阅读说明：本技术 一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构及其制备方法 (High-efficiency casting monocrystalline silicon double-sided solar cell structure and preparation method thereof ) 是由 余学功 胡泽晨 杨德仁 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构及其制备方法,其中电池结构包括双面抛光、制绒的铸造类单晶硅片,所述铸造类单晶硅片作为基底和光吸收层；铸造类单晶硅片的正面依次为重掺杂扩散薄层、第一透明导电玻璃和第一金属电极,铸造类单晶硅片的背面依次为本征非晶硅薄膜、重掺杂非晶硅薄膜、第二透明导电玻璃和第二金属电极。本发明通过高温扩散吸杂工艺和异质结构的结合,可以有效降低铸造类单晶硅片中的金属杂质沾污,实现更高的开路电压,从而获得更高的转换效率。(The invention discloses a high-efficiency casting monocrystalline silicon double-sided solar cell structure and a preparation method thereof, wherein the cell structure comprises a casting monocrystalline silicon piece with double-sided polishing and texturing, and the casting monocrystalline silicon piece is used as a substrate and a light absorption layer; the front surface of the cast monocrystalline silicon wafer is sequentially provided with a heavily doped diffusion thin layer, first transparent conductive glass and a first metal electrode, and the back surface of the cast monocrystalline silicon wafer is sequentially provided with an intrinsic amorphous silicon film, a heavily doped amorphous silicon film, second transparent conductive glass and a second metal electrode. According to the invention, through the combination of a high-temperature diffusion gettering process and a heterostructure, the contamination of metal impurities in the cast monocrystalline silicon wafer can be effectively reduced, and higher open-circuit voltage is realized, so that higher conversion efficiency is obtained.)

一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳电池领域，尤其是涉及一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构及其制备方法。

背景技术

太阳能作为可再生清洁能源，因其具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简单、资源广阔等其他常规能源所不具备的优点，已广泛应用在并网发电、民用发电、公共设施及一体化节能建筑等方面。

在太阳能发电领域，晶硅光伏发电系统占据新能源光伏发电市场的重要地位。太阳能电池的研发工作主要围绕着降本增效的目的展开，不断提高太阳能电池的转换效率是发展太阳能发电的关键所在。

不同于直拉单晶硅，铸造类单晶硅单次投料量大，可以生长G8尺寸的铸锭，通过金刚线切割得到的方形硅片可以直接用于后续工艺而无需导角，生产成本远低于直拉单晶硅。同时，由于铸造类单晶硅片位错密度较低且拥有单一的(001)晶向，可以使用碱制绒工艺，入射光的吸收远高于铸造多晶硅，因此制备的太阳能电池转换效率较高，非常接近直拉单晶硅，并完全适用于PERC等高效电池技术，具有很强的产品竞争力。

但是由于铸造法生长过程中，会无可避免地从坩埚、涂层、气氛等将有害金属杂质引入铸造类单晶晶体中，从而阻碍了铸造类单晶硅太阳能电池效率的进一步提高。

公开号为CN103311366A的中国专利文献公开了一种晶体硅异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：(1)清洗、腐蚀制绒；(2)将硅片的正面进行Si离子和B离子注入，在正面形成本征非晶硅薄膜；在硅片的背面进行Si离子和B离子注入，在背面形成本征非晶硅薄膜；(3)对硅片正反面的本征非晶硅薄膜进行回刻；(4)在硅片正面沉积p型掺杂的非晶硅薄膜层；(5)在硅片反面沉积n型重掺杂的非晶硅薄膜层；(6)在硅片的正反两面设置透明导电薄膜层；(7)丝网印刷、烧结在硅片表面制备金属电极。该方法获得了高质量的晶体硅异质结太阳能电池，但是现阶段离子注入的成本过于昂贵，且难以实现大面积电池工艺，不适用于产业化批量生产。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构，通过高温扩散吸杂工艺和异质结构的结合，可以有效降低铸造类单晶硅片中的金属杂质沾污，从而获得更高的转换效率。

一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构，包括双面抛光、制绒的铸造类单晶硅片，所述铸造类单晶硅片作为基底和光吸收层；铸造类单晶硅片的正面依次为重掺杂扩散薄层、第一透明导电玻璃和第一金属电极，铸造类单晶硅片的背面依次为本征非晶硅薄膜、重掺杂非晶硅薄膜、第二透明导电玻璃和第二金属电极。

