[发明专利]一种背钝化晶硅太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏太阳能技术领域，尤其涉及一种背钝化晶硅太阳电池及其制备方法。

背景技术

晶硅太阳电池的光电转换效率影响着光伏产业的发展和决定着光企业的核心竞争力，如何提升晶硅太阳电池的光电转换效率倍受业界关注。当前主流的晶硅太阳电池产品的背表面是采用铝背场(Al-BSF)结构，背铝电极与晶体硅直接接触。其中，950-1200nm光谱范围的长波光子在晶体硅中的吸收系数小于5×10²/cm，导致吸收不完全入射到晶硅太阳电池背表面，随后被背铝电极吸收损失。另外，晶体硅背表面与铝电极直接接触，使得界面存在高密度的载流子复合中心，从而背表面处光生载流子复合严重。因此，在铝背场(Al-BSF)结构的晶硅太阳电池中，背表面处光学损失和载流子复合损失是限制其光电转换效率的一个重要原因。

PERC背钝化光电结构是一种求解方法，该背钝化光电结构是在铝电极和硅之间引入氧化铝和氮化硅叠层介质膜，借助叠层介质膜的光学干涉耦合效应来提高长波太阳光子背反射率，降低背铝电极的光吸收损失；同时利用氧化铝层的表面钝化和场钝化效应来降低载流子背表面复合，从而有效地提升晶硅太阳电池的光电转换效率。可是，在该结构中氧化铝和氮化硅叠层介质膜不导电，需要局域激光开孔，随后印刷铝浆料与硅接触，烧结形成金属半导体欧姆接触。因此，PERC背钝化光电结构将存在如下三个问题：

(1)背铝电极与硅接触处仍然存在传统结构中的光损失和载流子复合损失；

(2)背铝电极与硅接触面积小，造成电池串联电阻偏大，从而导致填充因子和光电转换效率降低；

(3)包含激光开孔制备工艺，激光加工设备昂贵、工艺难度大。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种背钝化晶硅太阳电池及其制备方法，旨在降低Al-BSF结构晶硅太阳电池中背表面光损失和载流子复合损失，同时避免了上述PERC背钝化光电结构中存在的三个问题。

本发明是这样实现的，一种背钝化晶硅太阳电池，所述背钝化晶硅太阳电池背表面含有超薄氧化铝及高功函数过渡金属氧化物叠层钝化膜，置于p型晶体硅和背电极之间；所述超薄氧化铝及高功函数过渡金属氧化物叠层可钝化接触p型晶体硅背表面。

进一步，超薄氧化铝(AlO_x)层中含有固定负电荷，其与p型晶体硅背表面直接接触可实现硅表面悬挂键钝化和场效应钝化；并且其厚度为为0.2～3nm，能够使空穴隧穿通过。因此，所述超薄氧化铝具有钝化p型晶体硅背表面且能够使空穴隧穿通过的功能

进一步，高功函数过渡金属氧化物层为非化学计量比的氧化钼(M_oO_x)、氧化钨(WO_x)或氧化钒(V₂O_x)中的一种，厚度为10nm～100nm。这些非化学计量比过渡金属氧化物存在氧空位缺陷，使其费米能级接近导带底，呈现半金属特性，能够收集和传输空穴；且其费米能级低于晶体硅的价带顶，从而与超薄氧化铝、p型晶体硅接触后形成由p型晶体硅指向过渡金属氧化物的诱导电场，进一步场效应钝化p型晶体硅背表面。因此，所述高功函数过渡金属氧化物层能够进一步钝化p型硅背表面且能够收集空穴和并将其传导至背电极。

同时，超薄氧化铝及高功函数过渡金属氧化物叠层能够干涉耦合传输到晶硅太阳电池背表面长波太阳光子，提高长波光子背反射率，从而增强长波太阳光子的光伏转换。

本发明另一目的在于提供一种背钝化晶硅太阳电池的制备方法，包括：

清洗制绒、磷扩散制pn结、湿法刻边及背抛光去背结、去磷硅玻璃、淀积氮化硅减反射层、淀积超薄氧化铝层、淀积高功函数过渡金属氧化物层、印刷背电极、印刷正银栅线电极、烧结工艺。

本发明提供的背钝化晶硅太阳电池的制备方法中，所述淀积超薄氧化铝层采用原子层淀积法，所述淀积高功函数过渡金属氧化物层采用热蒸发法；

进一步，高功函数过渡金属氧化物层的制备或采用等离子增强原子层淀积法。

进一步，所述采用原子层淀积的方法制备超薄氧化铝层具体包括：

以(CH₃)₃Al为铝源、高纯H₂O为氧源，氮气为载气，150～200摄氏度的衬底温度下反应生成0.2～3nm厚的氧化铝(AlO_x)层。

进一步，所述采用热蒸发法制备高功函数过渡金属氧化物层具体包括：