專利名稱：一種新型ibc結(jié)構(gòu)n型硅異質(zhì)結(jié)電池及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體硅太陽能電池制造領(lǐng)域，具體為一種新型IBC (Interdigitated back-contacted)結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池及制備方法。
背景技術(shù)：
在能源短缺、環(huán)境污染問題日益突出的背景下，發(fā)展可再生能源已成為全球的重大課題，利用太陽能則是發(fā)展可再生能源的一個重點方向，世界光伏市場在過去十年一直保持著年均30%以上的高速增長，2009年增幅更是達到驚人的152. 8%。產(chǎn)量由2008年的 7. 91GW增至2009年的近20GW。與國外先進電池制備技術(shù)相比，我國晶硅太陽電池制備技術(shù)還是相對落后，基本流程由在P型N型硅襯底上以制絨、擴散、刻蝕、沉積減反膜、絲網(wǎng)印刷方法制造太陽電池。然而P型晶硅電池受氧的影響會出現(xiàn)性能上的衰退。而N型電池硼含量少，性能的穩(wěn)定性高于P型晶硅電池。同時由于N型電池的少子壽命更高，這對于制備更高效的太陽電池奠定了基礎(chǔ)。目前，現(xiàn)有的N型晶硅太陽電池主要為前發(fā)射極N型電池，主要是通過在N型襯底上通過表面硼擴散的方法制備PN結(jié)，然后通過絲網(wǎng)印刷，蒸鍍等方法制備前電極。但是此種N型晶硅電池前表面的磷原子在紫外光的作用下，仍然可以和襯底中的氧形成硼氧鍵， 在長時間的紫外光照射下，電池仍有衰退現(xiàn)象，因此不利于太陽電池效率的提升。同時此傳統(tǒng)電池的有柵極的遮擋，并且在900度左右的高溫硼擴散過程，降低了 N型硅襯底的少子壽命，使得電池效率的進一步提高受到限制。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)合理，工藝簡單， 光電轉(zhuǎn)換率較高的IBC結(jié)構(gòu)的N型異質(zhì)結(jié)電池及其制造方法。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池，它包括N型硅襯底、氮化硅薄膜、三氧化二鋁薄膜、本征非晶硅、P型非晶硅、N型重摻雜區(qū)、電池的正極、電池的負極；所述N型硅襯底前表面覆有三氧化二鋁薄膜，三氧化二鋁層薄膜上覆有氮化硅薄膜；所述N型硅襯底的背表面沉積本征非晶硅和P型非晶硅，本征非晶硅和P型非晶硅上設(shè)有凹槽，凹槽底部為N型重摻雜區(qū)，凹槽內(nèi)設(shè)有電極負極；P型非晶硅背表面設(shè)有電池的正極。本發(fā)明還公開了一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，該方法的具體步驟如下
(a)選擇N型硅襯底，且N型硅襯底的電阻率在0.3 Ω cm到6 Ω cm之間，少子壽命大于300us ；
(b)對N型硅襯底表面絨面化并進行化學(xué)清洗；
(c)在N型硅襯底的背表面沉積本征非晶硅和P型非晶硅；(d)制備N型重摻雜區(qū)；
(e)在N型硅襯底的前表面制備三氧化二鋁薄膜；
(f)在三氧化二鋁薄膜的前表面制備氮化硅薄膜；
(g)制作電池的正極和負極；
(h)退火。
本發(fā)明中所述(b)對N型硅襯底表面絨面化并進行化學(xué)清洗的方法為對于N型硅襯底，采用氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液在襯底的表面制備出金字塔形狀的陷光結(jié)構(gòu)，氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液的濃度范圍為0. 5% 2. 5% ；隨后用鹽酸和氫氟酸混合溶液進行清洗；鹽酸氫氟酸配比為1:2 1:3 ；鹽酸和氫氟酸混合溶液的濃度為0. 8% 1. 11表面絨面化的目的是形成由金字塔形狀的絨面，增加太陽光在表面的折射次數(shù)， 增加光線在硅襯底中的光程，提高太陽光的利用率?；瘜W(xué)清洗的目的是去除表面的雜質(zhì)，為后續(xù)的擴散準備。本發(fā)明中所述步驟(d)制備N型重摻雜區(qū)的方法為 (dll)開槽采用激光開槽，或印刷腐蝕漿料開槽；
