本發(fā)明屬于太陽能電池生產(chǎn)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種晶體硅太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

太陽能電池是一種利用光電效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，又被稱為太陽能芯片或光電池。根據(jù)使用材料和技術(shù)不同，太陽能電池主要分為兩大類，一類是晶體硅太陽能電池，一類是薄膜太陽能電池。目前無論是從全球太陽能電池產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，還是從太陽能電池產(chǎn)量最大的中國來看，晶硅電池均占據(jù)著絕對的優(yōu)勢。晶硅太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做“光生伏特效應(yīng)”，因此，太陽能電池又稱為“光伏電池”。

晶體硅太陽能電池金屬區(qū)域的界面復(fù)合已經(jīng)成為制約太陽電池效率提升的重要因素。目前，通常制備晶體硅天陽能電池時，采用絲網(wǎng)印刷在太陽能電池的氮化硅上面印刷銀漿，然后通過高溫?zé)Y(jié)，銀漿燒穿氮化硅，與電池的發(fā)射極形成歐姆接觸。但是，銀與發(fā)射極之間容易形成金屬-半導(dǎo)體接觸界面，該界面成為嚴(yán)重的載流子復(fù)合中心，降低了太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。

目前學(xué)術(shù)界借鑒半導(dǎo)體的發(fā)展經(jīng)驗，開發(fā)出異質(zhì)結(jié)太陽能電池，在晶體硅硅襯底上沉積非晶硅薄膜，然后在非晶硅薄膜上沉積透明導(dǎo)電膜，再在透明導(dǎo)電膜上絲網(wǎng)印刷非燒穿型低溫銀漿。雖然非晶硅薄膜和透明導(dǎo)電薄膜解決了金屬區(qū)的鈍化問題，但是載流子收集效率不高，同時形成寄生吸收，電池短路電流不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種晶體硅太陽能電池，不但提高電池的效率，而且抑制形成直接金屬-半導(dǎo)體界面的形成，避免產(chǎn)生光的寄生吸收，而且同時提高電池的載流子收集效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種晶體硅太陽能電池，包括硅襯底、發(fā)射極、背面場以及分別設(shè)置于發(fā)射極和背面場上的金屬電極，所述發(fā)射極以及背面場位于硅襯底兩側(cè)，所述發(fā)射極和/或背面場包括非金屬區(qū)域以及用于設(shè)置金屬電極的金屬區(qū)域，所述發(fā)射極和/或背面場上的金屬區(qū)域至金屬電極之間依次設(shè)置有鈍化層以及重?fù)蕉嗑Ч鑼印?/p>

本發(fā)明在發(fā)射極以及背電場的上設(shè)置鈍化層以及重?fù)蕉嗑Ч鑼?，使得金屬電極與重?fù)蕉嗑Ч鑼又g形成歐姆接觸，金屬電極可以不直接接觸發(fā)射極以及背面場，降低了金屬區(qū)域表面復(fù)合速率，提高電池開路電壓。

作為優(yōu)選，所述硅襯底為p型或者n型硅材料制成，所述硅襯底電阻率為0.01～1000ωcm。

作為優(yōu)選，所述鈍化層的厚度為0.1～1000埃，帶隙寬度為1～10ev。

作為優(yōu)選，所述鈍化層為氧化硅、氮化硅或者非晶硅中的一種或多種材料制成。

作為優(yōu)選，所述重?fù)蕉嗑Ч鑼拥膿诫s類型與發(fā)射極和/或背電場的摻雜類型相同。

作為優(yōu)選，所述重?fù)蕉嗑Ч鑼拥暮穸葹?～10000nm，帶隙寬度為1.1～2ev。

作為優(yōu)選，所述重?fù)蕉嗑Ч鑼优c金屬電極之間設(shè)置有富含氫元素的薄膜層，所述薄膜層的厚度為0.1～10000nm。本發(fā)明中薄膜層使得金屬區(qū)域以及非金屬區(qū)域表面復(fù)合速率降低。

