积透明导电层后的示意性截面图；

图12是本发明实施例中在硅片正背面上形成金属栅线电极后的示意性截面图；

图13是本发明中高效异质结太阳能电池的制作的流程图；

图14是本发明中高效异质结太阳能电池片一实施例的结构示意图。

[0009] 标号说明：1、硅片，2、隧穿氧化层，3、第一本征多晶硅层，4、N型多晶硅层，4a、高掺杂晶化硅膜层，5、磷硅玻璃层，6、氮化硅保护层，7、第二本征非晶硅层，8、P型微晶叠层，81、第一非含氧型微晶层，82、含氧型微晶层，83、第二非含氧型微晶层，9、透明导电层，10、金属栅线电极。具体实施方式[0010] 一种异质结太阳能电池，它包括由向光面至背光面依次叠设的第一电极、第一导电膜层、P型微晶叠层、本征膜层、半导体基板、隧穿氧化层、N型半导体膜层、第二导电膜层以及第二电极；所述P型微晶叠层包含一层以上的含氧型微晶层和一层以上的非含氧型微晶层。所述第二导电膜层覆盖N型半导体膜层上，第二电极设于第二导电膜层表面上，从而形成导电膜层与半导体膜层的全面积接触，避免电流在半导体膜层中的横向流动，提升导电能力。[0011] 所述半导体基板为单晶硅片，所述半导体基板向光面设有金字塔绒面，所述半导体基板背光面为化学抛光面。[0012] 所述本征膜层为氢化本征非晶硅层，厚度为3?12nm；所述P型微晶叠层的厚度为9?45nm。

[0013] 所述N型半导体膜层为N型多晶硅层。[0014] 所述隧穿氧化层厚度为1?2nm；所述N型多晶硅层的厚度为20?300nm、方阻为30?200Ω/□。

[0015] 所述N型半导体膜层和第二导电膜层之间设有高掺杂晶化硅膜层。所述高掺杂晶19 20 ?3

化硅膜层的厚度为0.3 3nm，其掺杂浓度为1×10 ?2×10 cm 。所述高掺杂晶化硅膜层为~

N型掺杂（如掺磷）多晶，或，微晶，或，微晶、非晶的混和状态的硅薄膜，通过化学沉积或物理轰击的方式形成，其N型掺杂率高于N型半导体膜层的N型掺杂率，无序状态高于N型半导体膜层，不易氧化。因为所述高掺杂晶化硅膜层很薄，一般是多晶，微晶，微晶、非晶的混和状态的三种状态的混合态。在一优选方案中，高掺杂晶化硅膜层的微晶化率控制10%至70%，高掺杂晶化硅膜层的N型掺杂率是N型半导体膜层的N型掺杂率1?5倍。

[0016] 所述P型微晶叠层和N型半导体膜层的导电型掺杂浓度为1019?1021cm?3。[0017] 所述第一导电膜层和/或第二导电膜层为透明导电膜层。所述透明导电膜层为氧化铟锡ITO、掺钨的氧化铟IWO、掺镓掺锌氧化铟IGZO、掺铝氧化锌AZO、掺锌氧化铟IZO、掺镓氧化锌GZO、掺钛氧化铟ITiO中的一种膜层或两种以上膜层组合。[0018] 所述第一导电膜层的厚度为60?110nm；所述第二导电膜层的厚度为15?50nm。[0019] 所述P型微晶叠层中，含氧型微晶层的厚度为5?20nm，非含氧型微晶层的厚度为5?20nm。

[0020] 所述P型微晶叠层包括由向光面至背光面依次叠设的非含氧型微晶层、含氧型微晶层以及非含氧型孵育层，其对应的膜厚比例为（0.5?1.5）：1：（0.15?0.6）。[0021] 所述P型微晶叠层的各个膜层为逐阶段提高P型掺杂气体与硅烷的比值进行沉积形成。[0022] 下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：如图2至图13所示为本发明提供的一种异质结太阳能电池的实施例示意图。

[0023] 一种异质结太阳能电池的制作方法，具体步骤如下：S01、对n型单晶或铸锭硅片1进行双面抛光，用碱性溶液去除硅片表面的线切割损伤层，所述碱性溶液可以为氢氧化钾、氢氧化钠或两者的混合溶液，所述碱性溶液的反应温度一般在65℃?90℃之间，反应时间在1?15min，单面去除厚度控制在1?20um，然后进行标准RCA清洗去除硅片表面残留的金属和有机污染（如图2）。

[0024] S02、对上述双面抛光后的硅片1表面进行氧化，依次形成隧穿氧化层2和生长第一本征多晶硅层3（如图3），所述表面氧化可以用硝酸溶液氧化、臭氧氧化或者热氧化的方式进行，优选地，本发明在管式LPCD设备中，在550?650℃条件下热氧化30min，形成厚度1.2?2.0nm的隧穿氧化层2，所述隧穿氧化层为超薄氧化硅层；上述氧化硅薄膜也可以用真空等离子体辅助氧化的方式形成；所述第一本征多晶硅层3的形成和隧穿氧化层2的形成在同一管式LPCD中进行，优选地，热氧化后将气体抽空，通入硅烷等气体进行第一本征多晶硅层3生长，生长温度控制为550?650℃之间，气压控制在5?10000pa之间，所述第一本征多晶硅层

3的厚度可以为20?300nm。上述第一本征多晶硅层也可以通过等离子体增强CD（PECD）的方式沉积结合后续高温退火方式制备。上述第一本征多晶硅层还可以通过物理气相沉积溅射硅靶材制备薄膜，再通过后续高温退火方式形成多晶硅。

