一种异质结电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及异质结电池领域，具体而言，涉及一种异质结电池及其制备方法。

背景技术

单晶硅异质结太阳电池转换效率高，被光伏行业公认为下一代大规模产业化关键技术之一。

硅基异质结太阳能电池一般采用双面金字塔绒面结构的N型单晶硅片制作形成，在硅片正面沉积本征非晶硅层和n型掺杂非晶硅层，在硅片背面沉积本征非晶硅层与p型掺杂非晶硅层，之后在硅片两面分别形成透明导电膜及金属电极。

在现有技术中，沉积正面和背面非晶硅层过程中，硅片需要借助自动化设备翻片，容易导致晶体硅层未镀膜面暴露大气或接触自动化传送部件，进而导致表面氧化或污染；其次，受硅片质量影响，异质结电池容易出现效率波动。

发明内容

为克服现有技术沉积正面或背面晶体硅层过程中，硅片未镀膜面暴露大气或接触自动化传送部件，进而导致表面氧化或污染的问题，本发明提供了一种异质结电池，包括晶体硅层，所述晶体硅层正面从内向外依次设置本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层、第一透明导电层、第一金属电极；所述晶体硅层背面从内向外依次设置第二掺杂非晶硅层、第二透明导电层、第二金属电极，所述晶体硅层背面与所述第二掺杂非晶硅层之间设置有超薄介质膜层和掺杂多晶硅层。

优选地，所述超薄介质膜层为氧化硅、氮化硅、碳化硅介质膜中的一种。

优选地，所述超薄介质膜层厚度范围为1-3nm。

优选地，所述掺杂多晶硅层为N型掺杂或P型掺杂的微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层。

优选地，所述掺杂多晶硅层厚度范围为30-300nm。

优选地，所述掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度范围为5x10

优选地，所述第二掺杂非晶硅层为N型掺杂或P型掺杂非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅、微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层；

和/或所述第一掺杂非晶硅层为N型掺杂或P型掺杂非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅、微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层。

优选地，所述掺杂多晶硅层、所述第二掺杂非晶硅层的掺杂类型与所述第一掺杂非晶硅层相反。

优选地，所述第二掺杂非晶硅层的厚度范围为1-3nm，所述第一掺杂非晶硅层的厚度范围为4-30nm。

优选地，所述晶体硅层为N型掺杂单晶硅片、N型掺杂类单晶硅片、P型掺杂单晶硅片或P型掺杂类单晶硅片，其厚度范围为50-250um。

优选地，所述本征非晶硅层为未掺杂的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度范围为2-8nm。

优选地，所述第一透明导电层为掺杂的氧化铟、氧化锌或氧化锡中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度范围为65-85nm；所述第二透明导电层为掺杂的氧化铟、氧化锌或氧化锡中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度范围为60-90nm。

优选地，所述第一金属电极为Ag、Cu、Al、Ni中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度范围为10-50um，宽度范围为5-50um；所述第二金属电极为Ag、Cu、Al、Ni中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度范围为10-50um，宽度范围为5-50um。

本发明还提供了一种异质结电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，提供晶体硅层；

步骤二，腐蚀去损伤层；

步骤三，背面沉积超薄介质膜层；

步骤四，在超薄介质膜层上设置掺杂多晶硅层；

步骤五，对晶体硅层正面进行制绒，形成金字塔绒面；

步骤六，在晶体硅层正面沉积本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层，在晶体硅层背面沉积第二掺杂非晶硅层；

