一种高效TOPCon太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于晶体硅光伏电池技术领域，具体涉及一种高效TOPCon太阳电池及其制备方法。本发明专利技术在掺杂硅薄膜和金属电极之间插入了导电的、具有良好金属扩散阻挡效果的扩散阻挡层，从而大幅地降低了工业化TOPCon电池中掺杂硅薄膜的厚度，所述扩散阻挡层无需昂贵的PECVD装备，采用磁控溅射、热蒸发等方法即可制备，制备成本相对较低，也无需掺杂，工艺大大简化，且选用的材料具有较高的导电性，降低掺杂硅薄膜厚度的同时不会导致电学性能的恶化。此外，背面电极采用常规的铝浆及常规的丝印和烧结工艺实现，有效降低了TOPCon电池的背面硅薄膜的寄生性吸收和短路电流密度损失，并有效降低电池浆料的成本，提高电池的转化效率。提高电池的转化效率。提高电池的转化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效TOPCon太阳电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于光伏电池
，具体涉及一种高效TOPCon太阳电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]高效低成本的光伏电池对于降低新能源电力成本和加快实现全球目标具有重要意义。
[0003]当前，主流的电池技术是钝化发射极背面接触(PERC)电池技术，其量产极限效率约为24.5％，但正面临着提效降本困难的问题。硅异质结电池是完全不兼容的低温钝化接触技术，成本较高、暂时没能实现高比例的量产和应用。而与PERC电池兼容的一种电池技术是隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池，与PERC电池一样，TOPCon电池同样是基于高温钝化接触的电池技术，预期量产效率可达26％以上，因而受到诸多PERC电池生产企业的青睐。在TOPCon电池中，由于掺杂多晶硅薄膜阻挡金属穿透的能力较差，在烧结过程中容易发生金属扩散到单晶硅
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氧化硅界面，从而严重破坏钝化效果，降低电池的转化效率。为了避免此问题的发生，通常的做法是增加多晶硅厚度(≥80nm，一般为80
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120nm)和开发使用专用的银浆。然而，这样做的缺点也是显而易见的，由于多晶硅是带隙较小的直接带隙材料，厚度增加会导致寄生性吸收增加和电池短路电流密度损失；而开发和导入专用银浆的周期长、成本高，从而增加了电池的制备成本。因此，有必要开发新型的TOPCon太阳电池，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的首要目的是提供一种制备高效TOPCon太阳电池的方法，该方法无需依赖昂贵的镀膜设备，膜层致密且厚度容易控制、不依赖于高温扩散和危险的气态源掺杂，制备成本相对低廉。
[0005]本专利技术的第二个目的是提供采用上述方法制备得到的TOPCon太阳电池。所述电池的掺杂硅薄膜厚度低、兼容铝浆电极，电池效率有所提升，制备成本得到降低。
[0006]本专利技术的上述第一个专利技术目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]本专利技术提供了一种制备高效TOPCon太阳电池的方法，在TOPCon太阳电池的掺杂硅薄膜和金属电极之间制备导电且能够有效阻挡金属扩散的扩散阻挡层。
[0008]优选地，所述扩散阻挡层选自氮化钛、氮氧化钛、金属钛中的至少一种，所述金属电极为铝电极。
[0009]所述扩散阻挡层为具有电子导电性和强烈阻挡金属扩散效果的氮化钛或氮氧化钛或者金属钛或者其组合，主要作用就是阻挡金属电极形成时金属原子在多晶硅薄膜中的严重扩散，同时保持良好的电学接触，从而能够大幅降低掺杂多晶硅薄膜的厚度、降低寄生性吸收，以及兼容常规的铝浆和铝电极制备工艺，大幅降低采用新型专用银浆的成本，实现对TOPCon电池的提效降本。
[0010]本专利技术创新地提出了一种高效TOPCon太阳电池结构及其制备方法，在掺杂硅薄膜和金属之间插入了扩散阻挡层，能够有效降低多晶硅薄膜的厚度和兼容铝浆，不仅能够提升电池效率，还能节省银浆成本。
[0011]优选地，所述TOPCon太阳电池的掺杂硅薄膜选自多晶硅、多晶碳化硅、纳米氧化硅中的至少一种。
[0012]优选地，所述扩散阻挡层制备在TOPCon太阳电池的背面或正面。
[0013]优选地，所述扩散阻挡层的厚度为2
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30nm，所述掺杂多晶硅薄膜的厚度为20
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40nm。所述掺杂多晶硅薄膜的厚度可以降低至20
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40nm(目前工业上主流厚度为80