优选地，所述的铸造类单晶硅片与正面的重掺杂扩散薄层的掺杂类型相反。

优选地，所述的铸造类单晶硅片与背面的重掺杂非晶硅薄膜的掺杂类型相同。

优选地，重掺杂扩散薄层的厚度为100-300nm，本征非晶硅薄膜的厚度为3-5nm，重掺杂非晶硅薄膜的厚度为8-15nm。

本发明还提供了一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供酸洗并制绒的铸造类单晶硅片作为基底和光吸收层；

(2)将铸造类单晶硅片进行高温扩散工艺，去除死层和绕度后在正面形成单面重掺杂扩散薄层；

(3)在铸造类单晶硅片背面依次沉积本征非晶硅薄膜和重掺杂非晶硅薄膜；

(4)在铸造类单晶硅片双面生长透明导电玻璃和金属电极；

(5)通过低温烧结工艺获得所需的太阳电池。

步骤(3)中，本征非晶硅薄膜和重掺杂非晶硅薄膜通过等离子增强化学气相沉积PECVD或低压化学气相沉积LPCVD方式沉积。

步骤(4)中，透明导电玻璃通过磁控溅射方式形成。

本发明通过采用高温扩散工艺可以显著降低铸造类单晶硅片基体内的金属杂质沾污程度，然后创造性地在背面采用异质结构，可以一定程度上提高太阳能电池的开路电压。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过采用高温扩散工艺可以显著降低铸造类单晶硅片基体内的金属杂质沾污程度，使较高的金属杂质沾污程度的铸造类单晶硅片可以用于制备异质结太阳能电池。

2、本发明创造性地在背面采用异质结构，省去了传统的双面PERC电池需要在背面进行高温扩散形成高低结的步骤，降低了热预算，而且由于本征非晶硅薄膜优异的化学钝化效应，显著降低了界面态密度和界面复合速率，且非晶硅的禁带宽度更大，因此可以获得更高的开路电压。

附图说明

图1为本发明实施例1中一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构示意图；

图2为本发明实施例2中一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1

一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将p型铸造类单晶硅片进行湿化学清洗以去除切割损伤层，然后进行双面制绒；

步骤2，将酸洗、制绒后的p型铸造类单晶硅片进行高温磷扩散工艺，一般采用气相法在管式炉中进行，扩散温度为750～950℃，扩散时间为20～40分钟，磷扩散完成后去除死层和绕度后在正面形成单面重掺杂扩散薄层(n+)，结深为0.5～3um，方块电阻为40～80Ω/□；

步骤3，在形成单面重掺杂扩散薄层的p型铸造类单晶硅片背面依次沉积本征非晶硅薄膜和重掺杂非晶硅薄膜(p+)，一般采用LPCVD或PECVD方式沉积，沉积温度为100～200℃；

步骤4，在铸造类单晶硅片双面生长透明导电玻璃和金属电极，一般采用磁控溅射方式生长金属Ag和Al；

步骤5，通过低温烧结工艺获得所需的双面太阳电池。

最终得到的结构如图1所示，图中，p型铸造类单晶硅片11的正面依次为n+扩散薄层13、透明导电玻璃12和金属电极11；p型铸造类单晶硅片11的背面依次为本征非晶硅薄膜15、p+非晶硅薄膜16、透明导电玻璃17和金属电极18。

实施例2

一种高效铸造类单晶硅双面太阳电池结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将n型铸造类单晶硅片进行湿化学清洗以去除切割损伤层，然后进行双面制绒；

步骤2，将酸洗、制绒后的n型铸造类单晶硅片进行高温硼扩散工艺，一般采用气相法在管式炉中进行，扩散温度为750～950℃，扩散时间为20～40分钟，硼扩散完成后去除死层和绕度后在正面形成单面重掺杂扩散薄层(p+)，结深为0.5～3um，方块电阻为40～80Ω/□；

步骤3，在形成单面重掺杂扩散薄层的n型铸造类单晶硅片背面依次沉积本征非晶硅薄膜和重掺杂非晶硅薄膜(n+)，一般采用LPCVD或PECVD方式沉积，沉积温度为100～200℃；

步骤4，在铸造类单晶硅片双面生长透明导电玻璃和金属电极，一般采用磁控溅射方式生长金属Ag和Al；

步骤5，通过低温烧结工艺获得所需的双面太阳电池。

最终得到的结构如图2所示，图中，n型铸造类单晶硅片21的正面依次为p+扩散薄层23、透明导电玻璃22和金属电极21；n型铸造类单晶硅片21的背面依次为本征非晶硅薄膜25、n+非晶硅薄膜26、透明导电玻璃27和金属电极28。

经过测试，实施例1中获得的电池的平均效率相较于传统双面PERC电池提高了0.41％，实施例2中获得的电池的平均效率相较于传统双面PERC电池提高了0.49％。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。