一种局部掺杂晶体硅太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池及其制备方法，所述晶体硅太阳能电池包括晶体硅片层以及设于晶体硅片层背面的钝化层，钝化层上具有多个开口，晶体硅片层中沿开口向晶体硅片层内部形成掺杂区，所述掺杂区侧视呈元宝形。本发明专利技术通过调整背面局部开口尺寸与沉积掺杂浆料的尺寸，制备局部掺杂结构的晶体硅太阳能电池，可显著增加电池背表面场强度，减少局部区域复合速率，大幅度提高开路电压和填充因子，最终大幅度提升电池的转换效率。

Local doped crystalline silicon solar cell and preparation method thereof

The invention provides a locally doped crystalline silicon solar cell and a preparation method thereof, wherein the crystal silicon solar cell includes crystal silicon layer and a passivation layer is arranged on the back of crystal silicon layer, the passivation layer has a plurality of openings, crystal silicon layer along the crystal silicon layer is formed inside the opening to the doped region, the doped region the side is ingot shape. The invention can adjust the back opening size and local deposition doping slurry size, preparation of crystalline silicon solar cell doped local structure, battery back surface field strength increased significantly, reduce the local recombination rate, greatly improve the open circuit voltage and the fill factor, eventually greatly enhance the conversion efficiency of the battery.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池领域，涉及一种局部掺杂晶体硅太阳能电池及其制备方法，尤其涉及一种通过调整背面局部开口尺寸与沉积掺杂浆料制备得到的局部掺杂晶体硅太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着科技的发展，出现了局部背接触背钝化(PERC)太阳能电池，这是新开发出来的一种高效太阳能电池，得到了业界的广泛关注。其核心是在硅片的背光面用氧化铝或者氧化硅薄膜(5～100纳米)覆盖，以起到钝化表面，提高长波响应的作用，从而提升电池的转换效率。现有的PERC太阳能电池结构主要包括具有PN结的硅片层，以及依次设于硅片层背面的钝化层、氮化硅薄膜层和铝金属层，如CN104882498A、CN106057920A和CN105470349A中均公开了一种PERC太阳能电池。所述PERC太阳能电池的制备方法主要包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化层(如氧化铝、氧化硅薄膜或氮化硅)、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷背面银浆料、丝网印刷背面铝浆料、丝网印刷正面银浆料和烧结，通过所述方法制得的太阳能电池的结构如图1所示。从图3中可以看出，通过铝原子在硅中的替位掺杂，在硅片背部局部形成了P/P+的结构，但由于铝原子在硅中固溶度限制，P+浓度峰值仅能达到3×1018cm-3，其限制了太阳能电池的电池转换效率。为了得到更高的电池转换效率，新南威尔士州立大学提出了PERL结构，其特点是用在硅中有高固溶度的硼原子替代铝形成掺杂，其掺杂浓度可以达到1×1019～5×1019cm-3。由于P+浓度提高，局部有更强的背表面场钝化，可得到更高的开路电压和填充因子。CN103996746A和CN104638033A均公开了一种PERL太阳能电池及其制备方法，PERL结构如图6所示，可以看出在高温或激光处理过程中硼向硅片内部扩散，在钝化膜的开口处形成P+区，由于P+区硼浓度远高于P型硅片的硼浓度，产生化学位差，形成局部硼背场，进而提升太阳能电池的电池转换效率。现有PERL太阳能电池的制备方法主要为：制绒、扩散、背刻蚀、背面沉积钝化层(如氧化铝、氧化硅薄膜或氮化硅)、正面沉积氮化硅减反射层、丝网印刷硼浆、背面激光同时完成开膜与掺硼、丝网印刷背面银浆料、丝网印刷背面铝浆料、丝网印刷正面银浆料、丝网印刷背面银浆料和烧结。该所述PERL的制备方法的特点是：激光作用于背面钝化层后形成的开口区域尺寸在25μm～60μm且小于沉积硼浆的尺寸。上述PERL的制备方法的存在的缺点是：其掺杂深度只有6μm～8μm。当铝浆烧结时，在很小的尺寸内，由于硅和铝的剧烈反应，铝会尽可能深地钻入硅片内部，多达20μm，远远深于硼掺杂的深度。因此，大部分硼被稀释留在了硅铝合金中，少量留在硅中，硅中的硼含量只有1018cm-3，形成的硼铝背场强度只比PERC略有增加，效率提升一般在0.1％以内，其同样无法有效提高太阳能电池的电池转换效率。
技术实现思路
针对现有PERC太阳能电池存在的掺杂浓度低导致的太阳能电池的电池性能无法进一步提升的问题，以及现有PERL太阳能电池中形成的硼铝背场强度有限，无法有效提高太阳能电池的电池转换效率且制备工艺繁琐，成本高，不利于工业化生产等问题，本专利技术提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池及其制备方法。本专利技术通过调整背面局部开口尺寸与沉积掺杂浆料的尺寸，制备得到一种局部掺杂结构的晶体硅太阳能电池，可显著增加电池背表面场强度，减少局部区域复合速率，进而大幅度提高开路电压和填充因子，最终大幅度提升电池的转换效率。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种局部掺杂晶体硅太阳能电池，所述晶体硅太阳能电池包括晶体硅片层以及设于晶体硅片层背面的钝化层，所述钝化层上具有多个开口，所述晶体硅片层中沿开口向晶体硅片层内部形成掺杂区，所述掺杂区侧视呈元宝形。此处，所述侧视是指以从晶体硅片层一侧从上往下为俯视角度，以其作为基准的侧视。本专利技术所述“多个”意为“至少2个”。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述晶体硅片层中沿开口向晶体硅片层内部形成中间低两边高的马鞍型结构的合金层。优选地，所述掺杂区包括由合金层中部凹陷部分向晶体硅片内依次形成第一掺杂背场和第二掺杂背场，此处，所述掺杂区不包括合金层。优选地，所述掺杂区还包括在合金层两边高起部分向晶体硅片层内形成包覆合金层的第三掺杂背场。优选地，所述合金层中的合金为硅元素、铝元素以及在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素组成的合金，优选为硼硅铝合金。优选地，所述第一掺杂背场为铝元素以及在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素掺杂形成的背场，优选为硼铝背场。优选地，所述第二掺杂背场为在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素掺杂形成的背场，优选为硼背场。优选地，所述第三掺杂背场为铝元素掺杂形成的铝背场。其中，所述“在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素”，例如硼、镓、铟或铊中任意一种或至少两种元素的组合，所述组合典型但非限制性实例有：硼和镓元素的组合、镓和铟元素的组合，铟和铊元素的组合，硼、镓和铟元素的组合，镓、铟和铊元素的组合等。作为本专利技术优选的技术方案，所述合金层中部凹陷部分的厚度为2μm～10μm，例如2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述合金层两边高起部分最高点的高度为12μm～20μm，例如12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。此处，所述高度以晶体硅片与钝化层交界面作为基准面。优选地，所述第一掺杂背场的厚度为0.5μm～4μm，例如0.5μm、0.7μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm或4μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述第二掺杂背场最高点的高度为5μm～18μm，例如5μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm或18μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。此处，所述高度以晶体硅片与钝化层交界面作为基准面。本专利技术中，第二掺杂背场的形状近似半球形，故最高点的高度即指近半球形最高点的高度，其数值以晶体硅片与钝化层交界面作为基准面。优选地，所述第三掺杂背场的厚度为0.5μm～3μm，例如0.5μm、0.7μm、1μm、1.3μm、1.5μm、1.7μm、2μm、2.3μm、2.5μm、2.7μm或3μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述第二掺杂背场中在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素的掺杂浓度为6×1019cm-3～9×1020cm-3，例如7×1019cm-3、9×1019cm-3、1×1020cm-3、1.3×1020cm-3、1.5×1020cm-3、1.7×1020cm-3、2×1020cm-3、4×1020cm-3、6×1020cm-3或9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅太阳能电池包括晶体硅片层(1)以及设于晶体硅片层(1)背面的钝化层(2)所述钝化层(2)上具有多个开口，所述晶体硅片层(1)中沿开口向晶体硅片层内部形成掺杂区，所述掺杂区侧视呈元宝形。

