[发明专利]一种背表面电介质钝化的太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种背表面电介质钝化、局域金属接触的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

晶体硅光伏太阳电池研究的一个重要驱动力就是降低每峰值瓦的成本。因此，降低晶体硅的厚度和研究替代的硅材料和制备工艺是降低其成本的一个主要研究方向。现在，大部分的硅太阳电池主要都是采用P型晶体硅材料。

现在常规P型晶体硅太阳电池的结构为：前表面电极以及减反射层，n⁺发射极，在硅衬底的背表面丝印Al浆料，经过高温烧结后，在硅衬底的背面依次形成Al掺杂的P型硅、Al-Si合金层、Al金属层，这层Al掺杂的P型硅区别于衬底硅之处在于掺杂程度增加，称为Al背电场，Al-Si合金层和最外一层Al金属层成为金属电极。丝网印刷时是整个硅衬底背面都印上了Al浆料，因此形成的是全Al背电场以及Al电极。较好的Al背电场要求丝印较厚的Al浆料，当硅变薄时，较厚的Al浆料在经过烧结之后将会由于Al与硅之间的应力差使硅发生翘曲，增加了碎片率。另外一方面，金属Al铺在整个背表面，与硅(背电场P⁺)直接接触，导致背表面的少子复合速度非常高，不利于光生电流的收集。

针对于全Al背电场的问题，中国专利CN101431113A提出了一种背表面电介质钝化的电池结构，采用的结构是二氧化硅或者氮化硅。SiO₂对硅具有较好的钝化性能。其物理机制在于SiO₂薄膜终止硅表面的悬挂键，并不是源于SiO₂薄膜能够聚集正电荷，但是较薄的SiO₂钝化特性会发生衰减，要获得稳定的钝化特性需要比较厚的SiO₂层，其制备需要长时间的高温过程。SiN_x局域背电场常用作硅表面的钝化膜，并应用到太阳电池领域中。它通过在硅界面积累高浓度的正电荷而实现场效应钝化。在P型硅衬底上这些正电荷在界面上形成一个反型层，引起了浮动结，成为降低太阳能电池性能的一个因素。

发明内容

本发明的目的是提高现有晶体硅太阳电池的效率，提出一种背表面电介质钝化、局域金属接触的太阳电池及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：

本发明太阳电池是一种具有电介质Al₂O₃薄膜钝化硅衬底的背表面，背表面局域金属电极接触的晶体硅太阳电池，所述太阳电池从正表面，即太阳光入射面起向下排列顺序依次为：减反射层，前电极，n⁺发射极，P型硅区域，太阳电池的背表面即非太阳光入射面，P型硅区域的下面依次为局域背电场P⁺，金属Al电极，电介质钝化膜Al₂O₃。本发明晶体硅太阳电池在非太阳光入射面的背表面一侧的电介质Al₂O₃薄膜作为钝化层，电池背表面的金属Al电极通过局域背电场P⁺与硅衬底接触。

本发明太阳电池的背表面采用电介质Al₂O₃钝化，激光烧蚀Al₂O₃钝化膜暴露出与金属接触的硅。通过电介质Al₂O₃钝化膜中包含的大量固定负电荷，对n⁺发射极表面起到较好的钝化效果。本发明制备方法通过激光烧蚀部分Al₂O₃钝化膜，暴露出P型硅，经随后的丝印铝浆料，暴露的P型硅与铝浆料直接接触，经高温烧结之后形成铝重掺杂的背电场，而没有烧蚀的部分电介质Al₂O₃钝化膜则阻挡了铝向P型硅内扩散，从而与P型硅形成局域金属接触。

本发明在硅衬底背表面沉积电介质Al₂O₃钝化膜，采用激光烧蚀电介质Al₂O₃钝化膜形成金属接触图形，然后在硅衬底的背表面沉积Al薄膜，可以采用丝网印刷、蒸发、溅射或其他的物理、化学方法，沉积一层厚度小于50微米大于1微米的Al层，随之用丝网印刷将Ag浆料印刷在硅衬底的正表面，即减反射层上，最后烧结成为太阳能电池。

本发明制备的太阳电池中硅衬底的背表面钝化层为Al₂O₃薄膜，起到较好钝化效果的电介质Al₂O₃钝化膜是包含固定负电荷的薄膜。