阅读说明：本技术 一种新结构n型晶硅PERT双面电池及其制备方法 ([db:专利名称-en]) 是由 沈文忠 丁东 李正平 鲁贵林 王暾 程振东 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新结构n型晶硅PERT双面电池及其制备方法,涉及硅太阳电池领域,n型晶硅衬底的前表面依次形成p<Sup>+</Sup>发射极层、氢化氮化硅减反射层和Ag/Al电极,所述p<Sup>+</Sup>发射极层的局部形成有p<Sup>++</Sup>选择性发射极区域,在所述n型晶硅衬底的后表面依次形成氧化硅层、p掺杂多晶硅层、氢化氮化硅钝化层和Ag电极。本发明采取了在常规扩散的硼硅玻璃表面进行激光掺杂以降低金属接触区域的载流子复合,不需要低压扩散等设备做高方阻；用硝酸化学氧化这一简洁、易控、极低成本的方式制备性能良好的超薄氧化硅层；经过合适的边绝缘和高温退火后,电池前后侧结构的特性能同时得到提高,不会相互干扰,而且后续提升空间很大,具有重要意义。([db:摘要-en])

一种新结构n型晶硅PERT双面电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及晶硅太阳电池技术领域，尤其涉及一种新结构N型晶硅PERT双面电池及其制备方法。

背景技术

近年来产业界越来越多的关注n型晶硅PERT双面太阳电池，它是一种钝化发射极背表面全扩散电池，具有体寿命高、对金属杂质的容忍度高、没有P型材料中由于硼氧复合体所造成的光致衰减效应、相较于传统单面太阳电池有10-30％的发电增益等优势。n-PERT太阳电池最早由澳洲新南威尔士大学的赵建华博士提出，比利时的IMEC公司最近通过实验室技术的优化使其最高转换效率超过了22％，中国的英利、中来、航天机电和林洋等公司已经开始批量生产该类型太阳电池，量产效率均在21％以上。但由于n-PERT双面电池的工艺流程比常规电池工艺略为复杂，其中影响产业化的关键技术有两个：双面掺杂技术和双面钝化技术。这种主要由金属/半导体的肖特基接触造成的载流子复合限制了电池效率的进一步提升，所以有必要对金属电极区域进行更优越的钝化。氢化非晶硅(a-Si:H)和TOPCon结构在晶硅太阳电池中形成的异质结均具有载流子选择性，钝化效果较好。相比于a-Si:H钝化层(沉积温度250℃)，TOPCon结构不仅在低接触电阻时也能得到较低的复合电流密度(<10fA cm-2)，而且能兼容高温金属化工艺。把TOPCon结构融入到n-PERT双面太阳电池中，并结合激光掺杂SE技术，在下一代晶硅太阳电池研发生产中具有创新性和重大的意义，但是目前针对该类型电池的研究还很欠缺。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种新结构N型晶硅PERT双面电池及其制备方法，有效降低载流子在金属/半导体界面的复合，从而提升电池转化效率并且成本更低效率更高。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是解决载流子在金属/半导体界面的复合问题、金属电极区域的钝化不够优越的问题，传统方法成本较高效率较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种新结构n型晶硅PERT双面电池，其特征在于，n型晶硅衬底的正表面依次形成p⁺发射极层、氢化氮化硅减反射层和Ag/Al电极，所述p⁺发射极层的局部形成有p⁺⁺选择性发射极区域，在所述n型晶硅衬底的背表面依次形成氧化硅层、p掺杂多晶硅层、氢化氮化硅钝化层和Ag电极。

优选地，所述n型晶硅衬底是晶相为(100)的n型Cz单晶硅，厚度为180μm，电阻率为0.5Ω·cm-3.0Ω·cm。

优选地，所述氧化硅层的厚度为1.5nm。

优选地，所述p⁺发射极层的表面方块电阻为110Ω/□，结深为0.7μm。

本发明还提供了一种新结构n型晶硅PERT双面电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，准备工业级晶向为(100)的n型Cz单晶硅片作为n型晶硅衬底，用氢氧化钠溶液去除所述n型晶硅衬底表面因线切割形成的损伤层；

步骤2，用碱溶液对步骤1得到的n型晶硅衬底制绒，然后进行标准RCA清洗，得到预处理后的硅片；

步骤3，将步骤2得到的所述硅片两两背靠背的放进传统的高温扩散炉中进行BBr₃扩散，在正表面形成p⁺发射级层；

步骤4，用纳秒脉冲激光对步骤3中所述p⁺发射极层的局域进行重掺杂，形成p⁺⁺选择性发射极区域；

步骤5，用硝酸和氟化氢混合溶液对步骤4得到所述硅片的正表面和四周进行刻蚀，随后用去离子水进行清洗，并在室温下用氢氧化钾溶液对所述硅片的背表面进行抛光，得到抛光硅片；

步骤6，用硝酸溶液对步骤5得到的所述抛光硅片的背表面进行氧化，形成超薄氧化硅层硅片；

步骤7，在步骤6中得到的所述超薄氧化硅层硅片的背表面用PECVD方法沉积带磷掺杂的非晶硅层，得到带磷掺杂的非晶硅层，接着进行高温退火形成多晶硅并充分激活磷离子，得到具有载流子选择性接触的TOPCon结构硅片；