【技术特征摘要】
1.一种局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅太阳能电池包括晶体硅片层(1)以及设于晶体硅片层(1)背面的钝化层(2)所述钝化层(2)上具有多个开口，所述晶体硅片层(1)中沿开口向晶体硅片层内部形成掺杂区，所述掺杂区侧视呈元宝形。2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅片层(1)中沿开口向晶体硅片层内部形成中间低两边高的马鞍型结构的合金层(4)；优选地，所述掺杂区包括由合金层(4)中部凹陷部分向晶体硅片内依次形成的第一掺杂背场(5)和第二掺杂背场(6)；优选地，所述掺杂区还包括在合金层(4)两边高起部分向晶体硅片层内形成包覆合金层(4)的第三掺杂背场(7)；优选地，所述合金层(4)中的合金为硅元素、铝元素以及在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素组成的合金，优选为硼硅铝合金；优选地，所述第一掺杂背场(5)为铝元素以及在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素掺杂形成的背场，优选为硼铝背场；优选地，所述第二掺杂背场(6)为在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素掺杂形成的背场，优选为硼背场；优选地，所述第三掺杂背场(7)为铝元素掺杂形成的铝背场。3.根据权利要求2所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述合金层(4)中部凹陷部分的厚度为2μm～10μm；优选地，所述合金层(4)两边高起部分最高点的高度为12μm～20μm；优选地，所述第一掺杂背场(5)的厚度为0.5μm～4μm；优选地，所述第二掺杂背场(6)最高点的高度为5μm～18μm；优选地，所述第三掺杂背场(7)的厚度为0.5μm～3μm；优选地，所述第二掺杂背场(6)中在硅中固溶度大于铝的至少一种第三主族元素的掺杂浓度为6×1019cm-3～9×1020cm-3。4.根据权利要求1-3任一项所述的局部掺杂晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅片层(1)为p型硅片层；优选地，所述晶体硅太阳能电池包括沉积于钝化层(2)一侧的第一金属导电层(3)；优选地，所述第一金属导电层为铝金属层。5.一种局部掺杂晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在晶体硅片背面沉积钝化层；(2)在钝化层上局部开口；(3)在局部开口中沉积掺杂浆料；(4)在背面掺杂；任选地，(5)背面沉积第一金属导电浆料；其中，步骤(2)中局部开...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴坚，王栩生，蒋方丹，邢国强，
申请(专利权)人：苏州阿特斯阳光电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32