一种IBC太阳能电池的制作方法

一种ibc太阳能电池
技术领域
1.本发明涉及光伏技术领域，特别是涉及一种ibc太阳能电池。


背景技术：

2.太阳能发电技术是新能源的一个重要领域，在该领域，提高太阳电池的单位面积输出功率一直是本领域不懈的追求。鉴于太阳能电池的在一定工艺下的转换率是一定的，因此，通过提高太阳光的接收量能够提高单位面积输出功率。为此开发出背接触(ibc)太阳能电池，ibc太阳能电池的正负金属电极都位于背光面，不会对太阳光造成遮挡，从而能够避免光学损失，增大短路电流；且通过将电极在电池背面呈交叉指状的分布，提升了电池填充因子；从而可以进一步提高太阳能电池的转换效率。
3.在电学方面，和常规电池相比，ibc太阳能电池的性能受前表面的影响更大，因为大部分的光生载流子在入射面产生，而这些载流子需要从前表面流动到电池背面直到接触电极，因此，需要更好的表面钝化来减少载流子的复合。现有的ibc电池陷光结构主要采用金字塔状绒面来增强光的吸收，采用sinx的叠层钝化减反膜。目前这种结构因为存在较多光学损失，导致其光学转化率较低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种ibc太阳能电池，以提高对太阳光的光学转化率。
5.为了解决上述问题，本发明公开了一种ibc太阳能电池，包括晶硅衬底，其中：
6.在所述晶硅衬底的正面，由内到外依次制备有磷掺杂层和第一氧化硅层，所述第一氧化硅层通过微纳结构结合原子层沉积工艺制备而成；
7.在所述晶硅衬底的背面，由内到外依次制备有第一硼扩散层和第二氧化硅层；
8.在所述第一硼扩散层的局部制备有第一磷扩散层，所述第一磷扩散层的一侧与所述晶硅衬底接触，在所述第一磷扩散层的另一侧制备有第二磷扩散层，所述第二磷扩散层的掺磷浓度大于所述第一磷扩散层的掺磷浓度，在所述第二磷扩散层上制备有第一金属电极，所述第一金属电极暴露于所述第二氧化硅层的外表面之外；
9.在所述第一硼扩散层的局部制备有第二硼扩散层，所述第二硼扩散层的一侧与所述第一硼扩散层接触，所述第二硼扩散层的硼掺杂浓度大于所述第一硼扩散层的掺硼浓度，所述第二硼扩散层的另一侧制备有第二金属电极，所述第二金属电极暴露于所述第二氧化硅层的外表面之外。
10.可选的，所述第一金属电极为铝电极。
11.可选的，所述第二金属电极为铝电极。
12.还提供了一种制备方法，用于制备如上所述的ibc太阳能电池，所述制备方法包括步骤：
13.对经过清洗的晶硅衬底的表面进行硼掺杂处理，在所述晶硅衬底的正面和背面依次形成硼扩散层和硼硅玻璃层；
14.去除所述晶硅衬底的背面上预备磷掺杂区域上的所述硼硅玻璃层和所述硼扩散层；
15.进行磷掺杂处理，在预备磷掺杂区域上形成所述第一磷扩散层，并在所述晶硅衬底的正面和背面均形成一层磷硅玻璃层；
16.对所述第一磷扩散层进行激光处理，形成所述第二磷扩散层；
17.去除所述晶硅衬底的正面的磷硅玻璃层和硼硅玻璃层；
18.对所述晶硅衬底的正面进行制绒处理；
19.对经过制绒处理的所述晶硅衬底的正面进行磷掺杂处理，得到所述磷掺杂层和磷硅玻璃层；
20.去除所述晶硅衬底上的磷硅玻璃层和硼硅玻璃层；
21.氢气氛围下对所述晶硅衬底进行钝化处理；
22.在所述晶硅衬底的正面和背面制备超薄氧化硅层；
23.在所述晶硅衬底的背面通过热蒸发工艺制备铝层；
24.利用激光对铝层进行扫描，使所述铝层渗透至所述第一磷扩散层和所述第一硼扩散层，并在所述第一硼扩散层的表层形成所述第二硼扩散层，并形成所述第一金属电极和所述第二金属电极；
25.利用激光对所述晶硅衬底的背面进行刻槽处理。
26.可选的，对经过清洗的晶硅衬底的表面进行硼掺杂处理的预沉积温度600～800℃，预沉积时间为10～30min；
27.高温推进温度900～1200℃，高温推进时间为10～30min，高温推进时的氮气流量为300
‑
500ml/min、氧气流量为20
‑
80ml/min。
28.可选的，磷掺杂处理的磷源预沉积温度为600～800℃、时间30～60min、氮气流量为300
‑
500ml/min、氧气流量为20
‑
80ml/min；
29.高温推进温度800～1100℃，高温推进时间5～20min。
30.可选的，所述激光波长为532
‑
800nm、功率密度1
‑
15w/cm2、脉冲间隔7
‑
10ps、扫描速率6
‑
10m/s，形成的第二硼扩散层的深度为20
‑
50纳米。
