[发明专利]一种复合介电钝化层结构太阳电池及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种复合介电钝化层结构太阳电池及其制备工艺，在P型硅衬底的正、背面及周边全表面依次沉积氧化硅膜、氧化铝膜、氮化硅或氮氧化硅膜复合介电膜层，并在局部开窗进行电极导出。本发明的三氧化二铝、二氧化硅、氮氧化硅、不同折射率氮化硅及其叠层结构的背表面钝化层，大大降低了背表面复合速率，提高背反射率，同时降低组件CTM，提高电池光衰及热辅助光衰表现、抗PID性能；可以用作掺硼或掺镓的P型单晶硅、P型多晶硅和P型类单晶硅衬底上制作该结构，且可兼容制造PERC电池、双面PERC+电池和叠瓦PERC电池等基于该复合介电膜钝化结构的钝化方法；该叠层结构的制备工艺步骤及顺序、相应制备方式及工艺参数范围，可以很好的完成电池制作。

技术领域

本发明涉及PERC太阳电池技术领域，具体为一种复合介电钝化膜层结构的太阳电池及其制备工艺。

背景技术

光伏发电是通过半导体的光生伏打效应将太阳光能直接转化为电能，减少能源转换间的消耗损失，再将所发电力供给用户使用的一种有效利用太阳能的方式。光伏发电可以降低石化能源使用比例，从而减少碳排放，改善环境，通过十多年技术追赶已逐步成为可与欧美、日等发达国家相匹敌的新兴战略制造业；同时光伏发电也是国家的精准扶贫方式之一，通过“光伏扶贫”项目给更多边远贫困、缺乏电力山区提供清洁电力及售电收益。但由于当前光利用率偏低和技术路线、设备辅材成本居高，光伏发电还不能达到与传统化石能源相同的度电成本及售价，光伏电力只有降低度电成本、提高能源转换效率才能扩大应用范围，实现“平价上网”的终极目标。而如何实现光伏所发电力平价上网，以实现能源获取方式本质上的变更，成为光伏普及应用的关键性挑战。其实现的主要路径是提高太阳电池光电转换效率,并维持长期可持续的稳定发电量，这需通过前期大量的产品研发、技术升级以逐步提高，同时兼顾降低整个产业链制造端成本。

过去20年传统BSF太阳电池制备工艺流程如说明书附图3所示，经过不断的正面发射结工艺配方改进，金半接触导出电极工艺升级，绒面制备方式和设备改造，如选择性发射结、高阻密栅、黑硅、DP等可量产化技术叠加可实现0.8％-1.1％效率提升。但传统BSF太阳电池背表面浓铝掺杂所形成铝背场，由于金属和半导体直接接触始终是有效的复合中心，背表面的复合电学损失和长波光学损失一直存在。为了解决此结构设计问题，国内外各大研究机构专注于高效电池表面的钝化处理和结构改进，如PERC、HJT、IBC、TopCon电池设计原理均着眼于减少界面层载流子复合，提高各波段光电转换量子效率为主，这将使太阳电池光电转换效率获得较大提升。其中PERC电池可以大幅提高太阳电池的光电转换效率，可兼容现有的电池生产线。通过产品设计和工艺优化，引入背面钝化和激光设备，选择性引入清洗设备，即可提升电池绝对光电转换效率值1.0％-1.5％，进而提高光伏电池板的瓦数，在户外实际发电测试的PERC单晶组件实际发电量比常规多晶组件发电量高3.1％左右，从而降低每度电成本，为光伏平价上网做出贡献。

钝化发射极及背局域接触电池PERC技术通过在电池的背面引入一个电介质钝化层来降低载流子的复合，从而提高器件的开路电压，增加背表面反射，提高短路电流。该工艺可以提高单晶硅电池的转换效率达1.5％绝对值，工艺路径相对简单，成本收益大，完全兼容现有的电池生产线。其中，选择适用于工业化高效硅太阳电池的钝化膜至关重要。该膜层应当在相对低温制备，不破坏内部已成形电池的微观化学键和材料特性，并与实验室热氧化的SiO2具有可比拟的钝化性能。近年来，通过不断积累尝试发现带负电荷的氧化铝介电膜可以很好的钝化P型硅表面，获得较低的表面复合速率，在低电阻率P型硅上已经证明了利用低温等离子的ALD其SRVs<13cm/s；且氧化铝薄膜可以在较低的温度实现沉积，普遍低于实验室SiO2沉积温度，与产业已应用钝化减反射保护膜层SixNy沉积温度相当，或者更低。