背场掺杂用硼铝浆、太阳电池及其制备方法
阅读说明：本技术 背场掺杂用硼铝浆、太阳电池及其制备方法 (Boron-aluminum paste for back field doping, solar cell and preparation method thereof ) 是由 王璞 苏荣 陈坤 王岚 李书森 李忠涌 黄艳琴 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本申请涉及太阳电池领域,具体而言,涉及一种背场掺杂用硼铝浆、太阳电池及其制备方法。一种背场掺杂用硼铝浆,按照质量分数计,所述背场掺杂用硼铝浆包括：35％～55％的硼源,15％～25％的铝源,15％～30％的硅源以及20～40％的有机载体。上述背场掺杂用硼铝浆在掺杂后会在硅衬底上形成铝硅合金,降低了掺杂层与背银电极导出层接触的空洞,降低接触电阻,进而降低了电池的串联电阻,增加了太阳电池的填充因子,提高太阳电池的开路电压,最终提升太阳电池的效率。(The application relates to the field of solar cells, in particular to boron-aluminum paste for back surface field doping, a solar cell and a preparation method thereof. The boron-aluminum paste for back field doping comprises the following components in percentage by mass: 35-55% of boron source, 15-25% of aluminum source, 15-30% of silicon source and 20-40% of organic carrier. The boron-aluminum paste for back surface field doping can form aluminum-silicon alloy on the silicon substrate after doping, so that a cavity between the doping layer and the back silver electrode lead-out layer is reduced, the contact resistance is reduced, the series resistance of the battery is further reduced, the filling factor of the solar battery is increased, the open-circuit voltage of the solar battery is improved, and the efficiency of the solar battery is finally improved.)
技术领域
本申请涉及太阳电池领域，具体而言，涉及一种背场掺杂用硼铝浆、太阳电池及其制备方法。
背景技术
在已规模化量产的太阳能电池中，硅基太阳能电池一直占据着市场的垄断地位。相比其他太阳能电池结构，钝化发射极背面接触电池(Passivated Emitter and RearContact，PERC)成本增加较低但效率却显著提升，成为现阶段高效晶硅太阳电池产业化研究的热点。
本申请旨在提高太阳电池的开路电压。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种背场掺杂用硼铝浆、太阳电池及其制备方法，其旨在提高太阳电池的开路电压。
本申请第一方面提供一种背场掺杂用硼铝浆，按照质量分数计，所述背场掺杂用硼铝浆包括：
35％～55％的硼源，15％～25％的铝源，15％～30％的硅源以及20～40％的有机载体。
上述背场掺杂用硼铝浆在掺杂后会在硅衬底上形成铝硅合金，降低了掺杂层与背银电极导出层接触的空洞，降低接触电阻，进而降低了电池的串联电阻，增加了太阳电池的填充因子；背场掺杂用硼铝浆含有35％～55％的硼源，与硼源含量小于35％以及大于55％的硼铝浆相比，本申请提供的硼铝浆可以明显提高开路电压，从而最终提升太阳电池的效率。
在本申请第一方面的一些实施例中，硼源为三甲基硼烷，所述硅源为乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷；所述铝源为氯化铝。
在本申请第一方面的一些实施例中，所述有机载体包括异丙基甲醇、硅酸四乙酯以及玻璃粉。