步骤七，在晶体硅层正面沉积第一透明导电层，在晶体硅层背面沉积第二透明导电层；

步骤八，在晶体硅层正面设置第一金属电极，在晶体硅层背面设置第二金属电极。

优选地，步骤三中采用化学气相沉积或物理气相沉积方式，在晶体硅层背面生长一层超薄介质膜层。

优选地，步骤四中，所述掺杂多晶硅层采用先沉积原位掺杂非晶硅层，再高温退火形成；或采用先沉积本征非晶硅层，再高温扩散形成。

优选地，所述原位掺杂非晶硅层和所述本征非晶硅层采用PECVD、LPCVD、APCVD或CatCVD磁控溅射方式沉积。

优选地，步骤五中，采用氢氟酸溶液对晶体硅层正面进行刻蚀，去除高温退火或高温扩散过程中形成的正面氧化层；

采用含氢氧化钠、氢氧化钾的碱性溶液或含氢氟酸、硝酸的酸性溶液对晶体硅层正面进行腐蚀；

并采用氢氧化钠、氢氧化钾与制绒添加剂的混合溶液对晶体硅层正面进行单面制绒；

接着采用氢氟酸溶液去除晶体硅层背面掺杂多晶硅层表面的磷硅玻璃层。

有益效果：

采用本发明技术方案产生的有益效果如下：

首先，沉积非晶硅层之前，在晶体硅层背面先设置超薄介质膜层与掺杂多晶硅层，非晶硅层沉积过程中，能避免翻片导致晶体硅层未镀膜面暴露大气或接触自动化传送部件，降低表面氧化或污染的影响；

其次，掺杂多晶硅层制备过程涉及高温扩散掺杂过程，能通过吸杂效应降低硅片中的金属杂质含量，改善晶体硅层的质量，避免因片源质量变化导致的效率波动；

再次，掺杂多晶硅层还可以提供良好的横向导电能力，降低异质结电池背面第二透明导电层和第二金属电极的导电能力要求，使得背面可以采用廉价的透明导电层和金属电极材料作为替代材料，降低电池材料成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式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发明的某些实施例，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是本发明较佳之电池层结构图；

图2是本发明较佳之异质结电池制备工艺流程图。

图中，1、晶体硅层；2、本征非晶硅层；3、第一掺杂非晶硅层；4、第一透明导电层；5、第一金属电极；6、第二掺杂非晶硅层；7、第二透明导电层；8、第二金属电极；9、超薄介质膜层；10、掺杂多晶硅层。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本实施方式在晶体硅层背面与第二掺杂非晶硅层之间设置超薄介质膜层和掺杂多晶硅层，对晶体硅层背面形成良好的化学钝化与场钝化，避免了非晶硅层沉积过程中翻片导致的污染。具体实施方式如下：

如图1所示，异质结电池包括晶体硅层1，所述晶体硅层1正面从内向外依次设置本征非晶硅层2、第一掺杂非晶硅层3、第一透明导电层4、第一金属电极5；所述晶体硅层1背面从内向外依次设置第二掺杂非晶硅层6、第二透明导电层7、第二金属电极8，所述晶体硅层1背面与所述第二掺杂非晶硅层6之间设置有超薄介质膜层9和掺杂多晶硅层10。

作为一种优选的实施方式，所述超薄介质膜层为氧化硅、氮化硅、碳化硅介质膜中的一种，超薄介质膜层厚度范围为1-3nm。

作为一种优选的实施方式，所述掺杂多晶硅层为N型掺杂或P型掺杂的微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层，掺杂多晶硅层厚度范围为30-300nm，有效掺杂浓度范围为5x10

作为一种优选的实施方式，所述第二掺杂非晶硅层为N型掺杂或P型掺杂非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅、微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层；所述第二掺杂非晶硅层的厚度范围为1-3nm；

和/或所述第一掺杂非晶硅层为N型掺杂或P型掺杂非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅、微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层；所述第一掺杂非晶硅层的厚度范围为4-30nm。

其中，所述掺杂多晶硅层、所述第二掺杂非晶硅层的掺杂类型与所述第一掺杂非晶硅层相反。如第一掺杂非晶硅层类型为p型，则第二掺杂非晶硅层和掺杂多晶硅层类型为n型；反之，如第一掺杂掺杂多晶硅层类型为n型，则第二掺杂掺杂多晶硅层和掺杂多晶硅层类型为p型。

作为一种优选的实施方式，所述晶体硅层为N型掺杂单晶硅片、N型掺杂类单晶硅片、P型掺杂单晶硅片或P型掺杂类单晶硅片，其厚度范围为50-250um。

作为一种优选的实施方式，所述本征非晶硅层为未掺杂的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度范围为2-8nm。

作为一种优选的实施方式，所述第一透明导电层为掺杂的氧化铟、氧化锌或氧化锡中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度范围为65-85nm；所述第二透明导电层为掺杂的氧化铟、氧化锌或氧化锡中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度范围为60-90nm。