[0025] S03、将上述已氧化和生长多晶硅薄膜的硅片进行用高温扩散，使第一本征多晶硅层3进行磷掺杂形成N型多晶硅层4（如图4），所述扩散温度为780℃?950℃，扩散后硅片的方阻为20?200Ω/□。上述多晶硅的N型掺杂还可以通过原位掺杂的方式进行（即在制备多晶硅的气体氛围中通入含磷源的气体）。采用以上原位掺杂就可以避免后续的炉管式PSG玻璃高温扩散。[0026] S04、去除硅片1高温扩散后表面形成的磷硅玻璃层5（磷酸氧化硅玻璃层，PSG）（如图5），去除所用的清洗溶液为包含氟离子的化学溶液（如稀释后的氢氟酸或BOE溶液等含氟酸性溶液）。如采用氢氟酸溶液，HF酸质量百分比为0.5％?8％，硅片在HF酸溶液中的处理时间为1?6分钟，处理温度为20℃?30℃。[0027] S05、在上述的硅片1的背面沉积氮化硅保护层6（即掩膜层）（如图6），本发明中氮化硅保护层具有较强抗碱性溶液腐蚀的性质，能在制绒液中抵制碱性腐蚀，优选地，氮化硅厚度在700??2000?，氮化硅层可以利用溅射法或CD法等薄膜形成方法来形成，优选地，本实施例中采用PECD方法沉积形成。[0028] S06、对上述硅片进行单面制绒（如图7），用碱液配制绒添加剂对硅片进行制绒，因硅片背面有氮化硅保护层6，所以在溶液中，在去除硅片正面的隧穿氧化层2和第一本征多晶硅层之后，在硅片正面形成金字塔绒面，所述制绒液是氢氧化钾、制绒添加剂与水的混合液，其中氢氧化钾的质量百分含量为1%?5%，制绒添加剂的质量百分含量为0.5%?1%。制绒时间为8?30分钟，制绒温度为65℃?85℃。[0029] S07、去除上述硅片背面的氮化硅保护层6（如图8），去除保护层所用的溶液为包含氟离子的化学溶液（如稀释后的氢氟酸或BOE溶液），去除时间根据氮化硅的耐腐蚀程度决定。[0030] S08、在上述硅片背面的N型多晶硅层4上制备一层高掺杂晶化硅膜层4a（如图9），其厚度在0.3?3nm之间。不同于传统的异质结薄膜技术，多晶硅在低温下极易形成氧化硅薄层，其厚度在1nm左右，该氧化层存在于N型多晶硅层4之上，容易造成导电性的急剧下降。本步骤可采用PECD高功率密度、高气压、高氢硅比的工艺沉积消除这层本征氧化层且制备一层带有微晶态的薄膜（即高掺杂晶化硅膜层4a），可以消除这种额外增加的接触电阻；所述高掺杂晶化硅膜层4a也可以通过PD的方法制备，用通入氩气、氢气或氨气中的一种以上气体，通过离子轰击移除氧化硅薄层，同时因为轰击形成一定程度的微晶化，有助于消除之后形成的第二导电膜层的接触电阻问题。[0031] S09、在上述硅片正面的金字塔绒面上依次沉积第二本征非晶硅层7和P型微晶叠层8（如图10）；所述第二本征非晶硅层通过PECD（等离子体增强化学气相沉积）的方法进行，沉积温度在150?300℃条件下，反应腔中通入硅烷、氢气或二氧化碳的混合气体，其中硅烷的摩尔含量为5%至100%，第二本征非晶硅层的厚度在3?11nm；所述P型微晶叠层采用PECD沉积法进行沉积，通入硅烷、氢气、二氧化碳及乙硼烷掺杂气体进行沉积，沉积厚度为5?25nm。在一优选方案中，如图14所示，所述P型微晶叠层8由采用PECD沉积法依次沉积的非含氧型孵育层81、含氧型微晶层82、非含氧型微晶层83构成，P型微晶叠层的各个膜层分别采用逐阶段提高P型掺杂气体与硅烷的比值的工艺方式进行沉积，P型掺杂气体与硅烷的比值由1:10递增到1:1；所述非含氧型孵育层、含氧型微晶层以及非含氧型微晶层，其对应的膜厚比例为（0.15?0.6）：1：（0.5?1.5）。

[0032] S10、在上述硅片的正背面沉积透明导电层9（即位于正面的第一导电膜层和位于背面的第二导电膜层）（如图11）,透明导电层9一般为透明导电氧化物层，透明导电层9可以是含一种或多种不同金属掺杂（如锡、钨、钛等）的氧化铟膜层，如ITO、IWO、ITiO等；或者含一种或多种不同金属掺杂（如铝、铟、镓等）的氧化锌膜层，如AZO、GZO、IZO、IGZO等。优选地用ITO（即含锡掺杂的氧化铟膜层），一般ITO层采用PD(物理气相沉积)的方式沉积，膜层透过率控制在88%?99%之间，方块电阻为30?400Ω/□，膜厚为15?110nm。[0033] S11、在硅片正背面上形成金属栅线电极10（即第一金属电极和第二金属电极）（如图12），便于后续I测试。[0034] 以上所述仅为本发明中优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围。[0035] 上表为PECD制备的P型微晶叠层8的各段工艺参数，所制备的P型微晶叠层8含有P1、P2、P3三个阶段，对应形成非含氧型孵育层81、含氧型微晶层82以及非含氧型微晶层83。[0036] 上表为三种光伏电池技术的典型电性对比A：TOPCON技术，B：异质结技术，C：本发明相关的混合钝化技术。[0037] 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。