作為優(yōu)選，所述薄膜層為氮化硅、氧化硅或者氧化鋁中的一種或幾種材料制成。

本發(fā)明還提供了一種上述的晶體硅太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

(a)在硅襯底上進行摻雜，形成均勻的發(fā)射極和/或背面場，并在發(fā)射極和/或背面場上劃分非金屬區(qū)域以及用于設(shè)置金屬電極的金屬區(qū)域；

(b)先在發(fā)射極和/或背面場的金屬區(qū)域以及非金屬區(qū)域上經(jīng)由熱氧氧化形成鈍化層，再在鈍化層上沉積重?fù)蕉嗑Ч鑼樱缓笤谖挥诮饘賲^(qū)域處的重?fù)蕉嗑Ч鑼由喜捎媒z網(wǎng)印刷形成一層掩膜層，再刻蝕未被掩模層保護的非金屬區(qū)域的鈍化層和重?fù)蕉嗑Ч鑼樱詈笕コ谀樱?/p>

或者，在發(fā)射極和/或背面場的金屬區(qū)域上經(jīng)由熱氧氧化形成鈍化層，再在鈍化層上沉積重?fù)蕉嗑Ч鑼樱?/p>

(c)在重?fù)蕉嗑Ч鑼由辖z網(wǎng)印刷金屬電極漿，燒結(jié)得到金屬電極。

本發(fā)明制備晶體硅太陽能電池時，事先設(shè)計好用于設(shè)置金屬電極的金屬區(qū)域，然后可以采用兩種方式設(shè)置鈍化層以及重?fù)蕉嗑Ч鑼?，設(shè)置重?fù)蕉嗑Ч鑼訒r可以通過lpcvd沉積。其中第一種方式為，在金屬區(qū)域以及非金屬區(qū)域上均設(shè)置有鈍化層和重?fù)蕉嗑Ч鑼又?，在位于金屬區(qū)域的重?fù)蕉嗑Ч鑼由显O(shè)置掩膜層，其中掩埋層可以采用油墨材料制成，掩膜層形成之后，刻蝕未被掩模層保護的非金屬區(qū)域的鈍化層和重?fù)蕉嗑Ч鑼?，刻蝕鈍化層和重?fù)蕉嗑Ч鑼訒r可以分別采用koh和hf進行刻蝕，最后去除掩膜層即可。

本發(fā)明也可以采取另外一種方式，即只在金屬區(qū)域上設(shè)置鈍化層以及重?fù)蕉嗑Ч鑼?，采用該方式可以減少設(shè)置掩膜層的步驟。

經(jīng)由上述兩種中的任何一種方式設(shè)置好鈍化層以及重?fù)蕉嗑Ч鑼又?，可以進行高溫退火，激活多晶硅中的摻雜源。

作為優(yōu)選，所述步驟(c)中，先在重?fù)蕉嗑Ч鑼雍?或非金屬區(qū)域上沉積所述薄膜層，再在位于金屬區(qū)域的薄膜層上絲網(wǎng)印刷金屬電極漿，最后燒結(jié)得到金屬電極。本發(fā)明還可以在重?fù)蕉嗑Ч鑼右约胺墙饘賲^(qū)域上均采用pecvd沉積薄膜層，沉積薄膜層之后，再通過絲網(wǎng)印刷金屬電極漿，最后通過高溫?zé)Y(jié)，使得用于形成金屬電極的金屬電極漿與薄膜層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，刻蝕薄膜層，從而與薄膜層下方的重?fù)蕉嗑Ч鑼有纬闪己玫臍W姆接觸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