(dl2)噴磷源；采用噴灑的方式在N型硅襯底表面涂上一層濃度為5%到10%磷酸； (dl3)激光摻雜用355nm的UV激光在開槽處激光摻雜；
(dll)中，激光開槽的方法為采用355nm的UV激光在N型硅襯底的背表面開槽，去除本征非晶硅和P型非晶硅，開槽的寬度在IOOnm到300nm ；
(dll)中，印刷腐蝕漿料開槽的方法為把腐蝕漿料印刷到開槽的位置，去除本征非晶硅和P型非晶硅，開槽的寬度在IOOnm到300nm ；開槽后用純水把漿料洗掉；
磷源的主要作用是為重摻雜N型區(qū)提供雜質(zhì)源，激光摻雜是在開槽的區(qū)域形成N型重摻雜區(qū)。本發(fā)明中所述步驟(d)制備N型重摻雜區(qū)的方法還可采用如下方法
(d21)噴磷源；采用噴灑的方式在N型硅襯底表面涂上一層濃度為5%到10%磷酸； (d22)開槽、激光摻雜采用355nm的UV激光在對本征非晶硅和P型非晶硅開槽的同時摻雜；摻雜的寬度在IOOnm到300nm。磷源的主要作用是為重摻雜N型區(qū)提供雜質(zhì)源，激光摻雜是在開槽的區(qū)域形成N 型重摻雜區(qū)。本發(fā)明中所述步驟(C)在N型硅襯底的背表面沉積本征非晶硅和P型非晶硅的方法為
在180°C 250°C的溫度下生長IOnm 20nm的本征非晶硅，制備非晶硅的氣體是SiH4 和吐，SiH4和H2的比例為1:10 1:1，然后在180°C 250°C的溫度下生長IOnm 25nm 的P型非晶硅，制備P型非晶硅氣體為SiH4、H2和TMB (B (CH3) 3 ;SiH4和H2的比例為 1:10 1:200，SiH4 和 TMB 的比例為 1:1 1:4。本征非晶硅主要起鈍化的作用，P型的非晶硅和本征非晶硅同單晶硅襯底形成異質(zhì)結(jié)。本發(fā)明中所述步驟(e )在N型硅襯底的前表面制備三氧化二鋁薄膜的方法為 在400°C的溫度下，原子層ALD沉積30nm的三氧化二鋁薄膜，ALD所用的源可以是Al (CH3) 3。和H2O,或者O3，或者AlCl3和H2O ；三氧化二鋁薄膜所帶的負電荷是在1 X IO12 cm 2 至Ij 3 X 1013cm 2。三氧化二鋁薄膜主要除起到鈍化作用；再則因為三氧化二鋁薄膜帶負電荷而在前表面誘導(dǎo)出發(fā)射極。本發(fā)明中所述步驟(f)制備氮化硅薄膜的方法為采用等離子化學(xué)氣相沉積的方法制備73nm到79nm厚的氮化硅薄膜；所用的源是Si (OC2H5) 4，或者SiH4和N2O ；氮化硅薄膜的主要作用是電池的減反射層，同時起到鈍化作用。本發(fā)明中所述(g)制作電池的正極和負極的制作方法為采用蒸鍍或絲網(wǎng)印刷的方法在電池的背面做Ag電極；電極的厚度為0. 2um到Ium ；本發(fā)明中電池的正極和負極全部在電池的背面，主要在電池中起收集電流的作用。本發(fā)明中所述步驟(h)退火是指電池在150°C到220°C的氣氛中退火30分鐘到60分鐘。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明中利用激光摻雜和 PECVD沉積非晶硅，使得整個過程沒有高溫擴散過程，最大限度的保留了硅襯底的少數(shù)載流子壽命，降低了高溫過程對N型硅襯底的損傷；同時IBC結(jié)構(gòu)的電池使得電池片充分利用太陽光譜，最大限度的提高電池的短路電流密度，為更高效的太陽電池提供了發(fā)展空間；沒有 P型重摻區(qū)，使得太陽電池的穩(wěn)定性提高。
圖1為本發(fā)明所述電池的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖2為本發(fā)明實施例1和2的制備方法流程圖。圖3為本發(fā)明實施例3的制備方法流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定。實施例1
