阅读说明：本技术 正面局域钝化接触的晶硅太阳电池及其制备方法 (Crystalline silicon solar cell with locally passivated and contacted front surface and preparation method thereof ) 是由 张树德 魏青竹 钱洪强 李跃 连维飞 倪志春 刘玉申 杨希峰 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种正面局域钝化接触的晶硅太阳电池及其制备方法。该晶硅太阳电池包括正面电极、正面钝化层、N型硅掺杂层、P型硅基体、背面钝化层及背面电极，背面钝化层形成于P型硅基体背面，背面电极形成于背面钝化层上且局部穿过背面钝化层而和P型硅基体形成欧姆接触，N型硅掺杂层形成于P型硅基体的正面，N型硅掺杂层上形成有图形化的氧化硅薄层，氧化硅薄层上覆盖形成有N<Sup>+</Sup>型多晶硅层，正面电极透过正面钝化层并形成在N<Sup>+</Sup>型多晶硅层的上表面上和N<Sup>+</Sup>型多晶硅层形成欧姆接触。本发明在减小非金属接触区域复合速率的同时，进一步减小金属接触区域的复合速率。(The invention discloses a crystalline silicon solar cell with a locally passivated and contacted front surface and a preparation method thereof. The crystalline silicon solar cell comprises a front electrode, a front passivation layer, an N-type silicon doping layer, a P-type silicon substrate, a back passivation layer and a back electrode, wherein the back passivation layer is formed on the back of the P-type silicon substrate, the back electrode is formed on the back passivation layer and partially penetrates through the back passivation layer to form ohmic contact with the P-type silicon substrate, the N-type silicon doping layer is formed on the front of the P-type silicon substrate, a graphical silicon oxide thin layer is formed on the N-type silicon doping layer, and an N is formed on the silicon oxide thin layer in a covering manner + A polysilicon layer with a front electrode formed on N via the front passivation layer + On the upper surface of the type polysilicon layer and N + The type polysilicon layer forms an ohmic contact. The invention further reduces the recombination rate of the metal contact area while reducing the recombination rate of the non-metal contact area.)

正面局域钝化接触的晶硅太阳电池及其制备方法

技术领域

本发明属于晶硅太阳能电池领域，涉及一种正面局域钝化接触的晶硅太阳电池及其制备方法。

背景技术

PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)晶硅太阳电池采用介质层作为背面钝化层，能够大幅减小背表面复合速率，提高电池光电转换效率。相比传统铝背场电池，PERC电池能够获得1％-1.5％的效率提升。在背表面复合得到有效抑制后，正表面复合成为电池效率提升的瓶颈，因此很多光伏企业开始在PERC电池上引入选择性发射极技术，以减小正表面复合速率，进一步提高电池效率。选择性发射极技术将发射极分为非金属接触区域和金属接触区域两部分，非金属接触区域掺杂浓度低，减小复合速率，金属接触区域掺杂浓度高，减小电极接触电阻。也就是说，选择性发射极技术只能减小非金属接触区域的复合速率，但并不能减小金属接触区域的复合速率。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种正面局域钝化接触的晶硅太阳电池，在减小非金属接触区域复合速率的同时，进一步减小金属接触区域的复合速率。

本发明还提供一种正面局域钝化接触的晶硅太阳电池的制备方法，其制备的晶硅太阳电池金属接触区域的复合速率较小。

为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案如下：

一种正面局域钝化接触的晶硅太阳电池，包括正面电极、正面钝化层、N型硅掺杂层、P型硅基体、背面钝化层及背面电极，所述背面钝化层形成于所述P型硅基体背面，所述背面电极形成于所述背面钝化层上且局部穿过所述背面钝化层而和所述P型硅基体形成欧姆接触，所述N型硅掺杂层形成于所述P型硅基体的正面，所述N型硅掺杂层上形成有图形化的氧化硅薄层，所述氧化硅薄层上覆盖形成有N⁺型多晶硅层，所述正面钝化层层叠形成在所述N⁺型多晶硅层及所述N型硅掺杂层的其他区域上，所述正面电极透过所述正面钝化层并形成在所述N⁺型多晶硅层的上表面上，以和所述N⁺型多晶硅层形成欧姆接触。

