一种局部钝化接触电池及其制备方法
阅读说明：本技术 一种局部钝化接触电池及其制备方法 (Local passivation contact battery and preparation method thereof ) 是由 霍亭亭 李森 殷丽 杜文星 于 2021-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种局部钝化接触电池及其制备方法,所述局部钝化接触电池包括依次层叠设置的正面电极、N型硅掺杂层、P型硅基体层、背面钝化层和背面电极；所述背面钝化层包括依次层叠设置的本征非晶硅层、P型多晶硅层和导电层；所述本征非晶硅层靠近所述P型硅基体层。本发明所述局部钝化接触电池在具有较高开路电压和填充因子的基础上,不仅能同时提高电池效率和双面率,且不用激光开槽便可实现金属与硅的接触以及载流子传输,避免了激光造成的硅表面损伤,还能节省遮光面积。(The invention relates to a local passivation contact battery and a preparation method thereof, wherein the local passivation contact battery comprises a front electrode, an N-type silicon doping layer, a P-type silicon substrate layer, a back passivation layer and a back electrode which are sequentially stacked; the back passivation layer comprises an intrinsic amorphous silicon layer, a P-type polycrystalline silicon layer and a conducting layer which are sequentially stacked; the intrinsic amorphous silicon layer is close to the P-type silicon substrate layer. On the basis of higher open-circuit voltage and filling factor, the local passivation contact battery can improve the efficiency and double-sided rate of the battery, can realize the contact between metal and silicon and the carrier transmission without laser grooving, avoids silicon surface damage caused by laser, and can save shading area.)
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种局部钝化接触电池及其制备方法。
背景技术
PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)晶硅太阳能电池采用介电层作为背面钝化层，因背面额外的发电量提升了电池的性能，因此提高双面电池的效率和双面率的研究十分重要。
目前PERC双面电池通常是背面印刷铝栅线，此种设置方式的局限在于如果提高双面率和电池效率，一方面要考虑栅线的遮光面积，如果遮光面积较大，会降低背面的短路电流(Isc)，如果遮光面积较小，铝硅接触电阻较大，填充因子(FF)较小，所以遮光面积是一个平衡性选择，目前铝浆的塑形性有待提高，栅线无法做到较细；因此，背面图形优化空间较小。另一方面，目前背面印刷铝栅线的PERC双面电池背面需要在氮化硅镀膜上先进行激光开槽后再印刷铝浆，这样才能形成铝硅接触。激光对硅表面造成有一定的损伤，形成复合中心，造成开路电压(Voc)的下降；有的激光处还有硅空洞，即使在铝浆印刷烧结填充后仍有空洞存在，这样会引发铝硅接触电阻的增大，所以激光开槽存在一定的工艺应用局限性。