作为一种优选的实施方式，所述第一金属电极为Ag、Cu、Al、Ni中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度范围为10-50um，宽度范围为5-50um；所述第二金属电极为Ag、Cu、Al、Ni中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度范围为10-50um，宽度范围为5-50um。

如图2所示，本实施方式还提供了一种异质结电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤S101，提供晶体硅层；

步骤S102，腐蚀去损伤层；采用含氢氧化钠、氢氧化钾等的碱性溶液或含氢氟酸、硝酸的酸性溶液对硅片进行腐蚀抛光，腐蚀去损伤层，并对晶体硅层表面作必要的清洗与烘干；

步骤S103，背面沉积超薄介质膜层；采用化学气相沉积或物理气相沉积方式，在去损伤层后的晶体硅层背面生长一层超薄介质膜层；

步骤S104，在超薄介质膜层上设置掺杂多晶硅层；

步骤S105，对晶体硅层正面进行制绒，形成金字塔绒面；

步骤S106，在晶体硅层正面沉积本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层，在晶体硅层背面沉积第二掺杂非晶硅层；

步骤S107，在晶体硅层正面采用磁控溅射、LPCVD或RPD方式沉积第一透明导电层，其方阻控制在20-200Ω，在晶体硅层背面采用磁控溅射、LPCVD或RPD方式沉积第二透明导电层，其方阻控制在20-200Ω；

步骤S108，在晶体硅层正面设置第一金属电极，在晶体硅层背面设置第二金属电极。其中，第一金属电极和第二金属电极为金属栅线电极，采用丝网印刷、喷墨印刷、激光转印或电镀方式制备。

这里，超薄介质膜层可以是氧化硅介质膜、氮化硅介质膜或碳化硅介质膜。

其中的掺杂多晶硅层可采用两种方式得到，一种是先沉积原位掺杂非晶硅层，再高温退火形成；另一种是采用先沉积本征非晶硅层，再高温扩散形成。

这里掺杂多晶硅层的两种形成方式中，所述原位掺杂非晶硅层和所述本征非晶硅层采用PECVD、LPCVD、APCVD或CatCVD磁控溅射方式沉积。

掺杂多晶硅层形成过程中，在高温退火或高温扩散时，会在掺杂多晶硅层表面会形成一层磷硅玻璃层。该磷硅玻璃层需要在沉积第二掺杂非晶硅层时去除，在正面制绒清洗过程中可以起到保护掺杂多晶硅层，防止腐蚀与制绒的作用。

作为一种优选的实施方式，步骤五中，采用氢氟酸溶液对晶体硅层正面进行刻蚀，去除高温退火或高温扩散过程中形成的正面氧化层；同时保留背面磷硅玻璃层作为腐蚀与制绒的阻挡层，保护背面掺杂多晶硅层；

采用含氢氧化钠、氢氧化钾的碱性溶液或含氢氟酸、硝酸的酸性溶液对晶体硅层正面进行腐蚀；

并采用氢氧化钠、氢氧化钾与制绒添加剂的混合溶液对晶体硅层正面进行单面制绒；

接着采用氢氟酸溶液去除晶体硅层背面掺杂多晶硅层表面的磷硅玻璃层，并对晶体硅层表面进行必要的清洗与烘干。

下面通过两组实施例和一组对比例对本实施方式中电池硅片的结构及其制备方法的有益效果进行进一步的评述。

实施例一：

一种异质结电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：提供晶体硅层：N型掺杂直拉单晶硅片；电阻率1-3Ωcm，厚度在140um；

步骤S2：正、背面腐蚀抛光：采用8-12％的KOH溶液，在80-90℃对N型硅片进行腐蚀抛光，并对硅片表面作必要的清洗与烘干；

步骤S3：背面沉积超薄氧化硅层和本征多晶硅层：采用LPCVD方式原位生长超薄介质膜层和沉积本征多晶硅层；超薄介质膜层厚度控制在1.5-2nm；本征多晶硅层厚度控制在100-150nm；

步骤S4：对本征多晶硅层进行扩散掺杂：采用管式扩散，以POCl

步骤S5：正面形成金字塔绒面：采用HF溶液对硅片正面进行刻蚀，去除扩散过程中形成的正面氧化层，同时保留背面磷硅玻璃氧化层作为抛光与制绒的阻挡层；然后，采用8-12％的KOH溶液，在80-90℃对N型硅片正面进行单面抛光；之后，采用1.5-2％KOH与制绒添加剂的混合溶液对N型硅片正面进行单面制绒；最后采用HF溶液去除背面磷硅玻璃氧化层，并对硅片表面作必要的清洗与烘干；

