CN210956692U

CN210956692U - Perc电池

Info

Publication number: CN210956692U
Application number: CN201922182625.5U
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 张忠文; 王永谦; 尹丙伟; 王岚; 王璞; 丁蕾; 眭山
Original assignee: Tongwei Solar Meishan Co Ltd
Current assignee: Tongwei Solar Meishan Co Ltd
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2029-12-09

Abstract

本申请提供一种PERC电池，属于光伏电池技术领域。单面PERC电池和双面PERC电池中，P型硅基体的正面依次设置有磷掺杂的N+发射结层、正面二氧化硅层、正面减反射层和正面电极，磷掺杂N+发射结层与P型硅基体之间设置有磷掺杂的N++硅层，正面电极与磷掺杂的N++硅层欧姆接触。硅基体的背面依次设置有背面二氧化硅层、背面氧化铝层、背面氮化硅层。此PERC电池的磷掺杂N+发射结层与P型硅基体之间设置有磷掺杂的N++硅层，正面电极与磷掺杂的N++硅层欧姆接触，既降低了硅片和电极之间的接触电阻，又降低了表面的复合，提高了少子寿命。

Description

PERC电池

技术领域

本申请涉及光伏电池技术领域，具体而言，涉及一种PERC电池。

背景技术

PERC电池(Passivated Emitterand Rear Cell)由于转化效率较高，得到了业界的广泛关注。该技术的核心是在硅片的背面用氧化铝或者氧化硅薄膜覆盖，以起到钝化背表面、提高长波响应的作用，从而提升电池的转换效率。

硅片的背面镀一层氧化铝薄膜覆盖，以对硅进行钝化。但背面氧化铝薄膜和硅的匹配性不好，通过氧化铝薄膜钝化以后，背面依然会有较大的缺陷，钝化效果一般。

硅片的正面依次设置有磷掺杂的N+发射结层、正面二氧化硅层、正面减反射层和正面电极，硅片与正面电极的接触电阻大。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种PERC电池，既提高了硅片的钝化效果，又降低了硅片与正面电极的接触电阻。

本申请实施例提供一种单面PERC电池，包括P型硅基体。P型硅基体的正面依次设置有磷掺杂的N+发射结层、正面二氧化硅层、正面减反射层和正面电极，磷掺杂N+发射结层与P型硅基体之间设置有磷掺杂的N++硅层，正面电极与磷掺杂的N++硅层欧姆接触。硅基体的背面依次设置有背面二氧化硅层、背面氧化铝层、背面氮化硅层和铝背场，铝背场与P型硅基体欧姆接触。

本申请实施例提供一种双面PERC电池，包括P型硅基体。P型硅基体的正面依次设置有磷掺杂的N+发射结层、正面二氧化硅层、正面减反射层和正面电极，磷掺杂N+发射结层与P型硅基体之间设置有磷掺杂的N++硅层，正面电极与磷掺杂的N++硅层欧姆接触。硅基体的背面依次设置有背面二氧化硅层、背面氧化铝层、背面氮化硅层和铝栅线，铝栅线与P型硅基体欧姆接触。

本申请实施例提供的PERC电池的有益效果包括：在正面电极与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂(磷掺杂的N++硅层)，在正面电极以外的区域进行低浓度掺杂(磷掺杂的N+发射结层)，既降低了硅片和电极之间的接触电阻，又降低了表面的复合，提高了少子寿命。在背面氧化铝层和硅片之间沉积背面二氧化硅层，可以有效地增强钝化和入射光综合利用率，减少因表面缺陷引起的非平衡载流子的损失。提高电池的短路电流和开路电压，同时提高该结构电池的抗光衰、抗PID性能以及可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的某些实施例，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也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例提供的单面PERC电池的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的双面PERC电池的结构示意图；

图标：10-P型硅基体；20-N+发射结层；30-N++硅层；40-正面二氧化硅层；50-背面二氧化硅层；60-背面氧化铝层；70-背面氮化硅层；80-正面减反射层；90-正面电极；91-铝背场；92-铝栅线。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

图1为本申请实施例提供的单面PERC电池的结构示意图；图2为本申请实施例提供的双面PERC电池的结构示意图。请参阅图1和图2，本申请实施例中，PERC电池的制备方法，包括如下步骤：