本申请第二方面提供一种太阳电池的制备方法，包括：
在P型硅衬底的背面设置背面钝化膜；
设置贯穿所述背面钝化膜的灌浆槽；
于所述灌浆槽内填充上述的背场掺杂用硼铝浆，并在所述P型硅衬底上形成硼铝浆掺杂层。
在本申请第二方面的一些实施例中，于所述灌浆槽内填充所述的背场掺杂用硼铝浆的步骤之后，采用激光能量形成所述硼铝浆掺杂层；
可选地，所述激光的光斑为正方形，光斑大小为20×20μm2～30×30μm2，激光器频率为80KHz～100KHz。
背场掺杂用硼铝浆在激光的作用下在灌浆槽处的背场形成P++层，增加了背场载流子浓度，降低了激光开槽区域的载流子复合，提高太阳电池的开路电压。其次，在激光掺杂条件下硼铝浆形成铝硅合金，降低激光掺杂层与背银电极导出层接触的空洞，降低接触电阻，进而降低了电池的串联电阻，增加了太阳电池的填充因子，最终提升太阳电池的效率。
在本申请第二方面的一些实施例中，所述背面钝化膜包括沿所述P型硅衬底的背面依次向外的背面氧化硅钝化层、氧化镍场钝化层以及背面氮化硅保护层；
可选地，使用ALD沉积设备制备所述氧化镍场钝化层，其中，醋酸镍与氧气的流量比为(2～4):1，反应温度为180℃～280℃；
可选地，所述氧化镍场钝化层的厚度为20nm～50nm。
在本申请第二方面的一些实施例中，所述背面氧化硅钝化层的厚度为1nm～5nm；
可选地，采用PECVD设备制作所述背面氮化硅保护层，SiH4与NH3的流量比为(2～5):1；
可选地，所述背面氧化硅钝化层的厚度为100nm～150nm。
在本申请第二方面的一些实施例中，在所述设置贯穿所述背面钝化膜的灌浆槽之前，还包括：
在所述P型硅衬底的正面设置正面钝化膜；
所述正面钝化膜包括沿所述P型硅衬底的正面依次向外设置的正面氧化硅化学钝化层以及正面氮化硅减反射层；
其中，所述正面氮化硅减反射层的厚度为70～100nm；
可选地，采用PECVD设备制作所述正面氮化硅减反射层，SiH4与NH3的流量比为(2～5):1；
可选地，所述正面氧化硅化学钝化层的厚度为1nm～5nm。
在本申请第三方面的一些实施例中，所述P型硅衬底为掺硼单晶硅或掺硼多晶硅。
本申请第三方面提供一种太阳电池，所述太阳电池通过上述第二方面提供的太阳电池的制备方法制得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了太阳电池的结构示意图。
图2示出了实施例1与对比例1提供的太阳电池开路电压的示意图。
图标：001-金属栅线电极层；002-正面氮化硅减反射层；003-正面氧化硅化学钝化层；004-N型磷源掺杂层；005-P型硅衬底；006-硼铝浆掺杂层；007-背面氧化硅钝化层；008-氧化镍场钝化层；009-背面氮化硅保护层；010-背金属栅线电极层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例的背场掺杂用硼铝浆、太阳电池及其制备方法进行具体说明。
一种背场掺杂用硼铝浆，按照质量分数计，所述背场掺杂用硼铝浆包括：
35％～55％的硼源，15％～25％的铝源，15％～30％的硅源以及20～40％的有机载体。
发明人研究后发现，以上述背场掺杂用硼铝浆在掺杂后会在硅衬底上形成铝硅合金，降低了掺杂层与背银电极导出层接触的空洞，降低接触电阻，进而降低了电池的串联电阻，增加了太阳电池的填充因子，最终提升太阳电池的效率。
作为示例性地，硼源在背场掺杂用硼铝浆中占的质量比可以为35％、36％、39％、40％、42％、45％、48％、50％、52％或者55％等等。例如，硼源可以为三甲基硼烷、乙硼烷等等。在本实施例中，硼源选用三甲基硼烷。
硼源的含量不易过高，如果含量过高或者过低均不能提高开路电压，35％～55％的硼源能提高太阳电池的开路电压。
如果硼源的含量小于35％，例如为10％左右；对太阳电池开路电压提升不明显；如果硼源的含量高于55％，对太阳电池开路电压的提升也不明显。
铝源在背场掺杂用硼铝浆中占的质量比可以为15％、16％、17％、18％、20％、23％或者25％等等。铝源可以为氯化铝、Al2S3、NaAlO2等等。在本实施例中，铝源选用氯化铝。
铝源含量如果较低，导致硼铝浆的填充性能不好，串联电阻较高。铝源含量如果较高，铝硅合金会形成空隙，导致串联电阻较高。
硅源在背场掺杂用硼铝浆中占的质量比可以为15％、18％、20％、25％、29％或者30％等等。硅源有润滑硼铝浆与衬底的作用，有利于硼源的掺杂。
有机载体在背场掺杂用硼铝浆中占的质量比可以为20％、22％、25％、30％、32％、36％、39％或者40％等等。