CN110581198A公开了一种局域接触钝化太阳电池及其制备方法，其公开的包括：在硅片上进行制绒处理；通过热氧设备在硅衬底的正面和背面分别沉积一层隧穿SiO2薄膜；沉积磷掺杂的微晶硅或非晶硅薄膜；在硅片的正面沉积图形化的掩膜材料；二次制绒；磷扩散；刻蚀；钝化层生长；激光开膜；丝网印刷。其公开的局域接触钝化太阳电池采用微晶硅/氧化硅叠层的选择性载流子输运特性来实现接触钝化，保证金属电极的欧姆接触的同时，完全消除金属区复合；并采用掩膜、二次制绒实现微晶硅的图形化，从而形成局域接触钝化，减少寄生吸收；且采用一步扩散同时形成轻扩区域并激活微晶硅层的钝化，简化工艺。其公开的制备方法适合大规模产业化应用，可以极大的提高电池的转换效率，降低度电成本。
CN110828583A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。其公开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，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，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+型多晶硅层，正面电极透过正面钝化层并形成在N+型多晶硅层的上表面上和N+型多晶硅层形成欧姆接触。其公开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。
在现有的金属浆料条件下，通过背面图形同时提高电池效率和双面率，优化空间非常有限；另外，背面镀氮化硅膜后，需要先激光开孔，才能实现铝硅接触，但激光的应用同时也带来了对硅表面造成一定的损伤层和铝硅接触处空洞等不利方面。
综上所述，开发一种不仅能同时提高电池效率和双面率，且不用激光开槽便可实现金属硅接触和载流子传输，避免了激光造成的硅表面损伤，还能节省遮光面积的局部钝化接触电池至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种局部钝化接触电池及其制备方法，所述局部钝化接触电池不仅能同时提高电池效率和双面率，且不用激光开槽便可实现金属与硅的接触以及载流子传输，避免了激光造成的硅表面损伤，还能节省遮光面积。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种局部钝化接触电池，所述局部钝化接触电池包括依次层叠设置的正面电极、N型硅掺杂层、P型硅基体层、背面钝化层和背面电极；
所述背面钝化层包括依次层叠设置的本征非晶硅层、重掺杂层、P型多晶硅层和导电层；
所述本征非晶硅层靠近所述P型硅基体层。
本发明所述局部钝化接触电池首先利用钝化性能优异的本征非晶硅层作为钝化层；其次，在本征非晶硅层表面设置P型多晶硅层，P型多晶硅层可以阻碍硅基体中少数载流子流向表面被复合，提高了载流子收集能力；另外，P型多晶硅层与非晶硅匹配使用作为钝化层，可节省背面激光开槽这一步骤，不仅节省了成本，还避免了因为激光开槽对激光区域和附近的硅结构造成损伤，使Voc降低；最后，本发明还设置了导电层，整面铺设利于载流子就近传导，减小了载流子传输路径，并减小复合几率，有益于提升电池的FF和Voc。
本发明所述“本征非晶硅层”是由无杂质的非晶硅形成的。
优选地，所述本征非晶硅层的厚度为2-10nm，例如3nm、5nm、8nm、9nm、10nm等。
优选地，所述本征非晶硅层的尺寸为纳米级。
优选地，所述P型多晶硅层的厚度为30-100nm，例如35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、6nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm等。
优选地，所述P型多晶硅层包括第三主族的元素中的至少任意一种或两种的组合与硅烷。
本发明所述第三主族的元素主要指的是硼、铝、镓。
优选地，所述导电层的厚度为10-80nm，例如15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、4nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm等。
优选地，所述导电层的材料包括掺铝氧化锌、掺硼氧化锌或掺镓氧化锌中的至少任意一种或两种的组合。
本发明掺杂氧化锌系作为导电层，原料来源较丰富，成本较低，产量化易于实现；而且所述导电层本身具有强透光性和导电性，可以增强背面光吸收，提高电池效率和双面率。
优选地，所述本征非晶硅层表面还设置有重掺杂层，所述重掺杂层位于背面电极所在区域。