S10，制绒：对硅片进行清洗和制绒，去除硅片表面的损伤层，同时在硅片的正面进行制绒，形成0.5-5μm高的金字塔绒面。可选地，绒面的高度为0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm或5μm。可选地，本申请实施例提供硅片为单晶硅片，使用碱液(例如：强碱，NaOH或KOH)进行制绒。在其他实施例中，硅片为多晶硅片，使用酸液(例如：强酸，硝酸或/和氢氟酸)进行制绒。

S20，扩散：在制绒后的硅片上掺杂磷形成磷掺杂的N+发射结层20。可选地，将硅片置于扩散炉中，在扩散温度为750-850℃的条件下扩散30-60min，使硅片的正面沉积掺杂源并进行热扩散以制备磷掺杂的N+发射结20，从而形成PN结。其中，掺杂源为三氯氧磷(POCl₃)溶液，扩散温度可以为750℃、780℃、800℃、820℃或850℃；扩散时间可以为30min、40min、50min或60min。形成的磷掺杂的N+发射结层20的厚度为0.2-0.4μm。例如：磷掺杂的N+发射结层20的厚度可以为0.2μm、0.3μm或0.4μm。

S30，重掺杂：在磷掺杂的N+发射结层20上进行局部区域的掺杂扩散，使N+发射结层20与硅片(也就是P型硅基体10)之间形成磷掺杂的N++硅层30。在金属栅线与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂(磷掺杂的N++硅层30)，在正面电极90以外的区域进行低浓度掺杂(磷掺杂的N+发射结层20)，既降低了硅片和电极之间的接触电阻，又降低了表面的复合，提高了少子寿命。从而可以降低串联电阻，提高填充因子；减少载流子复合，提高表面钝化效果；增强电池短波光谱响应，提高短路电流和开路电压。

可选地，采用激光掺杂形成磷掺杂的N++硅层30(重掺杂硅层)。在激光掺杂工艺中，利用激光的热效应，熔融硅片表面，覆盖在发射极顶部的磷硅玻璃中的磷原子进入硅片表层，进行局部区域的掺杂扩散，磷原子在液态硅中的扩散系数要比在固态硅中高，固化后掺杂磷原子取代硅原子的位置，形成重掺杂硅层。其中，激光功率为20-40W。例如：激光功率可以为20W、25W、30W、35W或40W。

S40，刻蚀和背面抛光：对激光掺杂后的硅片进行清洗和背面抛光。由于扩散工艺以后，硅片的正面、背面以及边缘均形成有N型层，且表面具有磷硅玻璃，所以，通过湿法刻蚀的工艺去除硅片的边缘和背面的N型层腐蚀去除，并将正面的磷硅玻璃去除，并对硅片的背面进行抛光处理。其中，湿法刻蚀时所使用的蚀刻液为HNO₃和HF的混合溶液。

S50，退火：将硅片放入退火炉中，退火时通入一定量的氧气，可以在磷掺杂的N+发射结层上生长正面二氧化硅层40(SiO₂)。其中，退火的温度为750-850℃。例如：退火的温度为750℃、770℃、790℃、810℃、830℃或850℃。形成的正面二氧化硅层40的厚度为2-5nm。例如：正面二氧化硅层40的厚度为2nm、3nm、4nm或5nm。

S60，背面镀膜：在硅片的背面依次沉积背面二氧化硅层50(SiO₂)、背面氧化铝层60(AlOx)和背面氮化硅层70(SiNx)。可选地，背面二氧化硅层50和背面氧化铝层60在同一设备的腔室中进行，例如：均在ALD设备的腔室中进行的。将退火后的硅片置于ALD设备的腔室中，向ALD设备的腔室中通入臭氧气体进行氧化处理，使抛光后的硅片的背面形成背面二氧化硅层50。然后继续在ALD设备中进行钝化工艺，继续向ALD设备中通入臭氧作为氧源，并加入铝源，在背面二氧化硅层50的远离硅片的表面沉积背面氧化铝层60。在背面氧化铝层60和硅片之间沉积背面二氧化硅层50，可以有效地增强钝化和入射光综合利用率，减少因表面缺陷引起的非平衡载流子的损失。提高电池的短路电流和开路电压，同时提高该结构电池的抗光衰、抗PID性能以及可靠性。