31.从上述技术方案可以看出，本发明提供了一种ibc太阳能电池，该ibc太阳能电池包括晶硅衬底，在晶硅衬底的正面，由内到外依次制备有磷掺杂层和第一氧化硅层；在晶硅衬底的背面，由内到外依次制备有第一硼扩散层和第二氧化硅层；另外还包括第一磷扩散层、第二磷扩散层和第一金属电极；还包括第一硼扩散层、第二硼扩散层和第二金属电极。由于本技术中的采用第一氧化硅层作为钝化减反层，该第一氧化硅层采用微纳结构结合原子层沉积工艺制备而成，在实现表面钝化的同时，降低了正面的光反射和钝化膜寄生光吸收，从而提高了对太阳光的光学转化率。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
33.图1为本技术实施例的一种ibc太阳能电池的剖面图；
34.图2为本技术实施例的一种ibc太阳能电池的制备方法的流程图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.实施例一
37.图1为本技术实施例的一种ibc太阳能电池的剖面图。
38.参照图1所示，本实施例提供的ibc太阳能电池是以n型晶硅衬底制备而成，其包括用于透过太阳光的正面和与正面相背的背面，这两者实际为相对概念。
39.在该晶硅衬底10的正面从内到外依次制备有磷掺杂层101和第一氧化硅层102。该第一氧化硅层的微观形态为绒面状态，这样可以提高太阳光的吸收率，避免太阳光被反射回空中而导致能量浪费。
40.在晶硅衬底10的背面依次制备有第一硼扩散层201和第二氧化硅层202。且在第一硼扩散层的局部制备有第一磷扩散层203，第一磷扩散层的一侧与晶硅衬底接触，在第一磷扩散层的另一侧制备有第二磷扩散层204，第二磷扩散层的掺磷浓度大于第一磷扩散层的掺磷浓度，在第二磷扩散层上制备有第一金属电极205，第一金属电极暴露于第二氧化硅层的外表面之外；
41.在第一硼扩散层的局部制备有第二硼扩散层206，第二硼扩散层的一侧与第一硼扩散层接触，第二硼扩散层的硼掺杂浓度大于第一硼扩散层的掺硼浓度，第二硼扩散层的另一侧制备有第二金属电极207，第二金属电极暴露于第二氧化硅层的外表面之外。
42.从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种ibc太阳能电池，包括晶硅衬底，在晶硅衬底的正面，由内到外依次制备有磷掺杂层和第一氧化硅层；在晶硅衬底的背面，由内到外依次制备有第一硼扩散层和第二氧化硅层；另外还包括第一磷扩散层、第二磷扩散层和第一金属电极；还包括第一硼扩散层、第二硼扩散层和第二金属电极。由于本技术中的采用第一氧化硅层作为钝化减反层，该第一氧化硅层采用微纳结构结合原子层沉积工艺制备而成，在实现表面钝化的同时，降低了正面的光反射和钝化膜寄生光吸收，从而提高了对太阳光的光学转化率。
43.在本技术的一个具体实施方式中，第一金属电极和第二金属电极均采用铝金属电极。
44.实施例二
45.图2为本技术实施例的一种ibc太阳能电池的制备方法的流程图。
46.参照图2所示，本实施例提供的制备方法用于制备上一实施例所提供的ibc太阳能电池，同样，以n型晶硅衬底为例，该制备方法包括如下步骤：
47.s1、对经过清洗的n型晶硅衬底进行硼掺杂处理。
48.本实施例所选用的n型晶硅衬底为n型单晶硅片，在进行硼掺杂处理之前，采用高浓度(20％)的naoh腐蚀液，90℃温度下处理1min进行抛光，再利用hf和hcl混合液进行2min
清洗，从而得到清洁的n型晶硅衬底。
49.在经过清洗后，将该晶硅衬底进行硼掺杂处理。具体为利用bbr3源进行硼掺杂，预沉积参数：600℃，20min，高温推进参数：1000℃，15min，氮气的流量为350ml/min，氧气的流量为50ml/min，在整个晶硅衬底的表面形成硼扩散层，同时硅片表面形成了一层硼硅玻璃(bsg)层。
50.s2、去除晶硅衬底的背面上的硼硅玻璃层和硼扩散层。
51.利用皮秒激光器将背面需要进行磷掺杂的区域表面上的bsg和p型层去除，用去离子水清洗，去除激光辐照形成的一些浮尘。
52.s3、对晶硅衬底进行磷掺杂处理，形成此意磷扩散层。
53.用pocl3进行磷掺杂，预沉积温度为650℃，时长为40min，氮气流量为300ml/min,氧气流量为75ml/min，推进温度850℃，推进时间10min。形成第一磷扩散层，同时表面生成了一层磷硅玻璃(psg)层。
54.s4、对晶硅衬底的背面进行激光处理。
55.具体为利用皮秒激光(波长532nm,功率密度5w/cm2，脉冲间隔7ps，扫描速率10m/s)在第一磷扩散层所在的区域进行扫描，形成超薄的第二磷扩散层，第二磷扩散层的深度40纳米。
56.s5、去除晶硅衬底的正面的磷硅玻璃层和硼硅玻璃层。
57.将硅片置于湿法单面刻蚀机，利用hf水溶液(体积比hf：h2o＝1:6)去除正面的psg和bsg。
58.s6、对晶硅衬底的正面进行制绒处理。