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120nm)，多晶硅薄膜厚度减薄后能够降低硅薄膜的光学寄生性吸收和造成的短路电流密度损失。
[0014]优选地，所述扩散阻挡层采用磁控溅射法或化学气相沉积法或热蒸发法或原子层沉积方法制备。
[0015]优选地，所述掺杂多晶硅薄膜表面还制备有钝化膜。所述钝化层可以为氮化硅、氮氧化硅或者氧化铝等，作用是降低表面复合速率、增加背面光的发射或者降低正面光的反射。为了与金属电极接触表面还需局域开槽，开槽方式可以是ps或ns激光开槽，也可以是丝印浆料后烧蚀形成。
[0016]优选地，在制备掺杂多晶硅薄膜前，先制备隧穿氧化层，所述隧穿氧化层的厚度为 1
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2nm。所述隧穿氧化层可以采用高温热氧化或者HNO3氧化甚至是含氧气氛中低温退火、臭氧处理等形式制备，也可以是采用原子层沉积、磁控溅射等方法制备，其功能就是降低硅片表面的悬挂键、解除界面的费米钉扎效应，隧穿氧化层的厚度一般为1.5nm左右。
[0017]所述掺杂硅薄膜和扩散阻挡层以及金属电极(铝电极)也可以制备在电池的背面，也可以制备在电池的向阳面(正面)。核心在于使用扩散阻挡层后降低掺杂硅薄膜的厚度，并兼容铝浆，而无需TOPCon专用银浆。
[0018]本专利技术的上述第二个专利技术目的是通过以下技术方案来实现的：
[0019]本专利技术还提供了采用上述方法制备得到的高效TOPCon太阳电池。
[0020]本专利技术在掺杂硅薄膜和金属电极之间插入了导电的、具有良好金属扩散阻挡效果的薄膜(扩散阻挡层)，从而大幅地降低了工业化TOPCon电池中的掺杂硅薄膜的厚度，同时背面电极采用常规的铝浆及常规的丝印和烧结工艺实现，有效降低了TOPOCon电池的背面硅薄膜的寄生性吸收和短路电流密度损失，并有效降低电池浆料的成本，提高电池的转化效率。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术公开了一种高效TOPCon太阳电池，在掺杂硅薄膜和金属电极之间插入了导电的、具有良好金属扩散阻挡效果的扩散阻挡层，从而大幅地降低了工业化TOPCon电池中掺杂硅薄膜的厚度；电池中的扩散阻挡层无需昂贵的PECVD装备，采用磁控溅射、热蒸发、ALD、CVD等方法即可制备，制备成本相对较低。同时，本专利技术采用的扩散阻挡层无需掺杂，工艺大大简化，并且选用的材料具有较高的导电性，降低多晶硅厚度的同时不会导致电学性能(如接触电阻)的恶化；本专利技术的多晶硅薄膜还可以制作在电池的正面，提高了电池提效优化的灵活性，能有效改善传统TOPCon电池中正面采用高温扩硼同质结复合损失高的弊端，提升电池转化效率。此外，本专利技术兼容铝浆，无需开发和导入专用的TOPCon银浆，采用常规的铝浆及常规的丝印和烧结工艺实现，有效降低了TOPCon 电池的背面硅薄膜的寄生性
吸收和短路电流密度损失，并有效降低电池浆料的成本，提高电池的转化效率。
附图说明
[0023]图1为高效TOPCon太阳电池的结构示意图。
[0024]其中，1
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p型或者n型单晶硅片衬底，2
‑
隧穿氧化层，3
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掺杂硅薄膜(及表面的钝化膜)，4
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扩散阻挡层，5
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铝电极，6
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电池向阳面(z正面)。
具体实施方式
[0025]下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备高效TOPCon太阳电池的方法，其特征在于，在TOPCon太阳电池的掺杂硅薄膜和金属电极之间制备导电且能够有效阻挡金属扩散的扩散阻挡层。2.根据权利要求1所述的一种制备高效TOPCon太阳电池的方法，其特征在于，所述扩散阻挡层选自氮化钛、氮氧化钛、金属钛中的至少一种，所述金属电极为铝电极。3.根据权利要求1所述的一种制备高效TOPCon太阳电池的方法，其特征在于，所述掺杂硅薄膜选自多晶硅、多晶碳化硅、纳米氧化硅中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种制备高效TOPCon太阳电池的方法，其特征在于，所述扩散阻挡层制备在TOPCon太阳电池的背面或正面。5.根据权利要求1所述的一种制备高效TOPCon太阳电池的方法，其特征在于，所述扩散阻挡层的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：高平奇，蔡伦，徐杨兵，庞毅聪，陈甜，林豪，梁宗存，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：