沉积背面二氧化硅层50和沉积背面氧化铝层60的两个工艺在同一设备中进行，可以使工艺的兼容性更好，不需要另外增加臭氧氧化设备进行背面二氧化硅层50的形成，能够保持背面二氧化硅层50与背面氧化铝层60的接触界面洁净度，从而提高电池的转化效率。通过向ALD设备的腔室中通入臭氧气体，使臭氧气体与硅进行氧化反应，得到的背面二氧化硅层50的致密性更佳，能够进一步改善电池的背面缺陷，提高电池的抗PID性能。

其中，背面二氧化硅层50的厚度为2-5nm。背面氧化铝层60的厚度为2-6nm。可选地，背面二氧化硅层50的厚度可以为2nm、3nm、4nm或5nm；背面氧化铝层60的厚度可以为2nm、3nm、4nm、5nm或6nm。

为了在硅片的背面沉积背面二氧化硅层50，则向ALD设备的腔室中通入臭氧气体进行氧化处理的条件包括：臭氧流量为5-150sccm，氧化时间为1-10min，氧化温度为150-300℃。例如：通入臭氧气体的流量可以为5sccm、10sccm、20sccm、40sccm、80sccm、120sccm或150sccm；氧化时间可以为1min、3min、5min、7min、9min或10min；氧化温度可以为150℃、200℃、250℃或300℃。

进一步地，可以继续在ALD设备的腔室中进行背面氧化铝层60的沉积。其中，在沉积背面氧化铝层60的过程中，直接使用通入的臭氧气体作为氧源，在温度为150-300℃的条件下进行沉积。

其中，沉积背面氧化铝层60的铝源为含铝的前驱体，可以是三氯化铝、三甲基铝、三乙基铝、氯化二甲基铝、乙醇铝和异丙醇铝中的一种或多种，采用原子层沉积(ALD)法形成。原子层沉积(ALD)法在ALD设备的腔室中进行，臭氧气体也是通入ALD设备的腔室中，可以在同一设备中兼容两个工艺，降低生产成本。

进一步地，在背面氧化铝层60上沉积背面氮化硅层70。可选地，背面氮化硅层70的沉积方法可以是原子层沉积法或等离子增强化学气相沉积(PECVD)法。

请继续参阅图1和图2，如果制备的PERC电池为单面电池，则背面氮化硅层70的厚度为110-180nm。例如：背面氮化硅层70的厚度可以为110nm、130nm、150nm、170nm或180nm。如果制备的PERC电池为双面电池，则背面氮化硅层70的厚度为85-105nm。例如：背面氮化硅层70的厚度可以为85nm、90nm、95nm、100nm或105nm。

S70，正面镀膜：在硅片的正面形成正面氮化硅层。采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法，在硅片的正面二氧化硅层上形成正面氮化硅(SiNx)层(正面减反射层80)，在降低光的反射率的同时也起到了一定的钝化作用。可选地，正面氮化硅层的厚度为73-83nm。例如：正面氮化硅层的厚度可以为73nm、75nm、77nm、79nm、81nm或83nm。

S80，激光开槽：采用激光刻蚀，在硅片背面选择性刻蚀掉部分钝化层(背面二氧化硅层+背面氧化铝层+背面氮化硅层)，从而对硅片的背面进行开槽或开口，让P型硅基体层结构裸露出来。

S90，丝网印刷和烧结：采用丝网印刷法，依照网版图形设计，在硅片正面印刷银浆，背面印刷铝浆，经过高温烧结后，形成欧姆接触，制作得到PERC电池电池。

可选地，正面印刷的银浆经过烧结以后形成正面电极90，正面电极90与磷掺杂的N++硅层30欧姆接触。其中，正面电极90为正面栅线，正面栅线的高度为18-25μm，宽度为35-45μm。例如：正面栅线的高度可以为18μm、20μm、22μm、24μm或25μm，正面栅线的宽度可以为35μm、37μm、39μm、41μm、43μm或45μm。