作为示例性地，有机载体包括异丙基甲醇、硅酸四乙酯以及玻璃粉；异丙基甲醇、硅酸四乙酯以及玻璃粉的质量比为1:1:1。
在本申请的一些实施例中，背场掺杂用硼铝浆中还可以包括添加剂等其他物质。例如可以包括松油醇，松油醇可以防止浆料凝固提高网版寿命。
本申请还提供一种太阳电池的制备方法，其应用上述背场掺杂用硼铝浆制备太阳电池的硼铝浆掺杂层。本申请的制备方法主要用于制备具有图1所示结构的太阳电池。图1示出了本申请实施例提供的太阳电池的结构示意图。
请参阅图1，制备方法主要包括以下步骤：
对P型硅衬底005制绒、扩散、激光SE掺杂处理后对其背面抛光；
在本申请的实施例中，P型硅衬底005为掺硼单晶硅或掺硼多晶硅，电阻率0.3Ω·cm-1.5Ω·cm，衬底厚度为150μm～200μm。在P型硅衬底005的正面掺杂磷源制备PN结；N型磷源掺杂层004掺杂浓度1016～1020atoms/cm3，N型磷源掺杂层004的厚度为300nm～800nm。
N型磷源掺杂层004制备完成后，再经过HNO3溶液和HF溶液进行边缘刻蚀，消除掉边缘扩散的磷源，避免太阳电池漏电。
在P型硅衬底005的背面设置背面钝化膜；在P型硅衬底005的正面制备正面钝化膜；需要说明的是，在本申请中，在P型硅衬底005的背面设置背面钝化膜和在P型硅衬底005的正面制备正面钝化膜不具有先后关系；在本申请中，可以先制备背面钝化膜，也可以先制备正面钝化膜。
作为示例性地，以下示出正面钝化膜的制备方法：
正面钝化膜包括从P型硅衬底005正面依次向外的正面氧化硅化学钝化层003和正面氮化硅减反射层002。N型磷源掺杂层004位于正面氧化硅化学钝化层003的内侧。
正面氧化硅化学钝化层003通过干氧氧化制得，相应地，制备得到正面氧化硅化学钝化层003，同时背面氧化硅钝化层007也相应制成。干氧氧化的参数如下：
通入干燥氧气，氧气流量5L/min～10L/min，温度800℃～900℃，制备时间20min～30min，厚度1nm～5nm(例如可以为1nm、2nm、3nm、4nm、5nm)。利用氧原子饱和硅片表面的悬挂键，降低了界面缺陷态密度。
正面氮化硅减反射层002使用PECVD制备，硅源为SiH4气体，氮源为氨气(NH3)，SiH4：NH3的流量比＝(2～4):1，作为示例性地，正面氮化硅减反射层002的厚度可以为70nm～100nm(例如可以为70nm、72nm、75nm、80nm、86nm、94nm、100nm)，折射率n在2.0～2.2。
制备完正面氮化硅减反射层002之后，在正面氮化硅减反射层002表面丝网印刷银浆制备出正面载流收集金属栅线电极层001，金属栅线电极层001的厚度为30μm～100μm。
作为示例性地，以下示出背面钝化膜的制备方法：
背面钝化膜包括沿P型硅衬底005的背面依次向外的背面氧化硅钝化层007、氧化镍场钝化层008以及背面氮化硅保护层009。
背面氧化硅钝化层007通过干氧氧化制得，其制备方法参阅前述制备正面氧化硅化学钝化层003的制备方法。
使用ALD沉积设备制备氧化镍场钝化层008，镍源选用醋酸镍，醋酸镍与氧气的流量比＝(2～4):1，反应温度为180℃～280℃，氧化镍场钝化层008的厚度为20～50nm(例如可以为20nm、22nm、27nm、30nm、36nm、39nm、46nm或者50nm)。
氧化镍场钝化层008制备完成后采用PECVD制备背面氮化硅保护层009，硅源为SiH4气体，氮源为氨气(NH3)，SiH4：NH3的流量比＝(3～5):1，背面氮化硅保护层009的厚度为100nm～150nm(例如可以为100nm、108nm、114nm、120nm、132nm、140nm、147nm或者150nm)。
背面钝化膜制备完成后，设置贯穿背面钝化膜的灌浆槽；采用激光开槽形成灌浆槽。
然后采用上述背场掺杂用硼铝浆填充上述灌浆槽，例如采用丝网印刷对准位置进行背场掺杂用硼铝浆印刷；填充后在P型硅衬底005上形成硼铝浆掺杂层006。
作为示例性地，硼铝浆掺杂层006可以采用烧结的方式形成，也可以采用激光能量照射形成硼铝浆掺杂层006。
在本申请中，激光光斑为正方形，光斑大小为20×20μm2～30×30μm2，激光器频率为80KHz～100KHz。
正方形的激光光斑，且激光能量如上，在硼铝浆掺杂层006形成重掺杂的P++背场，推进了背场高低结的结深，有利于背场载流子收集。
或者，在本申请的一些其他实施例中，激光光斑也可以为圆形光斑。
制备完硼铝浆掺杂层006之后，通过丝网印刷浆料制备背金属栅线电极层010，背金属栅线电极层010作用在于收集电池背场载流子。
