[發明專利]硅異質結太陽能電池以及制造方法

有效

• 申請號: 201780078069.8
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN110140223B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: P·勞佩;A·因杰尼托;C·巴利夫;G·諾加伊
• 申請（專利權）人: 洛桑聯邦理工學院
• 主分類號: H01L31/0747
• 分類號: H01L31/0747;H01L31/18
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王青芝;黃綸偉

本發明涉及一種異質結太陽能電池以及制造方法，異質結太陽能電池包括第一電極層、具有第二電極層、光吸收硅層和鈍化導電疊層，鈍化導電疊層設置在光吸收硅層與第一電極層和第二電極層中的至少一方之間，鈍化導電疊層包括至少一個摻雜硅基層和電子帶隙大于1.4eV的寬帶隙材料層，在光吸收硅層與摻雜硅基層之間的表面上施敷寬帶隙材料層，以形成耐熱異質結，耐熱異質結被設置成在600℃以上的熱處理之后至少保持鈍化和導電特性，鈍化導電疊層與光吸收硅層之間的界面具有非常陡峭的摻雜分布，光吸收硅層中的摻雜物的強度在離界面小于5nm的距離內衰減至少一個數量級，鈍化導電疊層和熱處理被配置成防止摻雜物從鈍化導電疊層擴散到光吸收硅層。

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域。更具體地，本發明涉及包括異質結硅基光伏器件的光伏太陽能電池，該異質結硅基光伏器件包括根據低成本金屬化制造方法獲得的異質結。

背景技術

當今的太陽能電池生產由兩種主要的硅太陽能電池結構支配。這些是鋁-背面場(Al-BSF)太陽能電池和新興的鈍化發射極背面太陽能電池(PERC)，總共占2016年世界產量的90％以上。如圖1A所示，PERC電池與Al-BSF電池非常相似，但是由于電池背側上(即，距離入射光照射最多的一側最遠的電池一側上)的介電層，所以PERC電池的性能有所改善。介電層鈍化硅片表面并用作內部反射鏡。PERC太陽能電池的制造從經過濕化學紋理和清潔的硼B摻雜晶片(p型)開始，并且通常依賴于至少一個高溫步驟。所述至少一個高溫步驟包括n型前部接觸物(contact)在溫度大約為850℃的POCI₃氣氛中的擴散。與吸雜有關的這一步驟極大地改善了許多硅材料(例如多晶硅硅材料)中的少數電荷載流子的壽命。為避免疑惑，在本文中，在材料是多晶硅硅片、多晶硅片、準單晶硅硅片以及其它類型的硅片的情況下，術語“多晶硅材料”將被理解成是指由一個以上的晶粒所組成的任何材料。在將氮化硅(SiN_x)抗反射涂層施敷(apply)到前部之后，對背側進行清洗，并涂上用于表面鈍化的背介質層(例如，AlOx/SiNx疊層)。在太陽能電池設計和制造領域中確認硅片或至少其表面部分的鈍化，以提高硅片的少數電荷載流子壽命。因為不導電，所以背鈍化層需要被圖案化。在這一步驟之后，分別通過銀漿料和鋁漿料的絲網印刷來實現前部金屬化和后部金屬化。隨后，采用也被稱為“混燃”的第二個高溫步驟。在第二個高溫步驟期間，前部金屬化的玻璃熔體首先燒結穿過SiN_x抗反射涂層以建立前接觸。其次，鈍化物質(例如氫、氘、氚、中性或帶電物中的任何物質)從SiN_x層釋放并部分擴散到硅片中，在硅片中對斷裂的硅鍵和其它缺陷進行鈍化處理，這在多晶晶片的情況下是非常有益的，并且對單晶材料也有好處。燒制步驟需要快速升溫(和冷卻)至峰值溫度，通常在750℃≤T≤850℃停留(dwell)幾秒鐘。這種混燃步驟對于形成接觸物是至關重要的，并且極有助于提高基于工業晶片的c-Si太陽能電池(Al-BSF和PERC)的產量并降低成本，使這種技術成為光伏市場的主流。

然而，PERC太陽能電池的性能本質上受到由背部幾何形狀和直接的金屬-硅接觸處的電荷載流子復合(圖1A中的黑色箭頭)所限定的二維電荷載流子流的限制[Cuevas,A.Physical model of back line-contact front-junction solar cells.164502,(2014),DOI:10.1063/1.4800840]。

實際上，在這種直接的金屬-Si接觸處，表面復合速度極高(10⁵cm/s)，導致少數電荷載流子準費米能級下降，并因此導致高于60mV的電壓損失。為了避免這種電壓損失(以及效率損失)，吸收層(Si晶片)與金屬之間的界面必須被電鈍化(圖1B)。薄的緩沖層通過使金屬接觸物遠離Si晶片來抑制少數電荷載流子的復合。同時，緩沖層具有足夠的導電性，以提取通過頂部的摻雜層選擇性接觸的多數電荷載流子。