步骤8，用PECVD工艺在步骤7中得到的所述TOPCon结构硅片的前表面形成氢化氮化硅钝化减反射层，背表面形成氢化氮化硅钝化层，得到钝化减反射膜硅片；

步骤9，用丝网印刷方法在步骤8中得到的所述钝化减反射膜硅片的前表面印刷Ag/Al浆，后表面印刷Ag浆，最后通过红外带式烧结炉进行共烧结。

优选地，步骤4中所述纳秒脉冲激光的波长为532nm，脉冲能量在80μJ～300μJ之间。

优选地，步骤6中所述氧化过程的温度为80℃、氧化时间为20min。

优选地，步骤6中所述硝酸溶液的浓度为68％。

优选地，步骤7中所述高温退火处理条件的温度为910℃，时间为30min。

优选地，步骤7中所述的沉积温度为250℃。

本发明具有以下技术效果：

1、和传统的p+发射极相比，经过激光重掺杂形成的选择性发射极能有效降低载流子在金属/半导体界面的复合；

2、和高温氧化制备氧化硅相比，用硝酸溶液进行化学氧化生长的氧化硅也具有优越的致密性，而且不需要昂贵的专业设备；

3、和原始单一的n型PERT双面太阳电池相比，具有激光选择性发射极和TOPCon结构的太阳电池前表面和背表面结构的特性也能同时得到提到，不会相互干扰；

4、本发明经过适当时间和温度的退火处理之后，n-PERT双面电池的开路电压和转换效率能得到有效提高。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的n-PERT晶硅双面太阳电池结构示意图；

图2是本发明转换效率最佳的电池前表面进行激光选择性重掺杂的3D显微图；

图3是本发明的n-PERT双面电池在不同退火条件下的电池转换效率比较图；

其中，1-n型晶硅衬底，2-p+发射极层，3-氢化氮化硅减反射层，4-p++选择性发射极区域，5-Ag/Al电极，6-氧化硅层，7-p掺杂多晶硅层，8-Ag电极，9-氢化氮化硅钝化层。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，n型晶硅衬底1的前表面依次形成p⁺发射极层2、氢化氮化硅减反射层3和Ag/Al电极5，p⁺发射极层2的局部形成有p⁺⁺选择性发射极区域4，在n型晶硅衬底1的后表面依次形成氧化硅层6、p掺杂多晶硅层7、氢化氮化硅钝化层9和Ag电极8。

实施例1：本发明的新结构N型晶硅PERT双面电池的制备方法如下：

步骤1，准备工业级晶向为(100)的n型Cz单晶硅片作为n型晶硅衬底，用氢氧化钠溶液去除所述n型晶硅衬底表面因线切割形成的损伤层；

步骤2，用碱溶液对步骤1得到的n型晶硅衬底制绒，然后进行标准RCA清洗，得到预处理后的硅片；

步骤3，将步骤2得到的硅片两两背靠背的放进传统的高温扩散炉中进行BBr₃扩散，在正表面形成p⁺发射级层；

步骤4，用使用波长为532nm，脉冲能量在80μJ～300μJ之间的纳秒脉冲激光对步骤3中所述p⁺发射极层的局域进行重掺杂，形成p⁺⁺选择性发射极区域；

步骤5，用硝酸(68％)和氟化氢(50％)按照体积比3：1进行混合配制成混合溶液，对步骤4得到的硅片的正表面和四周进行刻蚀，去除磷硅玻璃，反应温度14℃，反应时间2min；随后用去离子水进行清洗，并在室温下用氢氧化钾溶液对所述硅片的背表面进行抛光，得到抛光硅片；

步骤6，用浓度为68％的硝酸溶液对步骤5得到的抛光硅片的背表面进行氧化，氧化温度80℃，氧化时间20min，采用椭偏光谱仪测试氧化硅层的厚度为1.5nm，得到超薄氧化硅层硅片；

步骤7，在管式炉中，将步骤6中得到的超薄氧化硅层硅片的背表面用PECVD方法沉积(沉积温度为250℃)带磷掺杂的非晶硅层，得到带磷掺杂的非晶硅层，接着进行高温退火(退火温度为910℃，退火时间分30min)使非晶硅晶化形成多晶硅并充分激活磷离子，得到具有载流子选择性接触的TOPCon结构硅片；

步骤8，在另一种管式炉中，通入氨气，接通高频电源用PECVD工艺在步骤7中得到的TOPCon结构硅片的前表面形成氢化氮化硅钝化减反射层，背表面形成氢化氮化硅钝化层，得到钝化减反射膜硅片；

步骤9，用丝网印刷方法在步骤8中得到的钝化减反射膜硅片的前表面印刷Ag/Al浆，后表面印刷Ag浆，最后通过红外带式烧结炉进行共烧结，以便形成良好的欧姆接触。

如图2所示，为最佳转换效率时电池前表面进行激光选择性重掺杂的3D显微图。

如图3所示，n-PERT双面电池在不同退火条件下的电池转换效率比较图。其中退火温度和退火时间分别为A-1:890℃/20min；A-2:910℃/20min；A-3:930℃/20min；A-4:890℃/30min；A-5:910℃/30min；A-6:930℃/30min。可以得到在退火温度为910℃、退火时间为30min的时候得到最佳电池转换效率21.15％。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。