本发明增设了重掺杂层，能够增加欧姆接触，提高金属与硅的接触性能，减小接触电阻和提高载流子收集速率，有益于提升电池的FF和Voc。
优选地，所述重掺杂层的宽度为2-5mm，例如2mm、2.5mm、3mm、4mm、4.5mm等。
优选地，所述重掺杂层的材料包括第三主族的单质中的至少任意一种或两种的组合。
优选地，所述背面电极设置于所述重掺杂层上。
优选地，所述背面电极的材质为银。
本发明背面电极只包括银电极，大大减小了背面金属的遮光率，提高了电池效率的同时也提升了双面率。
优选地，所述背面电极的宽度为1-3mm，例如1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm等，且小于所述重掺杂层的宽度。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的局部钝化接触电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
将N型硅掺杂层和P型硅基体层依次层叠设置后，再层叠设置本征非晶硅层，P型多晶硅层和导电层，得到背面钝化层；
再将背面电极和正面电极分别设置于所述背面钝化层和N型硅掺杂层上，烧结，得到局部钝化接触电池。
优选地，所述本征非晶硅层设置于P型硅基体层上的方式包括物理气相沉积和/或化学气相沉积。
优选地，所述化学气相沉积包括低压化学气相沉积和/或等离子体增强化学气相沉积。本发明各层所述化学气相沉积均各自独立地包括低压化学气相沉积和/或等离子体增强化学气相沉积，所述低压化学气相沉积指的是低于一个大气压的条件下进行的化学气相沉积。
优选地，所述P型多晶硅层设置前还包括在本征非晶硅层的背面电极所在区域设置重掺杂层。
优选地，所述重掺杂层的设置方式包括印刷和干燥两步操作。
优选地，所述印刷包括丝网印刷。
优选地，所述P型多晶硅层的设置方式包括物理气相沉积和/或化学气相沉积。由于采用沉积的方式形成P型多晶硅层，所以其使用的第三主族元素的单质为气态形式。
优选地，所述导电层的设置方法包括磁控溅射、蒸镀、物理气相沉积或化学气相沉积中的至少任意一种或两种的组合。
优选地，所述正面电极和背面电极的设置方式各自独立地包括印刷和干燥两步操作。
优选地，所述烧结的温度为180-400℃，例如200℃、250℃、300℃、350℃、400℃等。
作为优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
将N型硅掺杂层和P型硅基体层依次层叠设置后，以物理气相沉积和/或化学气相沉积的方式将本征非晶硅层设置于P型硅基体层上；
以印刷的方式将重掺杂层设置于在本征非晶硅层的背面电极所在区域；
以物理气相沉积和/或化学气相沉积的方式将P型多晶硅层设置于本征非晶硅层上；
以磁控溅射、蒸镀、物理气相沉积或化学气相沉积中的任意一种或至少两种的组合的方式将导电层设置于P型多晶硅层上，得到背面钝化层；
以印刷的方式将背面电极和正面电极分别设置于所述背面钝化层和上N型硅掺杂层上，干燥，在180-400℃下完成烧结，得到局部钝化接触电池。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述局部钝化接触电池在具有较高开路电压和填充因子的基础上，不仅能同时提高电池效率和双面率，且不用激光开槽便可实现金属与硅的接触以及载流子传输，避免了激光造成的硅表面损伤，还能节省遮光面积。本发明所述局部钝化接触电池的开路电压在0.698V以上，填充因子在82.87％以上，电池效率在23.32％以上，双面率在73.2％以上。
附图说明
图1是实施例1所述局部钝化接触电池的结构示意图；
其中，1-正面电极；2-N型硅掺杂层；3-P型硅基体层；4-背面钝化层；5-背面电极；41-本征非晶硅层；42-重掺杂层；43-P型多晶硅层；44-导电层。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种局部钝化接触电池，结构示意图如图1所示，所述局部钝化接触电池由依次层叠设置的正面电极1、N型硅掺杂层2、P型硅基体层3、背面钝化层4和背面电极5组成；
所述背面钝化层包括依次层叠设置的本征非晶硅层41、重掺杂层42、P型多晶硅层43和导电层44；
所述本征非晶硅层靠近所述P型硅基体层。
上述局部钝化接触电池的制备方法包括如下步骤：