(1)金屬電極不與發(fā)射極以及背面場直接接觸，發(fā)射極以及背面場的金屬區(qū)域被鈍化層鈍化，其表面復(fù)合速率降低，形成良好的發(fā)射極和金屬區(qū)鈍化，非金屬區(qū)域可被薄膜層鈍化，其表面復(fù)合速率降低。經(jīng)由均勻發(fā)射極有效收集光生載流子，由于鈍化層以及重?fù)蕉嗑Ч鑼釉O(shè)置在金屬電極下方，使得鈍化層以及重?fù)蕉嗑Ч鑼佑捎谏戏浇饘匐姌O的遮擋，不會吸收入射光，因此鈍化層以及重?fù)蕉嗑Ч鑼咏M成的功能性薄膜的強吸收特性不會影響目前結(jié)構(gòu)的光學(xué)吸收，從而保證了載流子的收集效率，也避免了寄生吸收，實現(xiàn)了高電流和高開壓的雙重優(yōu)勢。

(2)本發(fā)明晶體硅太陽能電池的制備方法操作簡單，適合應(yīng)用于規(guī)模化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中硅襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中在硅襯底上形成發(fā)射極之后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中在發(fā)射極上設(shè)置鈍化層之后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明中在鈍化層上設(shè)置重?fù)蕉嗑Ч鑼又蟮慕Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明中在重?fù)蕉嗑Ч鑼由皆撛O(shè)置掩膜層之后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明中刻蝕非金屬區(qū)域的鈍化層和重?fù)蕉嗑Ч鑼又蟮慕Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明中去除掩膜層之后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明中設(shè)置薄膜層之后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為絲網(wǎng)印刷形成金屬電極之后的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、硅襯底；2、發(fā)射極；3、鈍化層；4、重?fù)蕉嗑Ч鑼樱?掩模層；6、薄膜層；7、金屬電極。

具體實施方式

實施例1

一種制備一種晶體硅太陽能電池的方法，包括以下步驟：

(a)以p型單晶硅為硅襯底1，見圖1，在正面進行磷擴散，形成發(fā)射極2見圖2。該層發(fā)射極2復(fù)合電流密度為30fa/cm²，方塊電阻為該發(fā)射極2具有吸收光線，產(chǎn)生光生載流子，并收集電子的功能。

(b)在發(fā)射極2上面采用熱氧氧化形成2nm厚的熱氧化層(鈍化層3)，見圖3，在鈍化層3上采用lpcvd沉積摻磷多晶硅層(重?fù)蕉嗑Ч鑼?)，見圖4，采用1000℃進行高溫退火60min，激活多晶硅中的摻雜源。

(c)采用絲網(wǎng)印刷油墨，在重?fù)蕉嗑Ч鑼?上方形成具有一定圖形的油墨形成的掩模層5，見圖5，分別采用koh和hf刻蝕未被掩模層保護的鈍化層3和重?fù)蕉嗑Ч鑼?，見圖6。然后去除掩模層，見圖7。

(d)采用pecvd在結(jié)構(gòu)上方沉積氮化硅薄膜(薄膜層6)，見圖8，采用絲網(wǎng)印刷，在鈍化層3及重?fù)蕉嗑Ч鑼?組成的功能性疊層薄膜上絲網(wǎng)印刷銀漿，通過900℃高溫?zé)Y(jié)，形成銀電極(金屬電極7)，其中銀漿與氮化硅薄膜6發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，刻蝕氮化硅薄膜6，與下方的重?fù)蕉嗑Ч鑼?形成良好的歐姆接觸，見圖9。

金屬電極7不與發(fā)射極2直接接觸，使得用于設(shè)置金屬電極的金屬區(qū)域的發(fā)射極2被熱氧化層鈍化，使得其表面復(fù)合速率可低至30cm/s，而其他區(qū)域發(fā)射極被氮化硅薄膜鈍化，其表面復(fù)合速率可低至20cm/s，形成良好的發(fā)射極和金屬區(qū)域鈍化。同時，發(fā)射極2有效收集光生載流子，鈍化層3及重?fù)蕉嗑Ч鑼?組成的功能性疊層薄膜僅設(shè)置在金屬電極下方，由于上方金屬電極的遮擋，因此不會吸收入射光，因此功能性疊層薄膜的強吸收特性不會影響目前結(jié)構(gòu)的光學(xué)吸收，實現(xiàn)了高電流和高開壓的雙重優(yōu)勢。