优选地，所述N型硅掺杂层具有平面局域和绒面区域，所述氧化硅薄层形成在所述N型硅掺杂层接触的平面区域上，所述N型硅掺杂层的绒面区域上覆盖有所述正面钝化层。

更优选地，所述P型硅基体的正面局部制绒形成绒面，所述N型掺杂层层叠于所述P型硅基体的正面上而具有所述平面区域和所述绒面区域。

优选地，所述N型硅掺杂层和所述N⁺型多晶硅层中均掺杂有磷元素。

更优选地，所述N型硅掺杂层中磷元素的掺杂浓度小于所述N⁺型多晶硅层中磷元素的掺杂浓度。

优选地，所述N+型多晶硅层的厚度为10～200nm。

优选地，所述氧化硅薄层的厚度为0.1～2nm。

优选地，所述背面钝化层上开设有槽，所述P型硅基体具有对应所述槽处的P⁺型硅部位，所述背面电极的局部穿过所述槽并和所述P⁺型硅部位形成欧姆接触。

本发明采用的另一种技术方案如下：

一种如上所述的晶硅太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

A、对P型硅片表面进行抛光；

B、在硅片正面沉积图形化的第一掩膜；

C、对硅片进行制绒，然后去除第一掩膜；

D、对硅片的正面进行磷掺杂，形成N型硅掺杂层；

E、在N型硅掺杂层上生长氧化硅薄层，在氧化硅薄层上形成N⁺型多晶硅层；

F、在N⁺型多晶硅层上沉积图形化的第二掩膜，所述第二掩膜的图形与所述第一掩膜的图形相同或相似；

G、去除第二掩膜区域以外的N⁺型多晶硅层；

H、去除氧化硅薄层和第二掩膜；

I、硅片背面沉积背面钝化膜，正面沉积正面钝化膜；

J、硅片背面开槽，露出P型硅基体；

K、硅片背面和正面分别印刷浆料，烧结。

优选地，所述步骤E中，通过热氧化或湿化学氧化形成所述氧化硅薄层，厚度为0.1～2nm。

优选地，所述步骤E中，在所述氧化硅薄层上原位掺杂形成所述N⁺型多晶硅层；或，先在所述氧化硅薄层上形成多晶硅层，再通过扩散或离子注入进行掺杂形成所述N⁺型多晶硅层。

优选地，所述第一掩膜和所述第二掩膜为氮化硅；所述步骤C中，采用氢氟酸去除所述第一掩膜；所述步骤G中，采用碱溶液刻蚀除第二掩膜区域以外的N⁺型多晶硅层，采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对硅片的边缘进行刻蚀，对硅片的背面进行抛光；所述步骤H中，采用氢氟酸去除所述氧化硅薄层和所述第二掩膜。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本发明的正面局域钝化接触的晶硅太阳电池中，正面金属接触区域的硅表面为平面，表面缺陷态密度低，在正面金属接触区域将平面结构与钝化接触结构进行结合，能够进一步提高钝化接触结构的钝化效果，减小金属接触区域的复合速率，提高电池转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种晶硅太阳电池的结构示意图。

其中，

1、正面电极；2、N⁺型多晶硅层；3、氧化硅薄层；4、正面钝化层；5、N型硅掺杂层；6、P型硅基体；7、P⁺型硅部位；8、背面钝化层；9、背面电极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

本实施例提供一种正面局域钝化接触的晶硅太阳电池，是一种PERC电池。参照图1所示，该晶硅太阳电池包括正面电极1、N⁺型多晶硅层2、氧化硅薄层3、正面钝化层4、N型硅掺杂层5、P型硅基体6、背面钝化层8及背面电极9。其中，P型硅基体6为硼掺杂或镓掺杂的P型硅基体。N型硅掺杂层5掺杂有磷元素且磷掺杂浓度较低，其形成于P型硅基体6的正面，与P型硅基体构成PN结。氧化硅薄层3和N⁺型多晶硅层2均为图形化的层状结构，二者的图形一致，且二者相层叠形成钝化接触结构；氧化硅薄层3形成在N型硅掺杂层5的部分上表面上，N⁺型多晶硅层2覆盖形成的氧化硅薄层3的上表面上。正面钝化层4层叠在N⁺型多晶硅层2上以及N型硅掺杂层5的未被氧化硅薄层3覆盖的其他上表面上。正面电极1也为图形化的结构，且其图形和N⁺型多晶硅层2的图形一致或相似，正面电极1位于N⁺型多晶硅层2的正上方，且穿透正面钝化层4而形成在N⁺型多晶硅层2的上表面上，从而和N⁺型多晶硅层2形成欧姆接触。背面钝化层8形成于P型硅基体6背面，背面电极9形成于背面钝化层8上且局部穿过背面钝化层8而和P型硅基体6形成欧姆接触。

具体地，P型硅基体6的正面局部制绒形成绒面，从而具有平面区域和绒面区域，其中绒面区域凹凸起伏，具有金字塔形结构。其中，平面区域为金属接触区域，绒面区域为非金属接触区域。N型掺杂层5层叠于P型硅基体6的正面上而具有相应的平面区域和绒面区域。氧化硅薄层3形成在N型硅掺杂层5的平面区域上，N型硅掺杂层5的绒面区域上覆盖有正面钝化层4。

所述的N型硅掺杂层5和N⁺型多晶硅层2中均掺杂有磷元素，且N型硅掺杂层5中磷元素的掺杂浓度小于N⁺型多晶硅层2中磷元素的掺杂浓度。N⁺型多晶硅层2的厚度为10～200nm。氧化硅薄层3的厚度为0.1～2nm。

