[发明专利]用于提高SI太阳能电池的表面钝化的性能和稳定性的缓冲层

说明书

发明背景

技术领域

本发明的实施方式一般涉及太阳能电池的制造且更具体地涉及用于提高Si太阳能电池的表面钝化的性能和稳定性的缓冲层。

相关技术描述

太阳能电池为光生伏打装置，所述装置将太阳光直接转换成电功率。最常见的太阳能电池材料为硅，所述硅采取单晶、多晶、多结晶基板或非晶体膜的形式。减少太阳能电池的制造成本且因此减少产生的电池的成本，同时维持或增加生产的太阳能电池的总效率的努力正在进行。

更具体来说，光生伏打(photovoltaics；PV)或太阳能电池为将太阳光转换为直流(direct current；DC)电功率的装置。典型的PV电池包括p型硅晶片或基板，通常小于大约0.3mm厚，具有安置在p型基板的顶端上的n型硅材料的薄层。PV电池产生的电压或光电压和产生的电流取决于p-n结的材料性质、沉积层之间的介面性质和装置的表面区域。当暴露至太阳光(由来自光子的能量组成)时，PV电池的p-n结产生自由电子和空穴对。跨过p-n结的耗尽区形成的电场分离自由电子和空穴，产生电压。从n侧至p侧的电路允许当PV电池连接至电负载时电子流动。电功率为电压乘以当电子和空穴移动经过外部电负载且最终再结合时产生的电流的结果。每一太阳能电池产生具体数量的电功率。多个太阳能电池平铺成一定大小的模块以传送期望数量的系统功率。

太阳能电池将入射光能转换成电能的效率不利地受到许多因素的影响，包括太阳能电池的光接收表面反射的部分入射光和/或未从太阳能电池的背表面反射的部分入射光，和太阳能电池中的电子和空穴的再结合效率。当电子和空穴再结合时，入射的太阳能作为热和光再发射，因此降低太阳能电池的转换效率。再结合可存在于基板的块体硅中，所述再结合为块体硅中的缺点数量的函数，或再结合可存在于基板的前表面或背表面上，所述再结合为有多少悬空键(也就是，无端接化学键(表示为陷阱地点))在基板表面上的函数。悬空键通常出现在基板的表面上，因为基板的硅晶格在前表面或背表面处结束。这些悬空键用作缺点陷阱且因此为电子空穴对的再结合地点。

太阳能电池的效率可通过使用太阳能电池的背表面上的钝化层增强。良好的钝化层可提供期望的膜性质，所述期望的膜性质减少太阳能电池中的电子或空穴的再结合且重定向电子和电荷回到太阳能电池中以产生光电流。此外，钝化层也可用作背侧反射体以最小化光吸收同时帮助反射光回到太阳能电池装置。

为了钝化用于p型基底太阳能电池的n型发射体表面、用于p型基底太阳能电池的背部p型Si表面或用于n型基底太阳能电池的p型发射体表面，钝化层，诸如氧化铝(诸如Al₂O₃)层，可形成在硅基板的背表面上。氧化铝不仅有效钝化悬空键，而且具有提高场效应钝化的有效固定电荷。在随后的高温退火工艺(有时称为烧结工艺)期间，氮化硅(SiN)层可进一步沉积在氧化铝层上以阻止氧化铝与随后沉积的(例如，丝网印刷的)金属背部接触材料(例如，Al膏)反应。然而，问题出现在氧化铝层和氮化硅层之间的介面处。举例来说，介面显示低于期望热量和机械应力稳定性、电荷不稳定性，且经常遭受氧化铝和氮化硅沉积之间的交叉污染。并且，需要大量的氧化铝提供期望的太阳能电池性能特征，所述氧化铝一般遭受低沉积速率且最终减少产量。此外，在随后的激光烧蚀和背面场(back surface field；BSF)形成中由于氧化铝和氮化硅层之间的介面的上述特征，经常出现困难。因此，所属技术领域中存在以下需要：提高的太阳能电池的钝化，更具体来说，提高的层堆叠，所述层堆叠减少或消除上述挑战。