请继续参阅图1，如果制备的PERC电池为单面电池，则电池的背面为铝背场91，铝背场91与P型硅基体欧姆接触。可选地，单面电池形成铝背场91时铝浆的消耗量为0.8-0.9g之间。例如：铝浆的消耗量可以为0.8g、0.82g、0.84g、0.86g、0.88g或0.9g。印刷铝浆的时候，铝浆进入S80中的槽结构中，使烧结后的铝背场91与P型硅基体10欧姆接触。

请继续参阅图2，如果制备的PERC电池为双面电池，则电池的背面为铝栅线92，铝栅线92与P型硅基体欧姆接触。可选地，双面电池形成铝栅线92时铝浆的消耗量为0.2-0.4g之间。例如：铝浆的消耗量可以为0.2g、0.25g、0.3g、0.35g或0.4g。印刷铝浆的时候，铝浆进入S80中的槽结构中，使烧结后的铝栅线92与P型硅基体10欧姆接触。

通过上述制备方法制备得到的单面PERC电池(如图1所示)或双面PERC电池(如图2所示)的有益效果包括：

(1)、沉积背面二氧化硅层50和沉积背面氧化铝层60这两个工艺均在同一ALD设备的腔室中进行，使可以使工艺的兼容性更好，不需要另外增加臭氧氧化设备进行背面二氧化硅的形成，能够保持背面二氧化硅层50与背面氧化铝层60的接触界面洁净度，提高电池的抗PID性能和转化效率，提升电池的可靠性。

(2)、N+发射结层20与P型硅基体10之间形成磷掺杂的N++硅层30，既降低了硅片和电极之间的接触电阻，又降低了表面的复合，提高了少子寿命。

(3)、该工艺的兼容性强，既可以满足单面PERC电池的制备，又可以满足双面PERC电池的制备。

实施例1

单面PERC电池的制备方法，包括如下步骤：

(1)、制绒：对硅片进行清洗和制绒，去除硅片表面的损伤层，同时在硅片的正面进行制绒，形成3μm高的金字塔绒面。

(2)、扩散：将硅片置于扩散炉中，在扩散温度为800℃的条件下扩散40min，使硅片的正面沉积三氯氧磷并进行热扩散以制备厚度为0.3μm的磷掺杂的N+发射结。

(3)、重掺杂：采用激光掺杂的方式在磷掺杂的N+发射结层上进行局部区域的掺杂扩散，使N+发射结层与P型硅基体之间形成磷掺杂的N++硅层。

(4)、刻蚀和背面抛光：通过湿法刻蚀的工艺去除硅片的边缘和背面的N型层腐蚀去除，并将正面的磷硅玻璃去除，并对硅片的背面进行抛光处理。

(5)、退火：将硅片放入退火炉中，通入一定量的氧气，在温度为800℃的条件下生长厚度为4nm的正面二氧化硅层。

(6)、背面镀膜：将退火后的硅片置于ALD设备的腔室中，向ALD设备的腔室中通入流量为40sccm的臭氧气体，在温度为200℃的条件下氧化5min，形成厚度为3nm的背面二氧化硅层。然后在温度为250℃的条件下，以臭氧气体作为氧源，继续沉积厚度为4nm的背面氧化铝层。然后沉积使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法沉积厚度为150nm的背面氮化硅层。

(7)、正面镀膜：采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法在硅片的正面形成厚度为80nm的正面氮化硅层。

(8)、激光开槽：采用激光刻蚀，在硅片背面选择性刻蚀掉部分钝化层(背面二氧化硅层+背面氧化铝层+背面氮化硅层)，从而对硅片的背面进行开槽或开口，让P型硅基体层结构裸露出来。

(9)、丝网印刷和烧结：采用丝网印刷法，依照网版图形设计，在硅片正面印刷银浆，背面印刷0.85g铝浆，经过高温烧结后形成正面电极和铝背场，正面电极与磷掺杂的N++硅层欧姆接触，铝背场与P型硅基体欧姆接触。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，实施例2未进行实施例1中的步骤(3)重掺杂步骤。其他步骤方法与实施例的步骤方法一致。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，实施例3进行双面PERC电池的制备。其不同在于：