如圖1所示的一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池，包括N型硅襯底1、氮化硅薄膜 2、三氧化二鋁薄膜3、本征非晶硅4、P型非晶硅5、N型重摻雜區(qū)6、電池的正極7、電池的負極8 ；所述N型硅襯底1前表面覆有三氧化二鋁薄膜3，三氧化二鋁層薄膜3上覆有氮化硅薄膜2 ；所述N型硅襯底1的背表面沉積本征非晶硅4和P型非晶硅5，本征非晶硅4和P 型非晶硅5上設(shè)有凹槽，凹槽底部為N型重摻雜區(qū)6，凹槽內(nèi)設(shè)有電極負極8 ；P型非晶硅5 背表面設(shè)有電池的正極7。上述新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法如下
(a)選擇N型硅襯底，且N型硅襯底的電阻率在6Ω cm，少子壽命大于300us ；
(b)采用氫氧化鉀溶液對N型單晶硅襯底表面絨面化，在N型硅襯底的表面制備出金字塔形狀的陷光結(jié)構(gòu)，并用鹽酸和氫氟酸的混合溶液進行化學(xué)清洗；氫氧化鉀溶液的濃度范圍為2. 5% ；鹽酸和氫氟酸混合溶液中，鹽酸氫氟酸配比為1:2. 5 ；鹽酸和氫氟酸混合溶液的濃度為1. 1% ；
(c)在N型硅襯底的背表面沉積本征非晶硅和P型非晶硅；在250°C的溫度下生長20nm 的本征非晶硅，制備非晶硅的氣體是SHl4和吐，SiH4和吐的比例為1:1，然后在250°C的溫度下生長IOnm的P型非晶硅，制備P型非晶硅氣體為SiH4、H2和TMB (B (CH3) 3 ；SiH4和 H2的比例為1:10，SiH4和TMB的比例為1:1 ；
(d)制備N型重摻雜區(qū)；
(dll)開槽采用激光開槽，采用355nm的UV激光在N型硅襯底的背表面開槽，去除本征非晶硅和P型非晶硅，開槽的寬度在220nm ；
(dl2)噴磷源；采用噴灑的方式在N型硅襯底表面涂上一層濃度為7%磷酸； (dl3)激光摻雜用355nm的UV激光在開槽處激光摻雜；在開槽的區(qū)域形成N型重摻雜區(qū)；
(e)在N型硅襯底的前表面制備三氧化二鋁薄膜；
在400°C的溫度下，原子層ALD沉積30nm的三氧化二鋁薄膜，ALD所用的源可以是 A1(CH3)3。和吐0，三氧化二鋁薄膜所帶的負電荷是在3X IO13Cm 2 ；
(f)在三氧化二鋁薄膜的前表面制備氮化硅薄膜；
采用等離子化學(xué)氣相沉積的方法制備79nm厚的氮化硅薄膜；所用的源是=SiH4和N2O ；
(g)制作電池的正極和負極；采用蒸鍍方法在電池的背面做Ag電極；電極的厚度為 0. 2um ；
(h)退火在220°C的氣氛中退火60分鐘。
實施例2
新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的結(jié)構(gòu)同實施例1 ； 實施例2中新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法如下
(a)選擇N型硅襯底，且N型硅襯底的電阻率在5Ω cm；
(b)采用氫氧化鉀溶液對N型單晶硅襯底表面絨面化，在N型硅襯底的表面制備出金字塔形狀的陷光結(jié)構(gòu)，并用鹽酸和氫氟酸的混合溶液進行化學(xué)清洗；氫氧化鉀溶液的濃度為1. 5% ；鹽酸和氫氟酸混合溶液中，鹽酸氫氟酸配比為1:2 ；鹽酸和氫氟酸混合溶液的濃度為0. 9% ；
(c)在N型硅襯底的背表面沉積本征非晶硅和P型非晶硅；在200°C的溫度下生長12nm 的本征非晶硅，制備非晶硅的氣體是SHl4和吐，SiH4和吐的比例為1:5，然后在220°C的溫度下生長20nm的P型非晶硅，制備P型非晶硅氣體為SiH4、H2和TMB (B (CH3) 3 ；SiH4和 H2的比例為1:50, SiH4和TMB的比例為1:2 ；
(d)制備N型重摻雜區(qū)；
(dll)開槽印刷腐蝕漿料開槽，把腐蝕漿料印刷到開槽的位置，去除本征非晶硅和P 型非晶硅，開槽的寬度在ISOnm ；開槽后用純水把漿料洗掉；
