[发明专利]基于局部纳米针孔接触的硅太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于局部纳米针孔接触的硅太阳能电池及其制备方法，设计纳米针孔参数，制备纳米压印模板，用干法刻蚀将纳米针孔图形转移到硅片上，对硅片前表面进行制绒，获得表面金字塔结构；硅片前表面磷扩散，硅片前表面生长氮化硅作为钝化层和抗反层，硅片背表面生长氧化铝/氮化硅叠层薄膜，将模板覆盖在旋涂有压印胶的叠层薄膜上，干法刻蚀氧化铝/氮化硅叠层薄膜得，到纳米针孔图形，背面铝电极以及前面银电极生长。通过上述步骤，可得到基于局部纳米针孔接触的新型硅太阳能电池。本发明的方法及所制备的电池，使得针孔钝化层除了具有优良的钝化效果，同时还具有类似于TOPCon电池通过氧化硅的纳米针孔传导电流的功能。

技术领域

本发明属于晶体硅太阳能电池领域，涉及局部纳米针孔接触的硅太阳能电池技术。

背景技术

晶体硅太阳能电池是光伏器件的主流，占据95％的市场份额，提升硅太阳能电池转化效率可进一步降低光伏的度电成本，加快光伏平价上网进程。晶体硅太阳能电池效率的提高是从传统铝背场电池的20.3％过渡到钝化发射极及背面接触(PERC)电池的25.0％，然后再过渡到多晶硅/氧化硅钝化接触电池的26.1％、本征非晶硅钝化硅异质结(HIT)电池的26.7％。这些改进是通过降低或几乎完全消除与金属电极直接接触的硅表面部分来实现的，减少电极与硅之间的载流子复合损失，从而提升电池的效率。

晶体硅太阳能电池的高性能是通过低接触电阻率的钝化接触实现的，同时保持优良的表面钝化。在p型PERC电池中，首先利用氧化铝/氮化硅介电层对整个硅片背面实现良好的表面钝化，然后用激光在硅片背面进行打孔或开槽(尺寸一般为10～100μm)，将部分介电层烧蚀从而露出硅基体，金属电极通过这些孔或槽实现与硅基体的局部电学接触。如果把局部接触尺寸，也就是PERC电池中激光打孔尺寸或隧穿氧化硅钝化接触(TOPCon)电池中氧化硅中针孔尺寸，简称为针孔尺寸，从微米量级减少到纳米量级，介电层的钝化接触性能有望显著提高。假设金属与硅片的局部接触面积与整个介电层钝化硅片的面积之比为接触因子f，则硅片背面由于表面复合损耗引起的总饱和电流密度J₀可以表示为：

J_0,总＝f×J_0，针孔+(1-f)×J_0,介电层 (1)

另一方面，局部接触电阻率ρ_总(Ω.cm²)来源于与面积无关的针孔接触电阻率ρ_针孔以及针孔与硅片接触形成的扩展电阻率spreading resistivity)ρ_扩散两部分。如果针孔半径r远小于硅片厚度，扩展电阻为ρ_w/4r，其中ρ_w为硅片体电阻率。一般而言，针孔接触电阻要比扩展电阻小得多，因此，局部接触电阻率ρ_总可以表示为：

从公式(2)可看出，对于相同的ρ_总，当针孔尺寸从PERC电池中的～10μm减小到多晶硅/氧化硅钝化接触的针孔中的～10nm时，接触因子f可降低近三个数量级。由于介电层引起的复合损失要比针孔引起的要小得多，J_0,针孔远大于J_0,介电层，从公式(1)可知，接触因子f越小，J_0,总就越低。根据前面的分析得知，TOPCon电池中的氧化硅厚度大于2nm时，氧化硅层发生破裂产生针孔缺陷，而这些纳米尺寸量级的针孔是可以进行足够的电流传导，并且产生J₀的也非常低。