背面钝化层8上开设有槽，P型硅基体6具有对应槽处的P⁺型硅部位7，背面电极9的局部穿过槽并和P⁺型硅部位7形成欧姆接触。具体地，对背面钝化层8进行激光开槽，直至露出P型硅基体6，然后再在硅片背面印刷金属浆料，部分浆料进入槽中，烧结后和P型硅基体6形成欧姆接触，接触部位即为所述P⁺型硅部位7。

本实施例中，正面电极1可以为银电极；正面钝化层4可以为氮化硅层，在起钝化作用的同时起到减反射的作用；P⁺型硅部位7位于P型硅基体6的背面上，称为局部背表面场；背面钝化层8可以为氧化铝/氮化硅叠层；背面电极9可以为铝，其覆盖背面钝化层8且局部进入背面钝化层8的槽中。

如图1所示，在非金属接触区域(不和正面电极接触的区域)的N型硅掺杂浓度较低，能够减小非金属接触区域的复合速率。在金属接触区域通过引入钝化接触结构(氧化硅薄层和掺杂多晶硅)，能够减小金属接触区域的复合速率。因为非金属接触区域的N型硅延伸到金属接触区域，所以在非金属接触区域分离的载流子能够输运到金属接触区域，进而被收集转换成电能，也就是说载流子收集效率高。

在非金属接触区域的N型硅掺杂浓度较低，能够减小非金属接触区域的复合速率。金属接触区域为平面结构，与钝化接触结构(氧化硅薄层和掺杂多晶硅)相结合，能够进一步减小金属接触区域的复合速率。

本实施例还提供一种正面局域钝化接触的晶硅太阳电池的制备方法，依次包括如下步骤：

A、对P型硅片表面进行抛光；

B、在硅片正面沉积图形化的第一掩膜；

C、对硅片进行制绒，然后去除第一掩膜；

D、对硅片的正面进行磷掺杂，形成N型硅掺杂层；

E、在N型硅掺杂层上生长氧化硅薄层，在氧化硅薄层上形成N⁺型多晶硅层；

F、在N⁺型多晶硅层上沉积图形化的第二掩膜，所述第二掩膜的图形与所述第一掩膜的图形相同或相似；

G、去除第二掩膜区域以外的N⁺型多晶硅层；

H、去除氧化硅薄层和第二掩膜；

I、硅片背面沉积背面钝化膜，正面沉积正面钝化膜；

J、硅片背面开槽，露出P型硅基体；

K、硅片背面和正面分别印刷浆料，烧结。

所述步骤A中，对P型硅片进行清洗，表面抛光。

所述步骤B中，硅片正面沉积图形化的第一掩膜，掩膜材料为不与碱反应的材料，比如氮化硅，通过丝网印刷或带掩模版的PECVD形成。

所述步骤C中，硅片碱制绒，然后去除掩膜，通过采用氢氟酸浸泡去除氮化硅掩膜。

所述步骤D中，硅片正面磷掺杂，方法可以为扩散或离子注入，形成掺杂浓度较低的N型硅。其中若采用扩散方法，由扩散产生的磷硅玻璃需要用氢氟酸去除。

所述步骤E中，硅片正面生长氧化硅薄层，厚度为0.1～2nm，方法可以为热氧化或湿化学氧化。在氧化硅薄层上沉积磷掺杂浓度较高的N⁺型多晶硅，方法可以为LPCVD原位掺杂，或先采用LPCVD沉积多晶硅层，再采用扩散或离子注入进行掺杂。其中若采用扩散方法，由扩散产生的磷硅玻璃需要用氢氟酸去除。

所述步骤F中，硅片正面沉积图形化的第二掩膜，第二掩膜图形与前一次掩膜的图形相同或相似。掩膜材料为不与碱反应的材料，比如氮化硅，方法可以为丝网印刷或带掩模版的PECVD。

所述步骤G中，采用碱溶液刻蚀除第二掩膜区域外的N⁺型多晶硅，采用硝酸和氢氟酸的混合溶液对硅片边缘刻蚀和背面抛光。

所述步骤H中，采用氢氟酸浸泡去除氧化硅薄层和第二掩膜。

所述步骤I中，硅片背面沉积钝化层，具体为氧化铝/氮化硅叠层。正面沉积钝化层，具体为氮化硅。

所述步骤J中，对硅片背面的钝化层进行激光开孔，露出P型硅基体。

所述步骤K中，在硅片背面丝网印刷金属化浆料，可以为铝浆；在硅片正面丝网印刷金属化浆料，可以为银浆；烧结完成金属化。在烧结过程中，铝浆和硅共融，形成局部背表面场，即所述的P⁺型硅部位。正面电极的图形与之前掩膜的图形相同或相似。

本发明中，正面金属接触区域的硅表面为平面，表面缺陷态密度低，在正面金属接触区域将平面结构与钝化接触结构进行结合，能够进一步提高钝化接触结构的钝化效果，减小金属接触区域的复合速率，提高电池转换效率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。