59.用低浓度(naoh质量分数为1％)naoh乙醇溶液，温度85
±
5℃，时间20min，制备3
‑
6微米尺度的金字塔结构；然后用质量比10％的盐酸水溶液酸洗10min，再利用质量比8％的hf水溶液进行漂洗。随后将表面有金字塔微米结构的硅片放在hf/agno3(hf 5mol l
‑
1,agno3 0.02mol l
‑
1)水溶液中刻蚀10min，制备100
‑
300nm的纳米坑。
60.s7、对晶硅衬底的正面进行磷掺杂处理。
61.正面用pocl3进行磷掺杂，即在正面行程磷掺杂层，即前表面场钝化fsf。此时的预沉积温度为650℃、时间为20min，氮气的流量为300ml/min,氧气的流量75ml/min；推进温度为850℃，推进时间为10min。形成磷掺杂层，同时在其表面生成一层磷硅玻璃(psg)层。
62.s8、去除晶硅衬底上的磷硅玻璃和硼硅玻璃。
63.利用hf水溶液(体积比hf：h2o＝1:6)去除晶硅衬底正面和背面所有的硼硅玻璃和磷硅玻璃。
64.s9、氢气氛围下对晶硅衬底进行钝化处理。
65.在氢气气氛下，采用低温条件下(300℃)，对整个晶硅衬底退火20min；此时，氢原子通过超薄的氧化硅层扩散进去，对晶硅衬底实现钝化。
66.s10、在晶硅衬底的两面制备超薄氧化硅层。
67.利用原子层沉积(ald)方法在正面和背面同时制备超薄氧化硅层，具体为：在沉积室中先通入三甲基硅烷，通入时间10s，再向该室中通入n2气，吹扫时间10s。然向该室中通入臭氧o3，通入时间10s，再向该室中通入氮气，吹扫时间10s，沉积温度为300℃，这是一个循环。重复150次。
68.s11、在晶硅衬底的背面通过热蒸发工艺制备铝层。
69.在整个背面热蒸发金属铝，形成铝层，铝层厚度100nm；既可以保护超薄氧化硅钝化层，又可以对未被晶硅吸收的长波进行反射，进一步提高光的利用率。
70.s12、利用激光对铝层进行扫描。
71.利用皮秒激光在背面第二磷扩散层和第一硼扩散层的区域上方覆盖的超薄氧化硅层上扫描，铝原子在激光作用下扩散，达到第一磷扩散层和第二彭扩散层所在的位置，分别实现第一金属电极和第二金属电极的有效电接触。最后，还是利用激光进行刻槽处理，分割p区和n区，最终形成ibc太阳能电池。
72.另外，在本技术的另一个具体实施方式中，硼掺杂的工艺参数分别为：预沉积温度700℃、时间25min，高温推温度1200℃、时间为10min，氮气流量为300ml/min,氧气流量40ml/min。
73.磷掺杂时的pocl3进行磷掺杂，磷掺杂温度700℃、磷源预沉积15min，氮气流量为400ml/min，氧气流量为80ml/min。800℃高温推进15min。
74.本发明利用微纳结构结合原子层沉积(ald)技术制备超薄氧化硅钝化膜，来降低前表面的光反射和钝化膜寄生光吸收，同时保证前表面的钝化。针对背面金属区域复合大的问题，采用选择性掺杂，即在磷掺杂层上利用皮秒激光脉冲时间短的特点，保证在n 层表层进行重掺杂，也就是严格控制重掺杂层的深度，这样既保证了磷掺杂层与金属接触区形成良好的欧姆接触，又不会由于重掺杂带来的严重的载流子复合。后续的氢气气氛下的低温退火，对晶硅进行体钝化。
75.本发明利用氧化硅和硅优异的匹配，原子层沉积技术独特的沉积原理(原子吸附，致密，保形)，在微纳陷光结构上沉积致密超薄氧化硅钝化膜，保证微纳结构的优异陷光结构的同时，也保证了微纳结构的表面钝化，降低了钝化层的寄生吸光。在n区掺杂层上利用皮秒激光，形成了超薄n 。
76.氢气气氛下的低温退火处理，氢原子扩散进体内进行体钝化。在背面超薄氧化硅上沉积铝层，在皮秒激光扫描下，铝层透过超薄氧化硅层，扩散到达n 和p ，实现电接触。这样背面致密超薄的氧化硅很好地钝化了背表面。ald方法制备的氧化硅薄膜致密，厚度很小的情况下，即可实现很好的表面钝化效果。厚度越小，所需的成本越低。同时ald工艺温度低，硅体内的氢原子不会在后续低温退火下从体内溢出，造成体内钝化失效。
77.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
78.尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
79.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要
素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
80.以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。