[發明專利]雙面鈍化的晶體硅太陽電池的制備方法

無效

• 申請號: 201010267015.6
• 申請日: 2010-08-31
• 公開（公告）號: CN101937944A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 孟凡英;張松;汪建強;韓濤;程雪梅;司新文;李翔;黃建華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明專利涉及的是一種光伏發電技術領域的制備方法，特別是涉及一種雙面鈍化的晶體硅太陽電池的制備方法。

背景技術

太陽能光伏發電產業發展非常迅速，自2007年以來中國的光伏產量一直占據全球首位，產品類型以晶體硅電池和組件為主，占據近90％的市場份額，薄膜電池占10％左右的市場。雖然中國光伏制造量第一，但光伏產品的光電轉換效率卻處于中等水平，缺乏核心技術。增強光伏產品在全球市場中的核心競爭力，必須研發新技術，提高光伏電池和組件的光電轉換能力，降低制造成本。

目前大面積高效率晶體硅太陽電池主要有美國Sunpower公司的全背面接觸電池，2010年6月報道，經過美國國家可再生能源實驗室(NREL)檢測，其電池轉換效率已到24.2％。日本Sanyo的HIT電池，轉換效率達到23％(100.4cm2，AIST?test，2008)。中國Suntech的Pluto電池，2009年最高轉換效率達到19％以上，技術主要是以澳大利亞新南威爾士大學馬丁格林實驗室的PERL電池結構原型為基礎，進行產業化開發。晶體硅太陽電池的研究開發和發展方向主要集中在以下兩個方向：高效率化和低成本化。尤其是高效率化不僅可以降低成本，也是太陽電池競爭和持續發展的關鍵所在。國外太陽電池公司通過長時間的積累和開發，相繼推出了各具特色的高效率太陽電池，比如，日本三洋(Sanyo)的HIT電池，采用晶體硅和薄膜硅相結合的技術，在低溫工藝下可以實現高轉換效率電池，這種技術目前國際上只有三洋擁有，產業化電池效率高達19-20％；美國SunPower公司通過20年以上的不懈努力，成功推出了獨特的背發射結和點接觸電極的高效太陽電池；日本的三菱電機，京瓷，夏普等也開發了特殊的表面制絨和環繞電極(Wrap-through)結構的高效率太陽電池。在國內無錫尚德開發出Pluto高效率太陽電池結構，其它太陽電池公司也在積極開發新技術來提高電池效率。

目前晶體硅太陽電池產品在光伏市場占絕對優勢，這類產品中50％左右的成本來自于晶體硅片。為降低成本，硅片厚度越來越薄，對于大面積的電池薄硅片，表面復合會非常嚴重，這將導致電池效率損失。可見減少大面積薄硅片的表面復合速率是提高電池效率的重要手段。目前常用的鈍化技術是采用等離子體增強的化學氣相沉積系統制備氮化硅薄膜，或者氧化硅鈍化膜，這些薄膜中富含高密度的正電荷，適合鈍化N型硅片，不適合P型硅片的表面鈍化。本專利涉及的采用熱絲化學氣相沉積方法在低溫條件下制備氫化硅基薄膜對P型硅片具備優異的鈍化性能，同時結合絲網印刷的鋁背場，能夠提升硅薄膜的熱穩定性，阻止燒結過程中氫的大量逸出，從而硅基薄膜可以作為鈍化晶體硅背表面的重要手段，改善電池在長波光的光譜響應，提高電池的光電轉換效率。

發明內容

本發明針對現有技術的不足和缺陷，提供一種雙面鈍化的晶體硅太陽電池的制備方法，本發明結合了晶體硅與氫化硅基薄膜不含大量正電荷的特點，在低溫工藝下可實現P型硅片表面的有效鈍化，降低光生少數載流子在背表面復合的幾率，提高電池的長波光量子效率，為光生載流子的輸運和收集創造條件。此外在N型晶體硅(即經過磷擴散的P型晶硅片)的正面采用等離子體化學氣相沉積(PECVD)系統制備氮化硅薄膜，利用氮化硅的氫鈍化和固定正電荷的場鈍化作用可以改善電池在短波的光譜響應，從而實現晶硅電池的雙面鈍化。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括以下步驟：

①采用堿溶液和酸溶液分別對P型單晶硅和多晶硅片進行表面預清洗和表面織構，使硅片表面清潔，而且在單晶硅表面形成金字塔結構在多晶硅表面形成的腐蝕坑，降低表面光學反射率。

所述的堿溶液和酸溶液，堿溶液為NaOH，KOH；酸溶液為HNO₃，HF，HCl。

所述的所用硅片厚度約200μm，面積125x125mm²準方片，電阻率1Ω·cm。

所述的表面預清洗和表面織構，用1-5％的酸溶液去除硅片表面的SiO₂層，對P型單晶硅片在濃度小于3％的堿溶液在80℃左右制備金字塔形狀絨面，然后采用去離子水超聲清洗，并吹干。

②用三氯氧磷作為擴散源進行擴散形成PN結。

所述的擴散，是指：采用管式擴散爐，以氮氣作為攜源氣體，在制絨后的p型單晶硅片上面擴散磷形成N型發射層，從而形成PN結。

③采用化學濕法去除硅片表面的磷硅玻璃，并采用等離子體將硅片邊緣刻蝕。

所述的化學濕法為采用濃度低于5％的HF溶液。