步骤S6：正面沉积非晶硅层和第一掺杂非晶硅层，背面沉积第二掺杂多晶硅层：采用PECVD沉积本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；本征非晶硅层以SiH

步骤S7：正面沉积第一透明导电层，背面沉积第二透明导电层：采用磁控溅射方式沉积第一透明导电层和第二透明导电层；第一透明导电层为ITO，以3％氧化锡掺杂的氧化铟，以Ar+O

步骤S8：正面设置第一金属电极，背面设置第二金属电极电极：采用丝网印刷低温银浆料，在正面分别形成第一金属电极，厚度在10-30um，宽度在20-40um；采用丝网印刷低温银包铜浆料，在背面形成第二金属电极，厚度在10-30um，宽度在30-50um。

实施例二：

一种异质结电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：提供晶体硅层：N型掺杂直拉单晶硅片；电阻率1-3Ωcm，厚度在140um；

步骤S2：正、背面腐蚀抛光：采用8-12％的KOH溶液，在80-90℃对N型硅片进行腐蚀抛光，并对硅片表面作必要的清洗与烘干；

步骤S3：背面沉积超薄氧化硅层，采用LPCVD方式沉积原位生长超薄介质膜层，超薄介质膜层厚度控制在1.5-2nm；

步骤S4：采用LPCVD方式沉积原位掺杂非晶硅层，再通过高温退火形成掺杂多晶硅层，形成N型掺杂多晶硅层，掺杂浓度在5x10

步骤S5：正面形成金字塔绒面：采用HF溶液对硅片正面进行刻蚀，去除扩散过程中形成的正面氧化层，同时保留背面磷硅玻璃氧化层作为抛光与制绒的阻挡层；然后，采用8-12％的KOH溶液，在80-90℃对N型硅片正面进行单面抛光；之后，采用1.5-2％KOH与制绒添加剂的混合溶液对N型硅片正面进行单面制绒；最后采用HF溶液去除背面磷硅玻璃氧化层，并对硅片表面作必要的清洗与烘干；

步骤S6：正面沉积非晶硅层和第一掺杂非晶硅层，背面沉积第二掺杂多晶硅层：采用PECVD沉积本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；本征非晶硅层以SiH

步骤S7：正面沉积第一透明导电层，背面沉积第二透明导电层：采用磁控溅射方式沉积第一透明导电层和第二透明导电层；第一透明导电层为ITO，以3％氧化锡掺杂的氧化铟，以Ar+O

步骤S8：正面设置第一金属电极，背面设置第二金属电极电极：采用丝网印刷低温银浆料，在正面分别形成第一金属电极，厚度在10-30um，宽度在20-40um；采用丝网印刷低温银包铜浆料，在背面形成第二金属电极，厚度在10-30um，宽度在30-50um。

对比例一：

一种异质结电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，提供晶体硅层，为N型掺杂单晶硅，厚度范围为150um；

步骤S2，对晶体硅层正面和背面进行腐蚀抛光；

步骤S3，使用NaOH和制绒添加剂混合溶液对晶体硅层正面和背面进行制绒，形成金字塔绒面；金字塔尺寸在1-10um；

步骤S4，采用PECVD方法，在晶体硅层正面沉积厚度范围为4nm的本征非晶硅层和厚度范围为10nm的n型掺杂非晶硅层，在晶体硅层背面沉积厚度范围为4nm的本征非晶硅层和厚度范围为3nm的p型掺杂非晶硅层；

步骤S5，采用RPD方式，在晶体硅层正面沉积厚度范围为100nm的透明导电层，在晶体硅层背面沉积厚度范围为100nm的透明导电层；

步骤S6，采用丝网印刷方式，在晶体硅层正面设置厚度范围为30um的金属电极，在晶体硅层背面设置厚度范围为30um的金属电极。

分别对两组实施例和一组对比例中的电池在相同条件下进行测试，测试结果如表1。

表1实施例和对比例电池测试结果

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。