(6)、背面镀膜：将退火后的硅片置于ALD设备的腔室中，向ALD设备的腔室中通入流量为40sccm的臭氧气体，在温度为200℃的条件下氧化5min，形成厚度为3nm的背面二氧化硅层。然后在温度为250℃的条件下，以臭氧气体作为氧源，继续沉积厚度为4nm的背面氧化铝层。然后沉积使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法沉积厚度为95nm的背面氮化硅层。

(9)、丝网印刷和烧结：采用丝网印刷法，依照网版图形设计，在硅片正面印刷银浆，背面印刷0.32g铝浆，经过高温烧结后形成正面电极和铝栅线，正面电极与磷掺杂的N++硅层欧姆接触，铝栅线与P型硅基体欧姆接触。

其他步骤方法与实施例的步骤方法一致。

对比例1

对比例1制备的是单面PERC电池，对比例1与实施例1的区别在于：

(6)、背面镀膜：将退火后的硅片置于臭氧机中进行氧化处理，形成厚度为3nm的背面二氧化硅层。然后将硅片转移至ALD设备的腔室中，在温度为400℃的条件下，继续沉积厚度为4nm的背面氧化铝层。然后沉积使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法沉积厚度为150nm的背面氮化硅层。

其他步骤方法与实施例的步骤方法一致。

实验例

检测实施例1-实施例4得到的PERC电池以及对比例1-对比例4提供的PERC电池的性能如表1；其中，检测方法是：选用BERGER在线I-V测试系统，在25℃、AM 1.5、1个标准太阳的条件下测试太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转化效率等电性能参数。

表1 PERC电池的性能

项目	计数	Eta(％)	Uoc(V)	Isc(A)	Rs
						实施例1	800	22.493	0.6774	10.382	0.0020
实施例2	400	22.496	0.6778	10.378	0.0020
						实施例3	800	22.464	0.6767	10.375	0.0019
对比例1	1200	22.396	0.6757	10.360	0.0019

从表1可以看出，在ALD设备的腔室中通入臭氧气体得到背面二氧化硅层且在同一设备中继续通入臭氧形成背面氧化铝层，得到的单面PERC电池和双面PERC电池的转化效率、开路电压和短路电流均有不同程度的增长，说明PERC电池的性能更佳。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。

Claims

1.一种单面PERC电池，其特征在于，包括：

P型硅基体；

所述P型硅基体的正面依次设置有磷掺杂的N+发射结层、正面二氧化硅层、正面减反射层和正面电极，磷掺杂所述N+发射结层与所述P型硅基体之间设置有磷掺杂的N++硅层，所述正面电极与所述磷掺杂的N++硅层欧姆接触；

所述硅基体的背面依次设置有背面二氧化硅层、背面氧化铝层、背面氮化硅层和铝背场，所述铝背场与所述P型硅基体欧姆接触。

2.根据权利要求1所述的单面PERC电池，其特征在于，所述磷掺杂的N+发射结层的厚度为0.2-0.4μm。

3.根据权利要求1所述的单面PERC电池，其特征在于，所述背面二氧化硅层的厚度和所述正面二氧化硅层的厚度均为2-5nm。

4.根据权利要求1所述的单面PERC电池，其特征在于，所述背面氧化铝层的厚度为2-6nm，所述背面氮化硅层的厚度为110-180nm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的单面PERC电池，其特征在于，所述正面减反射层为正面氮化硅层，所述正面氮化硅层的厚度为73-83nm。

6.一种双面PERC电池，其特征在于，包括：

P型硅基体；

所述硅基体的背面依次设置有背面二氧化硅层、背面氧化铝层、背面氮化硅层和铝栅线，所述铝栅线与所述P型硅基体欧姆接触。

7.根据权利要求6所述的双面PERC电池，其特征在于，所述磷掺杂的N+发射结层的厚度为0.2-0.4μm。

8.根据权利要求7所述的双面PERC电池，其特征在于，所述背面二氧化硅层的厚度和所述正面二氧化硅层的厚度均为2-5nm。

9.根据权利要求7所述的双面PERC电池，其特征在于，所述背面氧化铝层的厚度为2-6nm，所述背面氮化硅层的厚度为85-105nm。

10.根据权利要求6-9任一项所述的双面PERC电池，其特征在于，所述正面减反射层为正面氮化硅层，所述正面氮化硅层的厚度为73-83nm。