(1)将N型硅掺杂层和P型硅基体层依次层叠设置后，将本征非晶硅通过物理气相沉积设置于P型硅基体层上，形成厚度为5nm的本征非晶硅层；
(2)在后续的背面电极所在区域，丝网印刷(栅线宽度为1.3mm)硼浆，烘干，形成重掺杂层；
(3)将SiH4气体和BH3气体以等离子体增强化学气相沉积的方式沉积于本征非晶硅层上，形成厚度为50nm的P型多晶硅层；
(4)将掺硼氧化锌以磁控溅射的方式沉积于P型多晶硅层上，形成厚度为30nm的导电层，得到背面钝化层；
(5)将银浆以丝网印刷(栅线宽度为1.5mm)的方式形成背面电极，再以同样的方式形成正面电极，干燥后在250℃下完成烧结，得到局部钝化接触电池。
实施例2
本实施例提供一种局部钝化接触电池，所述局部钝化接触电池由依次层叠设置的正面电极、N型硅掺杂层、P型硅基体层、背面钝化层和背面电极组成；
所述背面钝化层包括依次层叠设置的本征非晶硅层、重掺杂层、P型多晶硅层和导电层；
所述本征非晶硅层靠近所述P型硅基体层。
上述局部钝化接触电池的制备方法包括如下步骤：
(1)将N型硅掺杂层和P型硅基体层P型硅基体层依次层叠设置后，将本征非晶硅通过物理气相沉积设置于P型硅基体层P型硅基体层上，形成厚度为2nm的本征非晶硅层；
(2)在后续的背面电极所在区域，丝网印刷(栅线宽度为2mm)掺硼和镓的液态浆料，烘干，形成重掺杂层；
(3)将SiH4和BH3以等离子体增强化学气相沉积的方式沉积于本征非晶硅层上，形成厚度为30nm的P型多晶硅层；
(4)将掺铝氧化锌以磁控溅射的方式沉积于P型多晶硅层上，形成厚度为20nm的导电层，得到背面钝化层；
(5)将银浆以丝网印刷(栅线宽度为1mm)的方式形成背面电极，再以同样的方式形成正面电极，干燥后在180℃下完成烧结，得到局部钝化接触电池。
实施例3
本实施例提供一种局部钝化接触电池，所述局部钝化接触电池由依次层叠设置的正面电极、N型硅掺杂层、P型硅基体层、背面钝化层和背面电极组成；
所述背面钝化层包括依次层叠设置的本征非晶硅层、重掺杂层、P型多晶硅层和导电层；
所述本征非晶硅层靠近所述P型硅基体层。
上述局部钝化接触电池的制备方法包括如下步骤：
(1)将N型硅掺杂层和P型硅基体层依次层叠设置后，将本征非晶硅通过物理气相沉积设置于P型硅基体层上，形成厚度为10nm的本征非晶硅层；
(2)在后续的背面电极所在区域，丝网印刷(栅线宽度为3mm)液态硼浆，烘干，形成重掺杂层；
(3)将SiH4和BH3以等离子体增强化学气相沉积的方式沉积于本征非晶硅层上，形成厚度为80nm的P型多晶硅层；
(4)将掺镓氧化锌以磁控溅射的方式沉积于P型多晶硅层上，形成厚度为40nm的导电层，得到背面钝化层；
(5)将银浆以丝网印刷(栅线宽度为1mm)的方式形成背面电极，再以同样的方式形成正面电极，干燥后在250℃下完成烧结，得到局部钝化接触电池。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于背面钝化层为依次层叠设置的10nm厚的氧化铝层和75nm厚的氮化硅层，且氧化铝层靠近P型硅基体层，然后激光开槽，丝网印刷银背极和铝栅线，最后烧结，得到局部钝化接触电池。
性能测试
将实施例1-3和对比例1所述局部钝化接触电池利用产线IV测试机进行测试，相关数据包括：开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、填充因子(FF)、电池效率和双面率。
测试结果汇总于表1中。
表1
V<sub>oc</sub>/V
I<sub>sc</sub>/A
FF/％
电池效率/％
双面率/％
实施例1
0.701
11.016
82.95
23.36
73.2
实施例2
0.698
11.025
83.11
23.33
74.5
实施例3
0.702
10.992
82.87
23.32
74.6
对比例1
0.694
11.281
81.54
23.29
69.7
分析表1数据可知，本发明所述局部钝化接触电池的开路电压在0.698V以上，填充因子在82.87％以上，电池效率在23.32％以上，双面率在73.2％以上，所述局部钝化接触电池在具有较高开路电压和填充因子的基础上，还同时兼具较高的电池效率和双面率。
分析对比例1与实施例1可知，对比例1性能不如实施例1，证明本发明所述背面钝化层的设置利于局部钝化接触电池的性能，即本发明所述局部钝化接触电池性能优于现有技术常用工艺制备的PERC。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。