需要说明的是，在本申请的实施例中，太阳电池可以为双面电池，也可以为单面电池。对于太阳电池为双面电池的实施例，通过丝网印刷银浆制备背金属栅线电极层010；对于太阳电池为单面电池的实施例，通过丝网印刷铝浆制备背金属栅线电极层010。
本申请实施例提供的太阳电池的制备方法至少具有以下优点：
太阳电池背面采用上述背场掺杂用硼铝浆进行灌浆槽处掺杂钝化，进行重掺杂和铝硅合金的形成，上述背场掺杂用硼铝浆有利于提高太阳电池的开路电压。
背场掺杂用硼铝浆在激光的作用下在灌浆槽处的背场形成P++层，增加了背场载流子浓度，降低了激光开槽区域的载流子复合，提高太阳电池的开路电压。其次，在激光掺杂条件下硼铝浆形成铝硅合金，降低激光掺杂层与背银电极导出层接触的空洞，降低接触电阻，进而降低了电池的串联电阻，增加了太阳电池的填充因子，最终提升太阳电池的效率。
双面进行氧化硅化学钝化层的制备，管式退火炉设备的利用率高，工艺简单，制造出高效晶硅太阳电池，增加了发电量降低了生产制造成。
本申请还提供一种太阳电池，主要通过上述制备方法制得。本申请实施例提供的太阳电池具有较佳的循环性能。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种背场掺杂用硼铝浆以及一种太阳电池。
背场掺杂用硼铝浆包括按照质量分数计的以下组分：
35％的三甲基硼烷，15％的氯化铝，15％的乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷、35％的有机载体，有机载体包括1:1:1的异丙基甲醇、硅酸四乙酯以及玻璃粉。
太阳电池通过以下制备方法制得：
(1)选用P型硅衬底005，进行清洗制绒步骤，形成表面织构化结构的金字塔形状，电阻率0.3Ω·cm，衬底厚度为150μm。
(2)在P型硅衬底005的上表面，使用磷源扩散设备，制备N型磷源掺杂层004，硼掺杂浓度1020atoms/cm3，硼源掺杂层的厚度为300nm。
(3)在N型磷源掺杂层004上表面进行激光选择性掺杂，再经过HNO3溶液和HF溶液进行边缘刻蚀，消除掉边缘扩散的磷源，避免太阳电池漏电。
(4)将刻蚀完成的N型磷源掺杂层004运输至管式退火炉，通入干燥氧气，氧气流量10L/min，温度800℃，制备时间20min，厚度1nm。在N型磷源掺杂层004的表面形成正面氧化硅化学钝化层003和在P型硅衬底005下表面形成背面氧化硅化学钝化层007；
(5)在正面氧化硅化学钝化层003上面使用PECVD制备正面氮化硅减反射层002，硅源来自SiH4气体，SiH4：NH3的流量比＝2:1，正面氮化硅减反射层002的厚度为70nm，折射率n为2.0。
(6)在背面氧化硅化学钝化层007下表面使用ALD沉积设备制备氧化镍场钝化层008，镍源选用醋酸镍，醋酸镍与氧气的流量比＝2:1，反应温度为180℃，氧化镍场钝化层008的厚度为20nm。
(7)在氧化铝场钝化层008下表面使用PECVD制备背面氮化硅保护层009，硅源来自SiH4气体，SiH4：NH3的流量比＝3:1，背面氮化硅保护层009的厚度为100nm。
(8)在背面氮化硅保护层009经过激光开槽。通过丝网印刷对准位置进行硼铝浆印刷，然后在激光作用下形成硼铝浆掺杂层006；激光光斑为正方形，光斑20×20μm2，激光器频率80KHz。
(9)在硼铝浆掺杂层006上通过丝网印刷银浆制备背金属栅线电极层010，背金属栅线电极层010用于收集电池背场载流子。
(10)在正面氮化硅减反射层002，丝网印刷银浆制备出正面载流收集金属栅线电极层001，金属栅线电极层001的厚度为30μm。
实施例2-6、对比例1-3
实施例2-6分别提供一种背场掺杂用硼铝浆以及一种太阳电池。其中与实施例1的区别详见表1。
另外，实施例2与实施例1还存在一个区别，在实施例2中先制备背面氧化硅化学钝化层007、氧化镍场钝化层008、背面氮化硅保护层009；然后再制备正面氮化硅减反射层002；然后再在激光开槽制备浆料槽。
对比例1-3分别提供一种背场掺杂用硼铝浆以及一种太阳电池。其中与实施例1的区别详见表1。
表1
表中：NiOx，x的取值大于0并且小于或等于2。
图2示出了实施例1与对比例1提供的太阳电池开路电压的示意图。
请参阅表1以及图2，实施例1提供的太阳电池的开路电压比对比例1提供的太阳电池的开路电压增加约4mV，转换成光电效率0.3％叠加填充因子的增加，最终可以使太阳电池的效率提升0.5％。说明本申请提供的背场掺杂用硼铝浆制备得到的太阳电池的开路电压较高，且本申请实施例提供的背场掺杂用硼铝浆更有利于提高场钝化层材料为氧化镍的太阳电池。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。