(dl2)噴磷源；采用噴灑的方式在N型硅襯底表面涂上一層濃度為5%磷酸； (dl3)激光摻雜用355nm的UV激光在開槽處激光摻雜；在開槽的區(qū)域形成N型重摻雜區(qū)；
(e)在N型硅襯底的前表面制備三氧化二鋁薄膜；
在400°C的溫度下，原子層ALD沉積30nm的三氧化二鋁薄膜，ALD所用的源可以是O3 ；三氧化二鋁薄膜所帶的負電荷是在5 X IO12 cm 2 ；
(f)在三氧化二鋁薄膜的前表面制備氮化硅薄膜；
采用等離子化學(xué)氣相沉積的方法制備73nm厚的氮化硅薄膜；所用的源是=SiH4和N2O
(g)制作電池的正極和負極；采用絲網(wǎng)印刷的方法在電池的背面做Ag電極；電極的厚度為0. 7um ；
(h)退火在200°C的氣氛中退火40分鐘。
實施例3
新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的結(jié)構(gòu)同實施例1 ； 實施例3中新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法如下
(a)選擇N型硅襯底，且N型硅襯底的電阻率在0.3Ω cm；
(b)采用氫氧化鉀溶液對N型單晶硅襯底表面絨面化，在N型硅襯底的表面制備出金字塔形狀的陷光結(jié)構(gòu)，并用鹽酸和氫氟酸的混合溶液進行化學(xué)清洗；氫氧化鉀溶液的濃度為0. 5% ；鹽酸和氫氟酸混合溶液中，鹽酸氫氟酸配比為1:3 ；鹽酸和氫氟酸混合溶液的濃度為0. 8% ；
(c)在N型硅襯底的背表面沉積本征非晶硅和P型非晶硅；在180°C的溫度下生長15nm 的本征非晶硅，制備非晶硅的氣體是SHl4和吐，SiH4和吐的比例為1:1，然后在180°C的溫度下生長IOnm的P型非晶硅，制備P型非晶硅氣體為SiH4、H2和TMB (B (CH3) 3 ；SiH4和 H2的比例為1:60，SiH4禾口 TMB的比例為1:4 ；
(d)制備N型重摻雜區(qū)；
(d21)噴磷源；采用噴灑的方式在N型硅襯底表面涂上一層濃度為10%磷酸； (d22)開槽、激光摻雜采用355nm的UV激光在對本征非晶硅和P型非晶硅開槽的同時摻雜；摻雜的寬度在IOOnm ；
(e)在N型硅襯底的前表面制備三氧化二鋁薄膜；
在400°C的溫度下，原子層ALD沉積30nm的三氧化二鋁薄膜，ALD所用的源可以是AlCl3 和H2O;三氧化二鋁薄膜所帶的負電荷是在2 X IO13Cm 2 ；
(f)在三氧化二鋁薄膜的前表面制備氮化硅薄膜；
采用等離子化學(xué)氣相沉積的方法制備77nm厚的氮化硅薄膜；所用的源是=SiH4和N2O ；
(g)制作電池的正極和負極；采用絲網(wǎng)印刷的方法在電池的背面做Ag電極；電極的厚度為Ium ；
(h)退火在190°C的氣氛中退火30分鐘。
權(quán)利要求
1.一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池，其特征在于它包括N型硅襯底(1)、氮化硅薄膜(2)、三氧化二鋁薄膜(3)、本征非晶硅(4)、P型非晶硅(5)、N型重摻雜區(qū)(6)、電池的正極(7)、電池的負極(8)；所述N型硅襯底(1)前表面覆有三氧化二鋁薄膜(3)，三氧化二鋁層薄膜(3)上覆有氮化硅薄膜(2)；所述N型硅襯底(1)的背表面沉積本征非晶硅(4) 和P型非晶硅(5)，本征非晶硅(4)和P型非晶硅(5)上設(shè)有凹槽，凹槽底部為N型重摻雜區(qū)(6)，凹槽內(nèi)設(shè)有電極負極(8) ；P型非晶硅(5)背表面設(shè)有電池的正極(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟如下(a)選擇N型硅襯底，且N型硅襯底的電阻率在0.3 Ω cm到6 Ω cm之間，少子壽命大于300us ；(b)對N型硅襯底表面絨面化并進行化學(xué)清洗；(c)在N型硅襯底的背表面沉積本征非晶硅和P型非晶硅；(d)制備N型重摻雜區(qū)；(e)在N型硅襯底的前表面制備三氧化二鋁薄膜；(f)在三氧化二鋁薄膜的前表面制備氮化硅薄膜；(g)制作電池的正極和負極；(h)退火。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，其特征在于所述步驟(d)制備N型重摻雜區(qū)的方法為(dll)開槽采用激光開槽，或印刷腐蝕漿料開槽；激光開槽的方法為采用355nm的UV激光在N型硅襯底的背表面開槽，去除本征非晶硅和P型非晶硅，開槽的寬度在IOOnm到300nm ；印刷腐蝕漿料開槽的方法為把腐蝕漿料印刷到開槽的位置，去除本征非晶硅和P型非晶硅，開槽的寬度在IOOnm到300nm ；開槽后用純水把漿料洗掉；(dl2)噴磷源；采用噴灑的方式在N型硅襯底表面涂上一層濃度為5%到10%磷酸； (dl3)激光摻雜用355nm的UV激光在開槽處激光摻雜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，其特征在于所述步驟(d)制備N型重摻雜區(qū)的方法為(d21)噴磷源；采用噴灑的方式在N型硅襯底表面涂上一層濃度為5%到10%磷酸； (d22)開槽、激光摻雜采用355nm的UV激光在對本征非晶硅和P型非晶硅開槽的同時摻雜；摻雜的寬度在IOOnm到300nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，其特征在于所述步驟(c)在N型硅襯底的背表面沉積本征非晶硅和P型非晶硅的方法為在180°C 250°C的溫度下生長IOnm 20nm的本征非晶硅，制備非晶硅的氣體是SiH4 和吐，SiH4和H2的比例為1:10 1:1，然后在180°C 250°C的溫度下生長IOnm 25nm 的P型非晶硅，制備P型非晶硅氣體為SiH4、H2和TMB (B (CH3) 3 ;SiH4和H2的比例為 1:10 1:200，SiH4 和 TMB 的比例為 1:1 1:4。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，其特征在于所述步驟(e)在N型硅襯底的前表面制備三氧化二鋁薄膜的方法為在400°C的溫度下，原子層ALD沉積30nm的三氧化二鋁薄膜，ALD所用的源可以是 Al (CH3) 3和H2O,或者03，或者AlCl3 ^PH2O ；三氧化二鋁薄膜所帶的負電荷是在1 X IO12 cm 2 至Ij 3 X 1013cm 2。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，其特征在于所述步驟(f)制備氮化硅薄膜的方法為采用等離子化學(xué)氣相沉積的方法制備73nm到 79nm厚的氮化硅薄膜；所用的源是Si (OC2H5) 4，或者SiH4和N20。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，其特征在于所述步驟(h)退火是指電池在150°C到220°C的氣氛中退火30分鐘到60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型IBC結(jié)構(gòu)N型硅異質(zhì)結(jié)電池，其中N型硅襯底前表面覆有三氧化二鋁薄膜，三氧化二鋁層薄膜上覆有氮化硅薄膜；所述N型硅襯底的背表面沉積本征非晶硅和P型非晶硅，本征非晶硅和P型非晶硅上設(shè)有凹槽，凹槽底部為N型重摻雜區(qū)，凹槽內(nèi)設(shè)有電極負極；P型非晶硅背表面設(shè)有電池的正極。本發(fā)明還公開了上述電池的制備方法。本發(fā)明中利用激光摻雜和PECVD沉積非晶硅，使得整個過程沒有高溫擴散過程，最大限度的保留了硅襯底的少數(shù)載流子壽命，降低了高溫過程對N型硅襯底的損傷；同時IBC結(jié)構(gòu)的電池使得電池片充分利用太陽光譜，最大限度的提高電池的短路電流密度；沒有P型重摻區(qū)，使得太陽電池的穩(wěn)定性提高。
文檔編號H01L31/18GK102201481SQ20111015120
公開日2011年9月28日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者張斌, 李曉強, 沙泉, 邢國強, 陶龍忠, 高艷濤 申請人:合肥海潤光伏科技有限公司